KR20060084781A - 가속도 센서 - Google Patents

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KR20060084781A
KR20060084781A KR1020050101174A KR20050101174A KR20060084781A KR 20060084781 A KR20060084781 A KR 20060084781A KR 1020050101174 A KR1020050101174 A KR 1020050101174A KR 20050101174 A KR20050101174 A KR 20050101174A KR 20060084781 A KR20060084781 A KR 20060084781A
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타카유키 카이
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오끼 덴끼 고오교 가부시끼가이샤
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Abstract

피에조 저항소자와 콘택홀 내의 배선과의 전기적 접속 개소에 있어서의 박리나 분리 등의 콘택 불량을 방지한다. 피에조 저항형(3) 축가속도 센서는, 추부와, 이 추부의 주변에 배치된 베이스부(51)와, 이 베이스부(51)위에 고정된 주변고정부(42)와, 추부를 주변고정부(42)에 가요적으로 연결하는 들보부(44)를 구비하고 있다. 들보부(44)와 주변고정부(42)의 경계선P11을 걸치는 위치에, 한쪽의 피에조 저항소자(45-1)가 마련되고, 들보부(44)와 추부의 경계선을 걸치는 위치에, 다른쪽의 피에조 저항소자가 마련되고 있다. 각 피에조 저항소자(45-1)의 양단부에는, 접합부(46-1, 46-2)가 각각 형성되고, 이 접합부(46-1, 46-2)와, 이 상층에 복수개 직렬로 배열된 콘택홀(47a)내의 배선(48)이, 전기적으로 접속된다.
피에조 저항소자, 콘택홀, 추부, 베이스부, 접합부, 들보부

Description

가속도 센서{ACCELERATION SENSOR}
도 1은 본 발명의 실시예 1을 도시하는 피에조 저항형(3) 축가속도 센서의 개략의 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예 1을 도시하는 피에조 저항형(3) 축가속도 센서의 개략의 구성도,
도 3은 도 1의 주변 고정부, 추고정부, 들보부 및 피에조 저항소자의 위치 관계를 설명하기 위한 모식도,
도 4는 도 3의 문제점을 도시하는 가속도 센서의 개략의 구성도,
도 5는 도 1의 피에조 저항소자의 배치 위치 범위와 그 필요성을 설명하기 위한 모식도,
도 6은 도 1의 콘택홀 설계 에리어의 정 중앙에 경계선이 있는 경우의 설명도,
도 7은 본 발명의 실시예 1의 효과를 설명하기 위한 피에조 저항소자 부근의 개략의 확대 종단면도,
도 8은 종래의 피에조 저항형(3) 축가속도 센서의 개략의 구성도이다.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※
40,50: 실리콘 기판 41,52: 개구부
42: 주변고정부 43: 추고정부
44: 들보부
45-1, 45-2: 피에조 저항소자 46-1, 46-2: 접합부
47: 중간막 47a: 콘택홀
48: 배선 51: 베이스부
53: 추부(錘部) 60: 접합층
본 발명은, XYZ의 3축 방향의 가속도를 검출하기 위한 가속도 센서, 특히 가속도 검출개소의 전기적인 콘택(접촉)불량을 방지하는 기술에 관한 것이다.
종래, XYZ의 3축 방향의 가속도를 검출하기 위한 가속도 센서에 관한 기술로서는, 예를 들면 다음과 같은 문헌 등에 기재되는 것이 있었다.
[특허문헌 1] 일본국 공개특허공보 특개 2004-198243호 공보
도 8(a),(b)는, 특허문헌 1등에 기재된 종래의 피에조 저항형(3) 축가속도 센서의 개략 구성도이며, 동 도면(a)은 평면도 및 동 도면(b)은 동 도면(a)안의 I1-I2선 단면도이다.
이 피에조 저항형(3) 축가속도 센서에서는, 얇은 사각형의 제 1실리콘 기판 (10)과, 두꺼운 사각형의 제 2실리콘 기판(20)이, 접합층(30)을 통해 점착되고 있다. 제 1실리콘 기판(10)에는, 이 내측 네구석에 거의 L자형의 개구부(11)를 마련함으로써, 테두리 모양의 주변고정부(12)와, 이 내측 중앙의 사각형의 추고정부(13)와, 4개의 들보부(14)의 각 영역이 형성된다. 주변고정부(12)와 이 내측 중앙의 사각형의 추고정부(13)와의 사이는, 수평면에 있어서 가로방향인 X축 방향과 세로방향인 Y축 방향에 마련된 얇은 띠모양의 4개의 들보부(14)에 의해 연결되고 있다. 각 들보부(14)의 표면측에는, 기계적 왜곡에 의해 전기저항이 변화되는 한쌍의 피에조 저항소자(15-1, 15-2)가 각각 형성되고, 이들의 전체면이 도시하지 않은 절연성의 중간막에 의해 피복되고 있다. 또한 도시하지 않지만, 중간막 위에는 메탈(금속)의 배선이 형성되고, 이 배선이, 중간막에 구멍이 뚫린 콘택홀을 거쳐 피에조 저항소자(15-1, 15-2)에 전기적으로 접속되며, 이들의 전체면이 절연성의 보호막에 의해 피복된다.
제 2실리콘 기판(20)은, 제 1실리콘 기판(10)의 주변고정부(12)에 대응하여 주변에 형성된 테두리 모양의 베이스부(21)와, 개구부(11)에 대응하여 베이스부(21)의 내측에 수직방향인 Z축 방향으로 관통된 개구부(22)와, 이 개구부(22)의 내측의 중앙에 형성된 입방체형의 추부(23)를 갖고 있다. 베이스부(21)의 두께에 비해, 추부(23)의 두께가 얇게 형성된다. 베이스부(21)의 윗면에는, 주변고정부(12)의 밑면이 접합층(30)에 의해 고정되고, 또한 추부(23)의 윗면에, 추고정부(13)의 밑면이 접합층(30)에 의해 고정되어 있다. 베이스부(21)의 밑면은, 센서 탑재부(31)위에 고정된다.
추부(23)는, X축 방향 및 Y축 방향에 마련된 4개의 들보부(14)에 의해, XYZ축방향으로 변위 가능하도록 지지되어 있다. 가속도의 검출 원리는, 추부(23)가 가속도에 비례한 힘을 받아 변위 했을 때의 X축 방향 및 Y축 방향의 들보부(14)의 휘어짐을, 이들에 형성된 각 쌍의 피에조 저항소자(15-1, 15-2의 저항값 변화로서, 콘택홀 및 배선을 통해 추출하여 검출하는 것으로 3축 방향의 가속도를 검출한다.
그러나, 종래의 가속도 센서에서는, 다음 (1)∼ (4)과 같은 과제가 있었다.
(1)가속도 센서에 가속도가 가해지면, 이 가속도에 의해 추부(23)가 변위하여 들보부(14)가 휜다. 이 휨(즉 왜곡)의 스트레스가 더욱 받는 장소는, 주변고정부(12)과 들보부(14)와의 경계선P1위 및 추고정부(13)와 들보부(14)의 경계선P2위이다. 가속도의 검출감도를 높이기 위해서는, 경계선P1, P2의 근방에 피에조 저항소자(15-1, 15-2)를 배치하는 것이 바람직하다. 그러나, 경계선P1, P2의 근방에서는, 들보부(14)의 왜곡이 크므로, 피에조 저항소자(15-1, 15-2)와 이 상층의 배선을 전기적으로 접속하는 콘택홀 개소에 있어서, 이 콘택홀 내의 배선과, 피에조 저항소자(15-1, 15-2)가 형성된 실리콘의 계면과의 사이에, 큰 물리적 스트레스가 가해져, 박리(벗겨짐)나 분리(부상)등의 열화 현상이 생길 우려가 있고, 또 그 부분의 내성이 열화되어 센서 수명이 저하될 우려가 있었다.
(2)장래의 제품 사이즈의 쉬링크화(shrink, 축소화)를 상정하면, 콘택홀의 사이즈 다운(축소)도 동시에 행해지고, 콘택 저항은 현행보다도 높아지는 것을 생 각할 수 있다. 이 상태에서는, 콘택홀 내에서 발생하는 문제(예를 들면 메탈 배선의 보이드나 실리콘 노듈(nodule, 소괴(小塊)등)이 개개의 콘택 저항값에 대하여 영향도가 높아져, 결과적으로 콘택 저항값 변동 발생의 개연성이 필연적으로 높아진다.
(3)피에조 저항값으로부터의 출력은 매우 미약한 전류값이기 때문에, 콘택홀 저항값에는 허용할 수 있는 영역이 존재한다. 종래 사양의 상태에서는 그 영역을 벗어날 위험성이 높고, 센서의 특성을 만족할 수 없는 마무리가 될 가능성을 포함하고 있다.
(4)상기(1)∼ (3)의 과제는, 제품수명에 영향을 주는 큰 과제이다. 덧붙여서, 예상되는 콘택홀의 사이즈 다운에 의한 저항값 상승(증대) 혹은 격차의 발생은, 장래적으로 특성에 영향을 준다고 생각할 수 있는 과제이다.
본 발명은, 상기 종래기술의 과제를 해결하고, 피에조 저항소자 등의 왜곡 검출 소자와 배선을 전기적으로 접속하는 콘택홀에 있어서의 박리나 분리 등의 콘택 불량을 방지하여 감도가 높고, 신뢰성이 높은 가속도 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 가속도 센서에서는, 추부와, 상기 추부의 주변에 배치된 지지부와, 소정의 두께를 갖는 띠모양을 이루고, 상기 추부를 상기 지지부에 가요적으로 연결하는 들보부와, 상기 들보부와 상기 추부의 경계선 부근의 내부 및 / 또는 상기 들보부와 상기 지지부와의 경계선 부근의 내부에 형성된 왜곡 검출 소자와, 상기 왜곡 검출 소자의 양단부에 각각 형성된 접합부와, 상기 지지부 및 상기 들보부에 형성되어, 상기 접합부의 형성 영역 내에 구멍이 뚫린 복수의 콘택홀을 통해 상기 접합부와 전기적으로 접속되는 배선을 구비하고 있다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태를, 3축 가속도 센서를 예를 사용하여 설명한다. 또, 본 발명은 추부, 추부 주변에 형성되는 지지부 및 추부와 지지부를 가요적으로 접속하는 들보부를 갖는 가속도 센서이면, 모두 적응가능하며, 이 예에 의해 본 발명은 한정되는 것은 아니다.
가속도 센서는, 추부와, 상기 추부의 주변에 배치된 지지부와, 소정의 두께를 갖는 띠모양을 이루고, 상기 추부를 상기 지지부에 가요적으로 연결하는 들보부와, 상기 들보부와 상기 추부의 경계선 부근의 내부 및 / 또는 상기 들보부와 상기 지지부의 경계선 부근의 내부에 형성된 왜곡 검출 소자와, 상기 왜곡 검출 소자의 양단부에 각각 형성된 접합부와, 상기 지지부 및 상기 들보부에 형성되어, 상기 접합부의 형성 영역내에 구멍이 꿇린 복수의 콘택홀을 통해서 상기 접합부와 전기적으로 접속되는 배선을 구비하고 있다. 상기 복수의 콘택홀은, 상기 들보부의 길이 방향을 따라 직렬로 배열되고 있다.
상기 추부, 상기 지지부 및 상기 들보부는, 실리콘 등의 반도체 기판에 의해 구성되어 있다. 상기 왜곡 검출 소자는, 상기 들보부의 길이 방향을 따라 상기 경계선을 걸치도록 배치되고, 상기 반도체 기판 내에 형성된 불순물 이온의 확산층으로 이루어지는 피에조 저항소자에 의해 구성되어 있다. 또한 상기 각 접합부는, 상기 확산층 내에 형성된 고농도 불순물 이온의 저저항 확산층에 의해 구성되어 있다.
[실시예 1]
(도 1, 도 2의 구성)
도 1(a), (b) 및 도 2(a), (b)는, 본 발명의 실시예 1을 도시하는 피에조 저항형(3) 축가속도 센서의 개략의 구성도이다. 그 중, 도 1(a)은 왜곡 검출 소자(예를 들면 피에조 저항소자)의 확대 평면도, 도 1(b)은 피에조 저항소자 부근의 확대 종단면도, 도 2(a)는 가속도 센서의 전체의 평면도 및 도 2(b)는 도 2(a)안의 I11-I12선 단면도이다.
도 2에 나타나 있는 바와 같이 피에조 저항형(3) 축가속도 센서는, 두께5∼10㎛정도의 반도체 기판(예를 들면 N형의 활성층으로 이루어지는 제 1실리콘 기판)(40)과, 두께525㎛정도의 반도체 기판(예를 들면 제 2실리콘 기판)(50)을, 두께5㎛정도의 실리콘 산화막(BOX층)등의 접합층(60)을 통해서 서로 붙인 SOI(Silicon On Insulator)웨이퍼에, 에칭 등의 처리를 실시하여 형성한 것이다.
가속도 센서 1개분의 제 1실리콘 기판(40)은, 1변이 2.5mm정도의 거의 정방형을 이루고 있고, 이 내측 네 구석에 거의 L자형의 개구부(41)를 마련함으로써, 테두리 모양의 주변고정부(42)와, 이 내측 중앙의 거의 정방형의 추고정부(43)와, 4개의 들보부(44)의 각 영역이 형성되고 있다. 주변고정부(42)와 이 내측 중앙의 추고정부(43) 사이는, 수평면에 있어서 가로방향인 X축 방향과 세로방향인 Y축 방향에 마련된 폭400㎛정도의 띠모양의 4개의 들보부(44)에 의해 연결되어 있다. 각 들보부(44)와 주변고정부(42)의 경계선P11부근의 표면측 및 각 들보부(44)와 추고정부(43)의 경계선P12부근의 표면측에는, 기계적 왜곡에 의해 전기저항이 변화하는 한쌍의 피에조 저항소자(45-1, 45-2)가 각각 형성되어 있다. 각 한쌍의 피에조 저항소자(45-1,45-2)중, 한쪽의 피에조 저항소자(45-1)는, 경계선P11부근 (바람직하게는 경계선P11을 걸치는 위치)에 배치되고, 다른쪽의 피에조 저항소자(45-2)는 경계선P12부근(바람직하게는 경계선P12을 걸치는 위치)에 배치되어 있다.
제 2실리콘 기판(50)은, 제 1실리콘 기판(40)의 주변고정부(42)에 대응하여 주변에 형성된 테두리 모양의 베이스부(51)와, 개구부(41)에 대응하여 베이스부(51)의 내측에 수직방향인 Z축 방향에 관통된 개구부(52)와, 이 개구부(52)의 내측의 중앙에 형성된 입방체형의 추부(53)를 갖고 있다. 베이스부(51)의 두께에 비해, 추부(53)의 두께가 5㎛정도 얇다. 베이스부(51)의 윗면에는, 주변고정부(42)의 밑면이 접합층(60)에 의해 고정되고, 또한 추부(53)의 윗면에, 추고정부(43)의 밑면이 접합층(60)에 의해 고정되어 있다. 베이스부(51)와 이 위에 고정된 주변고정부(42)는, 들보부(44)를 지지하는 지지부를 구성하고, 그 베이스부(51)의 밑면이, 패키지의 내부 바닥면 등에 마련된 센서 탑재부(61)위에 접착제 등으로 고정된다.
도 1에 도시하는 바와 같이, N형의 활성층으로 이루어지는 제 1실리콘 기판(40)의 표면측에 있어서, 각 경계선P11, P12을 걸치는 위치에는, 예를 들면 보론 등의 P형 불순물 이온의 확산층으로 이루어지는 각 피에조 저항소자(45-1, 45-2)가 각각 형성된다. 각 피에조 저항소자(45-1, 45-2)의 양단부에는, 예를 들면 보론 등의 P형 고농도 불순물 이온의 저저항 확산층으로 이루어지는 접합부(46-1, 46-2)가 각각 형성되고, 이들의 각 접합부(46-1, 46-2) 및 각 피에조 저항소자(45-1, 45-2)를 포함하는 실리콘 기판(40)의 전체면에, 산화 실리콘 막 등의 중간막(47)이 형성되어 있다. 중간막(47)에 있어서의 각 접합부(46-1, 46-2) 개소에는, 복수(예를 들면 2개)의 콘택홀(47a)이 각각 구멍 뚫려있다. 콘택홀(47a)의 구경의 형상은, 예를 들면 1변이 1∼5㎛정도의 사각형을 이루고 있다. 중간막(47)위에 있어서의 들보부(44) 및 주변고정부(42)개소에는, 알루미늄 등의 메탈의 배선(48)이 형성되고, 이 배선(48)이 콘택홀(47a)를 거쳐 접합부(46-1, 46-2)에 전기적으로 접속되어 있다. 배선(48)을 포함하는 중간막(47)의 전체면은, 실리콘 질화막 등의 보호막(49)에 의해 피복되어 있다.
(도 1, 도 2의 제조예)
본 실시예 1의 가속도 센서는, 예를 들면 다음과 같이 제조된다.
예를 들면 두께5∼10㎛, 체적 저항율6∼8Ω/cm정도의 N형의 활성층으로 이루어지는 실리콘 기판(40)과, 두께525㎛, 체적 저항율16Ω/cm정도의 실리콘 기판(50)을, 두께5㎛정도의 실리콘 산화막(BOX층)의 접합층(60)을 통해서 서로 인 SOI웨이퍼를 준비한다.
실리콘 기판(40)의 표면에, 고온의 가습 분위기를 이용한 열산화 조건에서, 제 1실리콘 산화막을 형성한다. 포토리소 에칭기술을 이용하여 제 1실리콘 산화막의 소정 위치를 구멍을 뚫어, 이 개공부(開孔部)로부터 보론 등의 P형 불순물 이온을 넣고, 실리콘 기판(40)의 표면에, P형 확산층으로 이루어지는 피에조 저항소자 (45-1, 45-2)를 형성한다. 열산화에 의해, 전체면에 제 2실리콘 산화막을 형성하고, 포토리소 에칭기술을 이용하여 제 2실리콘 산화막의 소정위치에 구멍을 뚫어, 이 개공부로부터 보론 등의 P형 고농도 불순물 이온을 넣고, 각 피에조 저항소자(45-1, 45-2)의 양단부에, P형 저저항 확산층으로 이루어지는 접합부(46-1, 46-2)를 각각 형성한다.
CVD(Chemical Vapor Deposition)법에 의해, 전체면에 실리콘 산화막 등의 중간막(47)을 형성한다. 포토리소 에칭기술을 이용하여, 중간막(47)에 있어서의 각 접합부(46-1,46-2)개소에 2개의 콘택홀(47a)을 각각 구멍을 뚫는다. 메탈 스퍼터링 기술을 이용하여, 중간막(47)의 전체면에 알루미늄 등의 메탈 층을 퇴적한다. 포토리소 에칭 기술을 이용하여, 메탈층을 에칭하고, 배선(48)을 형성한다. 이에 따라 배선(48)은, 각 콘택홀(47a) 및 각 접합부(46-1, 46-2)를 통해서 각 피에조 저항소자(45-1, 45-2)에 전기적으로 접속된다. 그 후에 PRD(Plasma Reactive Deposition)법을 이용하여, 전체면에 실리콘 질화막 등의 보호막(49)을 형성한다.
보호막(49) 위에 포토레지스터를 형성하고, 포토리소 에칭기술을 이용하여, 주변고정부(42), 추고정부(43) 및 들보부(44)를 구획하는 개구부(41)를 형성한다.
SOI웨이퍼의 이면인 실리콘 기판(50)의 표면에, CVD법을 이용하여 제 3실리콘 산화막을 형성한다. 베이스부(51)에 대응하도록 주위의 제 3실리콘 산화막을 남기고, 중앙부의 제 3실리콘 산화막을 포토리소 에칭기술을 이용하여 제거한다. 남겨진 제 3실리콘 산화막 등을 마스크로 하여, 에칭 기술에 의해 실리콘 기판(50)을 깎고, 개구부(52) 및 추부(53)를 형성한다.
그 후에 SOI웨이퍼로부터 가속도 센서칩을 잘라 내어, 패키지의 내부 바닥면 등의 센서 탑재부(61)위에 접착제 등으로 고정하고, 소정의 배선 등을 행하면, 제조공정이 종료한다.
(동작)
본 실시예 1의 가속도 센서에서는, 추부(53)가, X축 방향 및 Y축 방향에 마련된 4개의 들보부(44)에 의해, XYZ축방향으로 변위 가능하도록 지지되므로, 추부(53)가 가속도에 비례한 힘을 받아서 변위했을 때의 X축 방향 및 Y축 방향의 들보부(44)의 휘어짐을, 각 쌍의 피에조 저항소자(45-1, 45-2)의 저항값 변화로서, 접합부(46-1, 46-2), 콘택홀(47a) 및 배선(48)을 통해서 추출하여 검출하는 것으로 3축 방향의 가속도를 검출한다.
(피에조 저항소자의 검출 감도와 콘택홀)
도 3(a)∼ (d)은, 도 1의 주변고정부(42), 추고정부(43), 들보부(44) 및 피에조 저항소자(45-1, 45-2)의 위치 관계를 설명하기 위한 모식도이며, 동 도면(a)은 주변고정부(42)와 들보부(44)의 경계선P11부근의 개략의 확대 평면도, 동 도면(b)은 동 도면(a)의 확대 종단면도, 동 도면(c)은 주변고정부(42)에 대하여 들보부(44)가 위쪽으로 변위 했을 때의 개략의 종단면도 및 동 도면(d)은 주변고정부(42)에 대하여 들보부(44)이 아래쪽으로 변위 했을 때의 종단면도이다.
도 3(a),(b)에 있어서, 가속도가 가해져서 추부(53)가 변위될 때, 주변고정부(42)와 들보부(44)와의 경계선P11 개소에 있어서 들보부(44)가 더욱 굴곡한다. 그 때문에 경계선P11을 넘어, 들보부(44)측으로 조금 벗어난 위치에 피에조 저항소 자(45-1)를 형성하면, 도 3(c)에 나타나 있는 바와 같이 들보부(44)의 위쪽으로의 변위에 의해, 피에조 저항소자(45-1)의 표면이 더욱 크게 압축되고, 도 3(d)에 나타나 있는 바와 같이 들보부(44)의 아래쪽으로의 변위에 의해, 피에조 저항소자(45-1)의 표면이 더욱 크게 신장한다. 이 피에조 저항소자(45-1)의 표면에 대한 신축 방향(즉 가속도가 가해지는 방향)을 저항값의 변동에 의해 검지하므로, 최대의 센서 감도를 얻을 수 있다.
이들과 동일한 것은, 추부(53)와 들보부(44)의 경계선P12을 걸치는 위치에 형성된 피에조 저항소자(45-2)에 대해서도 마찬가지라고 할 수 있다.
도 4(a), (b)는, 도 3의 문제점을 도시하는 가속도 센서의 개략의 구성도이며, 동 도면(a)은 피에조 저항소자의 확대 평면도 및 동 도면(b)은 피에조 저항소자 부근의 확대 종단면도이다.
경계선P11 개소에 있어서 들보부(44)가 더욱 굴곡한다고 하는 것은, 물리적인 부담이 더욱 가해지는 것을 의미하므로, 이 경계선P11의 근방에 있어서 물리적인 부담이 축적되어, 신뢰성이 떨어지는 장소가 된다. 그 때문에 경계선P11을 걸치는 위치에 피에조 저항소자(45-1)가 형성되어 있으면, 이 피에조 저항소자(45-1)의 양단부의 접합부(46-1, 46-2)와, 콘택홀(47a)내의 배선(48)과의 콘택 불량이 발생할 우려가 있다. 특히, 도 4에 나타나 있는 바와 같이, 피에조 저항소자(45-1)의 양단부의 접합부(46-1, 46-2)가 각 1개의 콘택홀(47a)을 통해서 배선(48)에 접속되는 경우에는, 왜곡에 의한 박리나 분리 등의 콘택의 열화 현상이 나타날 개연성이 높다.
이와 동일한 것은, 추부(53)와 들보부(44)의 경계선P12을 걸치는 위치에 형성된 피에조 저항소자(45-2)에 대해서도 마찬가지라고 할 수 있다.
도 5(a)∼ (c)는, 도 1의 피에조 저항소자(45-1, 45-2)의 배치 위치 범위와 그 필요성을 설명하기 위한 모식도로서, 주변고정부(42)와 들보부(44)와의 경계선P11부근의 개략의 평면도가 도시되고 있다. 도 5(a)에서는 피에조 저항소자(45-1)의 중심에 경계선P11이 위치하고, 도 5(b)에서는 피에조 저항소자(45-1)의 전체가 들보부(44)위에 위치하며, 도 5(c)에서는 피에조 저항소자(45-1)의 전체가 주변고정부(42)위에 위치하고 있다.
가속도 센서의 감도를 구한 경우, 피에조 저항소자(45-1)는 도 3(a),(b)과 같은 특정 영역에 배치해야만 한다. 이에 대하여 피에조 저항소자(45-1)가 도 5(a)∼ (c)의 위치인 경우에는, 감도가 약해지거나 또는 감도가 나타나지 않는 상태가 된다. 경계선P12부근의 피에조 저항소자(45-2)에 대해서도 마찬가지라 할 수 있다.
도 5(a)∼ (c)의 상태는, 웨이퍼 표리(表裏)의 포토리소그래피의「이음 정밀도 」와 실리콘 에칭시의 「가공 정밀도」에 문제가 있는 경우에 발생하지만, 이 도 5(a)∼ (c) 모두 현상태의 제조 기술에서는 마진이 부족하다. 그러므로 원하는 위치에 피에조 저항소자(45-1, 45-2)를 항상 배치하는 것은 매우 난이도가 높으며, 배치 위치 격차는 미크론 단위에서 반드시 발생하는 것으로, 이 상태를 흡수할 수 있는 설계가 필요하다.
도 6(a), (b)은, 도 1의 콘택홀 설계 에리어의 정 중앙에 경계선P11, P12이 있는 경우의 설명도이며, 동 도면(a)은 콘택홀이 가로로 길 경우의 피에조 저항소자부근의 개략의 확대 종단면도 및 동 도면(b)은 콘택홀이 2개 직렬인 경우의 피에조 저항소자 부근의 개략의 확대 종단면도이다.
상기 도 5의 정보로부터, 더욱 염려되는 상태로서, 도 6(a), (b)에 나타나 있는 바와 같이 콘택홀(47a)이 경계선P11에 배치된 경우가 있다. 이 경우의 가속도 센서는, 초기평가에서는 문제 없었지만, 센서 동작을 반복하는 것에 의한 접합부(46-1, 46-2)와 콘택홀(47a)내의 배선(48)과의 계면의 박리가 빠르게 발생하여, 센서 특성을 만족할 수 있는 그 수명은 매우 짧다. 도시하지 않지만, 콘택홀(47a)이 경계선P12에 배치된 경우도 동일하다.
이 해결책으로서, 본 실시예 1에서는, 콘택홀(47a)의 복수화를 도모하기 위해서, 필요로 되는 콘택홀 저항이 하나로 만족할 수 있는 설계로 하고, 그 복수(예를 들면 2개)의 콘택홀(47a)을 각 피에조 저항소자(45-1, 45-2)의 양단부에 각각 직렬로 배치하고 있다. 이에 따라 복수(예를 들면 2개)의 콘택홀(47a)중 하나가, 가령 경계선P11, P12에 배치되고, 접합부(46-1, 46-2)와 콘택홀(47a)내의 배선(48)과의 계면에 박리가 발생해도, 센서 특성이 변화되지 않는다는 효과가 있다.
상기 해결책으로서, 도 6(a)에 나타나 있는 바와 같이, 콘택홀(47a) 그 자체를 가로로 길게 해서 콘택 면적을 크게 하는 설계 방법도 생각할 수 있다. 그러나, 이 가로로 긴 설계 방법과, 본 실시예 1의 도 6(b)에 나타나 있는 바와 같은 콘택 직렬배열에서는, 수명에 차이가 발생한다. 그 이유를 이하 설명한다.
도 6(a), (b)에 있어서, 벗겨지기 시작한 콘택은, 센서 동작을 반복해서 부 여하는 것으로 박리 상태가 진행되어 간다. 이 상태는 도 6(a)의 가로 길이나, 도 6(b)의 직렬도 같지만, 그러나, 그 가속 속도가 다르다. 그 이유로서, 도 6(a)의 가로로 긴 경우에는, 접합부(46-1, 46-2)와 콘택홀(47a)내의 배선(48)과의 계면구조가 평면인 것에 대해, 도 6(b)의 직렬의 경우에는, 중간막(47)에 의해 배선(48)이 기복이 심한 형상차이로 되어 있기 때문이다. 이 콘택홀 바닥면의 형상차이로부터 발생하는 배선형상 차이에 의해 박리의 진행 속도차가 발생하고, 센서 수명에 대하여 본 실시예 1의 직렬방식의 콘택에 우위성이 나타난다.
(실시예 1의 효과)
본 실시예 1에서는, 각 경계선P11, P12을 걸치도록 각 피에조 저항소자(45-1, 45-2)를 배치하고, 이들의 각 피에조 저항소자(45-1, 45-2)의 양단부에 각각 마련되는 콘택홀(47a)을 하나가 아닌, 복수(예를 들면 2개 또는 3개 이상)직렬로 배열했기 때문에, 다음 (a)∼ (c)와 같은 효과가 있다.
(a)센서 수명의 연장
도 7은, 본 발명의 실시예 1의 효과를 설명하기 위한 피에조 저항소자 부근의 개략의 확대 종단면도이다.
가속도 센서의 수명은 가요하는 들보부(44)의 파괴와 배선 열화에 의존한다. 특히 반도체로 형성된 가속도 센서인 경우, 가요하는 들보부(44)의 존재로부터, 그 근방에 있는 콘택홀(47a)내의 배선(48)과 접합부(46-1, 46-2)와의 계면의 열화를 생각할 수 있다. 그래서, 본 실시예 1에서는, 복수(예를 들면 2개 또는 3개 이상)의 콘택홀(47a)을 직렬로 마련하는 것으로, 센서 수명의 연장을 도모하고 있다.
그 이유는, 1개의 콘택홀(47a)이 열화에 의해 콘택의 목적을 달성할 수 없는 상태가 되어도, 남은 콘택홀(47a)로 충분히 같은 특성을 얻을 수 있기 때문이다. 단, 그렇게 하기 위해서는 직렬배열한 콘택홀(47a)의 하부에는, 배선(48)과 피에조 저항소자(45-1,45-2)와의 접속 저항을 하강시킬 목적으로, 피에조 저항소자(45-1, 45-2)측에 형성되는 저저항값 확산층으로 이루어지는 접합부(46-1,46-2)를, 직렬배열한 콘택홀(47a)이 공유되어야 한다.
예를 들면 도 7에 나타나 있는 바와 같이 직렬배열한 2개의 콘택홀(47a)이 각각 저저항값 확산층으로 이루어지는 접합부(46-1, 46-2)를 갖고 있는 경우에, 어떤 콘택홀(47a)내의 배선(48)과 접합부(46-1, 46-2)의 계면에서 박리 등이 발생하여 도통불량 상태가 되었을 경우, 본래 설계하고 있었던 피에조 저항소자(45-1, 45-2)의 길이L1가, 마치 길이가 L2로 변화된 상태가 되고, 센서의 특성이 변화되어 원하는 특성을 얻을 수 없다. 덧붙여서, 콘택홀수의 증감에 영향을 받지 않는 센서 특성을 설계할 필요가 있다.
또, 복수의 콘택홀(47a)을 병렬이 아닌 직렬배열로 하는 것에도, 센서 수명의 효과를 기대할 수 있다. 들보부(44)가 가요하는 부분과 가요하지 않는 부분의 경계선P11, P12은, 피에조 저항소자(45-1, 45-2) 및 들보부(44)에 대하여 직각이기 때문에, 병렬 배열의 경우, 모든 콘택홀(47a)이 같은 타이밍에서 손상될 가능성이 매우 높다. 이 상태를 피하는 방법으로서, 본 실시예 1에서는 직렬배열을 선택하고 있다.
(b)센서 사이즈 축소에 유리
반도체에 의해 형성되는 가속도 센서의 장래를 생각했을 경우, 다른 반도체와 마찬가지로 사이즈의 축소화의 흐름은 필연이다. 이 축소화에 대하여도, 복수의 콘택홀(47a)의 직렬배열 설계는 매우 유효한 수법이 된다.
반도체에 의해 형성되는 가속도 센서의 축소화는, 추부(53)의 사이즈의 축소화를 의미하며, 축소화 되기 전과 동등한 특성을 얻기 위해서는, 들보부(44)의 폭을 가늘게 하는 등의 들보부(44)가 가요되기 쉬운 형상을 구할 수 있다. 이 경우, 들보부(44) 위에 형성되는 패턴 사이즈에 제약이 존재하면, 원하는 들보 설계를 할 수 없는 경우를 생각할 수 있다. 특히, 배선 관련(콘택홀(47a) 위에 형성하는 배선 폭 등)에 대해 고려 하는 것이 상정된다. 그 원하는 들보 폭을 얻기 위한 방법으로서, 콘택홀(47a)의 사이즈를 작게하여, 축소화되기 전과 변함없는 콘택홀 저항값을 얻을 수 있도록 수를 늘려 직렬배열하는 방법이 유효하다.
(c)콘택홀 내부에서 발생하는 트러블의 리스크 분산에 유효
다른 반도체와 마찬가지로, 콘택 부분에 발생하는 패턴 구멍뚤림 불량이나 실리콘 노듈의 성장, 고층 에피택셜 성장(Epi성장)등은, 원하는 콘택 저항을 얻을 수 없는, 결국은 특성을 만족할 수 없는 트러블로 발전한다. 콘택홀(47a)을 하나에서 복수로 하는 것은, 이들의 트러블 발생시의 리스크 분산 방법으로서 유효하다.
[실시예 2]
본 발명은, 상기 실시예 1에 한정되지 않고, 여러가지 변형이 가능하다. 이 변형예인 실시예 2로서는, 예를 들면 다음의 (1)∼ (6)과 같은 것이 있다.
(1)도 2에 있어서, 추부(53), 이 추부(53)의 주변에 배치되는 지지부 및 추부(53)와 지지부를 가요적으로 연결하는 들보부(44)를 각각 구성하는 개구부(44)를 갖는 가속도 센서로서, 이 가속도 센서의 들보부(44)의 단부 근방에 형성된 접합부와, 이 접합부 위에 형성되고, 개구부(41)를 따라 복수형성된 콘택홀(47a)을 통해 접합부와 전기적으로 접속되는 배선(48)을 구비한 구성으로 해도 좋다.
(2)복수의 콘택홀(47a)은, 크기가 다른 지름을 갖고 있어도 좋다.
(3)추부(53)에 가까운 측에 형성되는 콘택홀(47a)의 지름과, 지지부에 가까운 측에 형성되는 콘택홀(47a)의 지름은, 크기가 다른 구성으로 해도 좋다.
(4)각 피에조 저항소자(45-1, 45-2)의 양단부에 각각 위치하는 콘택홀(47a)은, 적어도 복수(예를 들면 2개 또는 3개 이상) 마련하면 효과가 있고, 또한 이것들을 직렬배열하면, 보다 큰 효과를 얻을 수 있다.
(5)피에조 저항소자(45-1, 45-2)는, 이 어느 한쪽을 경계선P11 또는 P12을 걸치는 위치에 마련하여 XYZ축 사이의 감도조정을 행하도록 해도 좋다.
(6)가속도 센서는, 실리콘 이외의 반도체로 구성해도 좋고, 그 형상은, 정방형에 한정되지 않고 장방형이나 원형 등이라도 좋다. 또한, 추부(53), 이를 지지하는 들보부(44) 또는 이 위에 형성되는 피에조 저항소자(45-1, 45-2)의 형상이나 수 등도, 예시한 것에 한정되지 않는다.
청구항1, 2, 5∼8에 따른 발명에 의하면, 왜곡 검출 소자의 단부에 형성된 접합부와 배선을, 복수의 콘택홀을 통해서 전기적으로 접속했기 때문에, 왜곡에 의한 박리나 분리 등의 콘택 불량을 방지하여 센서 수명을 연장할 수 있다. 게다가, 복수의 콘택홀에 의해 원하는 콘택 저항값을 용이하게 얻을 수 있으므로, 센서 사이즈의 축소화에 따른 콘택 특성의 열화를 방지하여 센서 사이즈의 축소화를 도모할 수 있음과 동시에, 신뢰성을 향상할 수 있다.
청구항 3, 4에 따른 발명에 의하면, 경계선을 걸치도록 왜곡 검출 소자를 형성했기 때문에, 들보부에 발생하는 왜곡을 높은 감도로 검출할 수 있음과 동시에, 그 왜곡에 의한 콘택 불량이나 콘택 특성의 열화 등을 적확히 방지할 수 있다.

Claims (8)

  1. 추부와,
    상기 추부의 주변에 배치된 지지부와,
    소정의 두께를 갖는 띠모양을 이루고, 상기 추부를 상기 지지부에 가요적으로 연결하는 들보부와,
    상기 들보부와 상기 추부의 경계선 부근의 내부 및 / 또는 상기 들보부와 상기 지지부와의 경계선 부근의 내부에 형성된 왜곡 검출 소자와,
    상기 왜곡 검출 소자의 양단부에 각각 형성된 접합부와,
    상기 지지부 및 상기 들보부에 형성된 배선과,
    상기 지지부 및 상기 들보부에 형성되어, 상기 접합부의 형성 영역 내에 구멍이 뚫린 복수의 콘택홀을 통해 상기 접합부와 전기적으로 접속되는 배선을 구비하는 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 추부, 상기 지지부 및 상기 들보부는 반도체 기판에 의해 구성되고,
    상기 왜곡 검출 소자는, 상기 반도체 기판 내에 형성된 불순물 이온의 확산층으로 이루어지는 피에조 저항소자에 의해 구성되며,
    상기 각 접합부는, 상기 확산층 내에 형성된 고농도 불순물 이온의 저저항 확산층에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 왜곡 검출 소자는, 상기 들보부의 길이 방향을 따라 상기 경계선을 걸치도록 띠모양으로 형성되고,
    상기 각 접합부와 상기 배선은, 중간막에 의해 전기적으로 절연되며,
    상기 복수의 콘택홀은, 상기 중간막을 관통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 복수의 콘택홀은, 상기 들보부의 길이 방향을 따라 직렬로 배열되는 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  5. 추부, 상기 추부의 주변에 배치된 지지부 및 상기 추부와 상기 지지부를 가요적으로 연결하는 들보부를 갖는 가속도 센서에 있어서,
    상기 가속도 센서의 상기 들보부의 단부 근방에 형성된 접합부와,
    상기 접합부 위에 형성된 중간막과,
    상기 중간막에 구멍이 뚫린 복수의 콘택홀을 통해서 상기 접합부와 전기적으로 접속되는 배선을 구비한 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  6. 추부, 상기 추부의 주변에 배치되는 지지부 및 상기 추부와 상기 지지부를 가요적으로 연결하는 들보부를 각각 구성하는 개구부를 갖는 가속도 센서에 있어서,
    상기 가속도 센서의 상기 들보부의 단부 근방에 형성된 접합부와,
    상기 접합부 위에 형성되고, 상기 개구부를 따라 복수형성된 콘택홀을 통해서 상기 접합부와 전기적으로 접속되는 배선을 구비한 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 콘택홀은, 크기가 다른 지름을 갖는 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
  8. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 추부에 가까운 측에 형성되는 상기 콘택홀의 지름과, 상기 지지부에 가 까운 측에 형성되는 상기 콘택홀의 지름은, 크기가 다른 것을 특징으로 하는 가속도 센서.
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