JP2010032389A - 物理量センサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明によれば、低消費電力化に対応でき、かつ出力特性の変動を抑えた信頼性の高い物理量センサ及びその製造方法を提供できる。
【解決手段】 本発明に係るセンサは、開口を有するフレーム部と、前記フレーム部の開口内に配置された錘部と、前記フレーム部と前記錘部とを接続する少なくとも一本の梁部と、前記梁部に形成され、かつ前記梁部の一端が前記フレーム部と接続する領域と、前記梁部の他端が前記錘部と接続する領域にそれぞれ配置された、物理量変動を検出するための複数の検出部とを備え、前記検出部は、複数のピエゾ抵抗素子を金属材料からなる配線により直列に接続して構成されていることを特徴とする。
【選択図】図１０

Description

本発明は、物理量変動を検出可能な物理量センサ及びその製造方法に関し、特にピエゾ抵抗素子を検出素子として複数の方向の加速度を検出するタイプの物理量センサ及びその製造方法に関する。

近年、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いて小型で単純な構造を有するセンサとして、ピエゾ抵抗を検出素子としたセンサ（いわゆるピエゾ抵抗型加速度センサ）が実用化されている（特許文献１）。ピエゾ抵抗型の加速度センサはＨＤＤ（ハードディスクドライブ）の落下検出装置、車載用エアバック装置、携帯電話などの携帯端末等の幅広い分野に用いられている。

特許文献１に開示された加速度センサでは加わった加速度に応じて重錘体部が変位し、この変位に応じて可撓部が撓む。可撓部に形成したピエゾ抵抗素子は可撓部の撓み量（応力）に応じて抵抗値を変化させる。そしてピエゾ抵抗素子に電圧を印加し、抵抗変化に伴う電圧値を参照することで加速度を検出している。可撓部に生じる応力は枠部および錘部の接続箇所に集中しており、当該接続箇所から離れるに従い急激に低下し、可撓部の中央では応力が零となっている。ピエゾ抵抗素子に生じる抵抗変化はピエゾ抵抗素子の長さ全体の平均応力変化によるため、センサの高感度化のためにはピエゾ抵抗素子の長さを短くして、当該接続箇所の応力集中部に選択的に配置するのが効率的である。しかし、単純にピエゾ抵抗素子を短くすると抵抗値が低くなり、消費電力が大きくなってしまうという問題がある。

そこで、特許文献２のような加速度センサが提案されている。特許文献２によれば、可撓部上の応力集中部に各方向の加速度を検出するための複数対のピエゾ抵抗素子を可撓部の中心線に対称に配置し、それらを高濃度に不純物拡散して形成した高濃度拡散配線により接続している。
特開２００３−９２４１３号公報 特開２００６−９８３２１号公報

しかしながら、上記特許文献１及び特許文献２に記載された加速度センサは、駆動時にピエゾ抵抗素子に電圧を印加するため、ピエゾ抵抗素子からジュール熱が発生する。特許文献２では複数のピエゾ抵抗素子を高濃度拡散配線（半導体層）により接続しているため、高濃度拡散配線においても熱が発生し、外部へ放熱しにくい。ジュール熱によって、可撓部ないし可撓部上に形成したリード配線や、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等の保護膜が熱膨張し、センサ出力特性の変動を招く。ピエゾ抵抗素子を高濃度配線で接続した場合、ピエゾ抵抗素子で発生した熱が外部へ逃げにくいだけでなく、高濃度配線自体も抵抗体であるため熱が発生し、出力特性の変動が大きくなる。上記の加速度センサを実使用に供する場合にはピエゾ抵抗素子及び高濃度拡散配線で発生した熱による出力変動の影響が現れる。このように従来のセンサでは出力特性が経時的に変化してしまうため、製品の信頼性に欠けるという問題がある。

そこで上記に鑑み、本発明の目的は低消費電力化に対応でき、かつ出力特性の変動を抑えた信頼性の高い物理量センサ及びその製造方法を提供することにある。

本発明に係る物理量センサは、開口を有するフレーム部と、前記フレーム部の開口内に配置された錘部と、前記フレーム部と前記錘部とを接続する少なくとも一本の梁部と、前記梁部に形成され、かつ前記梁部の一端が前記フレーム部と接続する領域と、前記梁部の他端が前記錘部と接続する領域とにそれぞれ配置された、物理量変動を検出するための複数の検出部とを備え、前記検出部は、複数のピエゾ抵抗素子を金属材料からなる配線により直列に接続して構成されていることを特徴とする。上記構成とすることで、複数のピエゾ抵抗素子を直列に接続し、所望の抵抗値を得ることで低消費電力化を実現できる。さらに複数のピエゾ抵抗素子を放熱性の高い金属材料からなる配線で接続して放熱性を高めることで、出力特性の変動を抑制することができる。

本発明に係る物理量センサの製造方法は、半導体基板を用いて物理量を検出するセンサを製造する方法であって、前記半導体基板の一方の面に不純物を拡散して複数のピエゾ抵抗素子を形成する工程と、前記半導体基板から、開口を有するフレーム部と、前記フレーム部の開口内に配置された錘部と、前記フレーム部と前記錘部とを接続する少なくとも一本の梁部と、を形成する工程と、所定の前記ピエゾ抵抗素子を金属材料からなる配線により直列に接続して検出部を形成する工程と、前記可撓部及び前記フレーム部上に、ブリッジ回路を構成するように前記検出部を接続するブリッジ配線を形成する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明よれば、低消費電力化に対応でき、かつ出力特性の変動を抑えた信頼性の高い物理量センサ及びその製造方法を提供できる。

以下、図面を参照して本発明に係る物理量センサの一態様である、半導体３軸加速度センサに関して説明する。図１は本発明に係る加速度センサの全体斜視図である。
図１に示すように加速度センサ１は、略直方体であり、半導体基板からなるセンサ本体２と、ガラスなどからなる支持基板３により構成されている。説明のため、図では加速度センサの面内に直交する２軸（Ｘ軸とＹ軸）を設定し、この２軸に垂直な方向をＺ軸と定めている。センサ本体２はＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板１１０からなり、シリコン膜１２０、シリコン酸化膜１３０、シリコン基板１４０が順に積層して構成されている。そして開口を有するフレーム（フレーム部１２１およびフレーム部１４１）内に重錘体（錘部１４２）が配置され、この重錘体をフレームに対して可撓性を有する梁（梁部１２３）によって支持して構成されている。支持基板３はセンサ本体２を支持する台座としての機能と、重錘体の下方（Ｚ軸負方向）への過剰な変位を規制するストッパ基板としての機能を併せもっている。なお、センサ本体２をパッケージ基板（図示しない）へ直接実装する場合には、支持基板３を必ずしも必要としない。

図２は加速度センサの分解斜視図である。シリコン膜１２０は、固定されたフレーム部１２１（フレーム上部）と、フレーム部１２１内に配置された錘接合部１２２と、フレーム部１２１と錘接合部１２２とを接続する２対（計４本）の梁部１２３を備えている。フレーム部１２１、錘接合部１２２、梁部１２３は開口１２４によって画定されている。フレーム部１２１はシリコン酸化膜１３０を介してフレーム部１４１（フレーム下部）と接合されている。また、錘接合部１２２はシリコン酸化膜１３０を介して鉛直視略クローバー状の錘部１４２と接合されている。錘部１４２はフレーム部１４１内に離間して配置されている。
支持基板３は例えば、ガラス基板からなりセンサ本体２と陽極接合により接合されている。

図３はセンサ本体の平面図及び断面図である。図３（Ａ）はセンサ本体の平面図であり、４本の梁部１２３上には３軸（ＸＹＺ）方向の加速度を検出するための検出部Ｒｘ〜Ｒｚが配設されている。検出部は、梁部１２３がフレーム部１２１および錘接合部１２２と接続する領域に配置されている。図面ではＸ軸に沿った方向に配置した１対の梁部には、Ｘ方向およびＺ方向の加速度を検出するために検出部Ｒｘ１〜Ｒｘ４およびＲｚ１〜Ｒｚ４が配置される。一方、Ｙ軸に沿った方向に配置した１対の梁部にはＹ方向の加速度を検出するための検出部Ｒｙ１〜Ｒｙ４が配置されている。なお、Ｙ軸に沿った方向に配置した１対の梁部に検出部Ｒｚ１〜Ｒｚ４を配置してもよい。
図３（Ｂ）はセンサ本体をＡ−Ａに沿った断面図であり、錘部１４２の下面はフレーム部１４１の下端よりも高くされており、ガラス基板３との間にギャップによりＺ負方向に一定量の変位可能なように設定されている。図３（Ｃ）はセンサ本体をＢ−Ｂに沿った断面図であり、梁部１２３は可撓性をもった自立薄膜である。

図４は検出部の詳細を説明する図面であり、図４（Ａ）は平面図、図４（Ｂ）は断面図（図４（Ａ）におけるＣ−Ｃ断面）を示している。梁部１２３にピエゾ抵抗素子ｒが複数配置されており、応力集中部においてピエゾ抵抗群Ｒを構成している。図面では６本のピエゾ抵抗素子ｒを配置した場合を例示している。ピエゾ抵抗素子ｒの一端は、梁部１２３がフレーム部１２１と接続する境界、および梁部１２３が錘接合部１２２と接続する境界に接するように配置した例を示しているが、境界を跨ぐようにピエゾ抵抗素子ｒを配置してもよい。
ピエゾ抵抗素子ｒは絶縁層１５０に覆われており、後述する配線１５２及びブリッジ配線Ｌとの接続箇所にコンタクトホール１５１を有している。接続抵抗を下げるためにコンタクトホール１５１によって露出したピエゾ抵抗素子部分に、高濃度拡散領域（ピエゾ抵抗素子よりも１〜３桁程度濃度が高い不純物領域）を設けて接続してもよい。

なお、Ｒｘ１〜Ｒｘ４、Ｒｙ１〜Ｒｙ４、Ｒｚ１〜Ｒｚ４の計１２個の検出部は検出方向ごとに接続されて、図１０に示すようなブリッジ回路を形成している。４つの辺それぞれに少なくとも２以上のピエゾ抵抗素子ｒが配設されている。なお、ブリッジ回路とセンサの出力の関係については本出願人の特許出願である特開２００７−３２２２９７号公報を参考にできる。フレーム部１２１上には、外部回路と接続するための電極パッド（図示しない）を有し、後述するブリッジ配線Ｌの延長部分が当該電極パッドと接続して、加速度に伴う電気信号を外部回路へ取り出している。

なお本明細書において、配線１５２はピエゾ抵抗素子ｒを接続するための金属配線であって、ブリッジ配線Ｌは検出部どうし、あるいは検出部と電極パッド（図示しない）とを接続するための配線のことを指している。

図５〜図８は本願発明の第１〜第４の実施形態を示す図である。以下、第１の実施形態から順に説明していく。
（第１の実施形態）
図５を参照して第１の実施形態について説明する。図５は本発明に係る第１の実施形態を表す図面であり、図５（Ａ）は検出部の詳細を説明する図面であり、図５（Ｂ）は検出部の配置を説明する図面である。図５（Ａ）では例示として、６本のピエゾ抵抗素子ｒからなるピエゾ抵抗群Ｒが、梁部１２３がフレーム部１２１および錘接合部１２２と接続する領域にそれぞれ配置されている。６本のピエゾ抵抗素子ｒのうち、３本のピエゾ抵抗素子ｒを金属材料からなる配線１５２により直列に接続し、Ｘ方向の加速度を検出するための検出部Ｒｘを構成している。また、残りの３本のピエゾ抵抗素子を同様に配線１５２により接続して、Ｚ方向の加速度を検出するための検出部Ｒｚとして構成している。検出部Ｒｘ１〜Ｒｘ４およびＲｚ１〜Ｒｚ４はそれぞれブリッジ配線Ｌにより接続される。配線１５２及びブリッジ配線Ｌを金属材料から構成することにより、検出部で発生する熱を外部へ放熱することができる。

検出部Ｒｘ（第１の検出部）を構成するピエゾ抵抗素子は、検出部Ｒｚ（第２の検出部）を構成するピエゾ抵抗素子をその間に挟まないように構成されている。つまり、最近接のピエゾ抵抗素子同士を接続している。これにより、配線１５２の引き回しを簡略化できるとともに、配線長を短くでき、配線抵抗を小さくすることができる。

また、図５（Ｂ）に示したように検出部を梁部１２３の幅中心線Ｌ_Cに対称、かつ錘部１４２の中心Ｇに点対称に配置した場合、加速度によって生じた梁部１２３の捻れ（錘部１４２の回転）により、検出したくない方向の物理量変動の検出（他軸感度）を抑えることができる。したがって、検出信号の精度を向上させることができる。錘部１４２の中心Ｇとは錘部の重心が存在する位置を指すものとする。

短いピエゾ抵抗素子ｒを当該箇所に配置することで、物理量変動を効果的に検出できる。また、複数本のピエゾ抵抗素子を直列に接続して適切な抵抗値を得ることにより、高感度化と低消費電力化の両立を可能とする。なお、対となる梁部１２３にも配置された検出部Ｒｘ３〜Ｒｘ４およびＲｚ３〜Ｒｚ４は、それぞれ同様に３個のピエゾ抵抗素子から構成されており、１つの検出方向につき４×３＝１２個（４Ｎ個であり、本実施形態ではＮ＝３）のピエゾ抵抗素子ｒによりブリッジ回路を構成している。本発明によれば、各方向４Ｎ（Ｎは２以上の整数）個のピエゾ抵抗素子により、ブリッジ回路を構成しているため、低消費電力化、かつ高感度化を可能とする。

次に図９を参照して、第１の実施形態に係る加速度センサの製造方法について述べる。図９は本発明に係る第１の実施形態の製造方法を示す図面である。
第１の実施形態に係る加速度センサの製造方法
（１）ＳＯＩ基板の準備（図９（Ａ）参照）
シリコン膜１２０、酸化シリコン膜１３０、シリコン基板１４０を積層してなるＳＯＩ基板１１０を用意する。上述したように、シリコン膜１２０はフレーム部１２１、錘接合部１２２、梁部１２３を構成する層である。酸化シリコン膜１３０は、シリコン膜１２０とシリコン基板１４０とを接合する層であり、かつエッチングストッパ層として機能する層である。シリコン基板１４０はフレーム部１４１、錘部１４２を構成する層である。ＳＯＩ基板１１０は、ＳＩＭＯＸないし、貼り合せ法等により作成される。ＳＯＩ基板１１０は、シリコン膜１２０、シリコン酸化膜１３０、シリコン基板１４０の厚みがそれぞれ、５μｍ、２μｍ、６００μｍである。なお、外周が１〜２ｍｍ正方の加速度センサ１が直径１５０ｍｍ〜２００ｍｍのウエハに多面付けで複数個配置されている。

（２）ピエゾ抵抗群の形成（図９（Ｂ）参照）
ＳＯＩ基板１１０のシリコン膜１２０側に不純物拡散用のマスク（図示せず）を形成する。このマスク材としては、例えばシリコン窒化膜（Ｓｉ₃Ｎ₄）やシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）を用いることができる。シリコン窒化膜をシリコン膜１２０全面にＬＰ−ＣＶＤ（Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により成膜した後、シリコン窒化膜上にレジストパターン（図示せず）を形成し、シリコン窒化膜にピエゾ抵抗素子ｒに対応する開口をＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）により形成する。

レジストパターンを除去後、シリコン膜１２０上にＢ（ボロン）などを含む拡散剤を塗布する。そして熱処理（約１０００℃）を施して、シリコン膜１２０内に拡散（ドライブイン）させ、複数本のピエゾ抵抗素子ｒからなるピエゾ抵抗群Ｒを形成する。不要な拡散剤は、フッ酸などを用いて除去する。なお、熱拡散法以外にイオン打ち込みによってピエゾ抵抗素子ｒを形成してもよい。その後、シリコン窒化膜（Ｓｉ₃Ｎ₄）は熱リン酸によって、エッチング除去する。

（３）絶縁層およびコンタクトホールの形成（図９（Ｃ）参照）
シリコン膜１２０上に絶縁層１５０を形成する。例えば、シリコン膜１２０の表面を熱酸化することで、絶縁層としてＳｉＯ₂の層を形成できる。絶縁層１５０上にレジストをマスクとしたＲＩＥによってコンタクトホール１５１を形成する。なお、コンタクトホール１５１の形成はシリコン基板１４０の加工後であってもよい。

（４）ギャップ形成（図９（Ｄ）参照）
フレーム部１４１の内枠に沿った開口を有するマスクを用いて、シリコン基板１４０をエッチングしてギャップ１６０を形成する。ギャップ１６０は、錘部１４２が下方（ガラス基板３側）へ変位するために必要な間隔であり、例えば、５〜１０μｍである。ギャップ１６０の値は、センサのダイナミックレンジに応じて適宜設定しうる。

（５）シリコン基板の加工（図９（Ｅ）参照）
次に、フレーム部１４１、錘部１４２に画定するためのマスクをシリコン基板１４０の下面に形成する。このマスクを用いてシリコン基板１４０をシリコン酸化膜１３０の下面が露出するまでエッチングを行なう。エッチングにはＤＲＩＥ（Ｄｅｅｐ Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）を用いるのが好適である。

ＤＲＩＥでは材料層を厚み方向に侵食しながら掘り進むエッチングステップと、彫った穴の側壁にポリマーの壁を形成するデポジションステップと、を交互に繰り返す。掘り進んだ穴の側壁は、順次ポリマーの壁が形成されて保護されるため、ほぼ厚み方向にのみ侵食を進ませることが可能である。エッチングガスとしてＳＦ₆等のイオン・ラジカル供給ガスを用い、デポジションガスとしてＣ₄Ｆ₈等を用いることができる。

（６）配線の作成（図９（Ｆ）参照）
配線１５２及びブリッジ配線Ｌを形成する。配線１５２及びブリッジ配線ＬはＡｌ，Ａｌ−Ｓｉ合金，Ａｌ−Ｎｄ合金などの金属材料を蒸着法、スパッタ法などにより成膜し、それをパターニングすることで得られる。Ｃｕ，Ａｕなどの金属材料を用いることもできるが、Ｃｕを用いた場合には金属汚染の可能性があり、Ａｕを用いた場合には製造コストが嵩んでしまう。製品の信頼性および製造コストの点でＡｌ系の材料が好ましい。なお、配線１５２及びブリッジ配線Ｌとピエゾ抵抗素子ｒとの間でオーミックコンタクトを形成するために、熱処理（３８０℃〜４００℃）を施す。なお、配線１５２上に保護膜としてシリコン窒化膜（Ｓｉ₃Ｎ₄）などの膜を設けてもよい。配線１５２を放熱性の優れた金属材料で構成することで、高濃度拡散配線に比べてピエゾ抵抗素子ｒで発生する熱の影響を抑えることができる。

配線１５２とブリッジ配線Ｌは同一工程で作成することが可能である。したがって工程増を招くことなく、出力変動を抑えて加速度センサを製造することができる。

（７）シリコン膜の加工（図９（Ｇ）参照）
シリコン膜１２０をシリコン酸化膜１３０の上面が露出するまでＲＩＥによりエッチングして開口１２４を形成して、フレーム部１２１、錘接合部１２２、梁部１２３を画定する。

（８）不要なシリコン酸化膜の除去（図９（Ｈ）参照）
エッチングストッパとして用いた部分の不要なシリコン酸化膜をＲＩＥあるいはウェットエッチングにより除去する。これにより、シリコン酸化膜１３０は、フレーム部１２１とフレーム部１４１、錘接合部１２２と錘部１４２の間に存在している。

（９）ガラス基板の接合（図９（Ｉ）参照）
センサ本体２とガラス基板３とを接合する。ガラス基板３は、Ｎａイオンなどの可動イオンを含む、いわゆるパイレックス（登録商標）ガラスであって、ＳＯＩ基板１１０との接合には陽極接合を用いる。なお、陽極接合時の静電引力により錘部１４２がガラス基板３の上面にスティッキングするのを防ぐために、ガラス基板３の上面にスパッタ法によりＣｒなどのスティッキング防止膜（図示せず）を形成しておいてもよい。これによりセンサ本体２とガラス基板３が接合され、加速度センサ１が構成される。

（１０）個片化
加速度センサ１をダイシングソー等でダイシングし、個々の加速度センサ１に個片化する。本明細書ではウエハに多面付け配置された「加速度センサ」と、個片化された「加速度センサ」とを特に区別せず加速度センサ１と呼んでいる。

（第２の実施形態）
図６を参照して第２の実施形態について説明する。第１の検出部Ｒｘ及び第２の検出部Ｒｚを構成するピエゾ抵抗素子がそれぞれ、梁部１２３の幅中心線Ｌ_C（図中点線）に対称に配置されている点を除き、第１の実施形態と略同一である。上記の構成とすることで、梁部１２３の幅中心線に対称にピエゾ抵抗素子を配置すると検出したくない捻れが発生したときに、ピエゾ抵抗素子にはそれぞれ逆方向の応力が加わることになるため、応力の影響を相殺することができる。その結果、他軸感度の影響を抑え、検出精度を向上させることができる。

第２の実施形態に係る加速度センサの製造方法
ピエゾ抵抗素子ｒを、梁部１２３の幅中心線Ｌ_Cに対称となるように配置し、それらを各方向ごとに幅中心線Ｌ_Cに対称となるように配線１５２により直列に接続すればよく、第１の実施形態に係る加速度センサの製造方法と略同一であり、説明は省略する。

（第３の実施形態）
図７を参照して第３の実施形態について説明する。検出部を梁部１２３の幅中心線Ｌ_Cに対称ではなく、検出方向ごとの出力差に応じて梁部１２３の幅方向へ検出部の位置を調整している点を除き、第１の実施形態と略同一である。図７に示した配置は、Ｚ方向の出力を大きくするためのレイアウトの一例である。梁部１２３に生じる応力は梁部１２３の幅Ｃに直行する方向（梁部１２３の幅方向）についても分布を有している。梁部１２３の幅中心線Ｌ_Cから遠ざかるほど応力が大きくなり、反対に近づくほど応力は小さくなる。したがって、検出部の位置を幅方向にずらすことで、作用する応力を調整できる。上記の構成とすることで、検出方向間の出力差を抑えることができる。第１の検出部からの物理量変動による出力が第２の検出部からの物理量変動の出力よりも大きい場合には第１の検出部を第２の検出部よりも梁１２３の幅中心線Ｌ_Cに近づけて位置に配置し、反対に第１の検出部からの物理量変動による出力が第２の検出部からの物理量変動の出力よりも小さい場合には第１の検出部を第２の検出部よりも梁１２３の幅中心線Ｌ_Cから離れて配置する。

第３の実施形態に係る加速度センサの製造方法
ピエゾ抵抗素子ｒを出力差に応じて梁部１２３の幅方向に位置調整したマスクを用いて形成する点を除き、第１の実施形態に係る加速度センサの製造方法と略同一であり、説明は省略する。

（第４の実施形態）
図８を参照して第４の実施形態の変形例について説明する。梁部１２３上に、配線１５２及び／又はブリッジ配線Ｌと電気的に独立あるいは配線１５２及び／又はブリッジ配線Ｌから延伸されているダミー電極Ｓ及び放熱フィンＦを有する点を除き、第１の実施形態と略同一である。ダミー電極Ｓを配置することで、梁上の配線レイアウトを略均一にすることができる。ダミー電極Ｓは、ドットパターン、孤立あるいは連続したラインパターンでもよい。配線１５２及び／またはブリッジ配線Ｌの少なくとも一部表面の露出し（保護膜を開孔させて）、大気と接するように構成してもよい。その場合、放熱特性を向上させることができる。

より放熱性を高めるために、配線１５２から延伸され、一体的に構成された金属材料からなる放熱フィンＦを配設するとよい。これにより配線１５２の表面積を増やすことができ、放熱性を向上させることができる。

ダミー電極Ｓ／放熱フィンＦが梁部１２３に占める面積割合が大きくなりすぎると、梁部１２３の材料であるシリコンと配線の材料である金属との線膨張係数の差から出力特性の変動の原因となる可能性があるため、多用することは避ける方が好ましい。

第４の実施形態に係る加速度センサの製造方法
配線１５２及びブリッジ配線Ｌの形成の際に、ダミー電極Ｓ／放熱フィンＦを形成すればよい。その他の点は、第１の実施形態に係る加速度センサの製造方法と略同一であり、説明は省略する。ブリッジ配線Ｌと同様の材料、同一の工程にてダミー電極Ｓ／放熱フィンＦを形成することで、新たな工程を付加せずに信頼性に優れた加速度センサを提供することができる。

（実施例）
ＳＯＩ基板（５μｍ／２μｍ／６２５μｍ）に１．５ｍｍ正方の加速度センサを多面付けで作製した。加速度センサにおける各方向の検出部は、２本のピエゾ抵抗素子をＡｌ材料からなる配線で直列に接続して構成した。ブリッジ回路に３Ｖの電圧を印加した状態の出力変動を１０分間（６００秒）にわたり観測した。本発明に係る加速度センサでは、初期動作（駆動開始１０秒後）以降の出力変動は±０．０３ｍＶの範囲であり、出力変動が小さいことが確認された。

（比較例）
ピエゾ抵抗素子間を高濃度拡散配線で接続したセンサにつき、上記と同様に出力変動を測定したところ、初期動作（駆動開始１０秒後）以降の出力変動は±２．０ｍＶの範囲でバラツキが生じ、出力変動が大きかった。

以上、本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張、変更可能であり、拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明に係る加速度センサの全体斜視図である。 加速度センサの分解斜視図である。 センサ本体の平面図および断面図である。 検出部の詳細を説明する図面である。 本発明に係る第１の実施形態を表す図面である。 本発明に係る第２の実施形態を表す図面である。 本発明に係る第３の実施形態を表す図面である。 本発明に係る第４の実施形態を表す図面である。 本発明に係る第１の実施形態の製造方法を表す図面である。 ブリッジ回路の概要を示す図面である。

符号の説明

１：加速度センサ
２：センサ本体
３：支持基板
１１０：ＳＯＩ基板
１２０：シリコン膜
１２１：フレーム部
１２２：錘接合部
１２３：梁部
１２４：開口
１３０：シリコン酸化膜
１４０：シリコン基板
１４１：フレーム部
１４２：錘部
１５０：絶縁層
１５１：コンタクトホール
１５２：配線
１６０：ギャップ

ｒ：ピエゾ抵抗素子
Ｒ：ピエゾ抵抗郡
Ｒｘ：検出部
Ｒｙ：検出部
Ｒｚ：検出部
Ｆ：放熱フィン
Ｇ：錘部の中心Ｇ
Ｌ：ブリッジ配線
Ｌ_C：梁の幅中心線
Ｓ：ダミー電極

Claims (10)

1. 開口を有するフレーム部と、
   前記フレーム部の開口内に配置された錘部と、
   前記フレーム部と前記錘部とを接続する少なくとも一本の梁部と、
   前記梁部に形成され、かつ前記梁部の一端が前記フレーム部と接続する領域と、前記梁部の他端が前記錘部と接続する領域とにそれぞれ配置され、物理量変動を検出するための複数の検出部とを備え、
   前記検出部は、複数のピエゾ抵抗素子を金属材料からなる配線により直列に接続して構成されていることを特徴とする物理量センサ。
2. 前記配線は、金属材料からなる放熱フィンを有することを特徴とする請求項１項記載の物理量センサ。
3. 前記配線の少なくとも一部表面は大気に露出していることを特徴とする請求項１または２記載の物理量センサ。
4. 前記梁部上に、ブリッジ回路を構成するように前記検出部を接続するブリッジ配線を備え、
   前記配線及び／又は前記ブリッジ配線と電気的に独立あるいは前記配線及び／又は前記ブリッジ配線から延伸して構成されたダミー電極が配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の物理量センサ。
5. 前記検出部は、第１の方向の物理量変動を検出するための第１の検出部と、前記第１の方向と交わる第２の方向の物理量変動を検出するための第２の検出部とを含み、
   前記第１の検出部を構成するピエゾ抵抗素子は、前記第２の検出部を間に挟まないように構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の物理量センサ。
6. 前記検出部は、第１の方向の物理量変動を検出するための第１の検出部と、前記第１の方向と交わる第２の方向の物理量変動を検出するための第２の検出部とを含み、
   前記第１の検出部と前記第２の検出部とを前記梁部の幅中心線に対称、かつ前記錘部の中心に点対称に配置したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の物理量センサ。
7. 前記検出部は、第１の方向の物理量変動を検出するための第１の検出部と、前記第１の方向と直交する第２の方向の物理量変動を検出するための第２の検出部とを含み、
   前記第１の検出部を構成する複数のピエゾ抵抗素子と前記第２の検出部を構成する複数のピエゾ抵抗素子とは、それぞれ前記梁部の幅中心線に対称に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の物理量センサ。
8. 前記検出部は、第１の方向の物理量変動を検出するための第１の検出部と、前記第１の方向と直交する第２の方向の物理量変動を検出するための第２の検出部とを含み、
   前記第１の検出部からの物理量変動による出力が前記第２の検出部からの物理量変動による出力よりも大きい場合には、前記梁部の前記第１の検出部を前記第２の検出部よりも前記梁の幅中心線に近付けて配置し、
   前記第１の検出部からの物理量変動による出力が前記第２の検出部からの物理量変動による出力よりも小さい場合には、前記梁部の前記第１の検出部を前記第２の検出部よりも前記梁の幅中心線から離れて配置することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の物理量センサ。
9. 半導体基板を用いて物理量を検出するセンサを製造する方法であって、
   前記半導体基板の一方の面に不純物を拡散して複数のピエゾ抵抗素子を形成する工程と、
   前記半導体基板から、開口を有するフレーム部と、前記フレーム部の開口内に配置された錘部と、前記フレーム部と前記錘部とを接続する少なくとも一本の梁部と、を形成する工程と、
   所定の前記ピエゾ抵抗素子を金属材料からなる配線により直列に接続して検出部を形成する工程と、
   前記可撓部及び前記フレーム部上に、ブリッジ回路を構成するように前記検出部を接続するブリッジ配線を形成する工程と、を含むことを特徴とするセンサの製造方法。
10. 前記配線と前記ブリッジ配線とを同時に形成することを特徴とする請求項９記載の物理量センサの製造方法。

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