JP4589605B2 - 半導体多軸加速度センサ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、自動車、家電製品などに用いられ複数方向それぞれの加速度に感度を有する半導体多軸加速度センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から提供されている半導体加速度センサとしては、ピエゾ抵抗式のものや静電容量式のものなどがある。ここにおいて、ピエゾ抵抗式の半導体加速度センサの一例として、複数方向それぞれの加速度に感度を有する半導体多軸加速度センサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この種の半導体多軸加速度センサでは、例えば、図１９に示すように、シリコン基板上にシリコンエピタキシャル層を成長した所謂エピ基板を用いて形成したセンサ本体１’の裏面にガラス製のカバー２が接合されている。なお、図１９は一部破断した概略斜視図である。
【０００３】
センサ本体１’は、矩形枠状のフレーム部１１’を備え、フレーム部１１’の内側に配置された重り部１２’がフレーム部１１’よりも薄肉である４つの撓み部１３’を介してフレーム部１１’に連続一体に連結された構造を有している。なお、フレーム部１１’と重り部１２’とは水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ）などのアルカリ系溶液を用いたシリコンの異方性エッチングなどによって上記エピ基板の一部をエッチング除去することにより分離されている。
【０００４】
各撓み部１３’には、それぞれひずみ検出素子として２個ずつのピエゾ抵抗Ｒが形成されている。ピエゾ抵抗Ｒは、ブリッジ回路を構成するように金属配線（例えば、アルミニウム配線）１７によって接続されている。また、ブリッジ回路の各端子となるパッド１６はフレーム部１１’に形成されている。
【０００５】
ここにおいて、図１９の左側に示したように、センサ本体１’の厚み方向をｚ軸方向、ｚ軸方向に直交する平面においてフレーム部１１’の一辺に沿った方向をｘ軸方向、この一辺に直交する辺に沿った方向をｙ軸方向と規定すれば、重り部１２’は、ｘ軸方向に延長された２つ１組の撓み部１３’，１３’と、ｙ軸方向に延長された２つ１組の撓み部１３’，１３’とを介してフレーム部１１’に支持されていることになり、ｘ軸方向に延長された２つの撓み部１３’，１３’に形成された合計４つのピエゾ抵抗Ｒがブリッジ回路を構成するように金属配線１７によって電気的に接続され、ｙ軸方向に延長された２つの撓み部１３’，１３’に形成された合計４つのピエゾ抵抗Ｒが別のブリッジ回路を構成するように金属配線１７によって電気的に接続されている。なお、各ブリッジ回路それぞれの各端子となるパッド１６は各ブリッジ回路ごとに設けられている。つまり、２つのブリッジ回路それぞれについて入力用の２個のパッド１６と出力用の２個のパッド１６とが設けられており、合計８個のパッド１６が設けられている。
【０００６】
したがって、センサ本体１’にｘ軸方向ないしｙ軸方向の成分を含む外力（すなわち、加速度）が作用すると、重り部１２’の慣性によってフレーム部１１’に対して重り部１２’が変位し、結果的に撓み部１３’が撓んで当該撓み部１３’に形成されているピエゾ抵抗Ｒの抵抗値が変化することになる。つまり、ピエゾ抵抗Ｒの抵抗値の変化を検出することによりセンサ本体１’に作用したｘ軸方向ないしｙ軸方向の加速度をそれぞれ検出することができる。
【０００７】
ところで、センサ本体１’では、ｘ軸方向およびｙ軸方向それぞれの加速度の検出感度の高感度化を図るために、各軸方向の加速度が作用した際に撓み部１３’において発生する応力が最大となる重り部１２’近傍の部分にピエゾ抵抗Ｒを配置してある。つまり、ピエゾ抵抗Ｒの形成位置を最適化することでｘ軸方向およびｙ軸方向それぞれの加速度を高感度で検出できるようにしてある。また、ピエゾ抵抗Ｒとパッド１６とを電気的に接続する配線を金属配線１７によって構成することで配線の抵抗値をピエゾ抵抗Ｒの抵抗値に比べて十分小さくでき、配線の抵抗値を無視でき、ブリッジ回路の回路バランスが容易になる。なお、撓み部１３’の延長方向における長さを長くすることによっても高感度化を図ることができる。
【０００８】
上述のカバー２’は、外形が矩形状であって、センサ本体１’の裏面に周部が陽極接合により接合されており、重り部１２’との対向面に重り部１２’の移動範囲を確保するための凹所２ａ’が形成されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−１６０３４８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体加速度センサにおいては使用温度範囲におけるブリッジ回路の出力電圧のオフセット電圧（加速度が作用していない状態での出力電圧）が小さいことが望ましく、例えば車載用の半導体加速度センサでは、−４０℃〜８０℃という比較的広い温度範囲におけるオフセット電圧の変動幅が小さいことが望ましい。
【００１１】
しかしながら、上記従来構成の半導体多軸加速度センサでは、フレーム部１１’に対する重り部１２’の変位により撓み部１３’に生じるひずみによって抵抗率の変化する抵抗体であるピエゾ抵抗Ｒとパッド１６とを電気的に接続する配線が金属配線１７により構成されているので、撓み部１３’に金属（金属配線１７）とシリコン（上記シリコンエピタキシャル層において金属配線１７に重なる部分）とからなるバイメタルが形成されることとなる。このため、温度特性の評価中に金属とシリコンとの熱膨張係数差から生じる熱応力による撓みが発生し、加速度以外の要因である熱応力によるピエゾ抵抗Ｒの抵抗値変化が検出されてしまうばかりでなく、使用温度範囲でのオフセット電圧の変動幅が大きくなってしまう（熱ヒステリシスが発生する）という不具合があった。特に、検出感度の高感度を図るために撓み部１３’の長さを長くした場合には、上記バイメタルが温度特性に与える影響が大きくなる。
【００１２】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、撓み部に設けた抵抗体と電気的に接続された配線に起因した温度特性の悪化を抑制できる半導体多軸加速度センサを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、枠状のフレーム部の内側に配置した重り部が重り部を挟んでフレーム部に延長された２組の撓み部を介してフレーム部に支持され、フレーム部に対する重り部の変位により撓み部に生じるひずみによって抵抗率の変化する抵抗体が各撓み部に形成されたセンサ本体を備え、複数方向の加速度をそれぞれ検出する半導体多軸加速度センサであって、抵抗体に電気的に接続された配線のうち少なくとも各撓み部に設けられる部分の一部もしくは全部は、拡散層配線からなることを特徴とする。このような構成によれば、配線のうち撓み部に形成される部分の一部もしくは全部が拡散層配線からなるので、抵抗体からフレーム部側へ延設する配線を全長に亘って金属配線により形成しなくてもよく、拡散層配線と撓み部との熱膨張係数が略等しいから、従来のように撓み部の配線が金属配線のみにより構成され金属配線の金属材料と撓み部の材料との熱膨張係数の相違に起因したバイメタルが形成される場合に比べて、抵抗体と電気的に接続された配線に起因した温度特性の悪化を抑制できる。また、請求項１の発明では、前記各撓み部に形成されている前記抵抗体および前記配線は、前記組をなす前記撓み部にて発熱量が略同等となるように前記抵抗体および前記配線の電気抵抗を設定してなるので、前記抵抗体および前記配線の一部で構成され加速度を検出するブリッジ回路に関して、前記撓み部での発熱に起因した温度上昇によるブリッジ回路のオフセット電圧の変動を小さくすることができる。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記撓み部の組として互いに直交する方向に延長された２組を備え、前記各撓み部の延長方向において前記重り部近傍に一対ずつ形成された前記抵抗体および前記配線の一部で構成され互いに異なる方向の加速度を検出するブリッジ回路を前記撓み部の組ごとに有することを特徴とする。このような構成によれば、少なくとも２つの方向それぞれの加速度に応じた前記センサ本体の各出力をそれぞれブリッジ回路の出力電圧として得ることができる。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記各撓み部それぞれに前記一対の抵抗体とは別の抵抗体が形成され、当該別の抵抗体および前記配線の一部で構成され前記各ブリッジ回路とは異なる方向の加速度を検出するブリッジ回路を有することを特徴とする。このような構成によれば、３つの方向それぞれの加速度に応じた前記センサ本体の各出力をそれぞれブリッジ回路の出力電圧として得ることができる。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、前記拡散層配線は、少なくとも前記組をなす前記撓み部において同形状に形成されてなることを特徴とする。このような構成によれば、前記組をなす前記撓み部において発生する応力が略等しくなるので、前記組をなす前記撓み部において発生する応力が異なる場合に比べてオフセット電圧を小さくすることができる。
【００１８】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記重り部に前記配線の一部が形成され、前記配線のうち前記重り部に形成される部分は、拡散層配線と金属配線との少なくとも一方で構成され、互いに交差する前記配線の一方が拡散層配線により構成されるとともに他方が金属配線により構成され、拡散層配線と金属配線との間には絶縁膜が介在することを特徴とする。このような構成によれば、前記重り部に前記配線の一部を形成しない場合に比べて前記配線の引き回しが容易になり、前記配線の抵抗値を小さくすることが可能になるとともに、前記センサ本体の小型化を図ることが可能になる。
【００２１】
請求項６の発明は、請求項２または請求項３の発明において、前記各ブリッジ回路の入力用のパッドを共通化してフレーム部に設けてあることを特徴とする。このような構成によれば、前記各ブリッジ回路ごとに入力用のパッドを前記フレーム部に設ける場合に比べて前記配線のレイアウトが容易になるとともにパッドの数を削減でき、前記センサ本体の小型化を図ることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本実施形態の半導体多軸加速度センサは、図２に示すように、厚み方向の中間部にシリコン酸化膜からなる埋込酸化膜１０２を有するＳＯＩ基板１００を用いて形成したセンサ本体１の裏面にガラス製のカバー２を陽極接合により固着した構造を有する。なお、ＳＯＩ基板１００は、シリコン基板からなる支持基板１０１とｎ形のシリコン層（シリコン活性層）１０３との間に絶縁膜である埋込酸化膜１０２が形成された所謂ＳＯＩウェハの一部により構成される。
【００２３】
センサ本体１は、図１ないし図３に示すように、矩形枠状のフレーム部１１を備え、フレーム部１１の内側に配置された重り部１２がフレーム部１１よりも薄肉である４つの撓み部１３を介してフレーム部１１に連続一体に連結された構造を有している。ここにおいて、センサ本体１は、重り部１２における埋込酸化膜１０２よりも裏面側の部分の厚さがフレーム部１１における埋込酸化膜１０２よりも裏面側の部分の厚さに比べて薄くなっており、フレーム部１１の裏面が全周にわたって矩形状のカバー２の周部に接合されている。したがって、重り部１２の裏面とカバー２との間には重り部１２の厚さ方向への重り部１２の変位を可能とする隙間が形成されている。なお、各撓み部１３は、上述のシリコン層１０３の一部と当該一部に積層されたシリコン酸化膜からなる絶縁膜（図示せず）とで構成されている。
【００２４】
重り部１２は、上述の４つの撓み部１３を介してフレーム部１１に支持された直方体状の主重り部１２ａと、センサ本体１の主表面側から見て主重り部１２ａの四隅それぞれに連続一体に連結された直方体状の４つの付加重り部１２ｂとを有している。つまり、各付加重り部１２ｂは、フレーム部１１と主重り部１２ａと互いに直交する方向に延長された２つの撓み部１３，１３とで囲まれる空間に配置され、各付加重り部１２ｂそれぞれの周囲には主重り部１２ａとの連結部位を除いてスリット１４が形成されている。
【００２５】
ところで、図１の左下に示したように、センサ本体１の厚み方向をｚ軸方向、ｚ軸方向に直交する平面において矩形枠状のフレーム部１１の一辺に沿った方向をｘ軸方向、この一辺に直交する辺に沿った方向をｙ軸方向と規定すれば、重り部１２は、ｘ軸方向に延長されて主重り部１２ａを挟む２つ１組の撓み部１３，１３と、ｙ軸方向に延長されて主重り部１２ａを挟む２つ１組の撓み部１３，１３とを介してフレーム部１１に支持されていることになる。
【００２６】
ｘ軸方向に延長された２つの撓み部１３，１３のうち図１の左側の撓み部１３は延長方向（長手方向）において主重り部１２ａ近傍に２つのピエゾ抵抗Ｒ１ｘ，Ｒ３ｘが形成されるとともにフレーム部１１近傍に１つのピエゾ抵抗Ｒ４ｚが形成され、図１の右側の撓み部１３は延長方向において主重り部１２ａ近傍に２つのピエゾ抵抗Ｒ２ｘ，Ｒ４ｘが形成されるとともにフレーム部１１近傍に１つのピエゾ抵抗Ｒ２ｚが形成されている。ここに、主重り部１２ａ近傍の４つのピエゾ抵抗Ｒ１ｘ，Ｒ２ｘ，Ｒ３ｘ，Ｒ４ｘは、ｘ軸方向の加速度を検出するために形成されたものであって、長手方向を撓み部１３の延長方向に一致させてあり、図４に示す左側のブリッジ回路を構成するように接続されている。なお、ピエゾ抵抗Ｒ１ｘ〜Ｒ４ｘは、ｘ軸方向の加速度が作用したときに撓み部１３において最大応力が発生する領域に形成されている。
【００２７】
ｙ軸方向に延長された２つの撓み部１３，１３のうち図１の上側の撓み部１３は延長方向において主重り部１２ａ近傍に２つのピエゾ抵抗Ｒ１ｙ，Ｒ３ｙが形成されるとともにフレーム部１１近傍に１つのピエゾ抵抗Ｒ１ｚが形成され、図１の下側の撓み部１３は延長方向において主重り部１２ａ近傍に２つのピエゾ抵抗Ｒ２ｙ，Ｒ４ｙが形成されるとともにフレーム部１１近傍に１つのピエゾ抵抗Ｒ３ｚが形成されている。ここに、主重り部１２ａ近傍の４つのピエゾ抵抗Ｒ１ｙ，Ｒ２ｙ，Ｒ３ｙ，Ｒ４ｙは、ｙ軸方向の加速度を検出するために形成されたものであり、長手方向を撓み部１３の延長方向に一致させてあり、図４に示す中央のブリッジ回路を構成するように接続されている。なお、ピエゾ抵抗Ｒ１ｙ〜Ｒ４ｙは、ｙ軸方向の加速度が作用したときに撓み部１３において最大応力が発生する領域に形成されている。
【００２８】
また、フレーム部１１近傍の４つのピエゾ抵抗Ｒ１ｚ，Ｒ２ｚ，Ｒ３ｚ，Ｒ４ｚは、ｚ軸方向の加速度を検出するために形成されたものであり、図４に示す右側のブリッジ回路を構成するように接続されている。ただし、ピエゾ抵抗Ｒ１ｚ〜Ｒ４ｚは、ｚ軸方向の加速度が作用したときに撓み部１３において最大応力が発生する領域に形成されている。また、２つ１組となる撓み部１３，１３のうち一方の組の撓み部１３，１３に形成したピエゾ抵抗Ｒ１ｚ，Ｒ４ｚは長手方向が撓み部１３，１３の延長方向（長手方向）と一致するように形成されているのに対して、他方の組の撓み部１３，１３に形成したピエゾ抵抗Ｒ２ｚ，Ｒ３ｚは長手方向が撓み部１３，１３の幅方向（短手方向）と一致するように形成されている。
【００２９】
ところで、フレーム部１１には、８個のパッドを設けてある。ここに、上述の各ブリッジ回路それぞれの出力端子となるパッドは各ブリッジ回路ごとに設けてあるが、各ブリッジ回路の入力端子となるパッドは３つのブリッジ回路で共通化されている（つまり、３つのブリッジ回路に対する入力端子としては２つのパッドのみ設けてある）。図４の回路においては、ｘ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路の２つの出力端子Ｘ１，Ｘ２、ｙ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路の２つの出力端子Ｙ１，Ｙ２、ｚ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路の２つの出力端子Ｚ１，Ｚ２、各ブリッジ回路に共通の２つの入力端子ＶＤＤ，ＧＮＤがそれぞれパッドに対応している。なお、図１においてはフレーム部１１上に形成されるパッドおよびフレーム部１１に設けられる配線（拡散層配線および金属配線）のほとんどの図示を省略してあり、フレーム部１１上において図示を省略された各配線は配線ごとに矢印を付して矢先に表記した上記各端子それぞれに対応するＸ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２，Ｚ１，Ｚ２，ＶＤＤ，ＧＮＤのパッドに接続されている。例えば、図１においてピエゾ抵抗Ｒ１ｘの左端に接続されフレーム部１１まで延設された拡散層配線１５は出力端子Ｘ１に対応するパッドに接続されている。また、入力端子ＶＤＤと入力端子ＧＮＤとの間には外部電源（図示せず）から電圧が印加されるが、入力端子ＶＤＤが外部電源の高電位側、入力端子ＧＮＤが低電位側（グランド側）に接続される。
【００３０】
次に、加速度の検出原理について図５ないし図７を参照しながら説明するが、検出原理については周知なので簡単に説明する。なお、図５は上述の各ブリッジ回路を示しており、ｘ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路の場合には図５のピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４が上述のピエゾ抵抗Ｒ１ｘ〜Ｒ４ｘとなるとともに図５の出力端子Ｖ１，Ｖ２が上述の出力端子Ｘ１，Ｘ２となり、ｙ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路の場合には図５中のピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４が上述のピエゾ抵抗Ｒ１ｙ〜Ｒ４ｙとなるとともに図５の出力端子Ｖ１，Ｖ２が上述の出力端子Ｙ１，Ｙ２となり、ｚ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路の場合には図５中のピエゾ抵抗Ｒ１がピエゾＲ４ｚ、ピエゾ抵抗Ｒ２がピエゾＲ１ｚ、ピエゾ抵抗Ｒ３がピエゾＲ２ｚ、ピエゾ抵抗Ｒ４がピエゾＲ３ｚとなるとともに図５の出力端子Ｖ１，Ｖ２が上述の出力端子Ｚ１，Ｚ２となる。
【００３１】
いま、センサ本体１にｘ軸方向の成分を含む外力（すなわち、加速度）が作用したとすると、図６に示すように、重り部１２の慣性によってフレーム部１１に対して重り部１２が変位し、結果的に撓み部１３が撓んで当該撓み部１３に形成されているピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４（Ｒ１ｘ〜Ｒ４ｘ）の抵抗値が変化することになる（なお、図６中の矢印Ｂは重り部１２の変位した向きを示している）。この場合、ピエゾ抵抗Ｒ１，Ｒ３（Ｒ１ｘ，Ｒ３ｘ）は引張応力を受け、ピエゾ抵抗Ｒ２，Ｒ４は圧縮応力を受ける。図６中において「＋」を丸で囲んだ記号は当該直下に形成されているピエゾ抵抗が引張応力を受けることを示し、「−」を丸で囲んだ記号は当該記号直下に形成されているピエゾ抵抗が圧縮応力を受けることを示している。一般的にピエゾ抵抗は引張応力を受けると抵抗値（抵抗率）が増大し、圧縮応力を受けると抵抗値（抵抗率）が減少する特性を有しているので、ピエゾ抵抗Ｒ１，Ｒ３は抵抗値が増大し、ピエゾ抵抗Ｒ２，Ｒ４は抵抗値が減少することになる。したがって、図５における出力端子Ｖ１，Ｖ２（Ｘ１，Ｘ２）間に電位差が生じる。ここに、出力端子Ｖ１の電位をｖ１、出力端子Ｖ２の電位をｖ２、ブリッジ回路の出力電圧をｖとすれば、ｖ＝ｖ１−ｖ２となるから、ピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値の変化を検出することによりセンサ本体１に作用したｘ軸方向の加速度を検出することができるのである。なお、ｘ軸方向の加速度が作用したときには、ｙ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路およびｚ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路では抵抗値の増減が相殺されて出力端子Ｖ１，Ｖ２間に電位差は生じない。
【００３２】
同様に、センサ本体１にｙ軸方向の成分を含む外力（すなわち、加速度）が作用した場合にも、図６に示すように、重り部１２の慣性によってフレーム部１１に対して重り部１２が変位し、結果的に撓み部１３が撓んで当該撓み部１３に形成されているピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４（Ｒ１ｙ〜Ｒ４ｙ）の抵抗値が変化することになり、出力端子Ｖ１，Ｖ２（Ｙ１，Ｙ２）間に電位差が生じるので、出力端子Ｖ１の電位をｖ１、出力端子Ｖ２の電位をｖ２、ブリッジ回路の出力電圧をｖとすれば、ｖ＝ｖ１−ｖ２となるから、ピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値の変化を検出することによりセンサ本体１に作用したｙ軸方向の加速度を検出することができるのである。
【００３３】
また、センサ本体１にｚ軸方向の成分を含む外力（すなわち、加速度）が作用した場合には、図７に示すように、重り部１２の慣性によってフレーム部１１に対して重り部１２が変位し、結果的に撓み部１３が撓んで当該撓み部１３に形成されているピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４（Ｒ１ｚ〜Ｒ４ｚ）の抵抗値が変化することになる（なお、図７中の矢印Ｃは重り部１２の変位した向きを示している）。ここにおいて、ピエゾ抵抗Ｒ１ｚ〜Ｒｚ４は同じ応力（図示例では圧縮応力）を受けるが、ピエゾ抵抗Ｒ１ｚ，Ｒ３ｚでは撓み部１３の延長方向に沿った向きで電流が流れるのに対してピエゾ抵抗Ｒ２ｚ，Ｒ４ｚでは撓み部１３の幅方向に沿った向きで電流が流れることによりピエゾ抵抗Ｒ１ｚ，Ｒ３ｚとピエゾ抵抗Ｒ２ｚ，Ｒ４ｚとで抵抗値の増減が逆となり、出力端子Ｖ１，Ｖ２（Ｚ１，Ｚ２）間に電位差が生じるので、出力端子Ｖ１の電位をｖ１、出力端子Ｖ２の電位をｖ２、ブリッジ回路の出力電圧をｖとすれば、ｖ＝ｖ１−ｖ２となるから、ピエゾ抵抗Ｒ１〜Ｒ４の抵抗値の変化を検出することによりセンサ本体１に作用したｚ軸方向の加速度を検出することができるのである。
【００３４】
なお、本実施形態では、ピエゾ抵抗Ｒ１ｘ〜Ｒ４ｘ，Ｒ１ｙ〜Ｒ４ｙ，Ｒ１ｚ〜Ｒ４ｚそれぞれが、フレーム部１１に対する重り部１２の変位により撓み部１３に生じるひずみによって抵抗率の変化する抵抗体を構成している。
【００３５】
ところで、上述の説明から分かるように、センサ本体１では、ピエゾ抵抗Ｒ１ｘ〜Ｒ４ｘ，Ｒ１ｙ〜Ｒ４ｙ，Ｒ１ｚ〜Ｒ４ｚが上記各ブリッジ回路を構成するように電気的に接続されるとともにパッドに電気的に接続されるが、本実施形態では、ピエゾ抵抗Ｒ１ｘ〜Ｒ４ｘ，Ｒ１ｙ〜Ｒ４ｙ，Ｒ１ｚ〜Ｒ４ｚに電気的に接続された配線として拡散層配線１５と金属配線（例えば、アルミニウム配線）１７との２種類があり、少なくとも各撓み部１３に形成される部分が拡散層配線１５により構成されている。ここにおいて、各ピエゾ抵抗Ｒ１ｘ〜Ｒ４ｘ，Ｒ１ｙ〜Ｒ４ｙ，Ｒ１ｚ〜Ｒ４ｚに電気的に接続された配線のうちフレーム部１１に形成される部分の配線の大部分は金属配線（図示せず）により構成されているが、各ピエゾ抵抗Ｒ１ｘ〜Ｒ４ｘ，Ｒ１ｙ〜Ｒ４ｙ，Ｒ１ｚ〜Ｒ４ｚおよび各パッドのレイアウトの関係で配線を交差させる必要がある場合には、互いに交差する配線の一方を拡散層配線により構成するとともに他方を金属配線により構成するようにしてある。ただし、金属配線は、上述のシリコン層１０３上に形成した上記絶縁膜上に形成してあり、金属配線と拡散層配線とはコンタクト部において電気的に接続されている。ここに、上記絶縁膜は上述のようにシリコン酸化膜により構成されているが、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜により構成してもよく、いずれにしても、コンタクト部は、上記絶縁膜に開孔したコンタクトホールに金属配線の一部を埋め込むことにより形成されている。したがって、コンタクト部を除けば、金属配線と拡散層配線とが交差する部分では、金属配線と拡散層配線との間に上記絶縁膜の一部が介在している。
【００３６】
また、ピエゾ抵抗Ｒ１ｘ〜Ｒ４ｘをブリッジ接続する配線およびピエゾ抵抗Ｒ１ｙ〜Ｒ４ｙをブリッジ接続する配線をフレーム部１１に引き回すようにレイアウトした場合には配線長が長くなりブリッジ回路内で配線の抵抗値が不均一になるばかりでなく、センサ本体１の大型化を招いてしまう。そこで、本実施形態では、ピエゾ抵抗Ｒ１ｘ〜Ｒ４ｘをブリッジ接続する配線およびピエゾ抵抗Ｒ１ｙ〜Ｒ４ｙをブリッジ接続する配線の一部を主重り部１２ａに形成するようにしてある。ただし、このような配線のレイアウトに関しては配線を適宜交差させる必要があるので、互いに交差する配線の一方を拡散層配線１５により構成するとともに他方を金属配線１７により構成するようにしてある。ここに、金属配線１７は、主重り部１２ａにおける上述のシリコン層１０３上のシリコン酸化膜からなる絶縁膜上に形成してあり、金属配線１７と拡散層配線１５とはコンタクト部２０において電気的に接続されている。また、主重り部１２ａに形成される拡散層配線１５の平面形状はＬ字状であって、主重り部１２ａに形成される４つの拡散層配線１５は互いに交差しないように配設している。
【００３７】
なお、本実施形態では、上述のシリコン層１０３の導電形がｎ形なので、各ピエゾ抵抗Ｒ１ｘ〜Ｒ４ｘ、Ｒ１ｙ〜Ｒ４ｙ、Ｒ１ｚ〜Ｒ４ｚの導電形をｐ形としてあり、拡散層配線１５の導電形を高濃度のｐ形としてあるが、シリコン層１０３の導電形がｐ形の場合には各ピエゾ抵抗Ｒ１ｘ〜Ｒ４ｘ，Ｒ１ｙ〜Ｒ４ｙ，Ｒ１ｚ〜Ｒ４ｚの導電形をｎ形とするとともに、拡散層配線１５の導電形を高濃度のｎ形とすればよい。また、ＳＯＩ基板１００については、支持基板１０１の厚さが４００〜６００μｍ程度、埋込酸化膜１０２の厚さが０．３〜１．５μｍ程度、シリコン層１０３の厚さが４〜６μｍ程度に設定してあることが望ましいが、これらの数値は特に限定するものではない。
【００３８】
ところで、上述の図５のようなブリッジ回路において、センサ本体１に加速度が作用していないときの出力電圧（ｖ＝ｖ１−ｖ２）であるオフセット電圧（零点電圧）は小さい方が望ましい。ここに、上述のように各撓み部１３に形成する配線を拡散層配線１５により構成したセンサ本体１では、各撓み部１３に形成する配線を従来例同様に金属配線（例えば、アルミニウム配線）で構成したものに比べて温度特性が優れているが、オフセット電圧が大きくなってしまう恐れがある。すなわち、各撓み部１３に形成する配線を金属配線で構成したものでは、ピエゾ抵抗間を連結する配線に比抵抗の小さな金属（例えば、アルミニウム）を用いていることにより、ピエゾ抵抗間を連結する配線の配線長に長短があってもオフセット電圧を小さくできるのに対して、各撓み部１３に形成する配線をシリコンに不純物をドープして形成する拡散層配線１５で構成した本実施形態のセンサ本体１では、各撓み部１３における配線の比抵抗が大きいので、結果的にピエゾ抵抗を連結する配線の配線抵抗（抵抗値）が大きくなり、ピエゾ抵抗を連結する配線の配線長の差が大きくなるほどオフセット電圧が大きくなってしまう。そこで、本実施形態では、図８に示すように、ピエゾ抵抗Ｒ１とグランド側の入力端子ＧＮＤとの間に介在する配線の抵抗値をｒ１、ピエゾ抵抗Ｒ２とグランド側の入力端子ＧＮＤとの間に介在する配線の抵抗値をｒ２、ピエゾ抵抗Ｒ１と出力端子Ｖ１との間に介在する配線の抵抗値をｒ３、ピエゾ抵抗Ｒ２と出力端子Ｖ２との間に介在する配線の抵抗値をｒ４、ピエゾ抵抗Ｒ１とピエゾ抵抗Ｒ４との間に介在する配線の抵抗値をｒ５、ピエゾ抵抗Ｒ２とピエゾ抵抗Ｒ３との間に介在する配線の抵抗値をｒ６、ピエゾ抵抗Ｒ３と高電位側の入力端子ＶＤＤとの間に介在する配線の抵抗値をｒ７、ピエゾ抵抗Ｒ４と高電位側の入力端子ＶＤＤとの間に介在する配線の抵抗値をｒ８とすれば、抵抗値ｒ１と抵抗値ｒ２とが等しく、抵抗値ｒ３と抵抗値ｒ４とが等しく、抵抗値ｒ５と抵抗値ｒ６とが等しく、抵抗値ｒ７と抵抗値ｒ８とが等しくなるように配線のレイアウトなどを設計してある。
【００３９】
また、本実施形態では、ｘ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路に関して、組をなす撓み部１３，１３では、各撓み部１３，１３に形成されているピエゾ抵抗Ｒ１ｘ〜Ｒ４ｘおよび配線による発熱量が組をなす撓み部１３，１３にて略同等となるようにピエゾ抵抗Ｒ１ｘ〜Ｒ４ｘおよび拡散層配線１５の電気抵抗を設定してあるので、ブリッジ回路の出力電圧のオフセット電圧を小さくすることができる。同様に、ｙ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路に関して、組をなす撓み部１３，１３では、各撓み部１３，１３に形成されているピエゾ抵抗Ｒ１ｙ〜Ｒ４ｙおよび配線による発熱量が組をなす撓み部１３，１３にて略同等となるようにピエゾ抵抗Ｒ１ｙ〜Ｒ４ｙおよび拡散層配線１５の電気抵抗を設定してあるので、ブリッジ回路の出力電圧のオフセット電圧を小さくすることができる。また、ｚ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路に関して、各撓み部１３に形成されているピエゾ抵抗Ｒ１ｚ〜Ｒ４ｚおよび配線による発熱量が組をなす撓み部１３，１３にて略同等となるようにピエゾ抵抗Ｒ１ｚ〜Ｒ４ｚおよび拡散層配線１５の電気抵抗を設定してあるので、ブリッジ回路の出力電圧のオフセット電圧を小さくすることができる。なお、各ピエゾ抵抗Ｒ１ｚ〜Ｒ４ｚそれぞれの両端にそれぞれ接続されている拡散層配線１５，１５は抵抗値が等しくなるように設計することが望ましい。
【００４０】
ここで、上述のように撓み部１３における配線として金属配線に比べて抵抗値（配線抵抗）が大きくなる拡散層配線１５を採用する上で考慮しなければならない点として各撓み部１３での発熱量がある。センサ本体１に投入された電力は配線を電流が流れる際にジュール熱として消費されるから、撓み部１３においては拡散層配線１５が発熱する。しかし、センサ本体１は、拡散層配線１５上にシリコン酸化膜からなる上記絶縁膜が形成されており、上記絶縁膜はシリコンに比べて熱絶縁性が高い（熱伝導率が小さい）ので、各撓み部１３にて発生した熱がシリコン層１０３の厚み方向において拡散層配線１５を形成した側の表面側から放熱されにくくなってフレーム部１１や重り部１２に比べて薄肉の撓み部１３の熱歪みを招いて温度特性に支障をきたす恐れがある。したがって、センサ本体１としては、撓み部１３にて発生した熱を速やかに放熱できることが要求されるが、一般的に放熱量は熱伝達距離に反比例するので、撓み部１３における上記絶縁膜の膜厚を薄くすることにより放熱性を向上させることができる。なお、従来から１方向のみの加速度を検出する半導体加速度センサとして、いわゆる片持ち梁式の半導体加速度センサが知られており、片持ち梁式の半導体加速度センサにおいて撓み部に形成する配線を拡散層配線としたものがあるが、片持ち梁式の半導体加速度センサでは重り部において撓み部に連結されていない側が開放端となっているので、拡散層配線での発熱に起因する熱歪みによる温度特性への影響は少ない。しかしながら、両持ち梁式の半導体加速度センサ、特に本実施形態の半導体多軸加速度センサのように４つの撓み部１３が主重り部１２ａを中心として十字状に配置された両持ち梁式の半導体多軸加速度センサにおいては、撓み部１３の発熱が撓み部１３の変形（曲がり）を誘発する可能性があり、撓み部１３の拡散層配線１５で発生した熱を速やかに放熱させることが望ましい。
【００４１】
さて、上記絶縁膜の膜厚は、製造時にＳＯＩ基板１００の主表面側の全面に形成したシリコン酸化膜を拡散層配線１５の形成のためにパターニングし、パターニングされたシリコン酸化膜をマスクとして拡散層配線１５を形成してから、上記マスクとして利用したシリコン酸化膜を残したままＳＯＩ基板１００の主表面側の全面にシリコン酸化膜を形成するようなプロセスを採用することによって、撓み部１３において拡散層配線１５に重なる部分の膜厚を拡散層配線１５に重ならない部分の膜厚に比べて薄くできる（例えば、後述の実施形態４にて図１４を参照しながら説明する製造方法によれば、上記絶縁膜において拡散層配線１５に重なる部分の膜厚を拡散層配線１５に重ならない部分に比べて３０００Å程度薄くすることができる）ので、放熱性を向上させることができる。なお、拡散層配線１５の不純物濃度は１０^１８〜１０^２１（ｃｍ^−３）であればよく、不純物濃度が高いほど配線抵抗（抵抗値）を小さくでき、結果的にセンサ本体１における消費電力および発熱量を低減できて、温度特性の向上を図れる。
【００４２】
ところで、上述の各ピエゾ抵抗Ｒ１ｘ〜Ｒ４ｘ，Ｒ１ｙ〜Ｒ４ｙ，Ｒｚ１〜Ｒ４ｚおよび各拡散層配線１５は例えばイオン注入装置を用いてボロンなどのｐ形不純物を注入することにより形成してもよいし、ボロンなどのｐ形不純物のプレデポジションを行った後にドライブインを行うことにより形成してもよい。
【００４３】
また、重り部１２は、例えば、ＳＯＩ基板１００においてスリット１４および撓み部１３に対応する部位を裏面側から誘導結合プラズマ型のドライエッチング装置により埋込酸化膜１０２に達するまで垂直にエッチングした後、ＳＯＩ基板１００においてスリット１４に対応する部位をＳＯＩ基板１００の主表面から埋込酸化膜１０２に達する深さまでエッチング（ドライエッチングないしウェットエッチング）し、その後、ＳＯＩ基板１００においてスリット部１４および撓み部１３に対応する部位の埋込酸化膜１０２をエッチング（ドライエッチングないしウェットエッチング）して除去することにより形成すればよい。このような製造方法によれば、撓み部１３はシリコン層１０３の一部および当該一部上の絶縁膜とで構成されることになり、ＳＯＩ基板１００の裏面側および主表面側それぞれからのエッチング時に埋込酸化膜１０２をエッチングストッパとして利用することで、撓み部１３の厚さ寸法を高精度に管理することが可能となって、歩留まりの向上が図れ、結果的に低コスト化を図れる。また、重り部１２を形成するにあたって、ＳＯＩ基板１００においてスリット１４および撓み部１３に対応する部位を裏面側から誘導結合プラズマ型のドライエッチング装置により埋込酸化膜１０２に達するまで垂直にエッチングしているので、従来のようにＫＯＨなどのアルカリ系溶液を用いたシリコンの異方性エッチングを利用して重り部１２を形成する場合に比べて、重り部１２の外周面とフレーム部１１の内周面との間の間隔を小さくすることができるから、センサ本体１の小型化を図れ、カバー２を含めたセンサチップの小型化を図ることができる。
【００４４】
以上説明した本実施形態の半導体多軸加速度センサでは、ピエゾ抵抗Ｒ１ｘ〜Ｒ４ｘ，Ｒ１ｙ〜Ｒ４ｙ，Ｒ１ｚ〜Ｒ４ｚに電気的に接続された配線のうち少なくとも各撓み部１３に形成される部分が拡散層配線１５からなるので、配線のうち撓み部１３に形成される部分と撓み部１３との熱膨張係数が略等しくなり、図１９に示した従来構成のように撓み部１３’に金属配線１７のみが形成され金属配線１７の材料と撓み部１３’の材料との熱膨張係数の相違に起因したバイメタルが形成される場合に比べて、ピエゾ抵抗Ｒ１ｘ〜Ｒ４ｘ，Ｒ１ｙ〜Ｒ４ｙ，Ｒ１ｚ〜Ｒ４ｚと電気的に接続された配線に起因した温度特性の悪化を防止でき、優れた温度特性を得ることができる。すなわち、本実施形態の半導体多軸加速度センサでは、意図しないバイメタルに起因した温度特性の悪化を防止することができ、使用温度範囲でのオフセット電圧の変動幅を従来に比べて小さくすることができる（熱ヒステリシスを従来に比べて小さくすることができる）。
【００４５】
また、本実施形態では、上述のように３つのブリッジ回路で入力用の２つのパッドを共通化してある（３つのブリッジ回路が並列接続されている）ので、各ブリッジ回路ごとに入力用のパッドをフレーム部１１に設ける場合に比べて配線のレイアウトが容易になるとともにパッドの数を削減でき、センサ本体１の小型化を図ることができ、カバー２を含めたセンサチップ全体の小型化を図ることができる。
【００４６】
（実施形態２）
本実施形態の半導体多軸加速度センサの基本構成は実施形態１と略同じであって、図９に示すように、センサ本体１における拡散層配線１５および金属配線１７の形状やレイアウトが相違し、撓み部１３に形成される拡散層配線１５が、少なくとも組をなす撓み部１３において略同形状に形成されている。ここにおいて、本実施形態の半導体多軸加速度センサのセンサ本体１は、長手方向をｘ軸方向に一致するように配置されて組をなす２つの撓み部１３について見れば、図９における左側の撓み部１３に形成した複数の拡散層配線１５と同図における右側の撓み部１３に形成した複数の拡散層配線１５とが、長手方向をｙ軸方向に一致するように配置されて組をなす２つの撓み部１３の中心軸を結ぶ直線を中心線としてそれぞれ線対称な位置に配置され互いに同形状に形成されている。また、長手方向をｙ軸方向に一致するように配置されて組をなす２つの撓み部１３について見れば、図９における上側の撓み部１３に形成した拡散層配線１５と同図における下側の撓み部１３に形成した拡散層配線１５とが、長手方向をｘ軸方向に一致するように配置されて組をなす２つの撓み部１３の中心軸を結ぶ直線を中心線としてそれぞれ線対称な位置に配置され互いに同形状に形成されている。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４７】
しかして、本実施形態の半導体多軸加速度センサでは、撓み部１３に形成される拡散層配線１５が、少なくとも組をなす撓み部１３において略同形状に形成されていることにより、組をなす撓み部１３において発生する応力が略等しくなるので、組をなす撓み部１３において発生する応力が異なる場合に比べてオフセット電圧を小さくすることができる。しかも、組をなす撓み部１３，１３では、各撓み部１３，１３に形成されている抵抗体および配線による発熱量が組をなす撓み部１３，１３にて略同等となるように抵抗体および拡散層配線１５の電気抵抗を設定してあるので、ブリッジ回路の出力電圧のオフセット電圧を小さくすることができる。また、実施形態１にて説明したように、撓み部１３において拡散層配線１５に重なる部分の絶縁膜の膜厚を拡散層配線１５に重ならない部分の絶縁膜の膜厚に比べて薄くすることにより放熱性を向上させることができるが、本実施形態では、各撓み部１３にそれぞれについて、拡散層配線１５の線幅（撓み部１３の幅方向における寸法）を、隣り合う拡散層配線１５間の間隔を電気的な絶縁が確保できる間隔に設定した上で、より大きな寸法に設定しているので（つまり、各撓み部１３それぞれについて、撓み部１３の一部を構成するシリコン層１０３の主表面における拡散層配線１５の占める面積を実施形態１に比べて大きくしてあるので）、撓み部１３においてシリコン層１０３上の絶縁膜の膜厚が薄くなる部分の占める割合が増え、実施形態１に比べてより放熱性を向上させることができる。
【００４８】
（実施形態３）
本実施形態の半導体多軸加速度センサの基本構成は実施形態１と略同じであって、図１０に示すように、センサ本体１における拡散層配線１５および金属配線１７の形状やレイアウトが相違し、撓み部１３に形成される拡散層配線１５が、少なくとも組をなす撓み部１３において略同形状に形成されている。ここにおいて、本実施形態の半導体多軸加速度センサのセンサ本体１は、長手方向をｘ軸方向に一致するように配置されて組をなす２つの撓み部１３について見れば、図１０における左側の撓み部１３に形成した複数の拡散層配線１５と同図における右側の撓み部１３に形成した複数の拡散層配線１５とが、主重り部１２ａの主表面の中心を中心として１８０°回転対称となるような形状に形成されている。また、センサ本体１は、長手方向をｙ軸方向に一致するように配置されて組をなす２つの撓み部１３について見れば、図９における上側の撓み部１３に形成した拡散層配線１５と同図における下側の撓み部１３に形成した拡散層配線１５とが、主重り部１２ａの主表面の中心を中心として１８０°回転対称となるような形状に形成されている。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４９】
しかして、本実施形態の半導体多軸加速度センサでは、撓み部１３に形成される拡散層配線１５が、組をなす撓み部１３において略同形状に形成されていることにより、組をなす撓み部１３において発生する応力が略等しくなるので、組をなす撓み部１３において発生する応力が異なる場合に比べてオフセット電圧を小さくすることができる。しかも、組をなす撓み部１３，１３では、各撓み部１３，１３に形成されている抵抗体および配線による発熱量が組をなす撓み部１３，１３にて略同等となるように抵抗体および拡散層配線１５の電気抵抗を設定してあるので、ブリッジ回路の出力電圧のオフセット電圧を小さくすることができる。また、本実施形態では、実施形態２と同様に、各撓み部１３にそれぞれについて、拡散層配線１５の線幅を、隣り合う拡散層配線１５間の間隔を電気的な絶縁が確保できる間隔に設定した上で、より大きな寸法に設定しているので、撓み部１３においてシリコン層１０３上の絶縁膜の膜厚が薄くなる部分の占める割合が増え、実施形態１に比べてより放熱性を向上させることができる。
【００５０】
（実施形態４）
本実施形態の半導体多軸加速度センサの基本構成は実施形態１と略同じであって、図１１に示すように、センサ本体１における拡散層配線１５および金属配線１７の形状やレイアウトが相違し、撓み部１３に形成される拡散層配線１５が、少なくとも組をなす撓み部１３において略同形状に形成されている。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５１】
ところで、撓み部１３の寸法は、例えば、幅寸法が１００μｍ、厚さ寸法が５μｍというように厚さ寸法が幅寸法に比べて非常に小さくなっているので、配線のレイアウトによっては、撓み部１３に形成される複数の拡散層配線１５が図１４に示すように撓み部１３の長手方向に直交する断面において撓み部１３の中心線Ｍ１に対して非対称に形成される場合が考えられる。なお、図１４では、中心線Ｍ１よりも左側の拡散層配線１５の方が右側の拡散層配線１５に比べて中心線Ｍ１に近い位置で幅広に形成されている。
【００５２】
以下、図１４に示す撓み部１３の形成方法について図１５を参照しながら簡単に説明するが、ここではＳＯＩウェハとして、支持基板１０１の厚さが４００μｍ、埋込酸化膜１０２の厚さが０．５μｍ、シリコン層１０３の厚さが５μｍに設定してある場合について説明するが、これらの厚さは特に限定するものではない。
【００５３】
まず、ＳＯＩウェハの主表面側にパイロジェニック酸化法によって第１の所定膜厚（例えば、６０００Å）の膜厚のシリコン酸化膜１８ａを形成することによって、図１５（ａ）に示す構造を得る。その後、フォトリソグラフィ技術を利用して拡散層配線１５を形成するためにパターニングされたレジスト層１９をシリコン酸化膜１８ａ上に形成することによって、図１５（ｂ）に示す構造を得る。
【００５４】
続いて、レジスト層１９をマスクとしてシリコン酸化膜１８ａの一部をフッ酸によりエッチングしてから、レジスト層１９を除去することによって、図１５（ｃ）に示す構造を得る。
【００５５】
次に、パターニングされたシリコン酸化膜１８ａをマスクとしてｐ形不純物（例えば、ボロン）１５ａを拡散炉にてシリコン層１０３の内部へ導入することによって、図１５（ｄ）に示す構造を得る。
【００５６】
その後、上記ｐ形不純物１５ａの拡散による拡散層配線１５の形成と同時に、露出したシリコン層１０３表面に第２の所定膜厚（例えば、４０００Å）のシリコン酸化膜の形成を行うことによって、図１５（ｅ）に示す構造を得る。この際に形成されたシリコン酸化膜と上述のシリコン酸化膜１８ａとでシリコン酸化膜からなる絶縁膜１８を構成している。ここにおいて、絶縁膜１８の膜厚は、シリコン酸化膜１８ａが残っていた部分と残っていなかった部分とで異なっており、前者では７０００Å、後者では４０００Åとなる。なお、この工程におけるプロセス条件としては、例えば、処理温度（拡散温度）を１１００℃、処理時間（拡散時間）を３０分に設定してあり、処理炉（拡散炉）内の雰囲気を水蒸気と酸素との混合気体としてある。
【００５７】
続いて、絶縁膜１８にコンタクトホールを形成し絶縁膜１８上に金属配線１７を形成した後で、ＳＯＩウェハにおいてスリット１４および撓み部１３に対応する部位を裏面側から誘導結合型のドライエッチング装置により埋込酸化膜１０２に達するまで垂直にエッチングし、支持基板１０１のうち撓み部１３の形成予定領域に重なる部分を例えばエッチングし、その後、埋込酸化膜１０２をフッ酸によりエッチングして除去することによって、図１５（ｆ）に示す構造を得る。
【００５８】
したがって、上述の図１４に示した撓み部１３では、撓み部１３の長手方向に直交する断面において撓み部１３の中心線Ｍ１に対して拡散層配線１５が非対称に形成されているだけでなく、絶縁膜１８も非対称に形成されており、絶縁膜１８の応力および結晶歪に起因する拡散層配線１５の応力が図１４における左右で異なるので、図１４に示すように撓み部１３の左右両側で矢印Ｄ１，Ｄ２の向きに発生する応力の大きさが異なって、撓み部１３が図１６に示すようにねじれてしまい、加速度がかかっていないにもかかわらず重り部１２が図１７に示すように傾いてしまうことがある。また、このようなセンサ本体１とカバー２とで構成されるチップを、図１８に示すように、シリコンと熱膨張係数の異なるパッケージ３にエポキシ樹脂やシリコーン樹脂などからなる接着部３２を介してダイボンドした場合、高温下で使用すると、上記チップにおける撓み部１３にパッケージ３の応力が伝達されてしまい、重り部１２の傾きがさらに大きくなってオフセット電圧が変動してしまうことがある。
【００５９】
これに対して、本実施形態の半導体多軸加速度センサにおける４本の撓み部１３は、図１２に示すように、撓み部１３の長手方向に直交する断面において撓み部１３の中心線Ｍ１に対して拡散層配線１５が対称となるように形成されるとともに、絶縁膜１８も対称に形成されている。すなわち、図１２に示した撓み部１３では、３つの拡散層配線１５のうち左右両側の拡散層配線１５の幅寸法が同じで且つ中心線Ｍ１からの距離を同じ寸法に設定してあるとともに、真ん中の拡散層配線１５を中心線Ｍ１により二等分されるような位置に形成してあり、絶縁膜１８の膜厚も中心線Ｍ１から同じ位置では同じ膜厚となっている。また、本実施形態では、図１２に示すように撓み部１３の長手方向に直交する断面において撓み部１３の中心線Ｍ１に対して拡散層配線１５が対称となるように形成するために、撓み部１３の厚み方向への不純物濃度分布にも工夫をしてある。すなわち、シリコン層１０３に不純物をドープした拡散層配線１５は、結晶格子歪みにより内部応力が発生するので、シリコン層１０３内においてシリコン層１０３の主表面側に形成する拡散層配線１５となる不純物拡散領域の拡散深さが浅い場合には、シリコン層１０３内におけるシリコン層１０３の裏面側の領域との内部応力の差が大きく、応力歪みがセンサ本体１の温度特性へ悪影響を与える恐れがある。そこで、本実施形態では、拡散層配線１５となる不純物拡散領域の拡散深さをシリコン層１０３の厚さ寸法の略半分程度とすることで応力緩和による温度特性の向上を図っている。なお、拡散層配線１５となる不純物拡散領域の拡散深さを深くすることで配線断面積の増大による配線抵抗の低減も図れる。
【００６０】
以下、図１２に示す撓み部１３の形成方法について図１３を参照しながら説明するが、基本的には上述の図１５を参照しながら説明した形成方法と同じである。
【００６１】
すなわち、まず、ＳＯＩウェハの主表面側にパイロジェニック酸化法によって第１の所定膜厚（例えば、６０００Å）の膜厚のシリコン酸化膜１８ａを形成し（図１３（ａ））、その後、フォトリソグラフィ技術を利用して拡散層配線１５を形成するためにパターニングされたレジスト層１９をシリコン酸化膜１８ａ上に形成する（図１３（ｂ））。続いて、レジスト層１９をマスクとしてシリコン酸化膜１８ａの一部をフッ酸によりエッチングしてから、レジスト層１９を除去し（図１３（ｃ））、次に、パターニングされたシリコン酸化膜１８ａをマスクとしてｐ形不純物（例えば、ボロン）１５ａを拡散炉にてシリコン層１０３の内部へ導入する（図１３（ｄ））。その後、ｐ形不純物１５ａの拡散による拡散層配線１５の形成と同時に、露出したシリコン層１０３表面に第２の所定膜厚（例えば、４０００Å）のシリコン酸化膜を形成する（図１３（ｅ））。この際に形成されたシリコン酸化膜と上述のシリコン酸化膜１８ａとでシリコン酸化膜からなる絶縁膜１８を構成している。ここにおいて、絶縁膜１８の膜厚は、シリコン酸化膜１８ａが残っていた部分と残っていなかった部分とで異なっており、前者では７０００Å、後者では４０００Åとなる。なお、この工程におけるプロセス条件としては、例えば、処理温度（拡散温度）を１１００℃、処理時間（拡散時間）を３０分に設定してあり、処理炉（拡散炉）内の雰囲気を水蒸気と酸素との混合気体としてある。
【００６２】
続いて、絶縁膜１８にコンタクトホールを形成し絶縁膜１８上に金属配線１７を形成した後で、ＳＯＩウェハにおいてスリット１４および撓み部１３に対応する部位を裏面側から誘導結合型のドライエッチング装置により埋込酸化膜１０２に達するまで垂直にエッチングし、支持基板１０１のうち撓み部１３の形成予定領域に重なる部分を例えばエッチングし、その後、埋込酸化膜１０２をフッ酸によりエッチングして除去する（図１３（ｆ））。
【００６３】
しかして、本実施形態の半導体多軸加速度センサでは、各撓み部１３の長手方向に直交する断面において撓み部１３の中心線Ｍ１に対して拡散層配線１５が対称に形成され且つ絶縁膜１８も対称に形成されているので、絶縁膜１８の応力および結晶歪に起因する拡散層配線１５の応力が図１２における左右で同じになるので、図１２に示すように撓み部１３の左右両側で矢印Ｄ１，Ｄ２の向きに発生する応力の大きさが同じとなって、撓み部１３が図１６に示すようにねじれてしまうことがなく、加速度がかかっていないにもかかわらず重り部１２が図１７に示すように傾いてしまうことを防止することができる。その結果、図１８に示すように、シリコンと熱膨張係数の異なるパッケージ３にエポキシ樹脂やシリコーン樹脂などからなる接着部３２を介してダイボンドした場合に高温下で使用したとして撓み部１３にパッケージ３の応力が伝達されたとしても、重り部１２が傾むくのを防止することができ、ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向それぞれの加速度を検出する各ブリッジ回路のオフセット電圧の変動を抑制することができる。また、本実施形態の半導体多軸加速度センサでは、撓み部１３に形成される拡散層配線１５が、組をなす撓み部１３において略同形状に形成されていることにより、組をなす撓み部１３において発生する応力が略等しくなるので、組をなす撓み部１３において発生する応力が異なる場合に比べてオフセット電圧を小さくすることができる。しかも、組をなす撓み部１３，１３では、各撓み部１３，１３に形成されている抵抗体および配線による発熱量が組をなす撓み部１３，１３にて略同等となるように抵抗体および拡散層配線１５の電気抵抗を設定してあるので、ブリッジ回路の出力電圧のオフセット電圧を小さくすることができる。また、本実施形態では、実施形態２と同様に、各撓み部１３にそれぞれについて、拡散層配線１５の線幅を、隣り合う拡散層配線１５間の間隔を電気的な絶縁が確保できる間隔に設定した上で、より大きな寸法に設定しているので、撓み部１３においてシリコン層１０３上の絶縁膜の膜厚が薄くなる部分の占める割合が増え、実施形態１に比べてより放熱性を向上させることができる。
【００６４】
なお、上記各実施形態では、ＳＯＩウェハにセンサ本体１を形成しているが、ＳＯＩウェハに限らず、シリコンウェハ（所謂エピタキシャルウェハを含む）にセンサ本体１を形成するようにしてもよい。また、上記各実施形態におけるカバー２としてはパイレックス（登録商標）を用いているが、カバー２の材料は陽極接合や共晶接合などによりセンサ本体１との接合が可能な材料であればよく、例えばカバー２をシリコン基板により構成してもよい。また、上記各実施形態では、ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向の３軸の加速度を検出する半導体多軸加速度センサについて例示したが、２軸の加速度を検出する半導体多軸加速度センサに本発明の技術思想を適用できることは勿論である。
【００６５】
【発明の効果】
請求項１の発明は、上記構成を採用することにより、配線のうち撓み部に形成される部分の一部もしくは全部が拡散層配線からなるので、抵抗体からフレーム部側へ延設する配線を全長に亘って金属配線により形成しなくてもよく、拡散層配線と撓み部との熱膨張係数が略等しいから、従来のように撓み部の配線が金属配線のみにより構成され金属配線の金属材料と撓み部の材料との熱膨張係数の相違に起因したバイメタルが形成される場合に比べて、抵抗体と電気的に接続された配線に起因した温度特性の悪化を抑制できるという効果がある。また、請求項１の発明は、前記撓み部での発熱に起因した温度上昇によるブリッジ回路のオフセット電圧の変動を小さくすることができるという効果がある。
【００６６】
請求項２の発明は、上記構成を採用することにより、請求項１の発明の効果に加えて、少なくとも２つの方向それぞれの加速度に応じた前記センサ本体の各出力をそれぞれブリッジ回路の出力電圧として得ることができるという効果がある。
【００６７】
請求項３の発明は、上記構成を採用することにより、請求項２の発明の効果に加えて、３つの方向それぞれの加速度に応じた前記センサ本体の各出力をそれぞれブリッジ回路の出力電圧として得ることができるという効果がある。
【００６９】
請求項４の発明は、上記構成を採用することにより、請求項１の発明の効果に加えて、前記組をなす前記撓み部において発生する応力が略等しくなるので、前記組をなす前記撓み部において発生する応力が異なる場合に比べてオフセット電圧を小さくすることができるという効果がある。
【００７０】
請求項５の発明は、上記構成を採用することにより、請求項１ないし請求項４の発明の効果に加えて、前記重り部に前記配線の一部を形成しない場合に比べて前記配線の引き回しが容易になり、前記配線の抵抗値を小さくすることが可能になるとともに、前記センサ本体の小型化を図ることが可能になるという効果がある。
【００７３】
請求項６の発明は、上記構成を採用することにより、請求項２または請求項３の発明の効果に加えて、前記各ブリッジ回路ごとに入力用のパッドを前記フレーム部に設ける場合に比べて前記配線のレイアウトが容易になるとともにパッドの数を削減でき、前記センサ本体の小型化を図ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１の半導体多軸加速度センサにおけるセンサ本体の概略構成図である。
【図２】同上の半導体多軸加速度センサの一部破断した概略斜視図である。
【図３】同上におけるセンサ本体に形成されたピエゾ抵抗の配置説明図である。
【図４】同上におけるセンサ本体に形成された回路の回路図である。
【図５】同上の動作説明図である。
【図６】同上の動作説明図である。
【図７】同上の動作説明図である。
【図８】同上の要部説明図である。
【図９】実施形態２の半導体多軸加速度センサにおけるセンサ本体の概略構成図である。
【図１０】実施形態３の半導体多軸加速度センサにおけるセンサ本体の概略構成図である。
【図１１】実施形態４の半導体多軸加速度センサにおけるセンサ本体の概略構成図である。
【図１２】同上の要部概略断面図である。
【図１３】同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図１４】同上の比較例の要部概略断面図である。
【図１５】同上の比較例の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図１６】同上の比較例の動作説明図である。
【図１７】同上の比較例の動作説明図である。
【図１８】同上の比較例の実装構造例の説明図である。
【図１９】従来例を示す半導体多軸加速度センサの一部破断した概略斜視図である。
【符号の説明】
１ センサ本体
１１ フレーム部
１２ 重り部
１２ａ 主重り部
１２ｂ 付加重り部
１３ 撓み部
１４ スリット
１５ 拡散層配線
１７ 金属配線
２０ コンタクト部
Ｒ１ｘ〜Ｒ４ｘ ピエゾ抵抗
Ｒ１ｙ〜Ｒ４ｙ ピエゾ抵抗
Ｒ１ｚ〜Ｒ４ｚ ピエゾ抵抗

Claims (6)

1. 枠状のフレーム部の内側に配置した重り部が重り部を挟んでフレーム部に延長された２組の撓み部を介してフレーム部に支持され、フレーム部に対する重り部の変位により撓み部に生じるひずみによって抵抗率の変化する抵抗体が各撓み部に形成されたセンサ本体を備え、複数方向の加速度をそれぞれ検出する半導体多軸加速度センサであって、抵抗体に電気的に接続された配線のうち少なくとも各撓み部に設けられる部分の一部もしくは全部は、拡散層配線からなり、前記各撓み部に形成されている前記抵抗体および前記配線は、前記組をなす前記撓み部にて発熱量が同等となるように前記抵抗体および前記配線の電気抵抗を設定してなることを特徴とする半導体多軸加速度センサ。
2. 前記撓み部の組として互いに直交する方向に延長された２組を備え、前記各撓み部の延長方向において前記重り部近傍に一対ずつ形成された前記抵抗体および前記配線の一部で構成され互いに異なる方向の加速度を検出するブリッジ回路を前記撓み部の組ごとに有することを特徴とする請求項１記載の半導体多軸加速度センサ。
3. 前記各撓み部それぞれに前記一対の抵抗体とは別の抵抗体が形成され、当該別の抵抗体および前記配線の一部で構成され前記各ブリッジ回路とは異なる方向の加速度を検出するブリッジ回路を有することを特徴とする請求項２記載の半導体多軸加速度センサ。
4. 前記拡散層配線は、少なくとも前記組をなす前記撓み部において同形状に形成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の半導体多軸加速度センサ。
5. 前記重り部に前記配線の一部が形成され、前記配線のうち前記重り部に形成される部分は、拡散層配線と金属配線との少なくとも一方で構成され、互いに交差する前記配線の一方が拡散層配線により構成されるとともに他方が金属配線により構成され、拡散層配線と金属配線との間には絶縁膜が介在することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の半導体多軸加速度センサ。
6. 前記各ブリッジ回路の入力用のパッドを共通化してフレーム部に設けてなることを特徴とする請求項２または請求項３記載の半導体多軸加速度センサ。

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