JP2006201041A - 加速度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】ピエゾ抵抗素子とコンタクトホール内の配線との電気的接続箇所における剥離や分離等のコンタクト不良を防止する。
【解決手段】ピエゾ抵抗型３軸加速度センサは、錘部と、この錘部の周辺に配置された台座部５１と、この台座部５１上に固定された周辺固定部４２と、錘部を周辺固定部４２に可撓的に連結する梁部４４とを備えている。梁部４４と周辺固定部４２との境界線Ｐ１１を跨ぐ位置に、一方のピエゾ抵抗素子４５−１が設けられ、梁部４４と錘部との境界線を跨ぐ位置に、他方のピエゾ抵抗素子が設けられている。各ピエゾ抵抗素子４５−１の両端部には、接合部４６−１，４６−２がそれぞれ形成され、この接合部４６−１，４６−２と、この上層に複数個直列に配列されたコンタクトホール４７ａ内の配線４８とが、電気的に接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＸＹＺの３軸方向の加速度を検出するための加速度センサ、特に加速度検出箇所の電気的なコンタクト（接触）不良を防止する技術に関するものである。

従来、ＸＹＺの３軸方向の加速度を検出するための加速度センサに関する技術としては、例えば、次のような文献等に記載されるものがあった。

特開２００４−１９８２４３号公報

図８（Ａ）、（Ｂ）は、特許文献１等に記載された従来のピエゾ抵抗型３軸加速度センサの概略の構成図であり、同図（Ａ）は平面図、及び同図（Ｂ）は同図（Ａ）中のＩ１−Ｉ２線断面図である。

このピエゾ抵抗型３軸加速度センサでは、薄い方形の第１のシリコン基板１０と、厚い方形の第２のシリコン基板２０とが、接合層３０を介して貼り合わされている。第１のシリコン基板１０には、この内側四隅にほぼＬ字型の開口部１１を設けることにより、枠状の周辺固定部１２と、この内側中央の方形の錘固定部１３と、４つの梁部１４との各領域が形成されている。周辺固定部１２とこの内側中央の方形の錘固定部１３との間は、水平面において横方向であるＸ軸方向と縦方向であるＹ軸方向とに設けられた薄い帯状の４つの梁部１４により連結されている。各梁部１４の表面側には、機械的歪みによって電気抵抗が変化する１対のピエゾ抵抗素子１５−１，１５−２がそれぞれ形成され、これらの全面が図示しない絶縁性の中間膜により被覆されている。更に、図示しないが、中間膜上にはメタル（金属）の配線が形成され、この配線が、中間膜に開孔されたコンタクトホールを通してピエゾ抵抗素子１５−１，１５−２に電気的に接続され、これらの全面が絶縁性の保護膜により被覆されている。

第２のシリコン基板２０は、第１のシリコン基板１０の周辺固定部１２に対応して周辺に形成された枠状の台座部２１と、開口部１１に対応して台座部２１の内側に垂直方向であるＺ軸方向に貫通された開口部２２と、この開口部２２の内側の中央に形成された立方体形の錘部２３とを有している。台座部２１の厚さに比べて、錘部２３の厚さが薄くなっている。台座部２１の上面には、周辺固定部１２の下面が接合層３０により固定され、更に、錘部２３の上面に、錘固定部１３の下面が接合層３０により固定されている。台座部２１の下面は、センサ搭載部３１上に固着される。

錘部２３は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に設けられた４つの梁部１４により、ＸＹＺ軸方向に変位可能に支持されている。加速度の検出原理は、錘部２３が加速度に比例した力を受けて変位したときのＸ軸方向及びＹ軸方向の梁部１４の撓みを、これらに形成された各対のピエゾ抵抗素子１５−１，１５−２の抵抗値変化として、コンタクトホール及び配線を介して取り出して検出することで、３軸方向の加速度を検出する。

しかしながら、従来の加速度センサでは、次の（１）〜（４）のような課題があった。
（１） 加速度センサに加速度が加わると、この加速度により錘部２３が変位して梁部１４が撓む。この撓み（即ち、歪み）のストレスが最も掛かる場所は、周辺固定部１２と梁部１４との境界線Ｐ１上、及び、錘固定部１３と梁部１４との境界線Ｐ２上である。加速度の検出感度を上げるためには、境界線Ｐ１，Ｐ２の近傍にピエゾ抵抗素子１５−１，１５−２を配置することが望ましい。しかし、境界線Ｐ１，Ｐ２の近傍では梁部１４の歪みが大きいので、ピエゾ抵抗素子１５−１，１５−２とこの上層の配線とを電気的に接続するコンタクトホール箇所において、このコンタクトホール内の配線と、ピエゾ抵抗素子１５−１，１５−２が形成されたシリコンの界面との間に、大きな物理的ストレスが加わり、剥離（剥がれ）や分離（浮き）等の劣化現象が生じる虞があり、又、その部分の耐性が劣化してセンサ寿命が低下する虞があった。

（２） 将来の製品サイズのシュリンク化（shrink、縮小化）を想定すると、コンタクトホールのサイズダウン（縮小）も同時に行われ、コンタクト抵抗は現行よりも高くなることが考えられる。この状態では、コンタクトホール内で発生する不具合（例えば、メタル配線のボイドやシリコンノジュール（nodule、小塊）等）が個々のコンタクト抵抗値に対して影響度が高くなり、結果的にコンタクト抵抗値ばらつき発生の蓋然性が必然に高くなる。

（３） ピエゾ抵抗値からの出力は非常に微弱な電流値であることから、コンタクトホール抵抗値には許容できる領域が存在する。従来仕様の状態ではその領域を逸脱する危険性が高く、センサの特性を満足できない仕上がりとなる可能性を含んでいる。

（４） 前記（１）〜（３）の課題は、製品寿命に影響する大きな課題である。加えて、予想されるコンタクトホールのサイズダウンによる抵抗値アップ（増大）若しくはばらつきの発生は、将来的に特性へ影響すると考えれる課題である。

本発明は、前記従来技術の課題を解決し、ピエゾ抵抗素子等の歪検出素子と配線とを電気的に接続するコンタクトホールにおける剥離や分離等のコンタクト不良を防止して感度が高く且つ信頼性の高い加速度センサを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の加速度センサでは、錘部と、前記錘部の周辺に配置された支持部と、所定の厚みを有する帯状をなし、前記錘部を前記支持部に可撓的に連結する梁部と、前記梁部と前記錘部との境界線付近の内部、及び／又は前記梁部と前記支持部との境界線付近の内部に形成された歪検出素子と、前記歪検出素子の両端部にそれぞれ形成された接合部と、前記支持部及び前記梁部に形成され、前記接合部の形成領域内に開孔された複数のコンタクトホールを介して前記接合部と電気的に接続される配線とを備えている。

請求項１、２、５〜８に係る発明によれば、歪検出素子の端部に形成された接合部と配線とを、複数のコンタクトホールを介して電気的に接続したので、歪みによる剥離や分離等のコンタクト不良を防止してセンサ寿命を延長できる。しかも、複数のコンタクトホールにより所望のコンタクト抵抗値を容易に得ることができるので、センササイズの縮小化に伴うコンタクト特性の劣化を防止してセンササイズの縮小化を図ることができると共に、信頼性を向上できる。

請求項３、４に係る発明によれば、境界線を跨ぐように歪検出素子を形成したので、梁部に生じる歪みを高い感度で検出できると共に、その歪みによるコンタクト不良やコンタクト特性の劣化等を的確に防止できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、３軸加速度センサを例に用いて説明する。なお、本発明は錘部、錘部周辺に形成される支持部、及び錘部と支持部を可撓的に接続する梁部を有する加速度センサであれば、総てに適応可能であり、この例によって本発明はなんら限定されるものではない。

加速度センサは、錘部と、前記錘部の周辺に配置された支持部と、所定の厚みを有する帯状をなし、前記錘部を前記支持部に可撓的に連結する梁部と、前記梁部と前記錘部との境界線付近の内部、及び／又は前記梁部と前記支持部との境界線付近の内部に形成された歪検出素子と、前記歪検出素子の両端部にそれぞれ形成された接合部と、前記支持部及び前記梁部に形成され、前記接合部の形成領域内に開孔された複数のコンタクトホールを介して前記接合部と電気的に接続される配線とを備えている。前記複数のコンタクトホールは、前記梁部の長手方向に沿って直列に配列されている。

前記錘部、前記支持部、及び前記梁部は、シリコン等の半導体基板により構成されている。前記歪検出素子は、前記梁部の長手方向に沿って前記境界線を跨ぐように配置され、前記半導体基板内に形成された不純物イオンの拡散層からなるピエゾ抵抗素子により構成されている。更に、前記各接合部は、前記拡散層内に形成された高濃度不純物イオンの低抵抗拡散層により構成されている。

（図１、図２の構成）
図１（Ａ）、（Ｂ）及び図２（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の実施例１を示すピエゾ抵抗型３軸加速度センサの概略の構成図である。その内、図１（Ａ）は歪検出素子（例えば、ピエゾ抵抗素子）の拡大平面図、図１（Ｂ）はピエゾ抵抗素子付近の拡大縦断面図、図２（Ａ）は加速度センサの全体の平面図、及び図２（Ｂ）は図２（Ａ）中のＩ１１−Ｉ１２線断面図である。

図２に示すように、ピエゾ抵抗型３軸加速度センサは、厚さ５〜１０μｍ程度の半導体基板（例えば、Ｎ型の活性層からなる第１のシリコン基板）４０と、厚さ５２５μｍ程度の半導体基板（例えば、第２のシリコン基板）５０とを、厚さ５μｍ程度のシリコン酸化膜（ＢＯＸ層）等の接合層６０を介して貼り合わせたＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェハに、エッチング等の処理を施して形成したものである。

加速度センサ１個分の第１のシリコン基板４０は、１辺が２．５ｍｍ程度のほぼ正方形をしており、この内側四隅にほぼＬ字型の開口部４１を設けることにより、枠状の周辺固定部４２と、この内側中央のほぼ正方形の錘固定部４３と、４つの梁部４４との各領域が形成されている。周辺固定部４２とこの内側中央の錘固定部４３との間は、水平面において横方向であるＸ軸方向と縦方向であるＹ軸方向とに設けられた幅４００μｍ程度の帯状の４つの梁部４４により連結されている。各梁部４４と周辺固定部４２との境界線Ｐ１１付近の表面側、及び各梁部４４と錘固定部４３との境界線Ｐ１２付近の表面側には、機械的歪みによって電気抵抗が変化する１対のピエゾ抵抗素子４５−１，４５−２がそれぞれ形成されている。各１対のピエゾ抵抗素子４５−１，４５−２の内、一方のピエゾ抵抗素子４５−１は、境界線Ｐ１１付近（好ましくは境界線Ｐ１１を跨ぐ位置）に配置され、他方のピエゾ抵抗素子４５−２は境界線Ｐ１２付近（好ましくは境界線Ｐ１２を跨ぐ位置）に配置されている。

第２のシリコン基板５０は、第１のシリコン基板４０の周辺固定部４２に対応して周辺に形成された枠状の台座部５１と、開口部４１に対応して台座部５１の内側に垂直方向であるＺ軸方向に貫通された開口部５２と、この開口部５２の内側の中央に形成された立方体形の錘部５３とを有している。台座部５１の厚さに比べて、錘部５３の厚さが５μｍ程度薄くなっている。台座部５１の上面には、周辺固定部４２の下面が接合層６０により固定され、更に、錘部５３の上面に、錘固定部４３の下面が接合層６０により固定されている。台座部５１とこの上に固定された周辺固定部４２とは、梁部４４を支持する支持部を構成し、その台座部５１の下面が、パッケージの内部底面等に設けられたセンサ搭載部６１上に接着剤等で固定される。

図１に示すように、Ｎ型の活性層からなる第１のシリコン基板４０の表面側において、各境界線Ｐ１１，Ｐ１２を跨ぐ位置には、例えば、ボロン等のＰ型不純物イオンの拡散層からなる各ピエゾ抵抗素子４５−１，４５−２がそれぞれ形成されている。各ピエゾ抵抗素子４５−１，４５−２の両端部には、例えば、ボロン等のＰ型高濃度不純物イオンの低抵抗拡散層からなる接合部４６−１，４６−２がそれぞれ形成され、これらの各接合部４６−１，４６−２、及び各ピエゾ抵抗素子４５−１，４５−２を含むシリコン基板４０の全面に、酸化シリコン膜等の中間膜４７が形成されている。中間膜４７における各接合部４６−１，４６−２箇所には、複数（例えば、２個）のコンタクトホール４７ａがそれぞれ開孔されている。コンタクトホール４７ａの口径の形状は、例えば、１辺が１〜５μｍ程度の方形をしている。中間膜４７上における梁部４４及び周辺固定部４２箇所には、アルミニウム等のメタルの配線４８が形成され、この配線４８がコンタクトホール４７ａを通して接合部４６−１，４６−２に電気的に接続されている。配線４８を含む中間膜４７の全面は、シリコン窒化膜等の保護膜４９により被覆されている。

（図１、図２の製造例）
本実施例１の加速度センサは、例えば、次のようにして製造される。
例えば、厚さ５〜１０μｍ、体積抵抗率６〜８Ω／ｃｍ程度のＮ型の活性層からなるシリコン基板４０と、厚さ５２５μｍ、体積抵抗率１６Ω／ｃｍ程度のシリコン基板５０とを、厚さ５μｍ程度のシリコン酸化膜（ＢＯＸ層）の接合層６０を介して貼り合わせたＳＯＩウェハを準備する。

シリコン基板４０の表面に、高温の加湿雰囲気を用いた熱酸化条件で、第１のシリコン酸化膜を形成する。ホトリソエッチング技術を用いて第１のシリコン酸化膜の所定位置を開孔し、この開孔部からボロン等のＰ型不純物イオンを打ち込んで、シリコン基板４０の表面に、Ｐ型拡散層からなるピエゾ抵抗素子４５−１，４５−２を形成する。熱酸化により、全面に第２のシリコン酸化膜を形成し、ホトリソエッチング技術を用いて第２のシリコン酸化膜の所定位置を開孔し、この開孔部からボロン等のＰ型高濃度不純物イオンを打ち込んで、各ピエゾ抵抗素子４５−１，４５−２の両端部に、Ｐ型低抵抗拡散層からなる接合部４６−１，４６−２をそれぞれ形成する。

ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により、 全面にシリコン酸化膜等の中間膜４７を形成する。ホトリソエッチング技術を用いて、中間膜４７における各接合部４６−１，４６−２箇所に２つのコンタクトホール４７ａをそれぞれ開孔する。メタルスパッタリング技術を用いて、中間膜４７の全面にアルミニウム等のメタル層を堆積する。ホトリソエッチング技術を用いて、メタル層をエッチングし、配線４８を形成する。これにより、配線４８は、各コンタクトホール４７ａ、及び各接合部４６−１，４６−２を介して各ピエゾ抵抗素子４５−１，４５−２に電気的に接続される。その後、ＰＲＤ（Plasma Reactive Deposition）法を用いて、全面にシリコン窒化膜等の保護膜４９を形成する。

保護膜４９上にホトレジストを形成し、ホトリソエッチング技術を用いて、周辺固定部４２、錘固定部４３、及び梁部４４を区画する開口部４１を形成する。

ＳＯＩウェハの裏面であるシリコン基板５０の表面に、ＣＶＤ法を用いて第３のシリコン酸化膜を形成する。台座部５１に対応するように周囲の第３のシリコン酸化膜を残し、中央部の第３のシリコン酸化膜をホトリソエッチング技術を用いて除去する。残された第３のシリコン酸化膜等をマスクにして、エッチング技術によりシリコン基板５０を削り、開口部５２及び錘部５３を形成する。

その後、ＳＯＩウェハから加速度センサチップを切り出し、パッケージの内部底面等のセンサ搭載部６１上に接着剤等で固定し、所定の配線等を行えば、製造工程が終了する。

（動作）
本実施例１の加速度センサでは、錘部５３が、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に設けられた４つの梁部４４により、ＸＹＺ軸方向に変位可能に支持されているので、錘部５３が加速度に比例した力を受けて変位したときのＸ軸方向及びＹ軸方向の梁部４４の撓みを、各対のピエゾ抵抗素子４５−１，４５−２の抵抗値変化として、接合部４６−１，４６−２、コンタクトホール４７ａ、及び配線４８を介して取り出して検出することで、３軸方向の加速度を検出する。

（ピエゾ抵抗素子の検出感度とコンタクトホール）
図３（Ａ）〜（Ｄ）は、図１の周辺固定部４２、錘固定部４３、梁部４４、及びピエゾ抵抗素子４５−１，４５−２の位置関係を説明するための模式図であり、同図（Ａ）は周辺固定部４２と梁部４４との境界線Ｐ１１付近の概略の拡大平面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）の拡大縦断面図、同図（Ｃ）は周辺固定部４２に対して梁部４４が上方へ変位したときの概略の縦断面図、及び同図（Ｄ）は周辺固定部４２に対して梁部４４が下方へ変位したときの縦断面図である。

図３（Ａ）、（Ｂ）において、加速度が加わって錘部５３が変位するとき、周辺固定部４２と梁部４４との境界線Ｐ１１箇所において梁部４４が最も屈曲する。そのため、境界線Ｐ１１を跨ぎ且つ梁部４４側に少しずれた位置にピエゾ抵抗素子４５−１を形成すると、図３（Ｃ）に示すように、梁部４４の上方への変位により、ピエゾ抵抗素子４５−１の表面が最も大きく圧縮され、図３（Ｄ）に示すように、梁部４４の下方への変位により、ピエゾ抵抗素子４５−１の表面が最も大きく伸張する。このピエゾ抵抗素子４５−１の表面に対する伸縮方向（即ち、加速度の加わる方向）を抵抗値の変動によって検知するので、最大のセンサ感度が得られる。

これらと同様のことは、錘部５３と梁部４４との境界線Ｐ１２を跨ぐ位置に形成されたピエゾ抵抗素子４５−２についても言える。

図４（Ａ）、（Ｂ）は、図３の問題点を示す加速度センサの概略の構成図であり、同図（Ａ）はピエゾ抵抗素子の拡大平面図、及び同図（Ｂ）はピエゾ抵抗素子付近の拡大縦断面図である。

境界線Ｐ１１箇所において梁部４４が最も屈曲すると言うことは、物理的な負担が最も加わることを意味するので、この境界線Ｐ１１の近傍において物理的な負担が蓄積され、信頼性が危惧される場所となる。そのため、境界線Ｐ１１を跨ぐ位置にピエゾ抵抗素子４５−１が形成されていると、このピエゾ抵抗素子４５−１の両端部の接合部４６−１，４６−２と、コンタクトホール４７ａ内の配線４８とのコンタクト不良が発生する虞がある。特に、図４に示すように、ピエゾ抵抗素子４５−１の両端部の接合部４６−１，４６−２が各１個のコンタクトホール４７ａを介して配線４８に接続されている場合には、歪みによる剥離や分離等のコンタクトの劣化現象が生じる蓋然性が高い。

これと同様のことは、錘部５３と梁部４４との境界線Ｐ１２を跨ぐ位置に形成されたピエゾ抵抗素子４５−２についても言える。

図５（Ａ）〜（Ｃ）は、図１のピエゾ抵抗素子４５−１，４５−２の配置位置範囲とその必要性を説明するための模式図であって、周辺固定部４２と梁部４４との境界線Ｐ１１付近の概略の平面図が示されている。図５（Ａ）ではピエゾ抵抗素子４５−１の中心に境界線Ｐ１１が位置し、図５（Ｂ）ではピエゾ抵抗素子４５−１の全体が梁部４４上に位置し、図５（Ｃ）ではピエゾ抵抗素子４５−１の全体が周辺固定部４２上に位置している。

加速度センサの感度を求めた場合、ピエゾ抵抗素子４５−１は図３（Ａ）、（Ｂ）のような特定領域に配置しなければならない。これに対し、ピエゾ抵抗素子４５−１が図５（Ａ）〜（Ｃ）のような位置の場合は、感度が鈍る、又は感度が出ない状態となる。境界線Ｐ１２付近のピエゾ抵抗素子４５−２についても、同様のことが言える。

図５（Ａ）〜（Ｃ）の状態は、ウェハ表裏のホトリソグラフィの「合わせ精度」とシリコンエッチング時の「加工精度」に問題があった場合に発生するが、この図５（Ａ）〜（Ｃ）共に現状の製造技術ではマージンが乏しい。故に所望の位置にピエゾ抵抗素子４５−１，４５−２を常に配置することは非常に難易度が高く、配置位置ばらつきはミクロン単位で必ず発生するものと考慮し、この状態を吸収できる設計が必要となる。

図６（Ａ）、（Ｂ）は、図１のコンタクトホール設計エリアの真中に境界線Ｐ１１，Ｐ１２があった場合の説明図であり、同図（Ａ）はコンタクトホールが横長の場合のピエゾ抵抗素子付近の概略の拡大縦断面図、及び同図（Ｂ）はコンタクトホールが２個直列の場合のピエゾ抵抗素子付近の概略の拡大縦断面図である。

前記図５の情報より、最も心配される状態として、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、コンタクトホール４７ａが境界線Ｐ１１に配置された場合がある。この場合の加速度センサは、初期評価では問題無かったものの、センサ動作を繰り返すことによる接合部４６−１，４６−２とコンタクトホール４７ａ内の配線４８との界面の剥がれが早々に発生し、センサ特性を満足できるその寿命は非常に短い。図示されていないが、コンタクトホール４７ａが境界線Ｐ１２に配置された場合も同様である。

この解決策として、本実施例１では、コンタクトホール４７ａの複数化を図るために、必要とされるコンタクトホール抵抗が１つで満足できる設計にし、その複数（例えば、２個）のコンタクトホール４７ａを各ピエゾ抵抗素子４５−１，４５−２の両端部にそれぞれ直列に配置している。これにより、複数（例えば、２個）のコンタクトホール４７ａの内の１つが、仮に境界線Ｐ１１，Ｐ１２に配置され、接合部４６−１，４６−２とコンタクトホール４７ａ内の配線４８との界面に剥がれが発生しても、センサ特性が変化しないという効果がある。

前記解決策として、図６（Ａ）に示すように、コンタクトホール４７ａそのものを横長にしてコンタクト面積を大きくする設計方法も考えられる。しかし、この横長の設計方法と、本実施例１の図６（Ｂ）に示すようなコンタクト直列配列とでは、寿命に差が生じる。この理由を以下説明する。

図６（Ａ）、（Ｂ）において、剥がれ始めたコンタクトは、更にセンサ動作を繰り返し与えることで剥がれ状態が進行して行く。この状態は図６（Ａ）の横長も、図６（Ｂ）の直列も相違ないが、しかし、その加速スピードが異なる。この理由として、図６（Ａ）の横長の場合は、接合部４６−１，４６−２とコンタクトホール４７ａ内の配線４８との界面構造が平面であるのに対し、図６（Ｂ）の直列の場合は、中間膜４７により配線４８が起伏に富んだ形状差となっているためである。このコンタクトホール底面の形状差から生じる配線形状差により、剥がれの進行スピード差が生じ、センサ寿命に対し本実施例１の直列方式のコンタクトに優位性が現れる。

（実施例１の効果）
本実施例１では、各境界線Ｐ１１，Ｐ１２を跨ぐように各ピエゾ抵抗素子４５−１，４５−２を配置し、このらの各ピエゾ抵抗素子４５−１，４５−２の両端部にそれぞれ設けられるコンタクトホール４７ａを１つではなく、複数（例えば、２個又は３個以上）直列に配列したので、次の（ａ）〜（ｃ）のような効果がある。

（ａ） センサ寿命の延長
図７は、本発明の実施例１の効果を説明するためのピエゾ抵抗素子付近の概略の拡大縦断面図である。

加速度センサの寿命は可撓する梁部４４の破壊と配線劣化に依存する。特に半導体で形成された加速度センサの場合、可撓する梁部４４の存在から、その近傍にあるコンタクトホール４７ａ内の配線４８と接合部４６−１，４６−２との界面の劣化が危惧される。そこで、本実施例１では、複数（例えば、２個又は３個以上）のコンタクトホール４７ａを直列に設けることで、センサ寿命の延長を図っている。

その理由は、１つのコンタクトホール４７ａが劣化によりコンタクトの目的が果たせない状態になっても、残ったコンタクトホール４７ａで充分に同じ特性を得られることが可能なためである。但し、そのためには直列配列したコンタクトホール４７ａの下部には、配線４８とピエゾ抵抗素子４５−１，４５−２との接続抵抗を下げる目的で、ピエゾ抵抗素子４５−１，４５−２側に形成される低抵抗値拡散層からなる接合部４６−１，４６−２を、直列配列したコンタクトホール４７ａが共有することが必要である。

例えば、図７に示すように、直列配列した２個のコンタクトホール４７ａがそれぞれに低抵抗値拡散層からなる接合部４６−１，４６−２を有していた場合に、あるコンタクトホール４７ａ内の配線４８と接合部４６−１，４６−２との界面で剥離等が発生して導通不良状態になった場合、本来設計していたピエゾ抵抗素子４５−１，４５−２の長さＬ１が、あたかも長さがＬ２に変化した状態となり、センサの特性が変化して所望の特性が得られない。加えて、コンタクトホール数の増減に影響されないセンサ特性を視野に設計する必要がある。

又、複数のコンタクトホール４７ａを並列ではなく直列配列にすることにも、センサ寿命の効果が期待できる。梁部４４の可撓する部分と可撓しない部分の境界線Ｐ１１，Ｐ１２は、ピエゾ抵抗素子４５−１，４５−２及び梁部４４に対して直角であることから、並列配列の場合、全てのコンタクトホール４７ａが同じタイミングで失われる可能性が非常に高い。この状態を避ける方法として、本実施例１では直列配列を選択している。

（ｂ） センササイズ縮小に有利
半導体により形成される加速度センサの将来を考えた場合、他の半導体と同様にサイズの縮小化の流れは必然である。この縮小化に対しても、複数のコンタクトホール４７ａの直列配列設計は非常に有効な手法となる。

半導体により形成される加速度センサの縮小化は、錘部５３のサイズの縮小化を意味し、縮小化前と同等の特性を得るためには、梁部４４の幅を細くする等の梁部４４が可撓し易い形状が求められる。この場合、梁部４４上に形成されるパターンサイズに制約が存在すると、所望する梁幅設計ができない場合が考えられる。特に、配線関連（コンタクトホール４７ａ上に形成する配線幅等）に苦慮することが想定される。その所望する梁幅を得るための方法として、コンタクトホール４７ａのサイズを小さくし、縮小化前と変わらぬコンタクトホール抵抗値を得られるよう数を増やし、直列配列する方法が有効である。

（ｃ） コンタクトホール内部で発生するトラブルのリスク分散に有効
他の半導体と同様に、コンタクト部分に発生するパターン開孔不良やシリコンノジュールの成長、固層エピタキシャル成長（Ｅｐｉ成長）等は、所望するコンタクト抵抗を得られない、つまりは特性を満足できないトラブルへと発展する。コンタクトホール４７ａを１つから複数にすることは、これらのトラブル発生時のリスク分散方法として有効である。

本発明は、上記実施例１に限定されず、種々の変形が可能である。この変形例である実施例２としては、例えば、次の（１）〜（６）のようなものがある。

（１） 図２において、錘部５３、この錘部５３の周辺に配置される支持部、及び錘部５３と支持部とを可撓的に連結する梁部４４をそれぞれ画成する開口部４４を有する加速度センサであって、この加速度センサの梁部４４の端部近傍に形成された接合部と、この接合部上に形成され且つ開口部４１に沿って複数形成されたコンタクトホール４７ａを介して接合部と電気的に接続される配線４８とを備えた構成にしても良い。

（２） 複数のコンタクトホール４７ａは、大きさの異なる径を有していても良い。

（３） 錘部５３に近い側に形成されるコンタクトホール４７ａの径と、支持部に近い側に形成されるコンタクトホール４７ａの径とでは、大きさが異なる構成にしても良い。

（４） 各ピエゾ抵抗素子４５−１，４５−２の両端部にそれぞれ位置するコンタクトホール４７ａは、少なくとも複数（例えば、２個又は３個以上）設ければ効果があり、更に、これらを直列配列すれば、より大きな効果が得られる。

（５） ピエゾ抵抗素子４５−１，４５−２は、このいずれか一方を境界線Ｐ１１又はＰ１２を跨ぐ位置に設けてＸＹＺ軸間の感度調整を行うようにしても良い。

（６） 加速度センサは、シリコン以外の半導体で構成しても良いし、その形状は、正方形に限定されずに長方形や円形等でも良い。又、錘部５３、これを支持する梁部４４、或いはこの上に形成されるピエゾ抵抗素子４５−１，４５−２の形状や数等も、例示のものに限定されない。

本発明の実施例１を示すピエゾ抵抗型３軸加速度センサの概略の構成図である。 本発明の実施例１を示すピエゾ抵抗型３軸加速度センサの概略の構成図である。 図１の周辺固定部、錘固定部、梁部、及びピエゾ抵抗素子の位置関係を説明するための模式図である。 図３の問題点を示す加速度センサの概略の構成図である。 図１のピエゾ抵抗素子の配置位置範囲とその必要性を説明するための模式図である。 図１のコンタクトホール設計エリアの真中に境界線があった場合の説明図である。 本発明の実施例１の効果を説明するためのピエゾ抵抗素子付近の概略の拡大縦断面図である。 従来のピエゾ抵抗型３軸加速度センサの概略の構成図である。

符号の説明

４０，５０ シリコン基板
４１，５２ 開口部
４２ 周辺固定部
４３ 錘固定部
４４ 梁部
４５−１，４５−２ ピエゾ抵抗素子
４６−１，４６−２ 接合部
４７ 中間膜
４７ａ コンタクトホール
４８ 配線
５１ 台座部
５３ 錘部
６０ 接合層

Claims (8)

1. 錘部と、
   前記錘部の周辺に配置された支持部と、
   所定の厚みを有する帯状をなし、前記錘部を前記支持部に可撓的に連結する梁部と、
   前記梁部と前記錘部との境界線付近の内部、及び／又は前記梁部と前記支持部との境界線付近の内部に形成された歪検出素子と、
   前記歪検出素子の両端部にそれぞれ形成された接合部と、
   前記支持部及び前記梁部に形成された配線と、
   前記支持部及び前記梁部に形成され、前記接合部の形成領域内に開孔された複数のコンタクトホールを介して前記接合部と電気的に接続される配線と、
   を備えたことを特徴とする加速度センサ。
2. 前記錘部、前記支持部、及び前記梁部は、半導体基板により構成され、
   前記歪検出素子は、前記半導体基板内に形成された不純物イオンの拡散層からなるピエゾ抵抗素子により構成され、
   前記各接合部は、前記拡散層内に形成された高濃度不純物イオンの低抵抗拡散層により構成されていることを特徴とする請求項１記載の加速度センサ。
3. 前記歪検出素子は、前記梁部の長手方向に沿って前記境界線を跨ぐように帯状に形成され、
   前記各接合部と前記配線とは、中間膜により電気的に絶縁され、
   前記複数のコンタクトホールは、前記中間膜を貫通して形成されることを特徴とする請求項１又は２記載の加速度センサ。
4. 前記複数のコンタクトホールは、前記梁部の長手方向に沿って直列に配列されていることを特徴とする請求項３記載の加速度センサ。
5. 錘部、前記錘部の周辺に配置された支持部、及び前記錘部と前記支持部とを可撓的に連結する梁部を有する加速度センサであって、
   前記加速度センサの前記梁部の端部近傍に形成された接合部と、
   前記接合部上に形成された中間膜と、
   前記中間膜に開孔された複数のコンタクトホールを介して前記接合部と電気的に接続される配線と、
   を備えたことを特徴とする加速度センサ。
6. 錘部、前記錘部の周辺に配置される支持部、及び前記錘部と前記支持部とを可撓的に連結する梁部をそれぞれ画成する開口部を有する加速度センサであって、
   前記加速度センサの前記梁部の端部近傍に形成された接合部と、
   前記接合部上に形成され且つ前記開口部に沿って複数形成されたコンタクトホールを介して前記接合部と電気的に接続される配線と、
   を備えたことを特徴とする加速度センサ。
7. 前記複数のコンタクトホールは、大きさの異なる径を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の加速度センサ。
8. 前記錘部に近い側に形成される前記コンタクトホールの径と、前記支持部に近い側に形成される前記コンタクトホールの径とでは、大きさが異なることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の加速度センサ。

Images