JP2005083917A

JP2005083917A - Semiconductor dynamic quantity sensor

Info

Publication number: JP2005083917A
Application number: JP2003316818A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Goto; 敬介五藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-09-09
Filing date: 2003-09-09
Publication date: 2005-03-31

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent short circuits caused by foreign matter in groove parts as much as possible in a semiconductor acceleration sensor in which a movable electrode and fixed electrodes opposed to each other are formed in a semiconductor substrate, and the groove parts are formed for electrically insulating the electrodes from their peripheral parts. <P>SOLUTION: The semiconductor substrate 10 is provided with the movable electrode 24 which displaces according to the impression of acceleration, the fixed electrodes 31, 41 of which detecting surfaces are opposed to a detecting surface of the movable electrode 24, and the groove parts 14a for electrically insulating the movable electrode 24 and the fixed electrodes 31, 41 from their peripheral parts 10a. Impressed acceleration is detected according to changes in the distances between the detecting surface of the movable electrode 24 and the detecting surfaces of the fixed electrodes 31, 41 with the impression of acceleration in the semiconductor acceleration sensor 100. The width of the groove parts 14a is nine times or more larger than the intervals between the detecting surface of the movable electrode 24 and the detecting surfaces of the fixed electrodes 31, 41. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、力学量の印加に伴う可動電極と固定電極との間の距離変化に応じて印加力学量を検出するようにした半導体力学量センサに関する。 The present invention relates to a semiconductor mechanical quantity sensor that detects an applied mechanical quantity in accordance with a change in distance between a movable electrode and a fixed electrode accompanying application of a mechanical quantity.

図６は、この種の半導体力学量センサの一般的な概略平面構成を示す図であり、この図６に示されるような半導体力学量センサとしては、例えば、特許文献１に記載のものが提案されている。ここで、力学量としては加速度や角速度などが挙げられる。 FIG. 6 is a diagram showing a general schematic plane configuration of this type of semiconductor dynamic quantity sensor. As the semiconductor dynamic quantity sensor shown in FIG. 6, for example, a sensor described in Patent Document 1 is proposed. Has been. Here, examples of the mechanical quantity include acceleration and angular velocity.

図６に示されるように、半導体基板１０に対して、エッチング等により溝部１４を形成することにより、力学量の印加に応じて変位する可動電極２４と、その検出面が可動電極２４の検出面と対向して配置された固定電極３１、４１とが形成されている。 As shown in FIG. 6, the groove 14 is formed on the semiconductor substrate 10 by etching or the like, so that the movable electrode 24 that is displaced according to the application of the mechanical quantity, and the detection surface thereof is the detection surface of the movable electrode 24. And fixed electrodes 31 and 41 arranged to face each other.

ここでは、可動電極２４は、図６中の矢印Ｘ方向に変位可能となっている。そして、当該矢印Ｘ方向への力学量の印加に伴って、可動電極２４の検出面と固定電極３１、４１の検出面との間の距離が変化し、この距離変化に伴う可動電極２４と固定電極３１、４１との間の静電容量の変化等を検出することによって、印加力学量を検出することができるようになっている。 Here, the movable electrode 24 can be displaced in the direction of the arrow X in FIG. As the mechanical quantity is applied in the direction of the arrow X, the distance between the detection surface of the movable electrode 24 and the detection surfaces of the fixed electrodes 31 and 41 changes, and the movable electrode 24 and the fixed electrode are fixed as the distance changes. By detecting a change in capacitance between the electrodes 31 and 41, the applied mechanical quantity can be detected.

ここにおいて、半導体基板１０のうち可動電極２４および固定電極３１、４１の外周に形成されている溝部１４ａは、可動電極２４および固定電極３１、４１とその外周部１０ａとを電気的に絶縁するための溝部（エアアイソレーション）１４ａである。
特開平１１−２９５３３６号公報 Here, the groove part 14a formed in the outer periphery of the movable electrode 24 and the fixed electrodes 31 and 41 in the semiconductor substrate 10 electrically insulates the movable electrode 24 and the fixed electrodes 31 and 41 from the outer peripheral part 10a. Groove portion (air isolation) 14a.
JP-A-11-295336

ところで、従来では、通常、上記した可動電極２４および固定電極３１、４１とその外周部１０ａとを電気的に絶縁するための溝部１４ａの幅は、可動電極２４の検出面と固定電極３１、４１の検出面との間隔の３倍程度となっている。 By the way, conventionally, the width of the groove portion 14a for electrically insulating the movable electrode 24 and the fixed electrodes 31 and 41 and the outer peripheral portion 10a is usually set to the detection surface of the movable electrode 24 and the fixed electrodes 31 and 41. This is about three times the distance from the detection surface.

このように、溝部１４ａの幅を規定することにより、可動電極２４および固定電極３１、４１とその外周部１０ａとの間に形成される寄生容量の影響を排除するようにしている。もし、この寄生容量が大きいと、出力ノイズが大きいものとなってしまう。 Thus, by defining the width of the groove 14a, the influence of the parasitic capacitance formed between the movable electrode 24 and the fixed electrodes 31, 41 and the outer peripheral portion 10a is eliminated. If this parasitic capacitance is large, the output noise will be large.

つまり、溝部１４ａの幅を、可動電極２４の検出面と固定電極３１、４１の検出面との間隔の３倍程度にすれば、当該検出面間の検出容量に比べて、当該寄生容量の大きさを１／２７程度に小さくすることができ、実用上、寄生容量の影響が無くなる。 That is, if the width of the groove 14a is about three times the distance between the detection surface of the movable electrode 24 and the detection surfaces of the fixed electrodes 31, 41, the parasitic capacitance is larger than the detection capacitance between the detection surfaces. The thickness can be reduced to about 1/27, and the influence of the parasitic capacitance is practically eliminated.

しかしながら、本発明者の検討によれば、製造工程などにおいて、図７に示されるように、上記の溝部１４ａに空気中の塵埃やウェハの粉等の異物２００が入り込んだ場合、この異物２００を介して、可動電極２４および固定電極３１、４１とその外周部１０ａとの間がショートしてしまい、不良品となってしまうことがわかった。 However, according to the study of the present inventor, when foreign matter 200 such as dust in the air or powder of the wafer enters the groove portion 14a in the manufacturing process or the like as shown in FIG. Thus, it was found that the movable electrode 24 and the fixed electrodes 31 and 41 and the outer peripheral portion 10a are short-circuited, resulting in a defective product.

つまり、現状においては、溝部１４ａの幅寸法は、可動電極２４および固定電極３１、４１とその外周部１０ａとの間の寄生容量を無くすという面からのみで規定されており、上述したような異物２００によるショートの問題に対しては考慮されていない。 That is, at present, the width dimension of the groove 14a is defined only in terms of eliminating the parasitic capacitance between the movable electrode 24 and the fixed electrodes 31, 41 and the outer peripheral portion 10a. The short problem due to 200 is not taken into consideration.

そこで、本発明は、上記問題に鑑み、半導体基板に可動電極およびこれに対向する固定電極を形成するとともに、可動電極および固定電極の外周に、これら電極とその外周部とを電気的に絶縁するための溝部を形成してなる半導体力学量センサにおいて、溝部における異物によるショートを極力防止できるようにすることを目的とする。 Therefore, in view of the above problems, the present invention forms a movable electrode and a fixed electrode facing the movable substrate on a semiconductor substrate, and electrically insulates the movable electrode and the fixed electrode from the outer periphery of the movable electrode and the fixed electrode. An object of the present invention is to provide a semiconductor dynamic quantity sensor formed with a groove portion for preventing a short circuit caused by a foreign substance in the groove portion as much as possible.

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、半導体基板（１０）と、半導体基板（１０）に形成され、力学量の印加に応じて変位する可動電極（２４）と、半導体基板（１０）に形成され、その検出面が可動電極（２４）の検出面と対向して配置された固定電極（３１、４１）と、半導体基板（１０）のうち可動電極（２４）および固定電極（３１、４１）の外周に形成され、可動電極（２４）および固定電極（３１、４１）とこれら電極（２４、３１、４１）の外周に位置する外周部（１０ａ）とを電気的に絶縁するための溝部（１４ａ）とを備え、力学量の印加に伴う可動電極（２４）の検出面と固定電極（３１、４１）の検出面との間の距離変化に応じて印加力学量を検出するようにした半導体力学量センサにおいて、
溝部（１４ａ）の幅（Ｔ２）は、可動電極（２４）の検出面と固定電極（３１、４１）の検出面との間隔（Ｔ１）の９倍以上に広くなっていることを特徴としている。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a semiconductor substrate (10), a movable electrode (24) formed on the semiconductor substrate (10) and displaced in accordance with application of a mechanical quantity, and the semiconductor substrate A fixed electrode (31, 41) formed in (10), the detection surface of which is arranged to face the detection surface of the movable electrode (24), and the movable electrode (24) and the fixed electrode of the semiconductor substrate (10). (31, 41) is formed on the outer periphery, and the movable electrode (24) and the fixed electrode (31, 41) are electrically insulated from the outer periphery (10a) located on the outer periphery of these electrodes (24, 31, 41). And detecting the applied mechanical quantity according to the change in the distance between the detection surface of the movable electrode (24) and the detection surface of the fixed electrode (31, 41) accompanying the application of the mechanical quantity. In the semiconductor dynamic quantity sensor designed to
The width (T2) of the groove (14a) is characterized by being wider than 9 times the interval (T1) between the detection surface of the movable electrode (24) and the detection surface of the fixed electrode (31, 41). .

本発明者の実験検討によれば、溝部（１４ａ）の幅（Ｔ２）を、可動電極（２４）の検出面と固定電極（３１、４１）の検出面との間隔（Ｔ１）の９倍以上に広くすることにより、溝部（１４ａ）における異物（２００）によるショートが、製造工程などにおいてほとんど発生しないことがわかった。 According to the inventor's experimental study, the width (T2) of the groove (14a) is 9 times or more the interval (T1) between the detection surface of the movable electrode (24) and the detection surface of the fixed electrode (31, 41). It was found that short-circuiting due to the foreign matter (200) in the groove (14a) hardly occurs in the manufacturing process or the like.

このように、本発明によれば、半導体基板（１０）に可動電極（２４）、固定電極（３１、４１）および溝部（１４ａ）を形成してなる半導体力学量センサにおいて、溝部（１４ａ）における異物（２００）によるショートを極力防止することができる。 Thus, according to the present invention, in the semiconductor dynamic quantity sensor in which the movable electrode (24), the fixed electrodes (31, 41), and the groove (14a) are formed on the semiconductor substrate (10), in the groove (14a) A short circuit due to the foreign matter (200) can be prevented as much as possible.

また、本発明では、溝部（１４ａ）の幅（Ｔ２）を、可動電極（２４）の検出面と固定電極（３１、４１）の検出面との間隔（Ｔ１）の９倍以上というように、従来の３倍程度よりも大幅に広げているため、可動電極（２４）および固定電極（３１、４１）とその外周部（１０ａ）との間の寄生容量の影響は、より小さいものにできることは明らかである。 Further, in the present invention, the width (T2) of the groove (14a) is 9 times or more the interval (T1) between the detection surface of the movable electrode (24) and the detection surface of the fixed electrode (31, 41). Since the expansion is significantly larger than the conventional three times, the influence of the parasitic capacitance between the movable electrode (24) and the fixed electrode (31, 41) and the outer peripheral portion (10a) can be made smaller. it is obvious.

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の半導体力学量センサにおいて、溝部（１４ａ）の幅（Ｔ２）は、３０μｍ以上であることを特徴としている。 The invention according to claim 2 is characterized in that, in the semiconductor dynamic quantity sensor according to claim 1, the width (T2) of the groove (14a) is 30 μm or more.

本発明者の検討によれば、溝部（１４ａ）の幅（Ｔ２）を３０μｍ以上とすることにより、製造工程において上記した異物（２００）による不良品の発生は、ほとんど無くすことができるようになった。 According to the study by the present inventor, by setting the width (T2) of the groove (14a) to 30 μm or more, the occurrence of defective products due to the foreign matter (200) described above in the manufacturing process can be almost eliminated. It was.

また、請求項３に記載の発明のように、請求項１または請求項２に記載の半導体力学量センサにおいては、可動電極（２４）は、櫛歯状に複数本配列されたものであり、固定電極（３１、４１）は、可動電極（２４）における櫛歯の隙間にかみ合うように櫛歯状に複数本配列されたものにすることができる。 Further, as in the invention described in claim 3, in the semiconductor dynamic quantity sensor described in claim 1 or 2, a plurality of movable electrodes (24) are arranged in a comb-teeth shape, The fixed electrodes (31, 41) can be arranged in a plurality of comb teeth so as to engage with the gaps of the comb teeth in the movable electrode (24).

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。本実施形態は、半導体力学量センサとしての差動容量式の半導体加速度センサについて、本発明を適用したものである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, the present invention is applied to a differential capacitance type semiconductor acceleration sensor as a semiconductor dynamic quantity sensor.

この半導体加速度センサは、たとえば、エアバッグ、ＡＢＳ、ＶＳＣ等の作動制御を行うための自動車用加速度センサやジャイロセンサ等に適用できる。 This semiconductor acceleration sensor can be applied to, for example, an automobile acceleration sensor or a gyro sensor for performing operation control of an airbag, an ABS, a VSC, or the like.

［センサ構成等］
図１は、本発明の実施形態に係る半導体加速度センサ１００の全体構成を示す概略平面図、図２は図１中のＡ−Ａ線に沿ったセンサ１００の概略断面図、図３は図１中のＢ−Ｂ線に沿ったセンサ１００の概略断面図である。 [Sensor configuration, etc.]
1 is a schematic plan view showing the overall configuration of a semiconductor acceleration sensor 100 according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the sensor 100 along the line AA in FIG. 1, and FIG. It is a schematic sectional drawing of the sensor 100 along the BB line in it.

この半導体加速度センサ１００は、半導体基板１０に周知のマイクロマシン加工を施すことにより形成される。 The semiconductor acceleration sensor 100 is formed by performing known micromachining on the semiconductor substrate 10.

本例では、半導体加速度センサ１００を構成する半導体基板１０は、図２および図３に示されるように、第１の半導体層としての第１シリコン基板１１と第２の半導体層としての第２シリコン基板１２との間に、絶縁層としての酸化膜１３を有する矩形状のＳＯＩ基板１０である。 In this example, the semiconductor substrate 10 constituting the semiconductor acceleration sensor 100 includes a first silicon substrate 11 as a first semiconductor layer and a second silicon as a second semiconductor layer, as shown in FIGS. A rectangular SOI substrate 10 having an oxide film 13 as an insulating layer between the substrate 12 and the substrate 12.

第２シリコン基板１２には、溝部１４を形成することにより、可動部２０および固定部３０、４０よりなる櫛歯形状を有する梁構造体が形成されている。また、酸化膜１３のうち上記梁構造体２０〜４０の形成領域に対応した部位は、矩形状に除去されて開口部１５を形成している。 By forming the groove portion 14 in the second silicon substrate 12, a beam structure having a comb tooth shape including the movable portion 20 and the fixed portions 30 and 40 is formed. Further, a portion of the oxide film 13 corresponding to the region where the beam structures 20 to 40 are formed is removed in a rectangular shape to form an opening 15.

このような半導体加速度センサ１００は、たとえば、次のようにして製造される。ＳＯＩ基板１０の第２シリコン基板１２にフォトリソグラフ技術を用いて梁構造体に対応した形状のマスクを形成する。 Such a semiconductor acceleration sensor 100 is manufactured as follows, for example. A mask having a shape corresponding to the beam structure is formed on the second silicon substrate 12 of the SOI substrate 10 by using a photolithography technique.

その後、ＣＦ₄やＳＦ₆等のガスを用いてドライエッチング等にてトレンチエッチングを行い、溝１４を形成することによって、梁構造体２０〜４０を一括して形成する。続いて、フッ酸等を用いた犠牲層エッチング等により酸化膜１３の除去を行い、開口部１５を形成する。このようにして半導体加速度センサ１００を製造することができる。 Thereafter, trench structures are etched by dry etching or the like using a gas such as CF ₄ or SF ₆ to form the grooves 14, thereby forming the beam structures 20 to 40 in a lump. Subsequently, the oxide film 13 is removed by sacrificial layer etching using hydrofluoric acid or the like to form the opening 15. In this way, the semiconductor acceleration sensor 100 can be manufactured.

この半導体加速度センサ１００において、開口部１５上を横断するように配置された可動部２０は、細長四角形状の錘部２１の両端が、バネ部２２を介してアンカー部２３ａおよび２３ｂに一体に連結された構成となっている。 In this semiconductor acceleration sensor 100, the movable part 20 arranged so as to cross over the opening 15 is integrally connected to the anchor parts 23 a and 23 b at both ends of the elongated rectangular weight part 21 via the spring part 22. It has been configured.

これらアンカー部２３ａおよび２３ｂは、図３に示されるように、酸化膜１３における開口部１５の開口縁部に固定されており、支持基板としての第１シリコン基板１１上に支持されている。これによって、錘部２１およびバネ部２２は、開口部１５に臨んだ状態となっている。 As shown in FIG. 3, these anchor portions 23a and 23b are fixed to the opening edge portion of the opening 15 in the oxide film 13, and are supported on the first silicon substrate 11 as a support substrate. Thus, the weight portion 21 and the spring portion 22 are in a state of facing the opening 15.

ここでは、バネ部２２は、図１に示されるように、平行な２本の梁がその両端で連結された矩形枠状をなしており、２本の梁の長手方向と直交する方向に変位するバネ機能を有するものである。 Here, as shown in FIG. 1, the spring portion 22 has a rectangular frame shape in which two parallel beams are connected at both ends, and is displaced in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the two beams. It has a spring function.

具体的に、バネ部２２は、図１中の矢印Ｘ方向の成分を含む加速度を受けたときに錘部２１を基板面水平方向にて矢印Ｘ方向へ変位させるとともに、加速度の消失に応じて元の状態に復元させるようになっている。 Specifically, the spring portion 22 displaces the weight portion 21 in the horizontal direction of the substrate surface in the arrow X direction when receiving an acceleration including a component in the arrow X direction in FIG. The original state is restored.

よって、このようなバネ部２２を介して半導体基板１０に連結された可動部２０は、加速度の印加に応じて、開口部１５上において基板面水平方向にて上記矢印Ｘ方向へ変位可能となっている。 Therefore, the movable portion 20 connected to the semiconductor substrate 10 via the spring portion 22 can be displaced in the arrow X direction in the horizontal direction of the substrate surface on the opening 15 in accordance with the application of acceleration. ing.

また、図１に示されるように、可動部２０は櫛歯状の可動電極２４を備えている。この可動電極２４は、上記錘部２１の長手方向（矢印Ｘ方向）と直交した方向にて、錘部２１の両側面から互いに反対方向へ延びる梁形状をなす複数本のものである。 As shown in FIG. 1, the movable portion 20 includes a comb-like movable electrode 24. The movable electrode 24 has a plurality of beams having a beam shape extending in opposite directions from both side surfaces of the weight portion 21 in a direction orthogonal to the longitudinal direction (arrow X direction) of the weight portion 21.

言い換えれば、可動電極２４は、上記錘部２１の長手方向（バネ部２２の変位方向、矢印Ｘ方向）を配列方向とし、この配列方向に沿って櫛歯状に複数本配列されたものとなっている。 In other words, a plurality of movable electrodes 24 are arranged in a comb shape along the arrangement direction with the longitudinal direction of the weight portion 21 (displacement direction of the spring portion 22 and the arrow X direction) being the arrangement direction. ing.

図１では、可動電極２４は、錘部２１の左側および右側にそれぞれ４個ずつ突出して形成されており、各可動電極２４は断面矩形の梁状に形成されて、開口部１５に臨んだ状態となっている。 In FIG. 1, four movable electrodes 24 are formed to protrude from the left and right sides of the weight portion 21, respectively, and each movable electrode 24 is formed in a beam shape having a rectangular cross section and faces the opening 15. It has become.

このように、各可動電極２４は、梁部２２および錘部２１と一体的に形成されることにより、梁部２２および錘部２１とともに、基板面水平方向にて矢印Ｘ方向へ変位可能となっている。 As described above, each movable electrode 24 is integrally formed with the beam portion 22 and the weight portion 21, so that it can be displaced together with the beam portion 22 and the weight portion 21 in the arrow X direction in the horizontal direction of the substrate surface. ing.

また、図１〜図３に示されるように、固定部３０、４０は、酸化膜１３における開口部１５の開口縁部における対向辺部のうち、アンカー部２３ａ、２３ｂが支持されていないもう１組の対向辺部に支持されている。 In addition, as shown in FIGS. 1 to 3, the fixing portions 30 and 40 are the other ones in which the anchor portions 23 a and 23 b are not supported among the opposing sides at the opening edge of the opening 15 in the oxide film 13. Supported on opposite sides of the set.

図１において、錘部２１の左側に位置する固定部３０は、左側固定電極３１および左側固定電極用配線部３２とから構成されている。一方、図１において、錘部２１の右側に位置する固定部４０は、右側固定電極４１および右側固定電極用配線部４２とから構成されている。 In FIG. 1, the fixed portion 30 located on the left side of the weight portion 21 is composed of a left fixed electrode 31 and a left fixed electrode wiring portion 32. On the other hand, in FIG. 1, the fixed portion 40 located on the right side of the weight portion 21 is composed of a right fixed electrode 41 and a right fixed electrode wiring portion 42.

本例では、図１に示されるように、各固定電極３１、４１は、可動電極２４における櫛歯の隙間にかみ合うように櫛歯状に複数本配列されたものである。 In this example, as shown in FIG. 1, the fixed electrodes 31 and 41 are arranged in a plurality of comb teeth so as to engage with the gaps of the comb teeth in the movable electrode 24.

ここで、図１においては、錘部２１の左側については、個々の可動電極２４に対して矢印Ｘ方向に沿って上側に左側固定電極３１が設けられており、一方、錘部２１の右側については、個々の可動電極２４に対して矢印Ｘ方向に沿って下側に右側固定電極４１が設けられている。 Here, in FIG. 1, the left fixed electrode 31 is provided on the upper side along the arrow X direction with respect to the individual movable electrodes 24 on the left side of the weight portion 21, while on the right side of the weight portion 21. The right fixed electrode 41 is provided on the lower side along the arrow X direction with respect to each movable electrode 24.

このように、基板面水平方向において個々の可動電極２４に対して、それぞれ固定電極３１、４１が対向して配置されており、各対向間隔において、可動電極２４の側面（つまり検出面）と固定電極３１、４１の側面（つまり検出面）との間に容量を検出するための検出間隔が形成されている。 As described above, the fixed electrodes 31 and 41 are arranged to face the respective movable electrodes 24 in the horizontal direction of the substrate surface, and fixed to the side surface (that is, the detection surface) of the movable electrode 24 at each facing interval. A detection interval for detecting capacitance is formed between the side surfaces of the electrodes 31 and 41 (that is, the detection surface).

また、左側固定電極３１と右側固定電極４１とは、それぞれ互いに電気的に独立している。そして、各固定電極３１、４１は、可動電極２４に対して略平行に延びる断面矩形の梁状に形成されている。 Further, the left fixed electrode 31 and the right fixed electrode 41 are electrically independent from each other. The fixed electrodes 31 and 41 are formed in a beam shape having a rectangular cross section that extends substantially parallel to the movable electrode 24.

ここで、左側固定電極３１および右側固定電極４１は、それぞれ、各固定電極用配線部３２、４２に片持ち状に支持された状態となっている。つまり、左側固定電極３１および右側固定電極４１については、それぞれの複数本の電極が、電気的に共通した配線部３２、４２にまとめられた形となっている。 Here, the left fixed electrode 31 and the right fixed electrode 41 are supported in a cantilevered manner by the fixed electrode wiring portions 32 and 42, respectively. That is, for the left fixed electrode 31 and the right fixed electrode 41, each of the plurality of electrodes is integrated into the wiring portions 32 and 42 that are electrically common.

また、左側固定電極用配線部３２および右側固定電極用配線部４２上の所定位置には、それぞれ、左側固定電極用パッド３０ａおよび右側固定電極用パッド４０ａが形成されている。 Also, left fixed electrode pads 30a and right fixed electrode pads 40a are formed at predetermined positions on the left fixed electrode wiring portion 32 and the right fixed electrode wiring portion 42, respectively.

また、一方のアンカー部２３ｂと一体に連結された状態で、可動電極用配線部２５が形成されており、この配線部２５上の所定位置には、可動電極用パッド２５ａが形成されている。上記の各電極用パッド２５ａ、３０ａ、４０ａは、例えばアルミニウムをスパッタや蒸着する等により形成されている。 A movable electrode wiring portion 25 is formed in a state of being integrally connected to one anchor portion 23b, and a movable electrode pad 25a is formed at a predetermined position on the wiring portion 25. Each of the electrode pads 25a, 30a, 40a is formed by sputtering or vapor-depositing aluminum, for example.

そして、これら各電極用パッド２５ａ、３０ａ、４０ａは、図示しない回路チップとボンディングワイヤを介して電気的に接続されるものである。この回路チップは、半導体加速度センサ１００からの出力信号を処理するための検出回路（後述の図４参照）を形成したものである。 Each of these electrode pads 25a, 30a, 40a is electrically connected to a circuit chip (not shown) via a bonding wire. This circuit chip forms a detection circuit (see FIG. 4 described later) for processing an output signal from the semiconductor acceleration sensor 100.

また、図１に示されるように、半導体基板１０における第２シリコン基板１２のうち可動電極２４および固定電極３１、４１の外周に形成されている溝部１４は、これら可動電極２４および固定電極３１、４１と半導体基板１０におけるこれら電極２４、３１、４１の外周に位置する外周部１０ａとを電気的に絶縁するための溝部（エアアイソレーション）１４ａである。 Further, as shown in FIG. 1, the groove portion 14 formed on the outer periphery of the movable electrode 24 and the fixed electrodes 31, 41 of the second silicon substrate 12 in the semiconductor substrate 10 has the movable electrode 24, the fixed electrode 31, 41 is a groove (air isolation) 14 a for electrically insulating the outer periphery 10 a located on the outer periphery of these electrodes 24, 31, 41 in the semiconductor substrate 10.

ここで、この電極２４、３１、４１と上記外周部１０ａとを電気的に絶縁する溝部１４ａを、以下、エアアイソレーション１４ａということにする。そして、このエアアイソレーション１４ａの幅Ｔ２は、可動電極２４の検出面と固定電極３１、４１の検出面との間隔Ｔ１の９倍以上に広くなっている。 Here, the groove portion 14a that electrically insulates the electrodes 24, 31, 41 and the outer peripheral portion 10a is hereinafter referred to as an air isolation 14a. The width T2 of the air isolation 14a is wider than 9 times the interval T1 between the detection surface of the movable electrode 24 and the detection surfaces of the fixed electrodes 31 and 41.

詳しくは、図１に示される例では、溝部１４のうち、可動電極２４の外周に位置するバネ部２２およびアンカー部２３ａ、２３ｂの外周側の溝部１４、および、可動電極用配線部２５の外周側の溝部１４、さらには、固定電極３１、４１の外周に位置する固定電極用配線部３２、４２の外周側の溝部１４が、上記エアアイソレーション１４ａとして構成されている。 Specifically, in the example shown in FIG. 1, of the groove portion 14, the spring portion 22 located on the outer periphery of the movable electrode 24, the groove portion 14 on the outer peripheral side of the anchor portions 23 a and 23 b, and the outer periphery of the movable electrode wiring portion 25. The groove 14 on the side, and further, the groove 14 on the outer periphery side of the fixed electrode wiring portions 32 and 42 located on the outer periphery of the fixed electrodes 31 and 41 are configured as the air isolation 14a.

また、たとえば、可動電極２４の検出面と固定電極３１、４１の検出面との間隔（検出間隔）Ｔ１、つまり、これら両電極２４、３１、４１の検出面の距離は、３μｍ程度である。それに対して、エアアイソレーション１４ａの幅Ｔ２は、その９倍以上、たとえば３０μｍ程度にすることができる。 Further, for example, the distance (detection interval) T1 between the detection surface of the movable electrode 24 and the detection surfaces of the fixed electrodes 31, 41, that is, the distance between the detection surfaces of both the electrodes 24, 31, 41 is about 3 μm. On the other hand, the width T2 of the air isolation 14a can be 9 times or more, for example, about 30 μm.

なお、このように幅を広げた溝部１４としてのエアアイソレーション１４ａを形成することは、半導体基板としてのＳＯＩ基板１０の第２シリコン基板１２にフォトリソグラフ技術を用いて梁構造体２０、３０、４０に対応した形状のマスクを形成する際に、当該マスクの開口部幅を調整し、その後、トレンチエッチングすることによって容易に実現可能である。 Note that the formation of the air isolation 14a as the groove 14 having such a wide width as described above is performed by using the photolithographic technique on the second silicon substrate 12 of the SOI substrate 10 serving as a semiconductor substrate. When a mask having a shape corresponding to 40 is formed, it can be easily realized by adjusting the opening width of the mask and then performing trench etching.

［センサの検出動作］
次に、本半導体加速度センサ１００の検出動作について説明する。本実施形態では、加速度の印加に伴う可動電極２４と固定電極３１、４１との間の容量変化に基づいて加速度を検出するようになっている。 [Detection operation of sensor]
Next, the detection operation of the semiconductor acceleration sensor 100 will be described. In the present embodiment, the acceleration is detected based on a change in capacitance between the movable electrode 24 and the fixed electrodes 31 and 41 accompanying the application of acceleration.

上述したように、本半導体加速度センサ１００においては、個々の可動電極２４の側面（つまり検出面）に対してそれぞれ固定電極３１、４１の側面（つまり検出面）が対向して設けられており、これら両電極３１、４２の側面の各対向間隔において、容量を検出するための検出間隔が形成されている。 As described above, in the semiconductor acceleration sensor 100, the side surfaces (that is, the detection surfaces) of the fixed electrodes 31 and 41 are provided to face the side surfaces (that is, the detection surfaces) of the individual movable electrodes 24, respectively. A detection interval for detecting capacitance is formed at each opposing interval on the side surfaces of both electrodes 31 and 42.

ここで、左側固定電極３１と可動電極２４との間隔に第１の容量ＣＳ１が形成されており、一方、右側固定電極４１と可動電極２４との間隔に第２の容量ＣＳ２が形成されているとする。 Here, the first capacitor CS1 is formed at the interval between the left fixed electrode 31 and the movable electrode 24, while the second capacitor CS2 is formed at the interval between the right fixed electrode 41 and the movable electrode 24. And

そして、基板面水平方向において上記図１中の矢印Ｘ方向へ加速度が印加されると、バネ部２２のバネ機能により、アンカー部を除く可動部２０全体が一体的に矢印Ｘ方向へ変位し、当該矢印Ｘ方向への可動電極２４の変位に応じて上記各容量ＣＳ１、ＣＳ２が変化する。 When acceleration is applied in the direction of the arrow X in FIG. 1 in the horizontal direction of the substrate surface, the entire movable part 20 excluding the anchor part is integrally displaced in the direction of the arrow X by the spring function of the spring part 22. The capacitances CS1 and CS2 change according to the displacement of the movable electrode 24 in the direction of the arrow X.

たとえば、上記図１において、可動部２０が、矢印Ｘ方向に沿って下方へ変位したときを考える。このとき、左側固定電極３１と可動電極２４との間隔は広がり、一方、右側固定電極４１と可動電極２４との間隔は狭まる。 For example, consider the case where the movable portion 20 is displaced downward along the arrow X direction in FIG. At this time, the interval between the left fixed electrode 31 and the movable electrode 24 increases, while the interval between the right fixed electrode 41 and the movable electrode 24 decreases.

よって、可動電極２４と固定電極３１、４１による差動容量（ＣＳ１−ＣＳ２）の変化に基づいて、矢印Ｘ方向の加速度を検出することができる。 Therefore, the acceleration in the arrow X direction can be detected based on the change in the differential capacitance (CS1-CS2) by the movable electrode 24 and the fixed electrodes 31, 41.

具体的には、この容量の差（ＣＳ１−ＣＳ２）に基づく信号が半導体加速度センサ１００から出力信号として出力され、この信号は上記回路チップにて処理され、最終的に出力される。 Specifically, a signal based on the capacitance difference (CS1-CS2) is output as an output signal from the semiconductor acceleration sensor 100, and this signal is processed by the circuit chip and finally output.

図４は、本半導体加速度センサ１００における加速度を検出するための検出回路４００の一例を示す回路図である。この検出回路４００において、スイッチドキャパシタ回路（ＳＣ回路）４１０は、容量がＣｆであるコンデンサ４１１、スイッチ４１２および差動増幅回路４１３を備え、入力された容量差（ＣＳ１−ＣＳ２）を電圧に変換するものとなっている。 FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of a detection circuit 400 for detecting acceleration in the semiconductor acceleration sensor 100. In this detection circuit 400, a switched capacitor circuit (SC circuit) 410 includes a capacitor 411 having a capacitance Cf, a switch 412, and a differential amplifier circuit 413, and converts the inputted capacitance difference (CS1-CS2) into a voltage. It is supposed to be.

そして、本半導体加速度センサ１００においては、たとえば、左側固定電極用パッド３０ａから振幅Ｖｃｃの搬送波１、右側固定電極用パッド４０ａから搬送波１と位相が１８０°ずれた搬送波２を入力し、ＳＣ回路４１０のスイッチ４１２を所定のタイミングで開閉する。 In the semiconductor acceleration sensor 100, for example, the carrier wave 1 having the amplitude Vcc is input from the left fixed electrode pad 30a, and the carrier wave 2 whose phase is 180 ° shifted from the carrier wave 1 is input from the right fixed electrode pad 40a. The switch 412 is opened and closed at a predetermined timing.

そして、矢印Ｘ方向の印加加速度は、下記の数式１に示す様に、電圧値Ｖ０として出力される。 The applied acceleration in the direction of the arrow X is output as a voltage value V0 as shown in Equation 1 below.

（数１）
Ｖ０＝（ＣＳ１−ＣＳ２）・Ｖｃｃ／Ｃｆ
［特徴点等］
ところで、本実施形態によれば、半導体基板１０と、この半導体基板１０に形成され加速度（力学量）の印加に応じて変位する可動電極２４と、半導体基板１０に形成されその検出面が可動電極２４の検出面と対向して配置された固定電極３１、４１と、半導体基板１０のうち可動電極２４および固定電極３１、４１の外周に形成され、これら可動電極２４および固定電極３１、４１とこれら電極２４、３１、４１の外周に位置する外周部１０ａとを電気的に絶縁するためのエアアイソレーション１４ａとを備え、加速度の印加に伴う可動電極２４の検出面と固定電極３１、４１の検出面との間の距離変化に応じて印加加速度を検出するようにした半導体加速度センサ１００において、
エアアイソレーション１４ａの幅Ｔ２を、可動電極２４の検出面と固定電極３１、４１の検出面との間隔Ｔ１の９倍以上に広くしたことを主たる特徴とする半導体加速度センサ１００が提供される。 (Equation 1)
V0 = (CS1-CS2) .Vcc / Cf
[Feature points]
By the way, according to the present embodiment, the semiconductor substrate 10, the movable electrode 24 formed on the semiconductor substrate 10 and displaced in accordance with the application of acceleration (mechanical quantity), and the detection surface formed on the semiconductor substrate 10 are movable electrodes. 24 are formed on the outer periphery of the movable electrode 24 and the fixed electrodes 31 and 41 of the semiconductor substrate 10. The movable electrode 24 and the fixed electrodes 31 and 41 and these And an air isolation 14a for electrically insulating the outer peripheral portion 10a located on the outer periphery of the electrodes 24, 31, 41, and detecting the detection surface of the movable electrode 24 and the fixed electrodes 31, 41 upon application of acceleration. In the semiconductor acceleration sensor 100 configured to detect an applied acceleration according to a change in distance from the surface,
There is provided a semiconductor acceleration sensor 100 mainly characterized in that the width T2 of the air isolation 14a is increased to 9 times or more the interval T1 between the detection surface of the movable electrode 24 and the detection surfaces of the fixed electrodes 31, 41.

上述したように、上記図６に示したような従来のセンサでは、可動電極２４および固定電極３１、４１とその外周部１０ａとの間に形成される寄生容量の影響を排除するために、通常、エアアイソレーション１４ａの幅Ｔ２を、可動電極２４の検出面と固定電極３１、４１の検出面との間隔Ｔ１の３倍程度としていた。それにより、実用上、寄生容量の影響を無くすことができていた。 As described above, in the conventional sensor as shown in FIG. 6, in order to eliminate the influence of the parasitic capacitance formed between the movable electrode 24 and the fixed electrodes 31, 41 and the outer peripheral portion 10a, The width T2 of the air isolation 14a is about three times the interval T1 between the detection surface of the movable electrode 24 and the detection surfaces of the fixed electrodes 31 and 41. Thereby, in practice, the influence of parasitic capacitance could be eliminated.

しかし、本実施形態では、エアアイソレーション１４ａの幅Ｔ２を従来よりも大幅に広くし、可動電極２４の検出面と固定電極３１、４１の検出面との間隔Ｔ１の９倍以上としている。 However, in the present embodiment, the width T2 of the air isolation 14a is significantly wider than that of the prior art, and is 9 times or more the interval T1 between the detection surface of the movable electrode 24 and the detection surfaces of the fixed electrodes 31, 41.

それによって、図５に示されるように、エアアイソレーション１４ａ内に、空気中の塵埃やウェハの粉等の異物２００が入り込んだ場合でも、可動電極２４および固定電極３１、４１とその外周部１０ａとの間がショートすることは大幅に低減できる。 Thereby, as shown in FIG. 5, even when foreign matter 200 such as dust in the air or powder of the wafer enters the air isolation 14a, the movable electrode 24, the fixed electrodes 31, 41 and the outer peripheral portion 10a thereof. Short-circuiting between and can be greatly reduced.

実際に、本発明者が実験検討したところ、エアアイソレーション１４ａの幅Ｔ２を、可動電極２４の検出面と固定電極３１、４１の検出面との間隔Ｔ１の９倍以上に広くすることにより、エアアイソレーション１４ａにおける異物２００によるショートは、製造工程などにおいてほとんど発生しないことが確認されている。 Actually, when the present inventor experimentally studied, by making the width T2 of the air isolation 14a wider than 9 times the interval T1 between the detection surface of the movable electrode 24 and the detection surface of the fixed electrodes 31, 41, It has been confirmed that short-circuiting due to the foreign matter 200 in the air isolation 14a hardly occurs in the manufacturing process or the like.

たとえば、本実施形態において、可動電極２４の検出面と固定電極３１、４１の検出面との間隔Ｔ１を３μｍとしたときには、エアアイソレーション１４ａの幅Ｔ２は２７μｍ以上、誤差等を考慮して好ましくは３０μｍ以上とすることができる。ここでは、エアアイソレーション１４ａの幅Ｔ２を３０μｍとしたものを作製した。 For example, in the present embodiment, when the interval T1 between the detection surface of the movable electrode 24 and the detection surfaces of the fixed electrodes 31, 41 is 3 μm, the width T2 of the air isolation 14a is preferably 27 μm or more, taking into account errors and the like. Can be 30 μm or more. Here, the air isolation 14a having a width T2 of 30 μm was produced.

一方、比較例として、従来のように、エアアイソレーション１４ａの幅Ｔ２を、可動電極２４の検出面と固定電極３１、４１の検出面との間隔Ｔ１の３倍程度としたものとして、エアアイソレーション１４ａの幅Ｔ２を９μｍとしたものを作製した。 On the other hand, as a comparative example, it is assumed that the width T2 of the air isolation 14a is about three times the interval T1 between the detection surface of the movable electrode 24 and the detection surfaces of the fixed electrodes 31, 41 as in the conventional case. The width T2 of the projection 14a was 9 μm.

このエアアイソレーション１４ａの幅Ｔ２を３０μｍとした本実施形態のものでは、製造工程において、上記の異物２００によるショートの不良発生率は、１％未満であったのに対し、エアアイソレーション１４ａの幅Ｔ２を９μｍとした上記比較例のものでは、上記不良発生率は１０％程度であった。 In the present embodiment in which the width T2 of the air isolation 14a is 30 μm, the occurrence rate of short-circuit defects due to the foreign matter 200 is less than 1% in the manufacturing process. In the comparative example in which the width T2 was 9 μm, the defect occurrence rate was about 10%.

このように、本実施形態によれば、半導体基板１０に可動電極２４、固定電極３１、４１およびエアアイソレーション１４ａを形成してなる半導体力学量センサ１００において、エアアイソレーション１４ａにおける異物２００によるショートを極力防止することができる。その結果、歩留まりの大幅な向上も図ることができる。 As described above, according to the present embodiment, in the semiconductor dynamic quantity sensor 100 in which the movable electrode 24, the fixed electrodes 31, 41, and the air isolation 14a are formed on the semiconductor substrate 10, a short circuit due to the foreign matter 200 in the air isolation 14a. Can be prevented as much as possible. As a result, the yield can be significantly improved.

また、本実施形態では、エアアイソレーション１４ａの幅Ｔ２を、可動電極２４の検出面と固定電極３１、４１の検出面との間隔Ｔ１の９倍以上というように、従来の３倍程度よりも大幅に広げているため、可動電極２４および固定電極３１、４１とその外周部１０ａとの間の寄生容量の影響は、より小さいものにできることは明らかである。 Further, in the present embodiment, the width T2 of the air isolation 14a is set to be 9 times or more of the interval T1 between the detection surface of the movable electrode 24 and the detection surfaces of the fixed electrodes 31, 41, and more than about 3 times the conventional value. It is clear that the influence of the parasitic capacitance between the movable electrode 24 and the fixed electrodes 31 and 41 and the outer peripheral portion 10a can be made smaller because it is greatly expanded.

さらに、上述したが、エアアイソレーション１４ａの幅Ｔ２を３０μｍ以上とすることにより、製造工程において上記した異物２００による不良品の発生は、ほとんど無くすことができる。 Furthermore, as described above, when the width T2 of the air isolation 14a is set to 30 μm or more, the occurrence of defective products due to the foreign matter 200 in the manufacturing process can be almost eliminated.

また、本実施形態では、通常の半導体加速度センサを用いて、エアアイソレーションの幅を広げるという簡単な方法によって、上記寄生容量の排除と異物によるショートの防止とを両立できるという利点も有する。 In addition, the present embodiment has an advantage that both elimination of the parasitic capacitance and prevention of a short circuit due to a foreign substance can be achieved by a simple method of widening air isolation using a normal semiconductor acceleration sensor.

（他の実施形態）
なお、上記実施形態の半導体加速度センサ１００では、可動電極２４は櫛歯状に複数本配列されたものであり、固定電極３１、４１は、可動電極２４における櫛歯の隙間にかみ合うように櫛歯状に複数本配列されたものであるが、これら電極の構成は、これに限定されるものではない。 (Other embodiments)
In the semiconductor acceleration sensor 100 of the above embodiment, a plurality of movable electrodes 24 are arranged in a comb-teeth shape, and the fixed electrodes 31 and 41 are comb teeth so as to engage with the gaps of the comb teeth in the movable electrode 24. However, the configuration of these electrodes is not limited to this.

要するに、半導体基板１０に、少なくとも可動電極２４、固定電極３１、４１およびエアアイソレーション１４ａを形成してなり、力学量の印加に伴う可動電極２４の検出面と固定電極３１、４１の検出面との間の距離変化に応じて印加力学量を検出するようにした半導体力学量センサにおいて、エアアイソレーション１４ａの幅Ｔ２を上記のように規定したものであればよく、その他の細部については適宜設計変更が可能である。 In short, at least the movable electrode 24, the fixed electrodes 31, 41, and the air isolation 14a are formed on the semiconductor substrate 10, and the detection surface of the movable electrode 24 and the detection surface of the fixed electrodes 31, 41 that accompany the application of mechanical quantities In the semiconductor dynamic quantity sensor that detects the applied dynamic quantity in accordance with the change in distance between the two, it is sufficient if the width T2 of the air isolation 14a is defined as described above, and other details are appropriately designed. It can be changed.

また、本発明は上記した加速度センサ以外にも、力学量として角速度を検出する角速度センサ等の力学量センサに対しても適用可能である。 In addition to the acceleration sensor described above, the present invention can also be applied to a mechanical quantity sensor such as an angular speed sensor that detects an angular speed as a mechanical quantity.

本発明の実施形態に係る半導体加速度センサの全体構成を示す概略平面図である。1 is a schematic plan view showing an overall configuration of a semiconductor acceleration sensor according to an embodiment of the present invention. 上記図１中のＡ−Ａ線に沿ったセンサの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the sensor along the AA line in the said FIG. 上記図１中のＢ−Ｂ線に沿ったセンサの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the sensor along the BB line in the said FIG. 上記図１に示される半導体加速度センサにおける加速度を検出するための検出回路の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the detection circuit for detecting the acceleration in the semiconductor acceleration sensor shown by the said FIG. 上記実施形態においてエアアイソレーション内に異物が入り込んだ様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the foreign material entered into air isolation in the said embodiment. 従来の半導体力学量センサの一般的な概略平面図である。It is a general schematic plan view of a conventional semiconductor dynamic quantity sensor. 従来の半導体力学量センサにおいて溝部に異物が入り込んだ様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the foreign material entered into the groove part in the conventional semiconductor dynamic quantity sensor.

Explanation of symbols

１０…半導体基板、
１０ａ…半導体基板における可動電極および固定電極の外周に位置する外周部、
１４ａ…可動電極および固定電極とその外周部とを電気的に絶縁するための溝部としてのエアアイソレーション、
２４…可動電極、３１…左側固定電極、４１…右側固定電極。 10: Semiconductor substrate,
10a: an outer peripheral portion located on the outer periphery of the movable electrode and the fixed electrode in the semiconductor substrate,
14a: air isolation as a groove for electrically insulating the movable electrode and the fixed electrode and the outer periphery thereof;
24 ... movable electrode, 31 ... left fixed electrode, 41 ... right fixed electrode.

Ｔ１…可動電極の検出面と固定電極の検出面との間隔、
Ｔ２…エアアイソレーションの幅。
T1: the distance between the detection surface of the movable electrode and the detection surface of the fixed electrode,
T2: Width of air isolation.

Claims

A semiconductor substrate (10);
A movable electrode (24) formed on the semiconductor substrate (10) and displaced in response to application of a mechanical quantity;
A fixed electrode (31, 41) formed on the semiconductor substrate (10) and having a detection surface opposed to the detection surface of the movable electrode (24);
Of the semiconductor substrate (10), formed on the outer periphery of the movable electrode (24) and the fixed electrode (31, 41), the movable electrode (24) and the fixed electrode (31, 41) and these electrodes (24, 31 and 41), and a groove portion (14a) for electrically insulating the outer peripheral portion (10a) located on the outer periphery,
In a semiconductor dynamic quantity sensor configured to detect an applied dynamic quantity in accordance with a change in distance between a detection surface of the movable electrode (24) and a detection face of the fixed electrode (31, 41) accompanying application of a dynamic quantity. ,
The width (T2) of the groove (14a) is wider than 9 times the interval (T1) between the detection surface of the movable electrode (24) and the detection surface of the fixed electrode (31, 41). A semiconductor dynamic quantity sensor.

The semiconductor dynamic quantity sensor according to claim 1, wherein a width (T2) of the groove (14a) is 30 µm or more.

The movable electrodes (24) are arranged in a plurality of comb teeth.
The said fixed electrode (31, 41) is a thing arranged in a comb-tooth shape so that it may mesh | engage with the clearance gap between the comb teeth in the said movable electrode (24), The 1st or 2 characterized by the above-mentioned. Semiconductor dynamic quantity sensor.