CN102954806B - 物理量传感器及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种物理量传感器及电子设备,其能够提高检测精度等的检测特性。该物理量传感器具备:底基板;可动部,其被配置于设置在底基板的主面上的底基板上;可动电极部,其被设置在可动部上;固定电极部,其被设置在底基板的主面上,且与可动电极部对置配置,固定电极部与被设置在底基板的主面侧的固定电极用配线相连接,可动电极部与被设置在底基板的主面侧的可动电极用配线相连接,在固定电极用配线与可动电极用配线之间设置有屏蔽部。

Description

物理量传感器及电子设备
技术领域
本发明涉及一种物理量传感器及具备物理量传感器的电子设备。
背景技术
一直以来,作为物理量传感器,已知一种半导体力学量传感器(以下,称为物理量传感器),其具备:底板部,其通过形成于半导体基板上的、在横向上延伸的空洞而被划分,并位于该空洞的下方;框部,其通过空洞及形成于半导体基板上的、在纵向上延伸的槽而被划分,并位于空洞及槽的旁边;梁结构体,其通过空洞及槽而被划分,并位于空洞的上方,且从框部起延伸,并且具有通过力学量(例如,加速度)而位移的可动电极;固定电极,其通过空洞及槽而被划分,并位于空洞的上方,且从框部起延伸,并且与梁结构体的可动电极对置配置(例如,参照专利文献1)。
根据专利文献1,上述物理量传感器为电容变化检测型,且采用了如下的结构,即,来自第一固定电极的配线(以下,称为第一配线)及来自第二固定电极的配线(以下,称为第二配线)被设置在半导体基板的一个面上,且能够将第一固定电极及第二固定电极的电位取出至外部。
由于上述物理量传感器为了实现小型化而需要将第一配线和第二配线相互接近设置,因此存在第一配线与第二配线之间的寄生电容(散杂电容)增大的可能性。
由此,由于在上述物理量传感器中,增大了的上述寄生电容被附加于检测出的本来的静电电容,因此存在作为电容变化检测型的物理量传感器的、检测精度等的检测特性劣化的可能性。
其结果为,上述物理量传感器有可能对物理量检测中的可靠性造成损害。特别是,当为差动检测方式的物理量传感器时,减少固定电极的配线与可动电极的配线之间的寄生电容成为了课题。
专利文献1:日本特开2000-286430号公报
发明内容
本发明是为了解决上述课题中的至少一部分而被完成的,并能够作为以下的方式或者应用例而实现。
应用例1
本应用例所涉及的物理量传感器的特征在于,具备:基板;可动部,其被支承在所述基板上;可动电极部,其被设置在所述可动部上;固定电极部,其被设置在所述基板的主面上,且与所述可动电极部对置配置,所述固定电极部与被设置在所述基板的所述主面上的固定电极用配线相连接,所述可动电极部与被设置在所述基板的所述主面上的可动电极用配线相连接,在所述固定电极用配线与所述可动电极用配线之间的至少一部分上,设置有第一屏蔽部。
据此,在物理量传感器中,固定电极部与固定电极用配线相连接,可动电极部通过可动部而与可动电极用配线相连接,并且在固定电极用配线与可动电极用配线之间的至少一部上,设置有屏蔽部。
由此,由于在物理量传感器中,物理量检测时的固定电极用配线与可动电极用配线之间的寄生电容通过屏蔽部而被降低,因此能够减少检测出的静电电容值与本来的静电电容值之间的误差。
因此,物理量传感器能够提高检测精度等的检测特性。
其结果为,物理量传感器能够提高物理量检测的可靠性。
应用例2
在上述应用例所涉及的物理量传感器中,优选为,所述固定电极部具有被配置在所述可动电极部的一侧的第一固定电极部、和被配置在另一侧的第二固定电极部,所述固定电极用配线包括与所述第一固定电极部相连接的第一配线、和与所述第二固定电极部相连接的第二配线,在所述第一配线及所述第二配线之间的至少一部分上,设置有第二屏蔽部。
据此,由于在物理量传感器中,在固定电极用配线的第一配线与第二配线之间的至少一部分上设置有屏蔽部,因此物理量检测时的第一配线及第二配线之间的寄生电容通过屏蔽部而被降低。由此,物理量传感器例如能够进一步减少检测出的静电电容值与本来的静电电容值之间的误差。
因此,物理量传感器能够进一步提高检测精度等的检测特性。其结果为,物理量传感器能够进一步提高物理量检测的可靠性。
应用例3
在上述应用例所涉及的物理量传感器中,优选为,所述基板使用绝缘材料,而所述可动部、所述可动电极部及所述固定电极部使用半导体材料。
据此,由于物理量传感器中,基板使用绝缘材料,可动部、可动电极部及固定电极部使用半导体材料,因此能够切实地实施基板与可动部、可动电极部及固定电极部之间的绝缘分离。
应用例4
在上述应用例所涉及的物理量传感器中,优选为,所述第一屏蔽部使用与所述可动部、所述可动电极部及所述固定电极部相同的材料。
据此,由于物理量传感器中,屏蔽部使用与可动部、可动电极部及固定电极部相同的材料,因此能够使用例如光刻技术或蚀刻技术,由一张板材一次性地形成屏蔽部与可动部、可动电极部及固定电极部。
其结果为,与屏蔽部和可动部、可动电极部及固定电极部的材料不同的情况相比较,物理量传感器能够提高生产率。
应用例5
在上述应用例所涉及的物理量传感器中,优选为,在所述基板的所述主面上,设置有多个凹部,在所述凹部的各自的内部,设置有所述固定电极用配线或所述可动电极用配线。
据此,由于在物理量传感器中,于基板的主面上设置有多个凹部,且在各个凹部内设置有固定电极用配线及可动电极用配线,因此能够避免各个配线从上述主面的突出。
其结果为,物理量传感器能够避免各个配线与非连接部件(例如,在为第一配线时,非连接部件为第二固定电极部,在为第二配线,非连接部件为第一固定电极部)之间的短路。
另外,由于在物理量传感器中,能够通过凹部而将各个配线之间进一步隔开,因此能够进一步降低物理量检测时的各个配线之间的寄生电容。
应用例6
本应用例所涉及的电子设备的特征在于,具备上述应用例中任意一个应用例所述的物理量传感器。
据此,由于本结构的电子设备具备上述应用例中任意一个应用例所述的物理量传感器,因此能够提供起到上述应用例中任意一个应用例所述的效果的电子设备。
附图说明
图1为表示本实施方式的物理量传感器的概要结构的模式俯视图。
图2为沿着图1中的A-A线的模式剖视图。
图3为沿着图1中的B-B线的模式剖视图。
图4为沿着图1中的C-C线的主要部分的模式剖视图。
图5(a)~(e)为对物理量传感器的制造工序进行说明的模式剖视图。
图6(f)~(h)为对物理量传感器的制造工序进行说明的模式剖视图。
图7(a)~(d)为对物理量传感器的制造工序进行说明的模式剖视图。
图8为具备物理量传感器的电子设备(笔记本型个人计算机)的立体图。
图9为具备物理量传感器的电子设备(移动电话)的立体图。
图10为具备物理量传感器的电子设备(数码照相机)的立体图。
具体实施方式
以下,参照附图对将本发明具体化了的实施方式进行说明。
实施方式
首先,对本实施方式所涉及的、例如对加速度或角速度等的物理量进行检测的电容变化检测型的物理量传感器的结构进行说明。
图1为表示本实施方式的物理量传感器的概要结构的模式俯视图,图2为沿着图1中的A-A线的模式剖视图,图3为沿着图1中的B-B线的模式剖视图,图4为沿着图1中的C-C线的主要部分的模式剖视图。
另外,为了便于说明,各个结构要素的尺寸比例与实际有所不同。此外,在图1中,用虚线来记载盖部件。
另外,在下文中,为了便于说明,将图1中的纸面近前侧称为“上”,将纸面纵深侧称为“下”,将右侧称为“右”、将左侧称为“左”。另外,在图1至图3中,作为相互正交的三个轴,图示了X轴、Y轴及Z轴。另外,在下文中,将与X轴平行的方向(左右方向)称为“X轴方向”,将与Y轴平行的方向称为“Y轴方向”,将与Z轴平行的方向(上下方向)称为“Z轴方向”。
如图1至图4所示,物理量传感器1具备:作为基板的底基板2、被支承在底基板2上的传感器元件3、被设置在底基板2上的屏蔽部4、和以覆盖传感器元件3及屏蔽部4的方式而设置的盖部件5。
底基板2具有对传感器元件3进行支承的功能。
底基板2呈板状,且在其上表面即主面2a上设置有凹部21。该凹部21被形成为,当俯视观察底基板2时,收纳有后文所述的传感器元件3的可动部33、可动电极部36、37及连结部34、35。
凹部21构成避让部,该避让部避免传感器元件3的可动部33、可动电极部36、37及连结部34、35与底基板2发生接触。由此,底基板2能够容许传感器元件3的可动部33的位移。
另外,该避让部也可以为,在底基板2的厚度方向(Z轴方向)上贯穿底基板2的贯穿孔,以取代凹部21。另外,虽然在本实施方式中,凹部21的俯视形状呈四边形(具体而言为长方形),但是并不限定于此。
另外,在底基板2的主面2a上,于前文所述的凹部21的外侧,沿着该凹部21的外周而设置有凹部22。凹部22的一端部侧延伸至底基板2的外周部。另外,在底基板2的主面2a的凹部21的外侧且与凹部22之间,沿着凹部22设置有凹部23。凹部23的一端部侧延伸至底基板2的外周部。
另外,在底基板2的主面2a上,凹部24从凹部21的左侧边缘部附近起,沿着凹部23而被设置到底基板2的外周部。
该凹部22~24在俯视观察时呈与配线相对应的形状。具体而言,凹部22呈与后文所述的作为固定电极用配线的第一配线的配线41、及作为连接端子的电极44相对应的形状,凹部23呈与后文所述的作为固定电极用配线的第二配线的配线42、及作为连接端子的电极45相对应的形状,凹部24呈与后文所述的作为可动电极用配线的配线43、及作为连接端子的电极46相对应的形状。
在此,凹部22~24的深度尺寸分别大于配线41~43的厚度尺寸。
另外,凹部22~24的设置有电极44~46的部位的深度分别深于,设置有配线41~43的部位的深度。
通过以这种方式加深凹部22~24的一部分的深度,从而在制造后文所述的物理量传感器1时,能够避免电极44~46与之后成为传感器元件3的传感器基板之间的接合、或与外部部件之间的接触。
作为底基板2的构成材料,具体而言,优选使用具有绝缘性(为绝缘材料)的、高电阻的硅材料、玻璃材料。特别是,在传感器元件3由以硅材料为主要材料的硅基板而构成的情况下,优选使用包含碱金属离子(可动离子)的玻璃材料(例如,如パイレックス(PYREX,注册商标)玻璃那样的硼硅酸玻璃)。
由此,物理量传感器1能够对底基板2(玻璃基板)和传感器元件3(硅基板)进行阳极接合。
另外,底基板2的构成材料优选与传感器元件3的构成材料之间的热膨胀系数差尽可能小,具体而言,优选为,底基板2的构成材料与传感器元件3的构成材料之间的热膨胀系数差在3ppm/℃以下。由此,物理量传感器1在底基板2与传感器元件3之间的接合时,即使等暴露于高温下,也能够降低底基板2与传感器元件3之间的残留应力(热应力)。
传感器元件3具备固定部31、32、可动部33、连结部34、35、可动电极部36、37和固定电极部38、39。
在传感器元件3中,根据例如加速度或角速度等的物理量的变化,可动部33及可动电极部36、37在连结部34、35发生弹性变形的同时,于X轴方向(+X方向或者-X方向)上位移。在物理量传感器1中,随着这种位移,可动电极部36与固定电极部38之间的间隙、及可动电极部37与固定电极部39之间的间隙的大小分别发生变化。
即,在物理量传感器1中,随着这种位移,可动电极部36与固定电极部38之间的静电电容、及可动电极部37与固定电极部39之间的静电电容的大小分别发生变化。因此,物理量传感器1作为差动检测方式的物理量传感器,能够根据这些静电电容的改变,来对加速度或角速度等的物理量进行检测。
该固定部31、32、可动部33、连结部34、35及可动电极部36、37例如由一张硅基板而一体地形成。
固定部31、32分别与前文所述的底基板2的主面2a相接合。具体而言,固定部31相对于底基板2的主面2a的凹部21,与-X方向侧(图中左侧)的部分相接合,而固定部32相对于凹部21,与+X方向侧(图中右侧)的部分相接合。另外,固定部31、32以在俯视观察时分别横跨凹部21和凹部21的边缘部的方式而设置。
并且,固定部31、32的位置及形状等是根据连结部34、35和配线41~43的位置及形状等而被决定的,并不限定于上述的结构。
在两个固定部31、32之间,设置有可动部33。在本实施方式中,可动部33呈在X轴方向上延伸的长条形状。并且,可动部33的形状是根据构成传感器元件3的各个部分的形状、大小等而被决定的,并不限定于上述的结构。
可动部33通过连结部34而与固定部31相连结,并通过连接部35而与固定部32相连结。更加具体而言,可动部33的左侧的端部通过连结部34而与固定部31相连结,且可动部33的右侧的端部通过连结部35而与固定部32相连结。
该连结部34、35以能够使可动部33位移的方式将可动部33连结于固定部31、32。在本实施方式中,连结部34、35被构成为,能够如图1中箭头a所示那样,使可动部33在X轴方向(+X方向或者-X方向)上位移。
进行具体的说明,连结部34由两个梁341、342构成。而且,梁341、342分别呈在Y轴方向上弯曲而行的同时沿X轴方向延伸的形状。换言之,梁341、342分别呈在Y轴方向上多次(在本实施方式中为三次)折回的形状。并且,各个梁341、342的折回次数既可以为一次或两次,也可以为四次以上。
同样地,连结部35由两个梁351、352构成,所述梁351、352呈在Y轴方向上弯曲而行的同时沿X轴方向延伸的形状。
以此种方式,在可动部33的宽度方向上的一侧(+Y方向侧)设置有可动电极部36,而在另一侧(-Y方向侧)设置有可动电极部37,所述可动部33以能够在X轴方向上位移的方式被支承于底基板2上。
可动电极部36具备多个可动电极指361~365,所述多个可动电极指361~365从可动部33起向+Y方向突出,且以呈梳齿状的方式排列。该可动电极指361、362、363、364、365以该顺序从-X方向侧向+X方向侧排列。同样地,可动电极部37具备多个可动电极指371~375,所述多个可动电极指371~375从可动部33起向-Y方向突出,且以呈梳齿状的方式排列。该可动电极指371、372、373、374、375以该顺序从-X方向侧向+X方向侧排列。
多个可动电极指361~365及多个可动电极指371~375分别在可动部33的位移方向(即X轴方向)上并排设置。
由此,能够根据可动部33的位移,而有效地改变后文所述的固定电极部38的固定电极指382、384、386、388与可动电极部36之间的静电电容、及固定电极指381、383、385、387与可动电极部36之间的静电电容。
同样地,能够根据可动部33的位移,而有效地改变后文所述的固定电极部39的固定电极指392、394、396、398与可动电极部37之间的静电电容、及固定电极指391、393、395、397与可动电极部37之间的静电电容。
可动电极部36以隔开间隔的方式与固定电极部38对置。另外,可动电极部37以隔开间隔的方式与固定电极部39对置。
固定电极部38具备隔开间隔而与前文所述的可动电极部36的多个可动电极指361~365啮合的、以呈梳齿状的方式排列的多个固定电极指381~388。固定电极指381~388的与可动部33侧相反的一侧的端部相对于底基板2的主面2a的凹部21,分别被接合于+Y方向侧的部分上。而且,各个固定电极指381~388以其被固定的一侧的端部为固定端,且自由端向-Y方向延伸。
固定电极指381~388以该顺序从-X方向侧向+X方向侧排列。而且,固定电极指381、382成对地设置在前文所述的可动电极指361、362之间,固定电极指383、384成对地设置在可动电极指362、363之间,固定电极指385、386成对地设置在可动电极指363、364之间,固定电极指387、388成对地设置在可动电极指364、365之间。
在此,固定电极指382、384、386、388分别为第一固定电极指(第一固定电极部),固定电极指381、383、385、387分别为第二固定电极指(第二固定电极部),所述第二固定电极指(第二固定电极部)在底基板2上以相对于第一固定电极指隔开空隙(间隙)的方式而配置。
以此种方式,多个固定电极指381~388由交替排列的多个第一固定电极指及多个第二固定电极指构成。换言之,对于多个固定电极指381~388而言,第一固定电极指被配置在可动电极指的一侧,而第二固定电极指被配置在另一侧。
第一固定电极指382、384、386、388与第二固定电极指381、383、385、387在底基板2上相互分离。由此,能够使第一固定电极指382、384、386、388与第二固定电极指381、383、385、387电绝缘。因此,能够对第一固定电极指382、384、386、388与可动电极部36之间的静电电容、及第二固定电极指381、383、385、387与可动电极部36之间的静电电容分别进行测定,并根据这些测定结果,而高精度地对物理量进行检测。
同样地,固定电极部39具备隔开间隔而与前文所述的可动电极部37的多个可动电极指371~375啮合的、以呈梳齿状的方式排列的多个固定电极指391~398。固定电极指391~398的与可动部33相反的一侧的端部相对于底基板2的主面2a的凹部21,分别被接合于-Y方向侧的部分上。而且,各个固定电极指391~398以其被固定的一侧的端部为固定端,且自由端向+Y方向延伸。
固定电极指391~398以该顺序从-X方向侧向+X方向侧排列。而且,固定电极指391、392成对地设置在前文所述的可动电极指371、372之间,固定电极指393、394成对地设置在可动电极指372、373之间,固定电极指395、396成对地设置在可动电极指373、374之间,固定电极指397、398成对地设置在可动电极指374、375之间。
在此,固定电极指392、394、396、398分别为第一固定电极指(第一固定电极部),固定电极指391、393、395、397分别为第二固定电极指(第二固定电极部),所述第二固定电极指(第二固定电极部)在底基板2上以相对于第一固定电极指隔开空隙(间隙)的方式而配置。
以此种方式,多个固定电极指391~398由交替排列的多个第一固定电极指及多个第二固定电极指构成。换言之,对于多个固定电极指391~398而言,第一固定电极指被配置在可动电极指的一侧,而第二固定电极指被配置在另一侧。
第一固定电极指392、394、396、398和第二固定电极指391、393、395、397与前文所述的固定电极部38相同,在底基板2上相互分离。由此,能够对第一固定电极指392、394、396、398和可动电极部37之间的静电电容、及第二固定电极指391、393、395、397与可动电极部37之间的静电电容分别进行测定,并根据这些测定结果,而高精度地对物理量进行检测。
作为传感器元件3的构成材料,只要能够实现基于如前文所述这种静电电容的变化的物理量的检测,则不被特别限定,但是优选为半导体材料,具体而言,优选使用例如单晶硅、多晶硅等的硅材料。
即,优选为,固定部31、32、可动部33、连结部34、35、多个固定电极指381~388、391~398及多个可动电极指361~365、371~375分别以硅为主要材料而被构成。
硅能够通过蚀刻而高精度地进行加工。因此,通过以硅为主要材料来构成传感器元件3,从而使传感器元件3的尺寸精度变得优异,其结果为,能够实现物理量传感器1的高灵敏度化。另外,由于硅在特性上弹性疲劳较少,因而能够提高物理量传感器1的耐久性。
另外,优选为,在构成传感器元件3的硅材料中,掺杂有磷、硼等的杂质。由此,物理量传感器1能够使传感器元件3的导电性变得优异。
另外,如前文所述,传感器元件3通过固定部31、32及固定电极部38、39被接合在底基板2的主面2a上,从而被支承在底基板2上。
虽然这种传感器元件3和底基板2之间的接合方法未被特别限定,但是优选采用阳极接合法。
配线41~43被设置于前文所述的底基板2的主面2a侧。
进行详细叙述,配线41被设置于前文所述的底基板2的凹部21的外侧,并以沿着凹部21的外周的方式形成于凹部22内。而且,配线41的一个端部在底基板2的主面2a的外周部(底基板2上的盖部件5的外侧的部分)处,与电极44相连接。
配线41与前文所述的传感器元件3的第一固定电极指(第一固定电极部)、即各个固定电极指382、384、386、388及各个固定电极指392、394、396、398电连接。
另外,配线42在前文所述的配线41的内侧,且在前文所述的底基板2的凹部21的外侧,沿着凹部21的边缘而被设置于凹部23内。而且,配线42的一个端部以相对于前文所述的电极44隔开间隔而并排的方式,在底基板2的主面2a的外周部(底基板2上的盖部件5的外侧的部分)处,与电极45相连接。
配线42与前文所述的传感器元件3的第二固定电极指(第二固定电极部)、即固定电极指381、383、385、387及固定电极指391、393、395、397电连接。
配线43以从底基板2的与固定部31之间的接合部起,向底基板2的主面2a的外周部(底基板2上的盖部件5的外侧的部分)延伸的方式而被设置于凹部24内。而且,配线43的与固定部31侧相反的一侧的端部以相对于前文所述的电极44隔开间隔而并排的方式,在底基板2的主面2a的外周部(底基板2上的盖部件5的外侧的部分)处,与电极46相连接。
作为这种配线41~43的构成材料,只要分别为具有导电性的材料,则不被特别限定,可以使用各种电极材料,例如,可列举出ITO(Indium Tin Oxide,铟锡氧化物)、IZO(Indium Zinc Oxide,铟锌氧化物)、In3O3、SnO2、掺Sb的SnO2、掺Al的ZnO等的氧化物(透明电极材料)、Au、Pt、Ag、Cu、Al或者含有这些物质的合金等,并可以使用这些材料中的一种或将两种以上进行组合来使用。
作为配线41~43的构成材料,优选使用透明电极材料(特别是ITO)。据此,在物理量传感器1中,当配线41~43分别由透明电极材料构成时,则在底基板2为透明基板的情况下,能够从底基板2的与主面2a相反的一侧的面,容易地目视确认存在于底基板2的主面2a上的异物等。
另外,作为电极44~46的构成材料,只要与前文所述的配线41~43相同,分别具有导电性,则不被特别限定,可以使用各种电极材料。在本实施方式中,作为电极44~46的构成材料,使用与后文所述的突起部471、472、481、482、50的构成材料相同的材料。
而且,配线41上的、在俯视观察时与传感器元件3的固定电极指382、384、386、388重叠的部分处,分别设置有具有导电性的突起部481,配线41上的、在俯视观察时与固定电极指392、394、396、398重叠的部分处,分别设置有具有导电性的突起部482。
而且,物理量传感器1中,通过突起部481,而使固定电极指382、384、386、388与配线41电连接,且通过突起部482,而使固定电极指392、394、396、398与配线41电连接。
同样地,配线42上的、在俯视观察时与传感器元件3的固定电极指381、383、385、387重叠的部分处,分别设置有具有导电性的突起部471,配线42上的、在俯视观察时与固定电极指391、393、395、397重叠的部分处,分别设置有具有导电性的突起部472。
而且,物理量传感器1中,通过突起部471,而使固定电极指381、383、385、387与配线42电连接,且通过突起部472,而使固定电极指391、393、395、397与配线42电连接。
同样地,配线43上的、在俯视观察时与传感器元件3的固定部31重叠的部分处,设置有具有导电性的突起部50。
而且,物理量传感器1中,通过突起部50,而使固定部31与配线43电连接。
在此,在物理量传感器1中,配线41~43的厚度尺寸小于凹部22~24的深度尺寸,并且,配线41~43的厚度尺寸与突起部471、472、481、482、50的厚度尺寸之和,大于凹部22~24的深度尺寸(其中,电极44~46部分除外)。
由此,物理量传感器1中,在底基板2与传感器元件3接合时,通过使底基板2与传感器元件3紧贴在一起,从而配线41~43和突起部471、472、481、482、50被按压,由此切实地实现了上述的电连接。
物理量传感器1通过使用电极44(配线41)及电极46(配线43),从而能够对第一固定电极指382、384、386、388与可动电极部36之间的静电电容、及第一固定电极指392、394、396、398与可动电极部37之间的静电电容进行测定(检测)。
而且,物理量传感器1通过使用电极45(配线42)及电极46(配线43),从而能够对第二固定电极指381、383、385、387与可动电极部36之间的静电电容、及第二固定电极指391、393、395、397与可动电极部37之间的静电电容进行测定。
作为突起部471、472、481、482、50的构成材料,只要分别为具有导电性的材料,则不被特别限定,可以使用各种电极材料,例如,优选使用Au、Pt、Ag、Cu、Al等的金属单体或包含这些金属的合金等的金属。
物理量传感器1通过使用这种金属来构成突起部471、472、481、482、50,从而能够减小配线41~43与固定电极部38、39及固定部31之间的接触电阻。
另外,如图4所示,在配线42、43上设置有绝缘膜6。而且,在前文所述的突起部471、472、481、482、50上未形成有绝缘膜6,且突起部471、472、481、482、50的表面(上表面)以露出的方式被构成。并且,虽然未图示,但是配线41上也设置有绝缘膜6。
该绝缘膜6具有避免配线41~43与传感器元件3的非连接部之间的电连接(短路)的功能。
由此,物理量传感器1能够在更加可靠地避免配线41与非连接部之间的短路的同时,实施第一固定电极指382、384、386、388、392、394、396、398与配线41之间的电连接,并且能够在更加可靠地避免配线42与非连接部之间的短路的同时,实施第二固定电极指381、383、385、387、391、393、395、397与配线42之间的电连接,而且能够在更加可靠地避免配线43与非连接部之间的短路的同时,实施固定部31与配线43之间的电连接。
在本实施方式中,绝缘膜6以除了突起部471、472、481、482、50及电极44~46的形成区域之外,横跨底基板2的主面2a(包括凹部21~24在内)的大致整个区域的方式而形成。并且,只要绝缘膜6的形成区域能够覆盖配线41~43,则不限定于此,例如,也可以呈如下形状,即,除去底基板2的主面2a上的与传感器元件3之间的接合部位、和与盖部件5之间的接合部位之后的形状。
虽然作为这种绝缘膜6的构成材料,并未被特别限定,可以使用具有绝缘性的各种材料,但是当底基板2由玻璃材料(特别是,添加有碱金属离子的玻璃材料)构成时,优选使用二氧化硅(SiO2)。由此,物理量传感器1能够避免如前文所述那样的短路。
另外,虽然绝缘膜6的厚度(平均厚度)未被特别限定,但是优选为10~1000nm左右,更加优选为10~200nm左右。当在这种厚度的范围内形成绝缘膜6时,物理量传感器1能够避免如前文所述那样的短路。
另外,物理量传感器1中,当底基板2由包含碱金属离子的玻璃材料构成,且传感器元件3以硅为主材料而构成为时,即使在底基板2的主面2a的与传感器元件3之间的接合部位上存在绝缘膜6,也能够隔着绝缘膜6而对底基板2和传感器元件3进行阳极接合。
屏蔽部4在底基板2的主面2a上隔着绝缘膜6而位于配线41与配线42之间、及配线42与配线43之间,并被设置为隔开配线41与配线42、配线42与配线43的、截面为大致矩形的壁状。屏蔽部4具有降低配线41与配线42之间、及配线42与配线43之间的寄生电容的功能。
优选为,屏蔽部4被形成为,距图4所示的配线42、43的距离W、与高度H之比(H/W)为1~20。对于屏蔽部4而言,当H/W小于1时,降低配线42、43间的寄生电容的功能(屏蔽效果)有可能会减弱,而当H/W大于20时,通过蚀刻等进行制造的时间有可能增长,从而生产性下降。
本实施方式中,作为优选的一个示例,H/W被设定为6.25(H:25μm、W:4μm)。
并且,图4中的配线42、43与屏蔽部4之间的高低差实际上相对于H/W,为在尺寸上可忽视的水平。
并且,配线41和屏蔽部4的尺寸关系(H/W)也与上述内容相同。
屏蔽部4被设置在不与传感器元件3的固定电极指381~388、391~398发生干涉的位置上。在本实施方式中,屏蔽部4被分割成固定电极指381~388的左侧部分和右侧部分。
屏蔽部4的左侧部分从固定电极指381的左侧(-X方向侧)向-X方向延伸,并沿着配线41及配线42而向-Y方向弯曲,且被设置到盖部件5的内壁的附近,而且,还沿着盖部件5的内壁而被设置在配线42与配线43之间。
另一方面,屏蔽部4的右侧部分从固定电极指388的右侧(+X方向侧)向+X方向延伸,并在沿着配线41及配线42而向-Y方向弯曲后,再向-X方向弯曲,且被设置到固定电极指398附近。
屏蔽部4与配线41~43是电气性独立的,并被构成为,通过未图示的配线,而成为不同于配线41~43的电位(例如,GND,接地)。并且,屏蔽部4与配线的连接结构以固定电极指381~388、391~398与配线41、42的连接结构为基准。
作为屏蔽部4的构成材料,只要为半导体或导体,则不被特别限定,可以使用各种材料,例如,能够列举出硅、ITO、IZO、In3O3、SnO2、掺Sb的SnO2、掺Al的ZnO等的氧化物(透明电极材料)、Au、Pt、Ag、Cu、Al或者含有这些物质的合金等,并可以使用这些材料中的一种或将两种以上进行组合来使用。
并且,当屏蔽部4的构成材料使用硅时,优选为,掺杂有磷、硼等的杂质。由此,物理量传感器1能够使屏蔽部4的导电性变得优异。
并且,屏蔽部4的构成材料优选为,与固定电极部38、39(传感器元件3)相同的材料。由此,物理量传感器1能够使用例如光刻技术或蚀刻技术,而由一张硅基板一次性地形成屏蔽部4和固定电极部38、39(传感器元件3),并能够通过阳极接合而将屏蔽部4接合于底基板2。
并且,作为屏蔽部4的构成材料,只要为能够降低配线41、42之间、配线42、43之间的寄生电容的材料,则不限定于半导体或导体。
盖部件5具有对前文所述的传感器元件3及屏蔽部4进行保护的功能。
盖部件5呈板状,且其一个面(下表面)上设置有凹部51。该凹部51以在与传感器元件3之间、及与屏蔽部4之间设置有空隙的方式而形成,从而使传感器元件3的可动部33及可动电极部36、37等能够位移。
而且,盖部件5的下表面与前文所述的底基板2的主面2a相接合。作为盖部件5与底基板2之间的接合方法,并未被特别限定,例如,可以采用使用了粘合剂的接合方法、阳极接合法、直接接合法等。
另外,作为盖部件5的构成材料,只要为能够发挥如前文所述那样的功能的材料,则不被特别限定,例如,可以优选使用硅材料、玻璃材料等。
接下来,对物理量传感器1的制造方法的一个示例进行说明。
图5(a)~(e)、图6(f)~(h)、图7(a)~(d)为,对物理量传感器的制造工序进行说明的模式剖视图。
物理量传感器1的制造方法包括:配线形成工序;绝缘膜形成工序;接合工序;传感器元件及屏蔽部形成工序;盖部件接合工序;分割工序。
另外,虽然在此以获取多个为前提进行说明,但是也可以单独进行制造。
配线形成工序
首先,如图5(a)所示,准备在之后通过分片化而成为底基板2的晶片状的基板102。
接下来,如图5(b)所示,通过对基板102的上表面(主面102a)进行蚀刻,从而形成凹部21~23。此时,虽然在图5(b)中未图示,但是也以同样的方式形成凹部24。
作为凹部21~24的形成方法(蚀刻方法),并未被特别限定,例如,可以使用等离子蚀刻、活性离子蚀刻、电子束蚀刻、光辅助蚀刻等的物理蚀刻法、湿式蚀刻等的化学蚀刻法等方法中的一种或将两种以上进行组合来使用。并且,在以下各个工序中的蚀刻中,也可以采用同样的方法。
另外,在进行如上所述那样的蚀刻时,例如,可以优选使用通过光刻法而形成的掩膜。另外,多次反复进行掩膜形成、蚀刻、掩膜去除,从而能够依次形成凹部21和凹部22~24。而且,该掩膜在蚀刻后被去除。作为该掩膜的去除方法,例如,在由抗蚀剂材料构成掩膜时,能够使用抗蚀剂剥离液,而在由金属材料构成掩膜时,能够使用如磷酸溶液这种的金属剥离液等。
并且,作为掩膜,例如,也可以通过使用灰度掩膜,而一次性地形成凹部21和凹部22~24(深度不同的多个凹部)。
接下来,如图5(c)所示,在基板102上形成配线41~43、突起部471、472、481、482、50。
以下,根据图7对配线41~43、突起部471、472、481、482、50的形成进行详细叙述。
首先,如图7(a)所示,在凹部22内形成配线41的同时,在凹部23内形成配线42。此时,虽然在图7中未图示,但是在凹部24内使配线43与配线41、42一次性地形成。
而且,如图7(b)所示,在配线41上形成(成膜)多个突起部481、482,并在配线42上形成多个突起部471、472。此时,虽然在图7(b)中未图示,但是在配线41上形成电极44,在配线42上形成电极45,并在配线43上形成突起部50及电极46。
作为配线41~43、突起部471、472、481、482、50的形成方法(成膜方法),虽然未被特别限定,但是可列举出例如,真空蒸镀、阴极真空喷镀(低温阴极真空喷镀)、离子镀等的干式镀膜法、电解镀膜、无电解镀膜等的湿式镀膜法、火焰喷涂法、薄膜接合法等。并且,即使在以下的各个工序中的成膜中,也可以使用同样的方法。
并且,优选为,基板102使用具有绝缘性的绝缘性基板,更加优选为,使用透明基板以作为绝缘性基板。具体而言,优选为,基板102使用玻璃基板,所述玻璃基板使用了包含碱金属离子(可动离子)的玻璃材料(例如,如パイレックス(PYREX,注册商标)玻璃那样的硼硅酸玻璃)。
另外,作为配线41~43的构成材料,优选使用透明电极材料(特别是ITO)。
绝缘膜形成工序
接下来,如图7(c)所示,以覆盖配线41、42等的方式,而在基板102的主面102a上形成(成膜)绝缘膜106。在此,绝缘膜106为,经由后文所述的分片化而成为绝缘膜6的绝缘膜。
接下来,如图7(d)所示,去除绝缘膜106的覆盖突起部471、472、481、482的部分。另外,虽然在图7(d)中未图示,但是也去除绝缘膜106的覆盖突起部50及电极44~46的部分。由此,使突起部471、472、481、482、50及电极44~46露出。
并且,此时,突起部471、472、481、482、50的上表面成为与绝缘膜106的上表面几乎没有高低差的状态。
接合工序
返回图5,接下来,如图5(d)所示,准备在之后成为多个传感器元件3及屏蔽部4的晶片状的传感器基板103,并将传感器基板103接合在基板102的主面102a上。由此,传感器基板103与突起部471、472、481、482被连接在一起。此时,虽然在图5(d)中未图示,但传感器基板103与突起部50同样被连接在一起。
并且,基板102与传感器基板103之间的接合优选采用阳极接合法。
在此,优选为,传感器基板103的厚度厚于传感器元件3的厚度。由此,能够提高传感器基板103的处理性(例如,减少输送时、准备时等的破损等)。并且,传感器基板103的厚度也可以从开始就与传感器元件3的厚度相同。
并且,传感器基板103优选使用作为半导体基板的硅基板,并且作为突起部471、472、481、482、50的构成材料而使用Au,这在减小接触电阻方面为优选。
接下来,如图5(e)所示,将传感器基板103薄壁化至传感器元件3的厚度。薄壁化的方法未被特别限定,例如,可以优选采用CMP(化学机械抛光)法、干抛光法。
另外,如果传感器基板103的厚度从开始就与传感器元件3的厚度相同,则无需该薄壁化。
传感器元件及屏蔽部形成工序
接下来,如图6(f)所示,通过对传感器基板103进行蚀刻,从而形成传感器元件3及屏蔽部4(参照图4)。
并且,屏蔽部4通过未图示的配线及突起部,而与被设置在基板102上的未图示的电极电连接,所述未图示的配线及突起部通过与配线41~43、电极44~46及突起部471、472、481、482、50相同的形成方法而形成。
盖部件接合工序
接下来,如图6(g)所示,将晶片状的基板105接合在基板102的主面102a上,所述晶片状的基板105具有多个凹部51,并通过分片化而成为盖部件5。由此,通过基板102和基板105,而将各个传感器元件3及各个屏蔽部4收纳在各个凹部51内。
并且,作为基板102与基板105之间的接合方法,并未被特别限定,例如,可以采用使用了粘合剂的接合方法、阳极接合法、直接接合法等。
分割工序
接下来,如图6(h)所示,通过使用未图示的分割装置(切割装置),而将对传感器元件3进行收纳且成为了一体的基板102及基板105分割成,针对于每个传感器元件3及屏蔽部4的单片,从而获得物理量传感器1。
并且,通过分割,基板102成为底基板2,基板105成为盖部件5。
如上文所述,在本实施方式的物理量传感器1中,第一固定电极指(第一固定电极部)382、384、386、388、392、394、396、398与被设置在底基板2的主面2a侧的配线41相连接,第二固定电极指(第二固定电极部)381、383、385、387、391、393、395、397与被设置在底基板2的主面2a侧的配线42相连接。除此之外,在物理量传感器1中,可动电极部36、37通过可动部33而与被设置在底基板2的主面2a侧的配线43相连接。
而且,物理量传感器1中,在配线41与配线42之间、及配线42与配线43之间的一部分上,设置有隔开配线41和配线42、及配线42和配线43的屏蔽部4。
由此,由于在物理量传感器1中,物理量检测时的配线41与配线42之间、及配线42与配线43之间的寄生电容通过屏蔽部4而被降低,因此能够减少检测到的静电电容值与本来的静电电容值之间的误差。
因此,物理量传感器1能够提高检测精度等的检测特性。其结果为,物理量传感器1能够提高物理量检测的可靠性。
另外,由于物理量传感器1中,屏蔽部4使用硅等的半导体或者ITO、IZO、Au、Pt、Ag、Cu、Al等的导体以作为构成材料,因此能够可靠地降低物理量检测时的配线41与配线42之间、及配线42与配线43之间的寄生电容。
另外,由于在物理量传感器1中,在底基板2的主面2a上设置有凹部22~24,并在凹部22~24内设置有配线41~43,因此能够避免配线41~43从底基板2的主面2a的突出。
其结果为,物理量传感器1能够避免配线41~43与非连接部件(例如,在为配线41时,非连接部件为第二固定电极指381、383、385、387、391、393、395、397,在配线42时,非连接部件为第一固定电极指382、384、386、388、392、394、396、398)之间的短路。
另外,由于在物理量传感器1中,能够通过凹部22~24而将配线41与配线42、配线42与配线43进一步隔开,因此能够进一步降低物理量检测时的配线41与配线42之间、及配线42与配线43之间的寄生电容。
另外,由于在物理量传感器1中,底基板2由硼硅酸玻璃等的具有绝缘性的材料(绝缘材料)构成,传感器元件3由硅等的半导体材料构成,因此能够切实地实施底基板2与传感器元件3之间的绝缘分离。
另外,由于在物理量传感器1中,屏蔽部4由与传感器元件3相同的材料(例如,硅)构成,因此能够采用光刻技术或蚀刻技术,而由例如一张硅基板一次性地形成屏蔽部4和传感器元件3。
其结果为,与屏蔽部4和传感器元件3的材料互不相同的情况相比较,物理量传感器1能够提高生产性。
电子设备
接下来,对具备上述实施方式及改变例的物理量传感器的电子设备进行说明。
图8为,对作为具备物理量传感器的电子设备的便携型(或者笔记本型)的个人计算机的结构进行表示的立体图。
如图8所示,个人计算机1100由具备键盘1102的主体部1104、和具有显示部100的显示单元1106构成,并且显示单元1106通过铰链结构部而以能够相对于主体部1104进行转动的方式被支承。
在这种个人计算机1100中,内置有物理量传感器1。
图9为表示作为具备物理量传感器的电子设备的移动电话(也包括PHS:PersonalHandy-phone System,个人手持式电话系统)的结构的立体图。
如图9所示,移动电话机1200具备多个操作按钮1202、听筒1204及话筒1206,并且在操作按钮1202与听筒1204之间配置有显示部100。
在这种移动电话1200中,内置有物理量传感器1。
图10为表示作为具备物理量传感器的电子设备的数码照相机的结构的立体图。并且,该图10中,也简单地图示了与外部设备之间的连接。
在此,通常的照相机通过被摄物体的光像而使氯化银照片胶卷感光,与此相对,数码照相机1300将通过CCD(Charge Coupled Device:电荷耦合装置)等的摄像元件而对被摄物体的光像进行光电转换,从而生成摄像信号(图像信号)。
在数码照相机1300的壳体(机身)1302的背面(图中近前侧)设置有显示部1310,并且成为根据CCD的摄像信号而进行显示的结构,显示部1310作为将被摄物体显示为电子图像的取景器而发挥功能。
另外,在壳体1302的正面侧(图中纵深侧),设置有包括光学透镜(摄像光学系统)和CCD等在内的受光单元1304。
当摄影者对被显示在显示部1310上的被摄物体图像进行确认,并按下快门按钮1306时,该时间点的CCD的摄像信号将被传送并存储于存储器1308中。
另外,在该数码照相机1300中,在壳体1302的侧面上设置有视频信号输出端子1312、和数据通信用的输入输出端子1314。而且,根据需要,而在视频信号输出端子1312上连接有电视监视器1430,在数据通信用的输入输出端子1314上连接有个人计算机1440。进一步,成为如下的结构,即,通过预定的操作,从而使存储于存储器1308中的摄像信号向电视监视器1430或个人计算机1440输出。
在这种数码照相机1300中,内置有物理量传感器1。
由于这种电子设备具备高精度化且可靠性优异的物理量传感器1,因此能够发挥优异的性能。
并且,具备上述物理量传感器的电子设备除了能够应用于图8的个人计算机(便携型个人计算机)、图9的移动电话、图10的数码照相机之外,还能够应用于如下的装置中,例如,喷墨式喷出装置(例如,喷墨式打印机)、膝上型个人计算机、电视、摄像机、录像机、各种车辆导航装置、寻呼机、电子记事本(也包括带有通信功能的产品)、电子词典、台式电子计算机、电子游戏机、文字处理器、工作站、可视电话、防盗用视频监视器、电子双筒望远镜、POS(Point of Sale)终端、医疗设备(例如,电子体温计、血压计、血糖仪、心电图计测装置、超声波诊断装置、电子内窥镜)、鱼群探测器、各种测量设备、计量设备类(例如,车辆、飞机、船舶的计量设备类)、飞行模拟器等。
以上,虽然根据图示的实施方式及改变例,对本发明的物理量传感器及电子设备进行了说明,但是本发明并不限定于这些实施方式及改变例。
例如,只要固定电极部中,以呈梳齿状的方式并排的多个固定电极指中的至少一个固定电极指相对于其他的固定电极指而在具有绝缘性的基板上分离,则不限定于前文所述的实施方式及改变例。
另外,固定电极部的多个固定电极指、和以与所述多个固定电极指啮合的方式而被设置的可动电极部的多个可动电极指的根数、配置及大小等的方式,并不限定于前文所述的实施方式及改变例。
此外,可动部也可以被构成为,在Y轴方向上位移,还可以被构成为,绕与X轴平行的轴线转动。此时,只需根据由于可动电极指和固定电极指的对置面积的改变而产生的静电电容变化,来对物理量进行检测即可。
符号说明
1…物理量传感器;
2…作为基板的底基板;
2a…主面;
3…传感器元件;
4…屏蔽部;
5…盖部件;
6…绝缘膜;
21~24…凹部;
31、32…固定部;
33…可动部;
34、35…连结部;
36、37…可动电极部;
38、39…固定电极部;
41…作为固定电极用配线的第一配线的配线;
42…作为固定电极用配线的第二配线的配线;
43…作为可动电极用配线的配线;
44~46…电极;
50…突起部;
51…凹部;
341、342、351、352…梁;
361~365、371~375…可动电极指;
381~388、391~398…固定电极指(382、384、386、388、392、394、396、398…作为第一固定电极部的第一固定电极指,381、383、385、387、391、393、395、397…作为第二固定电极部的第二固定电极指);
471、472、481、482…突起部。

Claims (5)

1.一种物理量传感器,其特征在于,具备:
基板;
可动部,其被支承在所述基板上;
可动电极部,其被设置在所述可动部上;
固定电极部,其被设置在所述基板的主面上,且与所述可动电极部对置配置;
第一凹部以及第二凹部,被设置在所述基板的所述主面上,
所述固定电极部与被设置在所述第一凹部的内部的固定电极用配线相连接,
所述可动电极部经由所述可动部而与被设置在所述第二凹部的内部的可动电极用配线相连接,
在所述固定电极用配线与所述可动电极用配线之间的至少一部分上,设置有第一屏蔽部,
所述第一凹部的深度尺寸大于所述固定电极用配线的厚度尺寸,
所述第二凹部的深度尺寸大于所述可动电极用配线的厚度尺寸。
2.如权利要求1所述的物理量传感器,其特征在于,
所述固定电极部具有被配置在所述可动电极部的一侧的第一固定电极部、和被配置在另一侧的第二固定电极部,
所述固定电极用配线包括与所述第一固定电极部相连接的第一配线、和与所述第二固定电极部相连接的第二配线,
在所述第一配线及所述第二配线之间的至少一部分上,设置有第二屏蔽部。
3.如权利要求1所述的物理量传感器,其特征在于,
所述基板使用绝缘材料,
所述可动部、所述可动电极部及所述固定电极部使用半导体材料。
4.如权利要求1所述的物理量传感器,其特征在于,
所述第一屏蔽部使用与所述可动部、所述可动电极部及所述固定电极部相同的材料。
5.一种电子设备,其特征在于,
具备权利要求1所述的物理量传感器。
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