CN105308463A - 加速度传感器 - Google Patents

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CN105308463A CN201480031838.5A CN201480031838A CN105308463A CN 105308463 A CN105308463 A CN 105308463A CN 201480031838 A CN201480031838 A CN 201480031838A CN 105308463 A CN105308463 A CN 105308463A
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浜村宏
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Abstract

根据本发明的加速度传感器(11)包括固定部(12)、重锤部(13)、检测梁(14A)、支撑梁(14B、14C)和金属布线(15A)。重锤部(13)相对于固定部(12)可自由移位地被支撑。检测梁(14A)连接于固定部(12)和重锤部(13)，并设有压阻元件(16A～16D)。在检测梁(14A)之外另设有支撑梁(14B、14C)，该支撑梁(14B、14C)连接于固定部(12)和重锤部(13)。金属布线(15A)以穿过支撑梁(14B、14C)的方式布线，其两端引出到固定部(12)。

Description

加速度传感器
技术领域
本发明涉及使用压阻元件的加速度传感器。
背景技术
加速度传感器使用的结构包括设有压阻元件的检测梁、支撑检测梁的固定部和由检测梁支撑的重锤部。这种结构的加速度传感器在制造中有可能发生检测梁的断裂，为了检测检测梁的故障，环绕压阻元件的周边而设置故障检测用的电阻布线(例如参照专利文献1和2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平7‐43381号公报
专利文献2：日本专利特开平7‐325105号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
关于加速度传感器，有为了调整振动特性等而在检测梁之外另设置用于支撑重锤部的支撑梁的情况。在这种情况下，如果加速度传感器的制造中支撑梁上出现破损等，就会发生加速度传感器的特性变动。伴随梁破损的特性变动可以通过检测梁上的压阻元件的输出变化来检测，但是，根据压阻元件的输出变化进行加速度传感器的特性分选操作很繁杂，另外，很难可靠地分选出发生了特性不良的加速度传感器。
因此，本发明的目的在于提供这样的加速度传感器，其使得特性分选操作易于进行，能够可靠地分选出发生了特性不良的加速度传感器。
用于解决技术问题的手段
本发明所涉及的加速度传感器包括固定部、重锤部、检测梁、支撑梁以及布线部。重锤部相对于固定部可自由移位地被支撑。检测梁连接于固定部和重锤部，并设置有压阻元件。在检测梁之外另设有支撑梁，该支撑梁连接于固定部和重锤部。布线部以穿过支撑梁的方式布线，其两端引出到固定部。
在此结构中，能利用支撑梁中所设的布线部进行加速度传感器的特性分选。即，能分选出因支撑梁的破损而发生了振动特性等的特性变动的加速度传感器。因此，不需要根据压阻元件的输出变化来进行加速度传感器的特性分选的繁杂的操作，另外，能够更可靠地分选出因支撑梁的破损而发生特性不良的加速度传感器。
在上述的加速度传感器中，优选的是：在固定部、重锤部、检测梁和支撑梁中至少支撑梁由硅衬底制成，布线部包括在硅衬底注入杂质而形成的注入布线。
在此结构中，不存在布线部对支撑梁的不必要的应力作用。假如由金属布线构成布线部，则可能会有膜应力作用于支撑梁，同时温度又会使膜应力发生改变，从而引起加速度传感器的特性变动。然而，如果由注入布线构成支撑梁上的布线部，就不会引起这样的加速度传感器的特性变动。
对于上述的加速度传感器，优选的是：布线部在支撑梁上的布线宽度局部地拓宽。
在此结构中，能降低注入布线的布线电阻。另外，即使支撑梁的宽度较大，也能在支撑梁的宽度方向的整个区域内检测破损。
对于上述的加速度传感器，布线部可以连接压阻元件。
在此结构中，能在测定压阻元件的输出特性的同时检测出伴随梁的破损的特性变动，可以简化制造工序。
发明效果
按照本发明，能利用支撑梁中所设的布线部进行加速度传感器的特性分选，而不需要根据压阻元件的输出变化来对产生了伴随支撑梁破损的加速度传感器的特性变动的加速度传感器进行分选的繁杂的操作。另外，通过利用支撑梁中所设的布线部的加速度传感器的特性分选，能够更可靠地分选出发生了特性不良的加速度传感器。
附图说明
图1是本发明第一实施方式所涉及的加速度传感器的立体图。
图2是本发明第一实施方式所涉及的加速度传感器的俯视图和剖视图。
图3是用于说明本发明第一实施方式所涉及的加速度传感器的布线结构的俯视图。
图4是用于说明本发明第一实施方式所涉及的加速度传感器的制造方法的剖视图。
图5是用于说明本发明第二实施方式所涉及的加速度传感器的布线结构的俯视图。
图6是用于说明本发明第三实施方式所涉及的加速度传感器的布线结构的俯视图。
图7是用于说明本发明第四实施方式所涉及的加速度传感器的布线结构的俯视图。
具体实施方式
《第一实施方式》
接着，参照图1～4说明本发明第一实施方式所涉及的加速度传感器。各图中，标注了沿加速度传感器的厚度方向的Z轴、沿加速度传感器的平面方向的、垂直于Z轴的Y轴以及与Z轴和Y轴正交的轴即X轴。
图1是本发明第一实施方式所涉及的加速度传感器11的立体图。图2(A)是加速度传感器11的X-Y面的俯视图。图2(B)是沿图2(A)所示的VA-VA线剖切的加速度传感器11的X-Z面的剖视图。图2(C)是沿图2(A)所示的VB-VB线剖切的加速度传感器11的X-Z面的剖视图。
加速度传感器11是通过对SOI(SiliconOnInsulator：绝缘衬底上的硅)衬底进行蚀刻处理等后述的微细加工而形成的MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems：微机电系统)压阻式加速度传感器。
加速度传感器11具有以X-Z面为基准的面对称形状。加速度传感器11包括固定部12、重锤部13、检测梁14A、支撑梁14B、14C以及加速度检测电路(未图示)。检测梁14A设有由压阻元件构成的惠斯顿电桥，如后文详述。支撑梁14B、14C设有用于特性分选的布线部，如后文详述。
在图2(A)所示的X-Y面的视图上看，固定部12设置在X轴正向侧。固定部12的与重锤部13相对的X轴负向侧的面是中央向重锤部13侧(X轴负向侧)突出的凸形。换言之，固定部12包括含有向重锤部13侧突出的部分的区域即凸部12A、比凸部12A靠近Y轴负向侧的区域即凹部12B及比凸部12A靠近Y轴正向侧的区域即凹部12C。
在图2(A)所示的X-Y面的视图上看，重锤部13设置在X轴负向侧。重锤部13的与固定部12相对的X轴正向侧的面是中央朝固定部12侧的相反侧(X轴负向侧)凹进的凹形。换言之，重锤部13包括含有向固定部12侧的相反侧凹进的部分的区域即凹部13A、比凹部13A靠近Y轴负向侧的区域即凸部13B及比凹部13A靠近Y轴正向侧的区域即凸部13C。重锤部13上的X轴负向侧的面可以为任何形状，这里为中央突出的凸形。
另外，这里在图2(A)所示的X-Y面的视图上看，重锤部13和固定部12被设置成各自的凹凸构造未进入对方侧。即，重锤部13的凸部13B、13C的X轴正向侧的前端相比固定部12的凸部12A的X轴负向侧的前端，位于X轴负向侧即重锤部13侧。另外，固定部12的凸部12A的X轴负向侧的前端相比重锤部13的凸部13B、13C的X轴正向侧的前端，位于X轴正向侧即固定部12侧。再有，固定部12和重锤部13除了按凹凸构造不进入对方侧的方式构成之外，也可以按凹凸构造进入对方侧的方式构成。另外，只要凹凸构造的凸部和凹部不与各自相对或相邻的凹部或凸部发生干涉，各凸部和各凹部的Y轴方向的宽度和位置怎么设计都可以。
在图2(A)所示的X-Y面的视图上看，检测梁14A和支撑梁14B、14C在X轴上设于重锤部13和固定部12之间，分别连接于重锤部13和固定部12。更具体地说，检测梁14A在Y轴上设置在支撑梁14B和支撑梁14C之间，连接于固定部12的凸部12A和重锤部13的凹部13A。支撑梁14B被设置在检测梁14A的Y轴负向侧，连接于固定部12的凹部12B和重锤部13的凸部13B。支撑梁14C被设置在检测梁14A的Y轴正向侧，连接于固定部12的凹部12C和重锤部13的凸部13C。
另外，在图2(B)、图2(C)所示的X-Z面的视图上看，重锤部13和固定部12为长方形，该长方形具有与X轴平行的短边和与Z轴平行的长边。检测梁14A和支撑梁14B、14C分别为以Z轴方向为厚度方向的平板状，在Z轴方向上具有可挠性，连接于重锤部13和固定部12的Z轴负向侧的端部。
接着，就加速度传感器11的压阻元件的配置结构和布线结构进行说明。
图3是举例表示压阻元件的配置结构和布线结构的加速度传感器11的X-Y面的俯视图。
加速度传感器11包括金属布线15A、15B、15C、15D、15E、压阻元件16A、16B、16C、16D和注入布线17。
压阻元件16A、16B、16C、16D是构成惠斯顿电桥的元件，配置在检测梁14A的最大应力所作用的区域。压阻元件16A、16D被配置成沿X轴的方向为长度方向。压阻元件16B、16C被配置成沿Y轴的方向为长度方向。由于因检测梁14A的弯曲而产生的应力作用，压阻元件16A、16B、16C、16D在长度方向上伸长或缩短，其电阻值改变。
各个压阻元件16A、16B、16C、16D的长度方向的两端与注入布线17电连接。于是，压阻元件16A经由注入布线17电连接于金属布线15B和金属布线15D之间。压阻元件16B经由注入布线17电连接于金属布线15C和金属布线15D之间。压阻元件16C经由注入布线17电连接于金属布线15B和金属布线15E之间。压阻元件16D经由注入布线17电连接于金属布线15C和金属布线15E之间。金属布线15B、15C、15D、15E分别连接于加速度检测电路的端子Vp1、Vp2、Vp3、Vp4。
另外，金属布线15A被布线在从固定部12起、依次穿过支撑梁14C、重锤部13和支撑梁14B再返回固定部12的路径上。于是，金属布线15A的两端连接到用于特性分选的电路端子Vr1、Vr2。该金属布线15A被作为用于特性分选的布线部而设置，通过检测金属布线15A的布线电阻，就能掌握金属布线15A穿过的支撑梁14B、14C的破损状态。
接着，就本发明第一实施方式所涉及的加速度传感器11的制造方法进行说明。图4是用于说明加速度传感器11的制造方法的Y-Z面剖视图。包含加速度传感器11的装置用图4所示的制造方法制造。另外，图4所示的Y-Z面剖视图与上述的图2(B)所示的Y-Z面剖视图相对应。再有，以下用压阻元件16代称压阻元件16A～16D进行说明。另外，用金属布线15代称金属布线15A～15E进行说明。
首先，如图4(A)所示，准备SOI衬底100。SOI衬底100包括硅衬底101和硅衬底102以及介于它们之间的例如由SiO2或SiN构成的绝缘层103。硅衬底101、102是以Si为主要成分的绝缘衬底。并且，本实施方式中硅衬底101的表面形成有绝缘层104。这里，硅衬底101与绝缘层103、104重叠后的厚度优选为大体上与检测梁14A和支撑梁14B、14C的厚度一致。
接着，在硅衬底101的表面侧用光刻技术和杂质注入技术形成压阻元件16(p+层)。然后，再在硅衬底101的表面侧用光刻技术和杂质注入技术以预定图案形成注入布线17(p++层)。
接着，如图4(B)所示，用光刻技术和蚀刻技术从SOI衬底100的背面侧(硅衬底102侧)进行使用氟类气体(CF4、C4F8、SF6等)或氯类气体(Cl2)的干法蚀刻。基于此，在后面形成空间18A和空间18B，前者成为重锤部13和固定部12之间的空间，后者成为可让重锤部13移位的空间。
接着，如图4(C)所示，在SOI衬底100的背面侧(硅衬底102侧)接合盖构件19。盖构件19形成将空间18A和18B连通的空间18C。再有，优选为盖构件19的材料与硅衬底102相同。
接着，如图4(D)所示，用光刻技术和蚀刻技术从SOI衬底100的表面侧(绝缘层104侧)进行干法蚀刻，形成与空间18B连通的空间18D。另外，在绝缘层104的表面即SOI衬底100的表面形成金属布线15。该金属布线15被形成为与硅衬底101的注入布线17连接。之后，通过干法蚀刻从SOI衬底100的表面侧将绝缘层104、硅衬底101、绝缘层103的一部分去除，留下与重锤部13、固定部12、检测梁14A、支撑梁14B、14C对应的部分。通过此工序，重锤部13被可移动地支撑的结构得以实现。
此后，就能通过检测前述的用于特性分选的布线部即金属布线15A的布线电阻，掌握支撑梁14B、14C的破损状态。对应于作用在加速度传感器11上的加速度的振动特性等按照支撑梁14B、14C的破损状态而改变，因此，可以根据金属布线15A的布线电阻来掌握对应于加速度传感器11的加速度的振动特性等是否良好。因此，不需要根据压阻元件16A～16D的输出变化等进行加速度传感器11的特性分选的繁杂操作，并且能够可靠地分选出发生了特性不良的加速度传感器11。
《第二实施方式》
接着，就第二实施方式所涉及的加速度传感器21的布线结构进行说明。第二实施方式具有与第一实施方式不同的布线结构。
图5是加速度传感器21的X-Y面的俯视图。
作为与第一实施方式相同的结构，加速度传感器21包括固定部12、重锤部13、检测梁14A、支撑梁14B、14C、金属布线15B、15C、15D、15E、压阻元件16A、16B、16C、16D和注入布线17。另外，作为与第一实施方式不同的结构，加速度传感器21包括金属布线25和注入布线27。
金属布线25和注入布线27之间相互电连接，在从固定部12起依次穿过支撑梁14C、重锤部13和支撑梁14B再返回固定部12的路径上布线。而且，金属布线25不设置在与支撑梁14B和支撑梁14C重叠的区域设置，在与支撑梁14B和支撑梁14C重叠的区域形成注入布线27以取代金属布线25。
这样，通过在支撑梁14B和支撑梁14C重叠的区域设置注入布线27以取代金属布线25，防止了金属布线25对支撑梁14B、14C施加膜应力。假如由金属布线25将膜应力施加于支撑梁14B、14C，则膜应力会随温度而变化，从而引起振动特性的改变。因此，如本实施方式所示，由于在与支撑梁14B和支撑梁14C重叠的区域，不设置金属布线25而设置注入布线27，能防止这样的振动特性的改变。
《第三实施方式》
接着，就第三实施方式所涉及的加速度传感器31的布线结构进行说明。第三实施方式具有与第二实施方式不同的布线结构。
图6是加速度传感器31的X-Y面的俯视图。
作为与第二实施方式相同的结构，加速度传感器31包括固定部12、重锤部13、检测梁14A、支撑梁14B、14C、金属布线15B、15C、15D、15E、压阻元件16A、16B、16C、16D和注入布线17。另外，作为与第二实施方式不同的结构，加速度传感器31包括金属布线35和注入布线37。
金属布线35和注入布线37之间相互电连接，在从固定部12起依次穿过支撑梁14C、重锤部13、支撑梁14B再返回固定部12的路径上布线。而且，金属布线35设置不在与支撑梁14B和支撑梁14C重叠的区域，在与支撑梁14B和支撑梁14C重叠的区域形成注入布线37以取代金属布线35。与设于检测梁14A的注入布线17相比，注入布线37的与检测梁14A和支撑梁14B、14C的延伸方向正交的方向即Y轴方向的宽度显著扩展。另外，与金属布线35相比，注入布线37的Y轴方向的宽度显著扩展。再有，仅在与注入布线37的连接端，将金属布线35的Y轴方向的宽度设置成与注入布线37等宽。
这样，通过将设置在与支撑梁14B和支撑梁14C重叠的区域的注入布线37的宽度扩大，能降低注入布线37的布线电阻。另外，即使支撑梁14B、14C为大宽度，也能使注入布线37与支撑梁14B、14C的宽度方向的大致整个区域重叠，支撑梁14B、14C的破损检测就变得更加可靠且容易。
再有，本实施方式中示出了将注入布线37的宽度扩大的例子，然而，也可以如第一实施方式所示那样，在设置金属布线时将该金属布线的宽度在与支持梁14B、14C重叠的区域扩大。在这种情况下，也能取得与本实施方式所示效果相同的效果。
另外，本实施方式中，对于与注入布线37连接的金属布线35，仅在与注入布线37的连接端，将金属布线35的宽度设为与注入布线37等宽，而将其他地方设为比注入布线37要细的宽度，但金属布线35的形状并不限于这样的形状。例如，与注入布线37的连接端可按比注入布线37细的宽度构成，或者也可将与注入布线37的连接端以外的部位设置为与注入布线37相等的宽度。
《第四实施方式》
接着，就第四实施方式所涉及的加速度传感器41的布线结构进行说明。第四实施方式具有与第三实施方式不同的布线结构。
图7是加速度传感器41的X-Y面的俯视图。
作为与第三实施方式相同的结构，加速度传感器41包括固定部12、重锤部13、检测梁14A、支撑梁14B、14C、压阻元件16A、16B、16C、16D和注入布线37。另外，作为与第三实施方式不同的结构，加速度传感器41包括金属布线45A、45B、45C、45D、45E、45F和注入布线47。
金属布线45A、45B、45C、45D设于固定部12。金属布线45A的一端连接于支撑梁14B的注入布线37。金属布线45B的一端经由检测梁14A的注入布线47连接到压阻元件16A和压阻元件16C。金属布线45C的一端经由检测梁14A的注入布线47连接到压阻元件16B和压阻元件16D。金属布线45D的一端连接于支撑梁14C的注入布线37。
金属布线45E、45F设于重锤部13。金属布线45E的一端连接于支撑梁14B的注入布线37，其另一端经由检测梁14A的注入布线47连接到压阻元件16A和压阻元件16B。金属布线45F的一端连接于支撑梁14C的注入布线37，另一端经由检测梁14A的注入布线47连接于压阻元件16C和压阻元件16D。
即，在加速度传感器41中，连接有压阻元件16A～16D、注入布线37、47和金属布线45A～45F且用于检测支撑梁14B、14C的破损的布线部兼具作为惠斯顿电桥的布线的功能。通过采用这样的布线结构，可以在用惠斯顿电桥测定压阻元件16A～16D的输出特性(电阻测定、灵敏度测定)的同时执行关于支撑梁的破损状态和振动特性的特性分选。
再有，本实施方式中，示出了与第三实施方式同样的设置在与支撑梁14B和支撑梁14C重叠的区域的注入布线37的宽度扩大的例子，但也可以如第二实施方式那样，设于与支撑梁14B和支撑梁14C重叠的区域的注入布线的宽度变窄。另外，也可以如第一实施方式那样，在与支撑梁14B和支撑梁14C重叠的区域设置金属布线。在这些情况下，也能取得与本实施方式中所示效果相同的效果。
另外，上述的各实施方式中，作为固定部和重锤部分别采用将凸状和凹状组合的结构，然而固定部和重锤部的形状并不以此为限。例如，也可以倒置凸状和凹状的组合，将固定部设为凹状而重锤部设为凸状。另外，也可将固定部和重锤部做成六面体等其他形状。
另外，在上述的各实施方式中，采用了将两个支撑梁配置在一个检测梁两侧的结构，但是检测梁和支撑梁的数量和配置并不以此为限。例如，检测梁和支撑梁可以各设一个，或者可以分别设置多个。另外，也可以将支撑梁设于中央，而在其两侧设置检测梁。
以上，对本发明所涉及的加速度传感器作了详细说明，但是对加速度传感器的具体结构等可以作适当的设计变更，上述实施方式中描述的作用和效果只是列举了由本发明产生的最优选的作用和效果，本发明的作用和效果不限定于上述实施方式中描述的内容。
标记说明
11、21、31、41···加速度传感器
12···固定部
13···重锤部
12A、13B、13C···凸部
12B、12C、13A···凹部
14A···检测梁
14B、14C···支撑梁
15、15A、15B、15C、15D、15E、25、35、45A、45B、45C、45D、45E、45F···金属布线
16、16A、16B、16C、16D···压阻元件
17、27、37、47···注入布线
18A、18B、18C、18D···空间
19···盖构件
100···SOI衬底
101、102···硅衬底
103、104···绝缘层

Claims (4)

1.一种加速度传感器，其特征在于，包括：
固定部；
相对于所述固定部可自由移位地被支撑的重锤部；
连接于所述固定部和所述重锤部，且设有压阻元件的检测梁；
在所述检测梁之外另设的、连接于所述固定部和所述重锤部的支撑梁；以及
两端引出到所述固定部，并以穿过所述支撑梁的方式布线的布线部。
2.如权利要求1所述的加速度传感器，其特征在于，所述固定部、所述重锤部、所述检测梁和所述支撑梁中至少所述支撑梁由硅衬底构成，所述布线部包括在所述硅衬底中注入杂质而形成的注入布线。
3.如权利要求1或2所述的加速度传感器，其特征在于，所述布线部在所述支撑梁上的布线宽度局部地拓宽。
4.如权利要求1至3中任一项所述的加速度传感器，其特征在于，所述布线部连接有所述压阻元件。
CN201480031838.5A 2013-06-04 2014-05-14 加速度传感器 Pending CN105308463A (zh)

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