JP2001056343A - Micro machine and its manufacture - Google Patents

Micro machine and its manufacture

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JP2001056343A
JP2001056343A JP11231556A JP23155699A JP2001056343A JP 2001056343 A JP2001056343 A JP 2001056343A JP 11231556 A JP11231556 A JP 11231556A JP 23155699 A JP23155699 A JP 23155699A JP 2001056343 A JP2001056343 A JP 2001056343A
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JP
Japan
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support
expansion
suppressing member
micromachine
silicon
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JP11231556A
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Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Yagi
健 八木
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress deformation due to thermal expansion in a micro machine with a diaphragm structure, beam structure, or bridge structure. SOLUTION: Expansion suppressing members 15 made of a substance of a smaller coefficient of thermal expansion than that of a supporting body 14 are symmetrically arranged in a micro machine with a base 12, action body 13, and the supporting body 14 to support the action body 13 at the base 12. As a bending stress due to differences in lengths of expansion is symmetrically canceled out in this constitution, it is possible to make a strong expansion suppressing force work only in the direction of thermal expansion of the supporting body 14. Therefore, it is possible to effectively suppress deformations of the micro machine due to thermal expansion.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、梁構造、ダイヤフ
ラム構造または架橋構造を有する微細なマイクロマシ
ン、およびその製造方法に関する。特に、本発明は、マ
イクロマシンの熱膨張に伴う変形を抑制するための技術
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a micro-machine having a beam structure, a diaphragm structure or a bridge structure, and a method of manufacturing the same. In particular, the present invention relates to a technique for suppressing deformation of a micromachine due to thermal expansion.

【0002】[0002]

【従来の技術】《従来例の構造》以下、ダイヤフラム構
造を有するマイクロマシンの一例として、図7に示す加
速度センサ70の構造を説明する。図7(a)は、加速
度センサ70の上面図である。加速度センサ70は、基
台72と、基台72の中央に位置する作用体73と、作
用体73と基台72との間に位置してダイヤフラム形状
(膜形状)に加工された支持体74とから概略構成され
る。これらの構成は、シリコンウェハーに対するエッチ
ング等の微細加工技術を応用して製造される。この支持
体74の面上には、反対導電型の不純物をドーピングす
ることにより、複数個のピエゾ抵抗が形成される。すな
わち、所定方向の軸(以下『X軸』という)上には、4
個のピエゾ抵抗Rx1〜4が一列に形成される。このX
軸に直交する軸(以下『Y軸』という)上にも、4個の
ピエゾ抵抗Ry1〜4が一列に形成される。さらに、X
軸から斜めに傾いた軸(以下『Z軸』という)上にも、
4個のピエゾ抵抗Rz1〜4が一列に形成される。ま
た、基台72の外周部には、ボンディング接続用の端子
76が複数形成される。これらのピエゾ抵抗と端子76
との間には、多結晶シリコンまたはアルミニウムなどか
らなる配線が、図7中の太線パターンに示すように形成
される。
2. Description of the Related Art The structure of an acceleration sensor 70 shown in FIG. 7 will be described below as an example of a micromachine having a diaphragm structure. FIG. 7A is a top view of the acceleration sensor 70. The acceleration sensor 70 includes a base 72, an operating body 73 located at the center of the base 72, and a support 74 positioned between the operating body 73 and the base 72 and processed into a diaphragm shape (film shape). It is roughly composed of These structures are manufactured by applying a fine processing technique such as etching to a silicon wafer. A plurality of piezoresistors are formed on the surface of the support 74 by doping impurities of the opposite conductivity type. That is, on the axis in the predetermined direction (hereinafter referred to as “X axis”), 4
The piezo resistors Rx1 to Rx4 are formed in a line. This X
Four piezoresistors Ry1 to Ry4 are also formed in a line on an axis orthogonal to the axis (hereinafter referred to as “Y axis”). Furthermore, X
On an axis that is obliquely inclined from the axis (hereinafter referred to as the “Z axis”),
Four piezoresistors Rz1 to Rz4 are formed in a line. A plurality of terminals 76 for bonding connection are formed on the outer peripheral portion of the base 72. These piezoresistors and terminals 76
Between them, a wiring made of polycrystalline silicon or aluminum is formed as shown by a bold line pattern in FIG.

【0003】図7(b)は、支持体74の従来構造をさ
らに詳細に示すため、図7(a)中のA−A′箇所の断
面を示した図である。支持体74の材質は、シリコンで
ある。この支持体74の主面に、ピエゾ抵抗(ここでは
Rx3,Rz3)に該当する拡散領域が形成される。こ
の支持体74の主面上には、支持体74と配線層とを電
気的に絶縁するために、酸化シリコン膜または窒化シリ
コン膜からなる絶縁層81が積層される。さらに、絶縁
層81の上には、配線層を保護するために、酸化シリコ
ン膜または窒化シリコン膜からなる保護層82が積層さ
れる。
FIG. 7B is a cross-sectional view taken along the line AA 'in FIG. 7A to show the conventional structure of the support 74 in more detail. The material of the support 74 is silicon. A diffusion region corresponding to the piezoresistance (Rx3, Rz3 in this case) is formed on the main surface of the support 74. On the main surface of the support 74, an insulating layer 81 made of a silicon oxide film or a silicon nitride film is laminated to electrically insulate the support 74 from the wiring layer. Further, a protective layer 82 made of a silicon oxide film or a silicon nitride film is laminated on the insulating layer 81 to protect the wiring layer.

【0004】図8(a)〜(c)は、加速度センサ70
の外部結線の一例を示す回路図である。本図において、
上述した各々のピエゾ抵抗は、加速度センサ70の外部
で電圧源Eに結線され、軸単位に3種類のブリッジ回路
を構成する。これらのブリッジ回路の信号出力Vx〜V
zは、高感度な差分増幅回路などを介して増幅された
後、外部へ出力される。
FIGS. 8A to 8C show an acceleration sensor 70.
FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of the external connection of FIG. In this figure,
Each of the above-described piezoresistors is connected to a voltage source E outside the acceleration sensor 70, and forms three types of bridge circuits for each axis. The signal outputs Vx to V of these bridge circuits
z is output to the outside after being amplified through a highly sensitive differential amplifier circuit or the like.

【0005】《加速度センサ70の動作原理》次に、加
速度センサ70の動作原理について説明する。加速度セ
ンサ70の作用体73には、適度な重り(図示せず)が
接着され、センサ自体にかかる加速度が、効率よく慣性
モーメントに変換される。したがって、加速度センサ7
0に加速度が作用すると、慣性モーメントが働いて作用
体73が加速度と逆方向に変位する。このような作用体
73の変位に伴って、支持体74には湾曲が生じる。以
下、加速度センサ70の動作原理を、加速度の作用方向
ごとに3つのケースに分けて説明する。
<< Operation Principle of Acceleration Sensor 70 >> Next, the operation principle of the acceleration sensor 70 will be described. An appropriate weight (not shown) is adhered to the operating body 73 of the acceleration sensor 70, and the acceleration applied to the sensor itself is efficiently converted to a moment of inertia. Therefore, the acceleration sensor 7
When an acceleration acts on 0, the moment of inertia acts to displace the acting body 73 in a direction opposite to the acceleration. With the displacement of the acting body 73, the support 74 is curved. Hereinafter, the operating principle of the acceleration sensor 70 will be described in three cases for each direction of acceleration.

【0006】[X軸方向に加速度が作用するケース]図
9は、X軸方向に加速度(慣性力Fx)が作用した状態
を示す図である。この場合、図9(a)に示すように、
X軸方向のピエゾ抵抗Rx1〜4は、支持体74の湾曲
の影響を受け、圧縮または伸長する。その結果、ピエゾ
抵抗Rx1〜4の抵抗値は増減変化する。このとき、ブ
リッジ回路の平衡条件は、 (Rx1・Rx3)>(Rx2・Rx4) のように変化し、信号出力Vxには、X軸方向の加速度
に応じた電圧変化が現れる。一方、図9(b)に示すよ
うに、Y軸方向のピエゾ抵抗Ry1〜4については、ほ
とんど変化は生じない(作用体73のX軸方向の変位に
引っ張られ、抵抗値がわずかに増加するのみである)。
この場合、ブリッジ回路の平衡条件は、 (Ry1・Ry3)=(Ry2・Ry4) を維持するため、信号出力Vyには、電圧変化がほとん
ど現れない。また、図9(c)に示すように、Z軸方向
のピエゾ抵抗Rz1〜4については、X軸方向のピエゾ
抵抗Rx1〜4とほぼ同様の抵抗値変化が生じる。しか
しながら、ブリッジ回路の抵抗配置が異なるため、平衡
条件は、 (Rz1・Rz4)=(Rz2・Rz3) を維持し、信号出力Vzには、電圧変化がほとんど現れ
ない。
[Case in which acceleration acts in X-axis direction] FIG. 9 is a diagram showing a state in which acceleration (inertial force Fx) acts in the X-axis direction. In this case, as shown in FIG.
The piezoresistors Rx1 to Rx4 in the X-axis direction are compressed or expanded under the influence of the curvature of the support 74. As a result, the resistance values of the piezo resistors Rx1 to Rx4 increase and decrease. At this time, the equilibrium condition of the bridge circuit changes as (Rx1.Rx3)> (Rx2.Rx4), and a voltage change corresponding to the acceleration in the X-axis direction appears in the signal output Vx. On the other hand, as shown in FIG. 9B, the piezoresistors Ry1 to Ry4 in the Y-axis direction hardly change (they are slightly pulled by the displacement of the action body 73 in the X-axis direction, and the resistance value slightly increases). Only).
In this case, since the balance condition of the bridge circuit maintains (Ry1 · Ry3) = (Ry2 · Ry4), a voltage change hardly appears at the signal output Vy. As shown in FIG. 9C, the piezoresistors Rz1 to Rz4 in the Z-axis direction have substantially the same resistance value change as the piezoresistors Rx1 to Rx4 in the X-axis direction. However, since the resistance arrangement of the bridge circuit is different, the balance condition maintains (Rz1 · Rz4) = (Rz2 · Rz3), and the voltage change hardly appears at the signal output Vz.

【0007】[Y軸方向に加速度が作用するケース]図
10は、Y軸方向に加速度(慣性力Fy)が作用した状
態を示す図である。この場合、上述したブリッジ回路の
平衡条件は、 (Rx1・Rx3)=(Rx2・Rx4) (Ry1・Ry3)>(Ry2・Ry4) (Rz1・Rz4)=(Rz2・Rz3) に変化する。そのため、信号出力Vyには、Y軸方向の
加速度に応じた電圧変化が現れる。一方、その他の信号
出力Vx,Vzには、電圧変化がほとんど現れない。
[Case in which acceleration acts in the Y-axis direction] FIG. 10 is a diagram showing a state in which acceleration (inertial force Fy) acts in the Y-axis direction. In this case, the above-described equilibrium condition of the bridge circuit changes to (Rx1 · Rx3) = (Rx2 · Rx4) (Ry1 · Ry3)> (Ry2 · Ry4) (Rz1 · Rz4) = (Rz2 · Rz3). Therefore, a voltage change according to the acceleration in the Y-axis direction appears in the signal output Vy. On the other hand, voltage changes hardly appear in the other signal outputs Vx and Vz.

【0008】[垂直方向に加速度が作用するケース]図
11は、垂直方向に加速度(慣性力Fz)が作用した状
態を示す図である。この場合、上述したブリッジ回路の
平衡条件は、 (Rx1・Rx3)=(Rx2・Rx4) (Ry1・Ry3)=(Ry2・Ry4) (Rz1・Rz4)>(Rz2・Rz3) に変化する。そのため、信号出力Vzには、垂直方向の
加速度に応じた電圧変化が現れる。一方、その他の信号
出力Vx,Vyには、電圧変化がほとんど現れない。
[Case where Acceleration Acts Vertically] FIG. 11 is a diagram showing a state where acceleration (inertial force Fz) acts in the vertical direction. In this case, the above-described equilibrium condition of the bridge circuit changes to (Rx1 · Rx3) = (Rx2 · Rx4) (Ry1 · Ry3) = (Ry2 · Ry4) (Rz1 · Rz4)> (Rz2 · Rz3). Therefore, a voltage change corresponding to the vertical acceleration appears in the signal output Vz. On the other hand, voltage changes hardly appear in the other signal outputs Vx and Vy.

【0009】以上説明したように、3種類の信号出力V
x〜Vzに現れる電圧変化に基づいて、加速度センサ7
0に作用する加速度を、X軸,Y軸および垂直軸の三成
分に分けて、検出することが可能となる。
As described above, three types of signal outputs V
acceleration sensor 7 based on the voltage change appearing in x to Vz.
The acceleration acting on zero can be detected separately for three components of the X axis, the Y axis, and the vertical axis.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】ところで、加速度セン
サ70の各ピエゾ抵抗に通電を開始すると、信号出力V
zが変動を始め、安定するまでに時間が長くかかるとい
う問題点があった。また、信号出力Vzには、環境温度
の変化に反応して鋭敏に変動するという問題点もあっ
た。
When energization of each piezo resistor of the acceleration sensor 70 is started, the signal output V
There is a problem in that z starts to fluctuate and it takes a long time to be stabilized. Further, there is a problem that the signal output Vz fluctuates sharply in response to a change in environmental temperature.

【0011】従来、これら2つの問題点を改善するため
には、加速度検出の要不要に係わらず、加速度センサ7
0に対して恒常的に電流を流したり、加速度センサ70
に対して十分な断熱対策を施すなどの必要があった。そ
のため、これら2つの問題点に対する根本的な改善策
が、強く要望されていた。そこで、本発明では、これら
の問題点を根本的に改善することが可能な構造を有する
マイクロマシンを提供することを目的とする。
Conventionally, to solve these two problems, the acceleration sensor 7 has to be used regardless of the necessity of acceleration detection.
0 constantly, or the acceleration sensor 70
It was necessary to take sufficient heat insulation measures. Therefore, fundamental improvement measures for these two problems have been strongly demanded. Therefore, an object of the present invention is to provide a micromachine having a structure that can fundamentally improve these problems.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】以下、実施形態(図1,
5,6)の符号を対応付けながら、課題を解決するため
の手段を説明する。なお、ここでの対応付けは、参考の
ためであり、本発明を限定するものではない。
An embodiment (FIG. 1, FIG. 1)
Means for solving the problem will be described while associating symbols (5, 6). Note that the association here is for reference and does not limit the present invention.

【0013】《請求項1》請求項1に記載のマイクロマ
シンは、基台(12,32,42)と、作用体(13,
33,43)と、作用体を基台に対してダイヤフラム状
または梁状または架橋状に支持する支持体(14,3
4,44)とを備えた微細なマイクロマシンにおいて、
支持体よりも熱膨張係数の低い物質からなる膨張抑制部
材(15,35,45)を、支持体に対して対称形に配
置することにより、支持体の熱膨張を抑制することを特
徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a micromachine comprising: a base (12, 32, 42);
33, 43), and a support (14, 3) for supporting the working body in a diaphragm shape, a beam shape or a bridge shape with respect to the base.
4,44),
The thermal expansion of the support is suppressed by arranging the expansion suppressing members (15, 35, 45) made of a substance having a lower thermal expansion coefficient than the support in a symmetrical manner with respect to the support. .

【0014】本発明者は、従来例における信号出力Vz
の変動が、支持体74の微小な熱膨張に起因するもので
あることを解明した。すなわち、ピエゾ抵抗の発熱や環
境温度の変化によって、支持体74には熱膨張が生じ
る。この熱膨張により、支持体74は作用体73を挟ん
で僅かに湾曲し、垂直方向に加速度が作用した場合(図
11)と同様の状態となる。そのため、信号出力Vzに
は、加速度の垂直成分に加えて、この熱膨張による変動
成分が現れる。このような信号出力Vzの変動成分は、
センサ全体が熱平衡に達するまで複雑に変化し続け、な
かなか安定しない。
The inventor of the present invention has proposed a signal output Vz in the prior art.
It has been clarified that the fluctuation of the thickness is caused by the minute thermal expansion of the support 74. That is, the support 74 undergoes thermal expansion due to the heat generated by the piezoresistor and the change in the environmental temperature. Due to this thermal expansion, the support 74 is slightly curved with the action body 73 interposed therebetween, and becomes in a state similar to that when acceleration is applied in the vertical direction (FIG. 11). Therefore, a fluctuation component due to the thermal expansion appears in the signal output Vz in addition to the vertical component of the acceleration. Such a fluctuation component of the signal output Vz is:
Until the whole sensor reaches thermal equilibrium, it keeps changing in a complicated manner and is not stable.

【0015】このような現象を防ぐためには、ピエゾ抵
抗の抵抗値を大きくして発熱量を下げる方法が考えられ
る。この場合、ピエゾ抵抗の不純物濃度を下げるか、ピ
エゾ抵抗の形状を変える必要がある。しかしながら、図
12に示すように、不純物濃度の値は、ピエゾ抵抗の感
度温度係数を低く抑える観点から制限されるため、自由
に変更することはできない。また、ピエゾ抵抗を細線化
して抵抗値を大きくした場合、断線が起こりやすく、か
つ歩留まりの低下を招くなどという問題が生じる。
In order to prevent such a phenomenon, a method of increasing the resistance value of the piezoresistor to reduce the amount of heat generation can be considered. In this case, it is necessary to lower the impurity concentration of the piezoresistor or change the shape of the piezoresistor. However, as shown in FIG. 12, the value of the impurity concentration cannot be freely changed because it is limited from the viewpoint of suppressing the temperature coefficient of sensitivity of the piezo-resistance to be low. Further, when the piezoresistor is thinned to increase the resistance value, there is a problem that the disconnection is likely to occur and the yield is lowered.

【0016】そこで、本発明者では、膨張抑制部材(支
持体よりも熱膨張係数の低い物質)を支持体に配置し
た。このように膨張係数の異なる素材を単純に組み合わ
せた場合、温度上昇に伴って膨張長さの違いが生じる。
この膨張長さの違いは、支持体をさらに湾曲させる方向
に働く。しかしながら、本発明では、この膨張抑制部材
を支持体に対して対称形に配置する。したがって、膨張
長さの違いによる曲げ応力は、対称に発生して打ち消し
合い、支持体の熱膨張を抑制する方向にのみ強い力が働
く。したがって、本発明では、支持体の熱膨張による湾
曲を抑制することが可能となり、上記従来例のような課
題を根本的に改善することが可能となる。
Therefore, the present inventor has arranged an expansion suppressing member (a substance having a lower thermal expansion coefficient than the support) on the support. When materials having different expansion coefficients are simply combined as described above, a difference in expansion length occurs with an increase in temperature.
This difference in inflation length acts in the direction of further bending the support. However, in the present invention, the expansion suppressing member is arranged symmetrically with respect to the support. Therefore, the bending stress due to the difference in the expansion length is generated symmetrically and cancels out, and a strong force acts only in the direction of suppressing the thermal expansion of the support. Therefore, according to the present invention, it is possible to suppress the curvature of the support due to thermal expansion, and it is possible to fundamentally improve the problems as in the above-described conventional example.

【0017】ちなみに、図7(b)に示す従来例におい
ても、支持体74に対して絶縁層81や保護層82が積
層されている。しかしながら、これらの絶縁層81や保
護層82は、一般に層厚が薄く、支持体74の熱膨張に
よる湾曲を抑制する機能を有するに至らない。また、た
とえ、絶縁層81や保護層82を厚くしたとしても、こ
れらの層81,82は支持体74に対して非対称に配置
されるため、膨張長さの違いに起因して支持体74には
曲げ応力が作用する。その結果、支持体74はさらに湾
曲するため、本発明のような作用効果は決して得られな
い。
Incidentally, also in the conventional example shown in FIG. 7B, an insulating layer 81 and a protective layer 82 are laminated on a support 74. However, the insulating layer 81 and the protective layer 82 are generally thin in thickness and do not have the function of suppressing the curvature of the support 74 due to thermal expansion. Even if the insulating layer 81 and the protective layer 82 are thickened, the layers 81 and 82 are arranged asymmetrically with respect to the support 74, and therefore, due to the difference in the expansion length, the layers 81 and 82 are formed on the support 74. Is subjected to bending stress. As a result, since the support 74 is further curved, the operation and effect as in the present invention are never obtained.

【0018】《請求項2》請求項2に記載のマイクロマ
シンは、請求項1に記載のマイクロマシンにおいて、支
持体の湾曲もしくは作用体の変位を検出するセンサを備
え、センサの検出出力により、作用体にかかる力(加速
度も含む)を検出することを特徴とする。
A second aspect of the present invention is directed to the micromachine according to the first aspect, further comprising a sensor for detecting a curvature of the support or a displacement of the operating body. Is characterized by detecting a force (including an acceleration) applied to the object.

【0019】《請求項3》請求項3に記載のマイクロマ
シンは、請求項1または請求項2に記載のマイクロマシ
ンにおいて、膨張抑制部材(15)は、支持体(14)
の両側部または中心線上に配置されることを特徴とす
る。
[Claim 3] The micromachine according to claim 3 is the micromachine according to claim 1 or 2, wherein the expansion suppressing member (15) is a support (14).
Are arranged on both sides or on the center line of.

【0020】《請求項4》請求項4に記載のマイクロマ
シンは、請求項1または請求項2に記載のマイクロマシ
ンにおいて、膨張抑制部材(45)が支持体(44)を
挟み込む積層構造、または、支持体(44)が膨張抑制
部材(45)を挟み込む積層構造であることを特徴とす
る。
<Fourth aspect> The micromachine according to the fourth aspect is the micromachine according to the first or second aspect, wherein the expansion suppressing member (45) has a laminated structure or a support in which the support (44) is sandwiched. The body (44) has a laminated structure sandwiching the expansion suppressing member (45).

【0021】《請求項5》請求項5に記載のマイクロマ
シンは、請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載
のマイクロマシンにおいて、支持体(14,34,4
4)は、シリコンであり、膨張抑制部材(15,35,
45)は、酸化シリコンまたは窒化シリコンであること
を特徴とする。
<Fifth aspect> The micromachine according to the fifth aspect is the micromachine according to any one of the first to fourth aspects, wherein the support (14, 34, 4)
4) is silicon, and the expansion suppressing member (15, 35,
45) is characterized by being silicon oxide or silicon nitride.

【0022】酸化シリコンまたは窒化シリコンは、シリ
コンよりも熱膨張係数が小さい(例えば、酸化シリコン
の線膨張係数は、シリコンの線膨張係数の1/5程度で
ある)。また、酸化シリコンまたは窒化シリコンを支持
体に形成することにより、支持体(ここではシリコン)
をエッチングする際の選択比を大きくとることが可能と
なる。そのため、エッチング時の支持体の厚み制御が一
段と容易になり、均一な厚みの支持体を安定的に製造す
ることが可能となる。
Silicon oxide or silicon nitride has a smaller coefficient of thermal expansion than silicon (for example, the coefficient of linear expansion of silicon oxide is about 1/5 of the coefficient of linear expansion of silicon). In addition, by forming silicon oxide or silicon nitride on the support, the support (here, silicon) is formed.
It is possible to increase the selectivity when etching is performed. Therefore, the thickness control of the support at the time of etching is further facilitated, and a support having a uniform thickness can be stably manufactured.

【0023】《請求項6》請求項6に記載の製造方法
は、請求項5に記載のマイクロマシンを製造する製造方
法であって、酸化シリコンからなる膨張抑制部材を、酸
素イオン注入を併用したLOCOS法により形成するこ
とを特徴とする。
[Claim 6] A manufacturing method according to a sixth aspect of the present invention is the manufacturing method for manufacturing a micromachine according to the fifth aspect, wherein the expansion suppressing member made of silicon oxide is provided by LOCOS using oxygen ion implantation. It is formed by a method.

【0024】このような製造方法では、厚い酸化シリコ
ンを短時間に効率良く製造することが可能となる。ま
た、このように製造される酸化シリコンは、厚み、内部
組成の均一性、結晶状態、シリコン境界面の状態などの
点で優れており、膨張抑制の用途に適している。したが
って、本発明の製造方法は、マイクロマシン内の膨張抑
制部材(ここでは酸化シリコン)を製造する上で、特に
優れた製造方法である。
According to such a manufacturing method, thick silicon oxide can be efficiently manufactured in a short time. Further, the silicon oxide manufactured in this way is excellent in terms of thickness, uniformity of internal composition, crystalline state, state of a silicon boundary surface, and the like, and is suitable for use in suppressing expansion. Therefore, the manufacturing method of the present invention is a particularly excellent manufacturing method for manufacturing an expansion suppressing member (here, silicon oxide) in a micromachine.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明にお
ける実施の形態を説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0026】《第1の実施形態》第1の実施形態は、請
求項1,2,3,5,6に対応した加速度センサ11の
実施形態である。図1(a)は、加速度センサ11の立
体構造を示す斜視図である。図1(b)は、加速度セン
サ11の上面図である。図1(c)は、支持体14の構
造をさらに詳細に示すため、図1(a)中に示すA−
A′箇所の断面を表した図である。これらの図におい
て、加速度センサ11は、シリコン基板からなる基台1
2と、基台12の中央部に位置する作用体13と、作用
体13を梁状に支持する支持体14とから概略構成され
る。この支持体14は、シリコンから構成される。ま
た、この支持体14の梁部分の両側には、酸化シリコン
からなる膨張抑制部材15がそれぞれ設けられる。この
膨張抑制部材15は、図1(c)に示すように、支持体
14と同程度の厚みを有し、かつ支持体14を両脇から
挟み込むように配置される。この支持体14の面上に
は、支持体14の湾曲を検出するためのピエゾ抵抗と配
線が、図1(b)中の太線パターンに示すように形成さ
れる。
<< First Embodiment >> A first embodiment is an embodiment of the acceleration sensor 11 according to claims 1, 2, 3, 5, and 6. FIG. 1A is a perspective view illustrating a three-dimensional structure of the acceleration sensor 11. FIG. 1B is a top view of the acceleration sensor 11. FIG. 1 (c) shows the structure of the support 14 in more detail.
It is the figure showing the cross section of A 'part. In these figures, the acceleration sensor 11 is a base 1 made of a silicon substrate.
2, an operating body 13 located at the center of the base 12, and a support 14 for supporting the operating body 13 in a beam shape. The support 14 is made of silicon. In addition, on both sides of the beam portion of the support 14, expansion suppressing members 15 made of silicon oxide are provided. As shown in FIG. 1C, the expansion suppressing member 15 has the same thickness as the support 14 and is disposed so as to sandwich the support 14 from both sides. On the surface of the support 14, piezoresistors and wires for detecting the curvature of the support 14 are formed as shown by a bold line pattern in FIG. 1B.

【0027】[製造方法の説明]図2および図3は、図
1(b)中に示すB−B′断面の製造工程を説明するた
めの図である。以下、図2および図3を用いて、加速度
センサ11の製造工程を説明する。
[Explanation of Manufacturing Method] FIGS. 2 and 3 are views for explaining a manufacturing process of the BB 'section shown in FIG. 1B. Hereinafter, a manufacturing process of the acceleration sensor 11 will be described with reference to FIGS.

【0028】まず、図2(a)の工程において、シリコ
ン基板301の第1面に、熱酸化によるシリコン酸化膜
302が、500Å程度の厚みで形成される。なお、第
2面に形成されるシリコン酸化膜は、エッチングにより
除去される。その後、低圧CVD法などにより、300
0Å程度のシリコン窒化膜303が形成される。このと
き、シリコン基板301の第2面にも、シリコン窒化膜
304が同時に形成される。次に、シリコン窒化膜30
3の上にレジスト305が塗布され、このレジスト30
5をマスクにして、ドライエッチング法などを施し、シ
リコン窒化膜303がパターニングされる。このレジス
ト305およびシリコン窒化膜303をマスクにして、
イオン注入法により酸素イオン306が、シリコン基板
301の表面から2μm程度の深さまで注入される。な
お、この注入深さは、支持体14の厚さに合わせて決定
される。
First, in the step of FIG. 2A, a silicon oxide film 302 is formed on the first surface of a silicon substrate 301 by thermal oxidation to a thickness of about 500 °. The silicon oxide film formed on the second surface is removed by etching. After that, by low pressure CVD or the like, 300
A silicon nitride film 303 of about 0 ° is formed. At this time, the silicon nitride film 304 is also formed on the second surface of the silicon substrate 301 at the same time. Next, the silicon nitride film 30
3, a resist 305 is applied.
Using the mask 5 as a mask, the silicon nitride film 303 is patterned by dry etching or the like. Using the resist 305 and the silicon nitride film 303 as a mask,
Oxygen ions 306 are implanted from the surface of the silicon substrate 301 to a depth of about 2 μm by an ion implantation method. The injection depth is determined according to the thickness of the support 14.

【0029】次に、図2(b)の工程において、レジス
ト305を除去した後、水蒸気中での熱酸化が実施さ
れ、シリコン酸化膜が形成される。このような処理など
を経て、酸素イオン306の注入箇所は、膨張抑制部材
15に変化する。ここまでの工程が、LOCOS法(窒
化シリコン膜を酸化マスクに使用した選択酸化法)と酸
素イオン注入とを併用した、膨張抑制部材15の製造工
程である。次に、ドライエッチング法またはウェットエ
ッチング法などが施され、図2(a)中に示したシリコ
ン窒化膜303とシリコン酸化膜302との接合界面の
深さまでエッチングが行われ、シリコン酸化膜307が
完成する。
Next, in the step of FIG. 2B, after removing the resist 305, thermal oxidation in steam is performed to form a silicon oxide film. Through such processing and the like, the injection location of the oxygen ion 306 changes to the expansion suppressing member 15. The steps up to this point are the manufacturing steps of the expansion suppressing member 15 using both the LOCOS method (selective oxidation method using a silicon nitride film as an oxidation mask) and oxygen ion implantation. Next, a dry etching method or a wet etching method is performed, and etching is performed to a depth of a bonding interface between the silicon nitride film 303 and the silicon oxide film 302 shown in FIG. Complete.

【0030】次に、図2(c)の工程では、レジストパ
ターン作成・イオン注入・アニールの過程を経て、ピエ
ゾ抵抗となる不純物領域308が形成される。次に、図
2(d)の工程では、レジストパターン作成・エッチン
グの過程を経て、ピエゾ抵抗となる不純物領域308の
両端部に位置を合わせて、シリコン酸化膜307にコン
タクトホール309が設けられる。
Next, in the step of FIG. 2C, an impurity region 308 to be a piezoresistor is formed through the steps of resist pattern formation, ion implantation and annealing. Next, in the step of FIG. 2D, a contact hole 309 is provided in the silicon oxide film 307 through the process of forming and etching a resist pattern so as to be aligned with both ends of the impurity region 308 serving as a piezoresistance.

【0031】続いて、図2(e)の工程では、CVD装
置などで形成した多結晶シリコン膜や、スパッタ装置な
どで形成したアルミニウム膜が、フォトリソ法およびエ
ッチングによりパターニングされ、配線310が完成す
る。この状態で、シリコン窒化膜などからなる保護膜3
11(保護膜21)をプラズマCVD装置などにより、
例えば3000Å程度の膜厚で形成する。さらに、空隙
部12aに相当する箇所が、フォトリソ法とエッチング
の過程を経て除去される。
Subsequently, in the step of FIG. 2E, a polycrystalline silicon film formed by a CVD device or the like or an aluminum film formed by a sputtering device or the like is patterned by photolithography and etching to complete the wiring 310. . In this state, the protection film 3 made of a silicon nitride film or the like is formed.
11 (protective film 21) by a plasma CVD device or the like.
For example, it is formed with a thickness of about 3000 °. Further, a portion corresponding to the void portion 12a is removed through a process of photolithography and etching.

【0032】次に、図3(f)の工程では、シリコン基
板301の第2面のシリコン窒化膜304が、フォトリ
ソ法とエッチングの過程を経てパターニングされ、基台
12に相当するマスクパターンが形成される。このマス
クパターンを介して、ドライエッチング法やKOH溶液な
どのシリコンエッチング液を用いたウェットエッチング
法が実施される。このエッチングにより、支持体14に
相当する箇所が2μm程度の膜厚になるようにエッチン
グされ、かつ空隙部12aに相当する箇所に穴が空けら
れる。
Next, in the step of FIG. 3F, the silicon nitride film 304 on the second surface of the silicon substrate 301 is patterned through a photolithography method and an etching process to form a mask pattern corresponding to the base 12. Is done. Through this mask pattern, a dry etching method or a wet etching method using a silicon etching solution such as a KOH solution is performed. By this etching, a portion corresponding to the support 14 is etched so as to have a thickness of about 2 μm, and a hole is formed in a portion corresponding to the gap 12a.

【0033】さらに、図3(g)の工程では、作用体1
3および基台12に対して、ガラスを接合する。この場
合の接合方法としては、例えば、シリコン基板301と
ガラスを400度程度に加熱し、このシリコン基板30
1を正極にして、500〜1000V程度の直流電圧を印加す
る、いわゆる陽極接合法が使用される。なお、樹脂など
の接着剤による接合方法を使用してもよい。このガラス
は、ダイシングソーなどで切断され、台座316および
重り315に分離される。
Further, in the step of FIG.
Glass is bonded to 3 and the base 12. As a bonding method in this case, for example, the silicon substrate 301 and the glass are heated to about 400 ° C.
A so-called anodic bonding method in which 1 is used as a positive electrode and a DC voltage of about 500 to 1000 V is applied. Note that a joining method using an adhesive such as a resin may be used. This glass is cut with a dicing saw or the like and separated into a pedestal 316 and a weight 315.

【0034】続いて、図3(h)の工程では、シリコン
基板317が、陽極接合法や樹脂接着により、台座31
6に接着される。なお、このシリコン基板317は、重
り315に当接する箇所がエッチングなどにより予め削
られており、重り315がある程度自由に変位できるよ
うに加工されている。以上のような工程の後、シリコン
ウェハーをダイシングソーなどにより分断し、加速度セ
ンサ11が完成する。
Subsequently, in the step shown in FIG. 3H, the silicon substrate 317 is mounted on the pedestal 31 by anodic bonding or resin bonding.
6 is adhered. The portion of the silicon substrate 317 that contacts the weight 315 is shaved in advance by etching or the like, and is processed so that the weight 315 can be freely displaced to some extent. After the above steps, the silicon wafer is cut by a dicing saw or the like, and the acceleration sensor 11 is completed.

【0035】[別の製造方法の説明]次に、別の製造方
法について説明する。図4は、図1(b)中に示すB−
B′断面の別の製造工程を説明する図である。以下、図
4を用いて、加速度センサ11の別の製造方法を説明す
る。
[Description of Another Manufacturing Method] Next, another manufacturing method will be described. FIG. 4 is a cross-sectional view of FIG.
It is a figure explaining another manufacturing process of B 'section. Hereinafter, another method of manufacturing the acceleration sensor 11 will be described with reference to FIG.

【0036】まず、図4(a)の工程において、シリコ
ン基板401の第1面に、熱酸化により500Å程度の
シリコン酸化膜402が形成される。なお、このとき、
シリコン基板401の第2面に形成されるシリコン酸化
膜は、エッチングにより除去される。その後、低圧CV
D法などにより、シリコン窒化膜403が、3000Å
程度の厚さでシリコン酸化膜402の上に形成される。
このとき、シリコン基板401の第2面には、シリコン
窒化膜404も形成される。このシリコン窒化膜403
の上に、レジスト405がパターン形成される。このレ
ジスト405をマスクにして、ドライエッチング法など
のエッチングが実施され、シリコン窒化膜403および
シリコン酸化膜402がパターニングされる。このよう
にパターニングされたシリコン窒化膜403およびシリ
コン酸化膜402をマスクにして、シリコン基板401
をドライエッチング法やウエットエッチング法などによ
り更にエッチングする。このようなエッチング加工を経
て、シリコン基板401上の膨張抑制部材15に相当す
る箇所には、2μm程度の深さの溝が形成される。
First, in the step of FIG. 4A, a silicon oxide film 402 of about 500 ° is formed on the first surface of a silicon substrate 401 by thermal oxidation. At this time,
The silicon oxide film formed on the second surface of the silicon substrate 401 is removed by etching. After that, low pressure CV
The silicon nitride film 403 becomes 3000
It is formed on the silicon oxide film 402 with a thickness of approximately.
At this time, a silicon nitride film 404 is also formed on the second surface of the silicon substrate 401. This silicon nitride film 403
A resist 405 is patterned on the substrate. Using the resist 405 as a mask, etching such as dry etching is performed, and the silicon nitride film 403 and the silicon oxide film 402 are patterned. Using the silicon nitride film 403 and the silicon oxide film 402 thus patterned as a mask, the silicon substrate 401
Is further etched by a dry etching method or a wet etching method. Through such an etching process, a groove having a depth of about 2 μm is formed on a portion corresponding to the expansion suppressing member 15 on the silicon substrate 401.

【0037】続いて、図4(b)の工程では、不要なレ
ジスト405を除去した後、CVD装置などを用いて、
PSG(Phosphor-Silicate GLASS)やBPSG(Boron
doped Phosphor-Silicate GLASS)などを堆積する。そ
の結果、エッチング加工された溝内はシリコン酸化膜4
07によって埋められる。その後、SOG(Spin on Gl
ass)などの平坦化用シリコン酸化膜を塗布し、熱処理
を施した後、平坦化処理が行われる。(あるいは、堆積
したシリコン酸化膜と同等のエッチングレートを持つレ
ジストなどを塗布し、必要に応じて硬化した後、平坦化
処理を施してもよい。) 以上のように平坦化したシリコン酸化膜407やレジス
トなどの堆積層をドライエッチング法により、図4
(a)に示すシリコン窒化膜403とシリコン酸化膜4
02の接合界面の深さまでエッチングし、図4(b)の
工程までを完了する。その後、前述した図2(c)〜図
3(h)と同様の工程を経て、加速度センサ11が完成
する。
Subsequently, in the step of FIG. 4B, after removing the unnecessary resist 405, a CVD device or the like is used.
PSG (Phosphor-Silicate GLASS) and BPSG (Boron
Deposit doped Phosphor-Silicate GLASS). As a result, the silicon oxide film 4
07. After that, SOG (Spin on Gl
After applying a silicon oxide film for planarization such as ass) and performing a heat treatment, a planarization process is performed. (Alternatively, a resist or the like having an etching rate equivalent to that of the deposited silicon oxide film may be applied, cured if necessary, and then subjected to planarization.) The silicon oxide film 407 planarized as described above A dry etching method is applied to the deposited layer of
The silicon nitride film 403 and the silicon oxide film 4 shown in FIG.
Etching to the depth of the bonding interface No. 02 completes the process up to the step of FIG. After that, the acceleration sensor 11 is completed through the same steps as those of FIGS. 2C to 3H described above.

【0038】[第1の実施形態の効果]以上説明したよ
うに、第1の実施形態では、膨張抑制部材15を支持体
14の両側部に配置する。この膨張抑制部材15は、酸
化シリコンから形成されるので、線膨張係数がシリコン
比1/5程度と小さい。この膨張抑制部材15が、支持
体14に対して対称形に配置されることにより、膨張長
さの違いによる湾曲などはほとんど生じず、支持体14
の熱膨張を強く抑制する。このような作用により、本実
施形態の加速度センサ11では、次のような長所を得る
ことが可能となる。
[Effects of First Embodiment] As described above, in the first embodiment, the expansion suppressing members 15 are arranged on both sides of the support 14. Since the expansion suppressing member 15 is formed of silicon oxide, its linear expansion coefficient is as small as about 1/5 of the silicon ratio. By arranging the expansion suppressing member 15 symmetrically with respect to the support 14, there is almost no curvature due to a difference in expansion length, and the support 14
Strongly suppresses thermal expansion. With such an operation, the acceleration sensor 11 of the present embodiment can obtain the following advantages.

【0039】(1)熱膨張に起因する信号出力Vzの変
動が確実に軽減され、垂直方向の加速度を一段と高い精
度で検出することが可能となる。 (2)ピエゾ抵抗の発熱に伴う信号出力Vzの変動が小
さくなるので、測定時のみ通電する省エネタイプの加速
度センサが実現可能となる。 (3)周辺温度の変化に伴う信号出力Vzの変動が小さ
くなるので、加速度センサ11を断熱するための構成を
省略もしくは簡略化できる。
(1) Fluctuations in the signal output Vz due to thermal expansion are reliably reduced, and vertical acceleration can be detected with even higher accuracy. (2) Since the fluctuation of the signal output Vz due to the heat generated by the piezoresistor is reduced, it is possible to realize an energy-saving type acceleration sensor that is energized only during measurement. (3) Since a change in the signal output Vz due to a change in the ambient temperature is reduced, a configuration for insulating the acceleration sensor 11 can be omitted or simplified.

【0040】さらに、第1の実施形態では、支持体14
のエッチング加工前に、膨張抑制部材15を形成する。
したがって、この膨張抑制部材15と支持体14とのエ
ッチング特性の違いを利用して、支持体14の厚さを均
一かつ安定に制御することが可能となる。このように、
支持体14の厚さが均一になったことにより、3軸方向
の加速度の検出ばらつきを顕著に小さくすることが可能
となった。さらに、支持体14の厚さが、シリコンウェ
ハー上の位置に係わらず安定するようになったので、加
速度センサ11の検出感度などの個体ばらつきを確実に
小さくすることが可能となった。さらに、第1の実施形
態における製造方法では、酸素イオン注入を併用したL
OCOS法を使用する。その結果、十分な厚みを持ち、
かつ均一な組成の酸化シリコンを形成することが可能と
なった。このような酸化シリコンは、膨張抑制の用途に
非常に優れ、信号出力Vzの変動軽減に顕著な効果が得
られる。次に、別の実施形態について説明する。
Further, in the first embodiment, the support 14
Before the etching process, the expansion suppressing member 15 is formed.
Therefore, it is possible to control the thickness of the support 14 uniformly and stably by utilizing the difference in the etching characteristics between the expansion suppressing member 15 and the support 14. in this way,
By making the thickness of the support 14 uniform, it is possible to remarkably reduce the variation in the detection of acceleration in three axial directions. Further, since the thickness of the support 14 is stabilized irrespective of the position on the silicon wafer, it is possible to surely reduce individual variations such as the detection sensitivity of the acceleration sensor 11. Further, in the manufacturing method according to the first embodiment, L
The OCOS method is used. As a result, it has enough thickness,
In addition, it is possible to form silicon oxide having a uniform composition. Such a silicon oxide is very excellent for use in suppressing expansion and has a remarkable effect in reducing fluctuations in the signal output Vz. Next, another embodiment will be described.

【0041】《第2の実施形態》第2の実施形態は、請
求項1,2,5,6に対応した、ダイヤフラム構造を有
する加速度センサ31の実施形態である。図5(a)
は、加速度センサ31の立体構造を示す斜視図である。
図5(b)は、加速度センサ31の上面図である。図5
(c)は、支持体34の構造をさらに詳細に示すため、
図5(a)中に示すA−A′箇所の断面を表した図であ
る。これらの図において、加速度センサ31は、シリコ
ン基板からなる基台32と、基台32の中央に位置する
作用体33と、作用体33を支持するシリコンからなる
支持体34とから概略構成される。この支持体34は、
作用体33をダイヤフラム状に支持する構成をなす。こ
の支持体34の面上には、支持体34の湾曲を検出する
ためのピエゾ抵抗と配線が、図5(b)中の太線パター
ンに示すように形成される。さらに、この支持体34に
は、酸化シリコンからなる膨張抑制部材35が、ピエゾ
抵抗の両脇にそれぞれ設けられる。なお、加速度センサ
31は、第1の実施形態の製造工程(図2,図3)にお
いて空隙部12aを形成する工程を省くことによって、
製造が可能となる。
Second Embodiment A second embodiment is an acceleration sensor 31 having a diaphragm structure according to the first, second, fifth, and sixth aspects. FIG. 5 (a)
3 is a perspective view showing a three-dimensional structure of the acceleration sensor 31. FIG.
FIG. 5B is a top view of the acceleration sensor 31. FIG.
(C) shows the structure of the support 34 in more detail.
It is the figure showing the cross section of the AA 'part shown in Drawing 5 (a). In these drawings, the acceleration sensor 31 is schematically composed of a base 32 made of a silicon substrate, an operating body 33 located at the center of the base 32, and a support 34 made of silicon that supports the operating body 33. . This support 34 is
A configuration is provided in which the action body 33 is supported in a diaphragm shape. On the surface of the support 34, piezoresistors and wires for detecting the curvature of the support 34 are formed as shown by a bold line pattern in FIG. 5B. Further, the support 34 is provided with expansion suppressing members 35 made of silicon oxide on both sides of the piezoresistor, respectively. The acceleration sensor 31 can be obtained by omitting the step of forming the gap 12a in the manufacturing steps (FIGS. 2 and 3) of the first embodiment.
Manufacturing becomes possible.

【0042】[第2の実施形態の効果]以上の構成によ
り、第2の実施形態においても、膨張抑制部材35が支
持体34に対して対称形に配置されるため、熱膨張に起
因する支持体34の湾曲を効果的に抑制することが可能
となる。次に、別の実施形態について説明する。
[Effects of the Second Embodiment] With the above configuration, also in the second embodiment, since the expansion suppressing member 35 is arranged symmetrically with respect to the support 34, the support caused by the thermal expansion is provided. The curvature of the body 34 can be effectively suppressed. Next, another embodiment will be described.

【0043】《第3の実施形態》第3の実施形態は、請
求項1,2,4,5に対応した、加速度センサ41の実
施形態である。図6(a)は、加速度センサ41の上面
図である。これらの図において、加速度センサ41は、
シリコン基板からなる基台42と、基台42の中央に位
置する作用体43と、作用体43を支持するシリコンか
らなる支持体44とから概略構成される。この支持体4
4は、作用体33を梁状に支持する構成をなす。この支
持体44の面上には、支持体44の湾曲を検出するため
のピエゾ抵抗と配線が、図6(a)中の太線パターンに
示すように形成される。図6(b)は、図6(a)中に
おけるA−A′断面の一例を示す図である。この例で
は、膨張抑制部材45が、支持体44の両面を挟み込む
ように設けられる。また、図6(c)は、図6(a)中
におけるA−A′断面の別の一例を示す図である。この
例では、支持体44が、膨張抑制部材45の両面を挟み
込むように設けられる。
<< Third Embodiment >> A third embodiment is an embodiment of the acceleration sensor 41 according to claims 1, 2, 4, and 5. FIG. 6A is a top view of the acceleration sensor 41. In these figures, the acceleration sensor 41
It is roughly composed of a base 42 made of a silicon substrate, an operating body 43 located at the center of the base 42, and a support 44 made of silicon that supports the operating body 43. This support 4
Reference numeral 4 denotes a configuration for supporting the action body 33 in a beam shape. On the surface of the support 44, piezoresistors and wires for detecting the curvature of the support 44 are formed as shown by a bold line pattern in FIG. 6A. FIG. 6B is a diagram showing an example of the AA ′ cross section in FIG. 6A. In this example, the expansion suppressing members 45 are provided so as to sandwich both surfaces of the support 44. FIG. 6C is a diagram showing another example of the AA ′ cross section in FIG. 6A. In this example, the support 44 is provided so as to sandwich both surfaces of the expansion suppressing member 45.

【0044】[第3の実施形態の効果]以上の構成によ
り、第3の実施形態では、膨張抑制部材45が支持体4
4に対して対称形に配置されるため、熱膨張に起因する
支持体44の湾曲を効果的に抑制することが可能とな
る。
[Effect of Third Embodiment] With the above-described configuration, in the third embodiment, the expansion suppressing member 45 is
Since it is arranged symmetrically with respect to 4, it becomes possible to effectively suppress the curvature of the support 44 due to thermal expansion.

【0045】《実施形態の補足事項》なお、上述した実
施形態では、本発明を加速度センサに適用したケースに
ついて説明しているが、本発明の適用分野はこれに限定
されるものではない。一般に、ダイヤフラム構造または
梁構造または架橋構造を有するマイクロマシンに本発明
を適用することにより、マイクロマシンの熱膨張に起因
する問題を効果的に改善することが可能となる。さら
に、上述した実施形態では、ピエゾ抵抗を使用して支持
体の湾曲を検出しているが、これに限定されるものでは
ない。一般的には、支持体の湾曲や作用体の変位を検出
するセンサを使用することができる。例えば、静電容量
センサなどを使用することもできる。また、上述した実
施形態では、膨張抑制部材の素材として酸化シリコンを
使用している。この酸化シリコンは、シリコン比1/5
程度の非常に低い線膨張係数を示すため、膨張抑制の用
途に特に優れている。しかしながら、本発明はこれに限
定されるものではなく、一般的に、支持体よりも熱膨張
係数の低い物質であれば、膨張抑制部材として使用する
ことが可能である。例えば、窒化シリコンを膨張抑制部
材として使用してもよい。また、インバー(Invar)や
超インバー(SuperInvar)などに代表される、膨張係数
の小さな合金やシリサイドその他の物質を、膨張抑制部
材として使用してもよい。さらに、上述した実施形態で
は、支持体の両側部または両面に膨張抑制部材を配置し
ている。このような構成により、支持体の熱膨張を両側
または両面から均等かつ強力に抑制することが可能とな
る。しかしながら、本発明はこれに限定されるものでは
ない。一般的には、支持体に対して対称形に膨張抑制部
材が配置されていればよく、例えば、両側または両面に
配置する場合に比べてわずかな湾曲を生じやすいが、支
持体の中心線上に膨張抑制部材を配置するなどしてもよ
い。なお、本願における『対称形』という表現は、寸法
上の完全な対称形を指すものではなく、膨張長さの違い
による湾曲を回避する上で充分な対称形という意味であ
る。
<< Supplementary Items of Embodiment >> In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to the acceleration sensor is described, but the application field of the present invention is not limited to this. In general, by applying the present invention to a micromachine having a diaphragm structure, a beam structure, or a bridge structure, a problem caused by thermal expansion of the micromachine can be effectively improved. Further, in the above-described embodiment, the curvature of the support is detected by using the piezoresistance, but the present invention is not limited to this. Generally, a sensor that detects the curvature of the support or the displacement of the working body can be used. For example, a capacitance sensor or the like can be used. In the above-described embodiment, silicon oxide is used as the material of the expansion suppressing member. This silicon oxide has a silicon ratio of 1/5
Since it exhibits a very low linear expansion coefficient, it is particularly excellent for use in suppressing expansion. However, the present invention is not limited to this. Generally, any substance having a lower thermal expansion coefficient than that of the support can be used as the expansion suppressing member. For example, silicon nitride may be used as the expansion suppressing member. In addition, an alloy, a silicide, or another substance having a small expansion coefficient, such as Invar or SuperInvar, may be used as the expansion suppressing member. Further, in the above-described embodiment, the expansion suppressing members are arranged on both sides or both sides of the support. With such a configuration, the thermal expansion of the support can be uniformly and strongly suppressed from both sides or both sides. However, the present invention is not limited to this. Generally, it is sufficient that the expansion suppressing member is arranged symmetrically with respect to the support, for example, a slight curvature is likely to occur as compared with the case where the expansion suppressing member is arranged on both sides or both sides, but on the center line of the support. An expansion suppressing member may be provided. It should be noted that the expression “symmetric” in the present application does not indicate a completely symmetrical shape in terms of dimensions, but means a sufficiently symmetrical shape to avoid bending due to a difference in expansion length.

【0046】[0046]

【発明の効果】本発明のマイクロマシンでは、膨張抑制
部材(支持体よりも熱膨張係数の低い物質)を支持体に
対して対称配置するので、両者の膨張長さの違いによる
湾曲などは生じず、支持体の熱膨張を効果的に抑制する
ことが可能となる。
According to the micro machine of the present invention, the expansion suppressing member (a substance having a lower thermal expansion coefficient than the support) is symmetrically arranged with respect to the support, so that there is no curvature due to the difference in expansion length between the two. In addition, it is possible to effectively suppress the thermal expansion of the support.

【0047】したがって、請求項2に記載の発明のよう
に、本発明のマイクロマシンの構造を加速度センサなど
の用途に使用した場合、従来例で述べたような信号出力
Vzが安定しないなどの問題点を根本的に改善すること
が可能となる。
Therefore, when the structure of the micromachine of the present invention is used for an application such as an acceleration sensor as in the second aspect of the present invention, there is a problem that the signal output Vz as described in the conventional example is not stable. Can be fundamentally improved.

【0048】特に、請求項3に記載のマイクロマシンで
は、膨張抑制部材を、支持体の両側部または中心線上に
配置することにより、膨張長さの違いによる湾曲を回避
しつつ、支持体の熱膨張を確実に抑制することが可能と
なる。
In particular, in the micro machine according to the third aspect of the present invention, the expansion suppressing member is arranged on both sides or the center line of the support, so that the expansion due to the difference in expansion length can be avoided, and the thermal expansion of the support can be avoided. Can be reliably suppressed.

【0049】また、請求項4に記載のマイクロマシンで
は、膨張抑制部材と支持体とを対称なサンドイッチ状に
積層するので、膨張長さの違いによる湾曲を回避しつ
つ、支持体の熱膨張を確実に抑制することが可能とな
る。
Further, in the micro machine according to the fourth aspect, since the expansion suppressing member and the support are laminated in a symmetric sandwich shape, the thermal expansion of the support can be ensured while avoiding bending due to a difference in expansion length. Can be suppressed.

【0050】さらに、請求項5に記載のマイクロマシン
では、シリコンよりも熱膨張係数が小さい酸化シリコン
または窒化シリコンを膨張抑制部材として使用するの
で、支持体の熱膨張を確実に抑制することができる。ま
た、膨張抑制部材と支持体とのエッチング特性の違いを
利用して、均一な厚みの支持体を安定的に製造すること
が容易となる。その結果、マイクロマシンの固体差(例
えば、加速度の検出感度のばらつきなど)などを低減す
ることが可能になる。
Furthermore, in the micro machine according to the fifth aspect, since silicon oxide or silicon nitride having a smaller thermal expansion coefficient than silicon is used as the expansion suppressing member, the thermal expansion of the support can be surely suppressed. Further, it becomes easy to stably produce a support having a uniform thickness by utilizing a difference in etching characteristics between the expansion suppressing member and the support. As a result, it is possible to reduce individual differences (for example, variations in the detection sensitivity of acceleration) of the micromachine.

【0051】また、請求項6に記載の製造方法では、酸
素イオン注入を併用したLOCOS法を使用するので、
十分な厚みを持ち、かつ均一な組成の酸化シリコンを確
実かつ容易に形成することが可能となる。また、このよ
うに形成された酸化シリコンは、その特性が膨張抑制の
用途に適している。したがって、本発明の製造方法は、
マイクロマシン内の膨張抑制部材(ここでは酸化シリコ
ン)を製造する上で、特に優れた製造方法である。
In the manufacturing method according to the sixth aspect, the LOCOS method using oxygen ion implantation is used.
It is possible to reliably and easily form silicon oxide having a sufficient thickness and a uniform composition. In addition, the silicon oxide formed in this way has characteristics suitable for use in suppressing expansion. Therefore, the production method of the present invention
This is a particularly excellent manufacturing method for manufacturing an expansion suppressing member (here, silicon oxide) in a micromachine.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】加速度センサ11の構造を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a structure of an acceleration sensor 11;

【図2】加速度センサ11の製造工程を説明する図であ
る。
FIG. 2 is a diagram illustrating a manufacturing process of the acceleration sensor 11.

【図3】加速度センサ11の製造工程を説明する図であ
る。
FIG. 3 is a diagram illustrating a manufacturing process of the acceleration sensor 11;

【図4】加速度センサ11の別の製造工程を説明する図
である。
FIG. 4 is a diagram illustrating another manufacturing process of the acceleration sensor 11;

【図5】加速度センサ31の構造を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a structure of an acceleration sensor 31.

【図6】加速度センサ41の構造を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a structure of an acceleration sensor 41.

【図7】従来例の構造を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a structure of a conventional example.

【図8】加速度検出用のブリッジ回路を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a bridge circuit for detecting acceleration.

【図9】X軸方向に加速度(慣性力Fx)が作用した状
態における、支持体74の湾曲状態を示す図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating a curved state of the support 74 in a state where an acceleration (inertial force Fx) acts in the X-axis direction.

【図10】Y軸方向に加速度(慣性力Fy)が作用した
状態における、支持体74の湾曲状態を示す図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating a curved state of the support 74 in a state where acceleration (inertial force Fy) acts in the Y-axis direction.

【図11】垂直方向に加速度(慣性力Fz)が作用した
状態における、支持体74の湾曲状態を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a curved state of the support 74 in a state where acceleration (inertial force Fz) acts in the vertical direction.

【図12】P型シリコン拡散層における『不純物濃度』
と『感度温度係数』との関係を示す図である。
FIG. 12 shows “impurity concentration” in a P-type silicon diffusion layer.
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between the “Sensitivity temperature coefficient” and “Sensitivity temperature coefficient”.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11,31,41,70 加速度センサ 12,32,42,72 基台 13,33,43,73 作用体 14,34,44,74 支持体 15,35,45 膨張抑制部材 81 絶縁層 82 保護層 301 シリコン基板 302 シリコン酸化膜 303 シリコン窒化膜 11, 31, 41, 70 Acceleration sensor 12, 32, 42, 72 Base 13, 33, 43, 73 Actuator 14, 34, 44, 74 Support 15, 35, 45 Expansion suppression member 81 Insulation layer 82 Protection layer 301 silicon substrate 302 silicon oxide film 303 silicon nitride film

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基台と、作用体と、前記作用体を前記基
台に対してダイヤフラム状または梁状または架橋状に支
持する支持体とを備えたマイクロマシンにおいて、 前記支持体よりも熱膨張係数の低い物質からなる膨張抑
制部材を、前記支持体に対して対称形に配置することに
より、前記支持体の熱膨張を抑制することを特徴とする
マイクロマシン。
1. A micromachine comprising: a base, an operating body, and a support that supports the operating body in a diaphragm shape, a beam shape, or a bridge shape with respect to the base, wherein a thermal expansion is larger than that of the support. A micromachine characterized in that thermal expansion of the support is suppressed by arranging an expansion suppressing member made of a substance having a low coefficient symmetrically with respect to the support.
【請求項2】 請求項1に記載のマイクロマシンにおい
て、 前記支持体の湾曲もしくは前記作用体の変位を検出する
センサを備え、 前記センサの検出出力により、前記作用体にかかる力
(加速度も含む)を検出することを特徴とするマイクロ
マシン。
2. The micro machine according to claim 1, further comprising: a sensor that detects a curvature of the support or a displacement of the operating body, and a force (including an acceleration) applied to the operating body based on a detection output of the sensor. A micromachine characterized by detecting the following.
【請求項3】 請求項1または請求項2に記載のマイク
ロマシンにおいて、 前記膨張抑制部材は、前記支持体の両側部または中心線
上に配置されることを特徴とするマイクロマシン。
3. The micro machine according to claim 1, wherein the expansion suppressing member is disposed on both sides or a center line of the support.
【請求項4】 請求項1または請求項2に記載のマイク
ロマシンにおいて、 前記膨張抑制部材が前記支持体を挟み込む積層構造、ま
たは、前記支持体が前記膨張抑制部材を挟み込む積層構
造であることを特徴とするマイクロマシン。
4. The micromachine according to claim 1, wherein the expansion suppressing member has a laminated structure sandwiching the support, or the support has a laminated structure sandwiching the expansion suppressing member. And a micromachine.
【請求項5】 請求項1ないし請求項4のいずれか1項
に記載のマイクロマシンにおいて、 前記支持体は、シリコンであり、 前記膨張抑制部材は、酸化シリコンまたは窒化シリコン
であることを特徴とするマイクロマシン。
5. The micro machine according to claim 1, wherein the support is made of silicon, and the expansion suppressing member is made of silicon oxide or silicon nitride. Micro machine.
【請求項6】 請求項5に記載のマイクロマシンを製造
する製造方法であって、前記酸化シリコンからなる膨張
抑制部材を、酸素イオン注入を併用したLOCOS法に
より形成する工程を有することを特徴とするマイクロマ
シンの製造方法。
6. The method for manufacturing a micromachine according to claim 5, further comprising a step of forming the expansion suppressing member made of silicon oxide by a LOCOS method using oxygen ion implantation. Micromachine manufacturing method.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006275961A (en) * 2005-03-30 2006-10-12 Yamagata Prefecture Semiconductor sensor and its manufacturing method
CN103900544A (en) * 2014-04-09 2014-07-02 西北工业大学 MEMS three-axis gyroscope based on thermal expansion flow and machining method thereof

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