JP2003222560A - Force detecting element and its manufacturing method - Google Patents

Force detecting element and its manufacturing method

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JP2003222560A JP2002335386A JP2002335386A JP2003222560A JP 2003222560 A JP2003222560 A JP 2003222560A JP 2002335386 A JP2002335386 A JP 2002335386A JP 2002335386 A JP2002335386 A JP 2002335386A JP 2003222560 A JP2003222560 A JP 2003222560A
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健太朗 水野
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Jiro Sakata
二郎 坂田
Tokuo Fujitsuka
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To actualize a force detecting element 1 with high detection accuracy by inhibiting current flowing through strain gauge parts 126 from leaking to the exterior. <P>SOLUTION: This force detecting element 1 is equipped with a force detection block 120 and a force transmission block 138. The block 120 has a semiconductor substrate 122, first insulation layers 124, and the strain gauge parts 126. The first insulation layers 124b and 124d partly cover a top surface of the substrate 122. The gauge parts 126b and 126d are formed in projection parts 130b and 130d extending along top surfaces of the insulation layers 124b and 124d. The gauge parts 126b and 126d are formed out of semiconductor material (first semiconductor layer) whose resistance value changes depending on stress acting thereon. The widths L4 of the insulation layers 124b and 124d are larger than the widths L1 of the gauge parts 126b and 126d. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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、力検知素子とそ
の製造方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a force sensing element and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】 図11に従来の力検知素子1の斜視図
を、図12に図11のXII−XII線断面図を示す。
図11に示すように、力検知素子1は、支持台21と、
力検知ブロック20と、力伝達ブロック38を備えてい
る。力検知ブロック20には、その主面20sから突出
するロの字状の4本の突出部30a〜30dが形成され
ている。図12には添字b、dの部分が示されている
が、以下に説明する内容は添字a、cにも共通のため、
添字を省略して説明する。図12に示すように、力検知
ブロック20は、半導体基板22と、第1絶縁層24
と、第1半導体層26の積層構造を有する。突出部30
a〜30dは、第2半導体層23と、第1絶縁層24
と、第1半導体層26を有する。第1絶縁層24の幅は
その上方に位置する第1半導体層26の幅と等しい。第
1半導体層26は歪みゲージ部として機能し、作用する
応力に応じて抵抗値が変化する。力検知ブロック20の
表面は第2絶縁層28で覆われている。また、図11に
示すように、力検知ブロック20には、突出部30内の
第1半導体層(歪みゲージ部)26に電気的に接続され
た電極32a〜32dが形成されている。力伝達ブロッ
ク38は、突出部30a〜30dの頂面に取付けられて
いる。
2. Description of the Related Art FIG. 11 shows a perspective view of a conventional force detecting element 1, and FIG. 12 shows a sectional view taken along line XII-XII of FIG.
As shown in FIG. 11, the force detection element 1 includes a support base 21,
The force detection block 20 and the force transmission block 38 are provided. The force detection block 20 is formed with four square-shaped protruding portions 30a to 30d protruding from the main surface 20s. Although the subscripts b and d are shown in FIG. 12, the contents described below are common to the subscripts a and c.
The description will be made without subscripts. As shown in FIG. 12, the force detection block 20 includes a semiconductor substrate 22 and a first insulating layer 24.
And has a laminated structure of the first semiconductor layer 26. Protrusion 30
a to 30d are the second semiconductor layer 23 and the first insulating layer 24.
And a first semiconductor layer 26. The width of the first insulating layer 24 is equal to the width of the first semiconductor layer 26 located thereabove. The first semiconductor layer 26 functions as a strain gauge portion, and the resistance value changes according to the stress acting. The surface of the force detection block 20 is covered with the second insulating layer 28. Further, as shown in FIG. 11, the force detection block 20 is provided with electrodes 32 a to 32 d electrically connected to the first semiconductor layer (strain gauge portion) 26 in the protrusion 30. The force transmission block 38 is attached to the top surfaces of the protrusions 30a to 30d.

【0003】上記した突出部30を形成すると、力伝達
ブロック38の頂面に作用した外力は、突出部30に集
中的に伝達される。よって、この突出部30内に歪みゲ
ージ部26を形成すると、歪みゲージ部26に作用する
応力を大きくできる。よって、歪みゲージ部26の抵抗
値の変化量を大きくでき、高感度化を実現できる。
When the protrusion 30 is formed, the external force acting on the top surface of the force transmission block 38 is concentratedly transmitted to the protrusion 30. Therefore, when the strain gauge portion 26 is formed in the protruding portion 30, the stress acting on the strain gauge portion 26 can be increased. Therefore, the amount of change in the resistance value of the strain gauge section 26 can be increased, and high sensitivity can be realized.

【0004】上記構成の力検知素子1の製造方法の一例
を図12の添字bの部分の製造工程を示す図13〜図1
6を参照して説明する。まず、シリコン基板22と、シ
リコン酸化層24と、シリコン層26の積層構造を有す
る力検知ブロック20を形成する。そして、レジスト膜
31bを形成する(図13)。次に、力検知ブロック2
0の表面の所定範囲をレジスト層31bでマスクして所
定深さまでドライエッチングする(図14)。この結
果、その所定範囲において、力検知ブロック20(シリ
コン基板22)の主面20sから突出する第1半導体層
26bと、第1絶縁層24bと、第2半導体層23bが
残る。これらは突出部30bを構成する。次に、シリコ
ン基板22と突出部30bの表面を例えば熱酸化法によ
って酸化する。これにより、シリコン酸化層からなる第
2絶縁層28bが形成される(図15)。次に、突出部
30bの頂面に力伝達ブロック38を取付ける(図1
6)。
13 to 1 showing an example of a method of manufacturing the force sensing element 1 having the above-described structure, showing a manufacturing process of a portion of the subscript b in FIG.
This will be described with reference to FIG. First, the force detection block 20 having a laminated structure of the silicon substrate 22, the silicon oxide layer 24, and the silicon layer 26 is formed. Then, a resist film 31b is formed (FIG. 13). Next, force detection block 2
A predetermined area of the surface of 0 is masked with the resist layer 31b and dry-etched to a predetermined depth (FIG. 14). As a result, in the predetermined range, the first semiconductor layer 26b protruding from the main surface 20s of the force detection block 20 (silicon substrate 22), the first insulating layer 24b, and the second semiconductor layer 23b remain. These form the protrusion 30b. Next, the surfaces of the silicon substrate 22 and the protrusions 30b are oxidized by, for example, a thermal oxidation method. As a result, the second insulating layer 28b made of the silicon oxide layer is formed (FIG. 15). Next, the force transmission block 38 is attached to the top surface of the protrusion 30b (see FIG. 1).
6).

【0005】上記した力検知素子1では、第1半導体層
26と第2半導体層23の間に第1絶縁層24を設けて
いる。さらに第1半導体層26と第2半導体層23の周
囲を第2絶縁層28で覆っている。これにより、第1半
導体層(歪みゲージ部)26を流れる電流が外部(典型
的には第2半導体層23(半導体基板22))にリーク
することを抑制しようとしている。第1半導体層26か
ら電流が外部にリークすると、出力電極32b、32d
に現れる電圧値が変化してしまう。これにより、第1半
導体層(歪みゲージ部)26の抵抗値の変化量を精度良
く求めることができなくなってしまう。この結果、作用
した外力Wの大きさを精度良く求めることができなくな
ってしまう。
In the force sensing element 1 described above, the first insulating layer 24 is provided between the first semiconductor layer 26 and the second semiconductor layer 23. Further, the periphery of the first semiconductor layer 26 and the second semiconductor layer 23 is covered with the second insulating layer 28. As a result, the current flowing through the first semiconductor layer (strain gauge portion) 26 is prevented from leaking to the outside (typically, the second semiconductor layer 23 (semiconductor substrate 22)). When a current leaks from the first semiconductor layer 26 to the outside, the output electrodes 32b and 32d
The voltage value appearing at will change. As a result, the amount of change in the resistance value of the first semiconductor layer (strain gauge portion) 26 cannot be accurately obtained. As a result, it becomes impossible to accurately obtain the magnitude of the applied external force W.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、上記
した力検知素子1では、第1半導体層26と第2半導体
層23を第1絶縁層26と第2絶縁層28で覆っている
にもかかわらず、実際には、第1半導体層(歪みゲージ
部)26を流れる電流が、第1半導体層26の側面から
外部(特に第2半導体層23(半導体基板22))にリ
ークしてしまうという問題があった。
However, in the force sensing element 1 described above, although the first semiconductor layer 26 and the second semiconductor layer 23 are covered with the first insulating layer 26 and the second insulating layer 28, Actually, there is a problem that the current flowing through the first semiconductor layer (strain gauge portion) 26 leaks from the side surface of the first semiconductor layer 26 to the outside (in particular, the second semiconductor layer 23 (semiconductor substrate 22)). there were.

【0007】この理由は、シリコンを例えば熱酸化法に
よって酸化して形成されるシリコン酸化層からなる第2
絶縁層28は、シリコンからなる第1半導体層26と第
2半導体層23の表面には形成されるが、シリコン酸化
層からなる第1絶縁層24の表面(図12では側面)に
はほとんど形成されないためと考えられる。即ち、図1
2に示すように、第2絶縁層28は、第1半導体層26
b、26dと第2半導体層23b、23dの表面近傍2
8b−1、28d−1にはほぼ一定の厚さで形成される
が、第1絶縁層24b、24dの側面近傍28b−2、
28d−2にはほとんど形成されない。この結果、第1
半導体層(歪みゲージ部)26b、26dを流れる電流
が、第1絶縁層24b、24dの側面近傍28b−2、
28d−2から、矢印Aに示すように外部(特に第2半
導体層23b、23d(半導体基板22))にリークし
易くなるからである。
The reason for this is that a second layer is formed of a silicon oxide layer formed by oxidizing silicon by, for example, a thermal oxidation method.
The insulating layer 28 is formed on the surfaces of the first semiconductor layer 26 and the second semiconductor layer 23 made of silicon, but is almost formed on the surface (side surface in FIG. 12) of the first insulating layer 24 made of a silicon oxide layer. It is considered that it is not done. That is, FIG.
2, the second insulating layer 28 includes the first semiconductor layer 26.
b, 26d and the surface vicinity 2 of the second semiconductor layers 23b, 23d
8b-1 and 28d-1 are formed to have a substantially constant thickness, and the vicinity of the side surfaces 28b-2 of the first insulating layers 24b and 24d,
It is hardly formed on 28d-2. As a result, the first
The current flowing through the semiconductor layers (strain gauge portions) 26b and 26d is the side surface neighborhoods 28b-2 of the first insulating layers 24b and 24d,
This is because it is easy to leak from 28d-2 to the outside (in particular, the second semiconductor layers 23b and 23d (semiconductor substrate 22)) as indicated by arrow A.

【0008】これに対し、仮に第2絶縁層28を構成す
るシリコン酸化膜をCVD(Chemical Vapor Depositio
n)法により形成する場合、第1絶縁層24の側面近傍
にも所定の膜厚で第2絶縁層28を形成できる。しか
し、CVD法で形成したシリコン酸化膜は、熱酸化法で
形成したシリコン酸化膜よりも膜質が機械的・電気的に
劣る。従って、図12に示す力検知素子1の構成による
と、第2絶縁層28をCVD法によって形成した場合
も、第1半導体層26を流れる電流が外部(特に第2半
導体層23(半導体基板22))にリークし易い。
On the other hand, temporarily, a silicon oxide film forming the second insulating layer 28 is formed by CVD (Chemical Vapor Depositio).
When it is formed by the method n), the second insulating layer 28 can be formed with a predetermined film thickness near the side surface of the first insulating layer 24. However, the silicon oxide film formed by the CVD method is mechanically and electrically inferior in quality to the silicon oxide film formed by the thermal oxidation method. Therefore, according to the configuration of the force sensing element 1 shown in FIG. 12, even when the second insulating layer 28 is formed by the CVD method, the current flowing through the first semiconductor layer 26 is external (especially the second semiconductor layer 23 (semiconductor substrate 22)). )) Easily leaks.

【0009】本発明は、歪みゲージ部を流れる電流が外
部へリークすることを抑制し、検知精度の高い力検知素
子を実現することを目的とする。
An object of the present invention is to realize a force detecting element with high detection accuracy by suppressing leakage of current flowing through a strain gauge section to the outside.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段および作用と効果】 本発
明を具現化した力検知素子は、基板と、第1絶縁層と、
歪みゲージ部を備えている。第1絶縁層は、基板の頂面
の少なくとも一部を覆っている。歪みゲージ部は、第1
絶縁層の頂面に沿って伸びる突出部内に形成されている
とともに、作用する応力に応じて抵抗値が変化する半導
体材料を有する(請求項1)。第1絶縁層の幅は、歪み
ゲージ部の幅よりも広い。第1絶縁層の幅は、歪みゲー
ジ部の幅よりも少なくとも片側において広ければよい。
第1絶縁層の幅が歪みゲージ部の幅よりも両側とも広け
ればより好ましい。この態様によると、歪みゲージ部を
流れる電流が外部(例えば基板)にリークすることを抑
制できる。従って、検知精度の高い力検知素子を実現で
きる。特に、第1絶縁層の幅が歪みゲージ部の幅よりも
広いと、歪みゲージ部を流れる電流が歪みゲージ部の側
面から基板にリークする経路を第1絶縁層によって遮断
できる。従って、歪みゲージ部の側面から基板への電流
のリークを効果的に抑制できる。
A force sensing element embodying the present invention includes a substrate, a first insulating layer, and
It has a strain gauge section. The first insulating layer covers at least a part of the top surface of the substrate. The strain gauge section is the first
The semiconductor material is formed in the protrusion extending along the top surface of the insulating layer, and has a semiconductor material whose resistance value changes according to the stress acting (claim 1). The width of the first insulating layer is wider than the width of the strain gauge portion. The width of the first insulating layer may be wider than the width of the strain gauge portion on at least one side.
It is more preferable that the width of the first insulating layer is wider on both sides than the width of the strain gauge portion. According to this aspect, it is possible to prevent the current flowing through the strain gauge unit from leaking to the outside (for example, the substrate). Therefore, a force detection element with high detection accuracy can be realized. In particular, if the width of the first insulating layer is wider than the width of the strain gauge portion, the first insulating layer can block the path through which the current flowing through the strain gauge portion leaks from the side surface of the strain gauge portion to the substrate. Therefore, leakage of current from the side surface of the strain gauge portion to the substrate can be effectively suppressed.

【0011】突出部の頂面に接触する力伝達ブロックを
さらに備えていることが好ましい(請求項2)。この態
様によると、外力を力伝達ブロックを介して突出部内の
歪みゲージ部に均一的に作用させることができる。
It is preferable that a force transmission block that contacts the top surface of the protrusion is further provided (claim 2). According to this aspect, the external force can be uniformly applied to the strain gauge portion in the protrusion via the force transmission block.

【0012】基板の主面から突出するベース部をさらに
備え、ベース部は第1絶縁層を有し、ベース部の幅は突
出部の幅よりも広く、突出部は、ベース部の第1絶縁層
の頂面に沿って伸びていることが好ましい(請求項
3)。この態様によると、力伝達ブロックに大きな外力
が作用してたわんでも、そのたわんだ力伝達ブロック
が、対向する部位(基板や絶縁層等)に接触しないよう
にすることができる。よって、力を精度良く検知できる
範囲を増加させることができる。
[0012] The substrate further comprises a base portion protruding from the main surface of the substrate, the base portion having a first insulating layer, the width of the base portion is wider than the width of the protrusion portion, and the protrusion portion is the first insulating layer of the base portion. It preferably extends along the top surface of the layer (claim 3). According to this aspect, even if a large external force acts on the force transmission block and bends, the flexed force transmission block can be prevented from coming into contact with the opposing portion (the substrate, the insulating layer, or the like). Therefore, the range in which the force can be accurately detected can be increased.

【0013】歪みゲージ部の頂面と側面を覆う第2絶縁
層をさらに備えていることが好ましい(請求項4)。第
2絶縁層はさらに、ベース部以外の位置にある基板の頂
面を覆っていることが好ましい(請求項5)。第2絶縁
層は、シリコン熱酸化膜によって形成されていることが
好ましい(請求項6)。これらの態様によると、歪みゲ
ージ部を流れる電流が外部(力伝達ブロック等)にリー
クすることを効果的に抑制できる。特に、第2絶縁層が
シリコン熱酸化膜によって形成されている場合、電流の
リークをより効果的に抑制できる。
It is preferable that a second insulating layer covering the top surface and the side surface of the strain gauge portion is further provided (claim 4). The second insulating layer preferably covers the top surface of the substrate at a position other than the base portion (claim 5). The second insulating layer is preferably formed of a silicon thermal oxide film (claim 6). According to these aspects, it is possible to effectively prevent the current flowing through the strain gauge portion from leaking to the outside (force transmission block or the like). In particular, when the second insulating layer is formed of a silicon thermal oxide film, current leakage can be suppressed more effectively.

【0014】基板がSOI(Silicon On Insulator)基
板のシリコン基板によって形成され、第1絶縁層がSO
I基板のシリコン酸化層によって形成され、歪みゲージ
部がSOI基板のシリコン活性層によって形成されてい
ることが好ましい(請求項7)。この態様によると、歪
みゲージ部を流れる電流が外部にリークすることを効果
的に抑制できる。
The substrate is formed of a silicon substrate of an SOI (Silicon On Insulator) substrate, and the first insulating layer is SO.
It is preferable that the strain gauge portion is formed of the silicon oxide layer of the I substrate and the strain gauge portion is formed of the silicon active layer of the SOI substrate. According to this aspect, it is possible to effectively prevent the current flowing through the strain gauge section from leaking to the outside.

【0015】力伝達ブロックの底面から伸びる脚部をさ
らに備え、突出部の頂面は脚部の底面に接触しているこ
とが好ましい(請求項8)。この態様によると、力伝達
ブロックに大きな外力が作用してたわんでも、そのたわ
んだ力伝達ブロックが、対向する部位(基板や第1絶縁
層等)に接触しないようにすることができる。よって、
力を精度良く検知できる範囲を増加させることができ
る。
It is preferable that a leg portion extending from a bottom surface of the force transmission block is further provided, and a top surface of the protrusion is in contact with a bottom surface of the leg portion. According to this aspect, even if a large external force acts on the force transmission block to bend it, it is possible to prevent the deflected force transmission block from contacting the facing portion (the substrate, the first insulating layer, or the like). Therefore,
The range in which the force can be accurately detected can be increased.

【0016】第1電極と第2電極をさらに備え、歪みゲ
ージ部に電気的に接続され、かつ、外部端子接続用の電
極は第1電極と第2電極のみである態様であってもよい
(請求項9)。この態様によると、作用した外力の検知
感度を高くできる。また、シンプルな構造の力検知素子
を実現し易く、製造工程も簡素化し易い。
A configuration may further be provided in which the first electrode and the second electrode are further provided, the electrodes are electrically connected to the strain gauge portion, and the electrodes for connecting the external terminals are only the first electrode and the second electrode ( Claim 9). According to this aspect, the detection sensitivity of the applied external force can be increased. In addition, it is easy to realize a force detection element having a simple structure, and it is easy to simplify the manufacturing process.

【0017】歪みゲージ部を含まない力伝達ブロックの
支持部をさらに備えている態様であってもよい(請求項
10) この態様によると、力伝達ブロックをより安定的に支持
できる。
The force transmission block may further include a support portion for the force transmission block that does not include the strain gauge portion (claim 10). According to this aspect, the force transmission block can be supported more stably.

【0018】本発明を具現化した力検知素子の製造方法
は、シリコン基板とシリコン酸化層とシリコン活性層を
有するSOI(Silicon On Insulator)基板を用いて力
検知素子を製造する方法である。この方法は、シリコン
活性層の所定領域を第1レジスト層でマスクする工程
と、シリコン酸化層が露出するまでSOI基板をエッチ
ングする工程と、エッチングされていないシリコン活性
層とこれに隣接するシリコン酸化層を第2レジスト層で
マスクする工程と、マスクされていないシリコン酸化層
とシリコン基板をエッチングする工程を有する(請求項
11)。
A method of manufacturing a force sensing element embodying the present invention is a method of manufacturing a force sensing element using an SOI (Silicon On Insulator) substrate having a silicon substrate, a silicon oxide layer and a silicon active layer. This method includes a step of masking a predetermined region of the silicon active layer with a first resist layer, a step of etching the SOI substrate until the silicon oxide layer is exposed, an unetched silicon active layer and a silicon oxide layer adjacent thereto. The method comprises masking the layer with a second resist layer and etching the unmasked silicon oxide layer and the silicon substrate (claim 11).

【0019】この製造方法では、シリコン活性層とこれ
に隣接するシリコン酸化層を第2レジスト層でマスクす
る。そして、マスクされていないシリコン酸化層とシリ
コン基板をエッチングする。これにより、シリコン基板
の主面から突出するシリコン酸化層と一部のシリコン基
板を、レジスト層を変えないで連続して形成することが
できる。従って、この製造方法によると、シリコン活性
層(歪みゲージ部)を流れる電流が外部(例えばシリコ
ン基板)にリークすることを抑制できる構造と、たわん
だ力伝達ブロックが対向する部位(シリコン基板や絶縁
層等)に接触することを回避できる構造を、効率良く製
造することができる。
In this manufacturing method, the silicon active layer and the silicon oxide layer adjacent thereto are masked with the second resist layer. Then, the unmasked silicon oxide layer and the silicon substrate are etched. Thus, the silicon oxide layer protruding from the main surface of the silicon substrate and a part of the silicon substrate can be continuously formed without changing the resist layer. Therefore, according to this manufacturing method, it is possible to prevent the current flowing in the silicon active layer (strain gauge portion) from leaking to the outside (for example, the silicon substrate) and the portion where the flexed force transmission block faces (the silicon substrate or the insulating substrate). A structure capable of avoiding contact with a layer) can be efficiently manufactured.

【0020】SOI基板の表面を酸化するためにSOI
基板を加熱する工程と、SOI基板に力伝達ブロックを
接触させる工程をさらに有することが好ましい(請求項
12)。この態様によると、歪みゲージ部を流れる電流
が外部にリークすることをより効果的に抑制できる。
To oxidize the surface of the SOI substrate, the SOI
It is preferable to further include a step of heating the substrate and a step of bringing the force transmission block into contact with the SOI substrate (claim 12). According to this aspect, it is possible to more effectively suppress the current flowing through the strain gauge portion from leaking to the outside.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】(第1実施例) 図1に第1実施
例の力検知素子101の斜視図を、図2に図1のII−
II線断面図を示す。図1に示すように、力検知素子1
01は、支持台121と、力検知ブロック120と、力
伝達ブロック138を備えている。なお、図1では、図
示の明瞭化のために力伝達ブロック138を一点鎖線で
示している。支持台121は、平面視したときに正方形
状の直方体であり、幅(正方形の一辺の長さ)は約1.
4mm、高さは約0.5mmである。支持台121の上
面には、力検知ブロック120が固定されている。力検
知ブロック120は、半導体基板122と、ベース部1
34a〜134dと、電極台座部136a〜136d
と、突出部130a〜130dと、電極132a〜13
2d等を備えている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION (First Embodiment) FIG. 1 is a perspective view of a force sensing element 101 of the first embodiment, and FIG.
A II sectional view is shown. As shown in FIG. 1, the force sensing element 1
01 includes a support 121, a force detection block 120, and a force transmission block 138. Note that, in FIG. 1, the force transmission block 138 is shown by a dashed line for clarity of illustration. The support 121 is a rectangular parallelepiped in a plan view and has a width (length of one side of the square) of about 1.
The height is 4 mm and the height is about 0.5 mm. The force detection block 120 is fixed to the upper surface of the support 121. The force detection block 120 includes the semiconductor substrate 122 and the base unit 1.
34a to 134d, and electrode pedestals 136a to 136d
And the protrusions 130a to 130d and the electrodes 132a to 13d.
2d etc. are provided.

【0022】半導体基板122は、n型のシリコン単結
晶基板によって形成されている。半導体基板122は、
平面視したときに正方形状の直方体であり、幅は約1.
4mm、高さは約0.5mmである。なお、半導体基板
122はガリウムヒ素等で構成してもよい。また、符号
122の基板は半導体材料で形成されていなくてもよ
い。ベース部134a〜134dは、力検知ブロック1
20の主面から突出している。ベース部134a〜13
4dは、細長状に形成されている。ベース部134a〜
134dは突出部130a〜130dに比べると、下側
に位置し、また、幅が広い(図2参照)。図1に示すよ
うに、4本のベース部134a〜134dは長さが等し
く、ロの字状に形成されている。図2に示すように、ベ
ース部134b、134dはそれぞれ、第2半導体層1
23b、123dと、第2半導体層123b、123d
の頂面を覆うシリコン酸化膜からなる第1絶縁層124
b、124dと、第2半導体層123b、123dの側
面を覆うシリコン酸化膜からなる第2絶縁層128を有
する。なお、第2半導体層123b、123dは、半導
体基板122の一部ともいえる。図示は省略するが、ベ
ース部134a、134cについても同様である。図1
に示すように、電極台座部136a〜136dは、ベー
ス部134a〜134dにより形成されるロの字状の4
つの隅部から伸びた位置にある。
The semiconductor substrate 122 is formed of an n-type silicon single crystal substrate. The semiconductor substrate 122 is
It is a rectangular parallelepiped when seen in a plan view, and has a width of about 1.
The height is 4 mm and the height is about 0.5 mm. The semiconductor substrate 122 may be made of gallium arsenide or the like. The substrate denoted by reference numeral 122 does not have to be formed of a semiconductor material. The base portions 134a to 134d are the force detection block 1
It protrudes from 20 main surfaces. Base portions 134a to 13
4d is formed in an elongated shape. Base portion 134a-
134d is located on the lower side and wider than the protrusions 130a to 130d (see FIG. 2). As shown in FIG. 1, the four base portions 134a to 134d have the same length and are formed in a square shape. As shown in FIG. 2, the base portions 134b and 134d are respectively provided in the second semiconductor layer 1
23b and 123d and the second semiconductor layers 123b and 123d.
First insulating layer 124 made of a silicon oxide film covering the top surface of the
b, 124d, and a second insulating layer 128 made of a silicon oxide film that covers the side surfaces of the second semiconductor layers 123b, 123d. The second semiconductor layers 123b and 123d can be said to be a part of the semiconductor substrate 122. Although illustration is omitted, the same applies to the base portions 134a and 134c. Figure 1
As shown in FIG. 4, the electrode pedestals 136a to 136d are formed by bases 134a to 134d.
It is in a position extending from one corner.

【0023】図2に示すように、突出部130b、13
0dは、第1絶縁層124b、124dの頂面から突出
している。突出部130a〜130dは、頂面が平坦な
メサ段差状に形成され、また、細長状に形成されてい
る。突出部130a〜130dはベース部134a〜1
34dに比べると、上側に位置し、また、幅が狭い。4
本の突出部130a〜130dは長さが等しく、ロの字
状に形成されている。図2に示すように、突出部130
b、130dはそれぞれ、p型の第1半導体層(歪みゲ
ージ部)126b、126dと、第1半導体層126
b、126dの頂面と側面を覆う第2絶縁層128を有
する。図示は省略するが、突出部130a、130cに
ついても同様である。なお、突出部130は、頂面が平
坦なメサ状に形成されていなくてもよい。例えば、突出
部130の頂面は湾曲状であってもよい。
As shown in FIG. 2, the protrusions 130b, 13
0d projects from the top surfaces of the first insulating layers 124b and 124d. The protrusions 130a to 130d are formed in a mesa step shape having a flat top surface and are formed in an elongated shape. The protruding portions 130a to 130d are the base portions 134a to 1
Compared to 34d, it is located on the upper side and has a narrow width. Four
The protrusions 130a to 130d of the book have the same length and are formed in a square shape. As shown in FIG.
b and 130d are p-type first semiconductor layers (strain gauge portions) 126b and 126d, and the first semiconductor layer 126, respectively.
The second insulating layer 128 covers the top and side surfaces of the b and 126d. Although not shown, the same applies to the protrusions 130a and 130c. The protrusion 130 does not have to be formed in a mesa shape with a flat top surface. For example, the top surface of the protrusion 130 may be curved.

【0024】図1に示すように、電極132a〜132
dはそれぞれ、電極台座部136a〜136d上に形成
されている。電極132a〜132dは、突出部130
内の第1半導体層(歪みゲージ部)126に電気的に接
続されている。電極132a〜132dは、対角方向に
形成された1組の入力電極132a、132cと、1組
の出力電極132b、132dによって構成されてい
る。
As shown in FIG. 1, electrodes 132a-132 are provided.
d is formed on the electrode pedestals 136a to 136d, respectively. The electrodes 132a to 132d have the protrusion 130.
It is electrically connected to the first semiconductor layer (strain gauge portion) 126 therein. The electrodes 132a to 132d are composed of a pair of input electrodes 132a and 132c and a pair of output electrodes 132b and 132d formed in a diagonal direction.

【0025】第1半導体層(歪みゲージ部)126の頂
面は(110)面である。第1半導体層126a〜12
6dは、ピエゾ抵抗係数がπ13´に従って変化するよ
うに配置されている。第1半導体層126b、126d
(図1の突出部130b、130d内に形成されてい
る)は、長手方向が<110>方向に伸びている。一
方、第1半導体層126a、126c(図1の突出部1
30a、130c内に形成されている)は、長手方向が
<100>方向に伸びている。4つの歪みゲージ部12
6a〜126dによって、ホイートストンブリッジが構
成されている。
The top surface of the first semiconductor layer (strain gauge portion) 126 is the (110) plane. First semiconductor layers 126a-12
6d is arranged so that the piezo resistance coefficient changes according to π 13 ′. First semiconductor layers 126b and 126d
The longitudinal direction (formed inside the protrusions 130b and 130d in FIG. 1) extends in the <110> direction. On the other hand, the first semiconductor layers 126a and 126c (the protruding portion 1 in FIG.
(Formed within 30a and 130c), the longitudinal direction extends in the <100> direction. Four strain gauge parts 12
A Wheatstone bridge is configured by 6a to 126d.

【0026】ピエゾ抵抗係数がπ13´の場合、(11
0)面の<110>方向に最大の感度を持ち、<100
>方向には感度ゼロである。従って、長手方向が<11
0>方向に伸びる歪みゲージ部126b、126dに、
(110)面から圧縮応力が作用すると、その応力に応
じてピエゾ抵抗効果によって抵抗値が変化(増加)す
る。即ち、歪みゲージ部126b、126dはゲージ抵
抗として機能する。一方、長手方向が<100>方向に
伸びる歪みゲージ部126a、126cには、(11
0)面から圧縮応力が作用しても抵抗値がほとんど変化
しない。即ち、歪みゲージ部126a、126cは基準
抵抗として機能する。
When the piezo resistance coefficient is π 13 ′, (11
It has the maximum sensitivity in the <110> direction of the 0) plane and <100
The sensitivity is zero in the> direction. Therefore, the longitudinal direction is <11
In the strain gauge portions 126b and 126d extending in the 0> direction,
When compressive stress acts from the (110) plane, the resistance value changes (increases) due to the piezoresistive effect according to the stress. That is, the strain gauge sections 126b and 126d function as gauge resistances. On the other hand, in the strain gauge portions 126a and 126c whose longitudinal direction extends in the <100> direction, (11
Even if a compressive stress is applied from the 0) plane, the resistance value hardly changes. That is, the strain gauge sections 126a and 126c function as reference resistors.

【0027】第1半導体層(歪みゲージ部)126は元
々はn型層であったが、p型不純物が添加されている。
そのp型不純物濃度は1×1018/cmのオーダー又
は1×1020/cmのオーダーである。抵抗率は0.
001Ω・cmである。不純物濃度が十分に高いため
に、特開平8−271363号公報の段落0058〜0
062に記載の温度補償作用が得られる。また、第1半
導体層126は高濃度であるものの、細くて薄いために
抵抗値が高く、抵抗値の変化が測定しやすい。
The first semiconductor layer (strain gauge portion) 126 was originally an n-type layer, but has p-type impurities added thereto.
The p-type impurity concentration is on the order of 1 × 10 18 / cm 3 or 1 × 10 20 / cm 3 . The resistivity is 0.
It is 001 Ω · cm. Since the impurity concentration is sufficiently high, paragraphs 0058 to 0 of JP-A-8-271363 are disclosed.
The temperature compensation action described in 062 is obtained. Further, although the first semiconductor layer 126 has a high concentration, it has a high resistance value because it is thin and thin, and it is easy to measure changes in the resistance value.

【0028】力伝達ブロック138は、ロの字状の突出
部130a〜130dの頂面上に載置されている。種々
の環境において良好な検知特性を得るためには、力伝達
ブロック138を力検知ブロック120に対して陽極接
合等によって取付ないしは固定することが好ましい。力
伝達ブロック138は、平面視したときに正方形状の直
方体であり、幅は約1.0mm、高さは約0.5mmで
ある。力伝達ブロック138は、絶縁性材料で構成され
ることが好ましい。陽極接合に適した絶縁性材料として
は、硼珪酸ガラス、結晶化ガラス等の可動イオンを含む
ガラス類が挙げられる。また、力伝達ブロック138
は、表面に絶縁膜を形成したシリコン基板等によって形
成してもよい。
The force transmission block 138 is placed on the top surfaces of the square-shaped projections 130a to 130d. In order to obtain good detection characteristics in various environments, it is preferable to attach or fix the force transmission block 138 to the force detection block 120 by anodic bonding or the like. The force transmission block 138 is a rectangular parallelepiped in a plan view and has a width of about 1.0 mm and a height of about 0.5 mm. The force transmission block 138 is preferably made of an insulating material. Examples of the insulating material suitable for anodic bonding include borosilicate glass and glass containing mobile ions such as crystallized glass. Also, the force transmission block 138
May be formed of a silicon substrate or the like having an insulating film formed on the surface thereof.

【0029】上記した半導体基板122(第2半導体層
126を含む)、絶縁層124、第1半導体層122は
それぞれ、SOI基板のシリコン基板、酸化シリコン
層、シリコン活性層によって形成することが好ましい。
The semiconductor substrate 122 (including the second semiconductor layer 126), the insulating layer 124, and the first semiconductor layer 122 described above are preferably formed of a silicon substrate of an SOI substrate, a silicon oxide layer, and a silicon active layer, respectively.

【0030】図2に示す突出部130を構成する第1半
導体層126の幅L1は約10μmである。第2絶縁層
128の幅(厚さ)L2は約0.1μmである。従っ
て、突出部130の幅L3は約10+0.1×2=約1
0.2μmである。また、突出部130の高さL7は約
3μmである。一方、ベース部134を構成する第1絶
縁層124と第2半導体層123の幅L4は約14μm
であり、第2絶縁層の幅(厚さ)L5は約0.1μmで
ある。従って、ベース部134の幅L6は約14+0.
1×2=約14.2μmである。また、ベース部134
の高さL8は約3.5μmである。ベース部134の高
さL8は3μm以上であることが好ましい。このよう
に、本実施例では、第1半導体層126の幅L1(約1
0μm)より、第1絶縁層124の幅L4(約14μ
m)は約4μm広い。片側について約2μm広い。
The width L1 of the first semiconductor layer 126 forming the protrusion 130 shown in FIG. 2 is about 10 μm. The width (thickness) L2 of the second insulating layer 128 is about 0.1 μm. Therefore, the width L3 of the protrusion 130 is about 10 + 0.1 × 2 = about 1
It is 0.2 μm. The height L7 of the protrusion 130 is about 3 μm. On the other hand, the width L4 of the first insulating layer 124 and the second semiconductor layer 123 forming the base portion 134 is about 14 μm.
And the width (thickness) L5 of the second insulating layer is about 0.1 μm. Therefore, the width L6 of the base portion 134 is about 14 + 0.
1 × 2 = about 14.2 μm. In addition, the base portion 134
The height L8 is about 3.5 μm. The height L8 of the base portion 134 is preferably 3 μm or more. As described above, in the present embodiment, the width L1 of the first semiconductor layer 126 (about 1
0 μm), the width L4 of the first insulating layer 124 (about 14 μm
m) is about 4 μm wider. It is about 2 μm wide on one side.

【0031】第1実施例の力検知素子101の動作を説
明する。例えば、図1に示す電極132aに正電圧を印
加し、電極132aと対角方向に形成された電極132
cを接地する。この状態で力伝達ブロック138の頂面
に外力Wが作用したとする。すると、その外力Wが図2
に示す突出部130b、130d内の歪みゲージ部12
6b、126dに伝達される。このため、その外力Wに
起因して生じる応力に応じて歪みゲージ部126b、1
26dの抵抗値は増加する。一方、歪みゲージ部126
a、126cの抵抗値は変化しない。
The operation of the force detecting element 101 of the first embodiment will be described. For example, a positive voltage is applied to the electrode 132a shown in FIG. 1 to form an electrode 132a diagonally formed with the electrode 132a.
Ground c. It is assumed that the external force W acts on the top surface of the force transmission block 138 in this state. Then, the external force W is
The strain gauge section 12 in the protrusions 130b and 130d shown in FIG.
6b and 126d. Therefore, the strain gauge portions 126b, 126b,
The resistance value of 26d increases. On the other hand, the strain gauge section 126
The resistance values of a and 126c do not change.

【0032】出力電極132bに現れる電圧V
at132bは、次式(1)のように表される。 Vat132b=Vat132a×Rof126c/(Rof126b+R f126c )…(1) ここで、Vat132aは入力電極132aに印加され
る電圧値である。R f126b、Rof126cはそ
れぞれ、歪みゲージ部126b、126cの抵抗値であ
る。歪みゲージ部126bの抵抗値が増加し、歪みゲー
ジ部126cの抵抗値が変化しないと、出力電極132
bに現れる電圧値Vat132bは減少する。
The voltage V appearing at the output electrode 132b
at132b is represented by the following expression (1). V at132b = V at132a × R of126c / (R of126b + R o f126c) ... (1) where, V at132a is the voltage value applied to the input electrode 132a. R o f126b, R of126c each, strain gauge portion 126b, which is a resistance value of 126c. When the resistance value of the strain gauge portion 126b increases and the resistance value of the strain gauge portion 126c does not change, the output electrode 132
The voltage value V at132b appearing at b decreases.

【0033】出力電極132dに現れる電圧V
at132dは、次式(2)のように表される。 Vat132d=Vat132a×Rof126d/(Rof126a+R f126d )…(2) ここで、Rof126a、Rof126dはそれぞれ、
歪みゲージ部126a、126dの抵抗値である。歪み
ゲージ部126dの抵抗値が増加し、歪みゲージ部12
6aの抵抗値が変化しないと、出力電極132dに現れ
る電圧値Vat132dは増加する。
The voltage V appearing at the output electrode 132d
The at132d is expressed by the following equation (2). V at132d = V at132a × R of126d / (R of126a + R o f126d) ... (2) where, R of126a, R of126d, respectively,
It is the resistance value of the strain gauge portions 126a and 126d. The resistance value of the strain gauge section 126d increases, and the strain gauge section 12d
If the resistance value of 6a does not change, the voltage value V at132d appearing at the output electrode 132d increases.

【0034】上記したVat132bとVat132d
の電圧値の差を求めることで、歪みゲージ部126b、
126dの抵抗値の変化量を求めることができる。そし
て、この歪みゲージ部126b、126dの抵抗値の変
化量から、作用した外力Wの大きさを求めることができ
る。ホイートストンブリッジを用いてこれらの抵抗値の
変化量を求めることで、高感度であり、しかもノイズの
影響等を相殺することができる。
V at132b and V at132d described above
The strain gauge section 126b,
The amount of change in the resistance value of 126d can be obtained. Then, the magnitude of the applied external force W can be obtained from the amount of change in the resistance value of the strain gauge portions 126b and 126d. By obtaining the amount of change in these resistance values using the Wheatstone bridge, the sensitivity is high and the influence of noise and the like can be offset.

【0035】第1実施例の力検知素子101の製造方法
を図3〜図7を参照して説明する。まず、図3に示すよ
うなSOI基板を用意する。SOI基板は、シリコン基
板122と、シリコン酸化層124と、シリコン活性層
126が積層されて構成されている。次に、シリコン活
性層126の所定領域上に第1レジスト層140を配置
してマスクする。そして、第1レジスト層140でマス
クされていないシリコン活性層126をRIE(Reacti
ve Ion Etching)等によりシリコン酸化層124が露出
するまでエッチングする。この結果、図4に示すよう
な、シリコン酸化層124の頂面から突出する第1半導
体層(シリコン活性層)126b、126dが形成され
る。
A method of manufacturing the force detecting element 101 of the first embodiment will be described with reference to FIGS. First, an SOI substrate as shown in FIG. 3 is prepared. The SOI substrate is formed by stacking a silicon substrate 122, a silicon oxide layer 124, and a silicon active layer 126. Next, the first resist layer 140 is arranged and masked on a predetermined region of the silicon active layer 126. Then, the silicon active layer 126 not masked by the first resist layer 140 is subjected to RIE (Reacti
Etching is performed until the silicon oxide layer 124 is exposed. As a result, first semiconductor layers (silicon active layers) 126b and 126d protruding from the top surface of the silicon oxide layer 124 are formed as shown in FIG.

【0036】次に、図5に示すように、第1半導体層1
26b、126dとこれに隣接するシリコン酸化層12
4を覆うように第2レジスト層142を配置してマスク
する。そして、第2レジスト層142でマスクされてい
ないシリコン酸化層124と一部のシリコン基板122
をRIE等によりエッチングする。この結果、図6に示
すように、シリコン基板122の主面120sから突出
する第2半導体層123b、123d及び第1絶縁層
(シリコン酸化層)124b、124dが形成される。
Next, as shown in FIG. 5, the first semiconductor layer 1
26b and 126d and the silicon oxide layer 12 adjacent thereto
The second resist layer 142 is arranged so as to cover the mask 4 and masked. Then, the silicon oxide layer 124 not masked by the second resist layer 142 and a part of the silicon substrate 122.
Is etched by RIE or the like. As a result, as shown in FIG. 6, the second semiconductor layers 123b and 123d and the first insulating layers (silicon oxide layers) 124b and 124d protruding from the main surface 120s of the silicon substrate 122 are formed.

【0037】次に、第1半導体層126の頂面と側面、
第2半導体層123の側面、及びシリコン基板122の
主面を、熱酸化法等によって酸化する。この結果、図7
に示すような第2絶縁層(シリコン酸化層)128が形
成される。先に述べたように、第1半導体層126とこ
れを覆う第2絶縁層128によって突出部130が構成
されている。また、第2半導体層123とこれを覆う第
1及び第2絶縁層124、128によってベース部13
4が構成されている。次に、図1と図2に示すように、
突出部130(より詳細には第2絶縁層128)の頂面
に例えば陽極接合によって絶縁性材料(ガラス等)から
なる力伝達ブロック138を取付ける。以上の工程によ
り、図1と図2に示す力検知素子101が製造される。
Next, the top and side surfaces of the first semiconductor layer 126,
The side surface of the second semiconductor layer 123 and the main surface of the silicon substrate 122 are oxidized by a thermal oxidation method or the like. As a result, FIG.
A second insulating layer (silicon oxide layer) 128 is formed as shown in FIG. As described above, the first semiconductor layer 126 and the second insulating layer 128 covering the first semiconductor layer 126 form the protrusion 130. In addition, the base portion 13 is formed by the second semiconductor layer 123 and the first and second insulating layers 124 and 128 covering the second semiconductor layer 123.
4 are configured. Next, as shown in FIG. 1 and FIG.
A force transmission block 138 made of an insulating material (such as glass) is attached to the top surface of the protrusion 130 (more specifically, the second insulating layer 128) by, for example, anodic bonding. Through the above steps, the force sensing element 101 shown in FIGS. 1 and 2 is manufactured.

【0038】この製造方法では、図5に示すように、第
1半導体層126とこれに隣接するシリコン酸化層12
4を第2レジスト層142でマスクする。そして、マス
クされていないシリコン酸化層124とシリコン基板1
22をエッチングする(図6参照)。これにより、ベー
ス部134を構成するシリコン酸化層124とシリコン
基板122の一部を、レジスト層142を変えないで連
続して形成することができる。従って、この製造方法に
よると、歪みゲージ部126を流れる電流が外部(例え
ばシリコン基板122)にリークすることを抑制できる
構造と、たわんだ力伝達ブロック138が力検知ブロッ
ク120に接触することを回避できる構造を、効率良く
製造することができる。
In this manufacturing method, as shown in FIG. 5, the first semiconductor layer 126 and the silicon oxide layer 12 adjacent thereto are formed.
4 is masked with the second resist layer 142. Then, the unmasked silicon oxide layer 124 and the silicon substrate 1
22 is etched (see FIG. 6). Accordingly, the silicon oxide layer 124 that constitutes the base portion 134 and a part of the silicon substrate 122 can be continuously formed without changing the resist layer 142. Therefore, according to this manufacturing method, it is possible to prevent the electric current flowing through the strain gauge section 126 from leaking to the outside (for example, the silicon substrate 122) and to prevent the flexed force transmission block 138 from coming into contact with the force detection block 120. The structure that can be manufactured can be efficiently manufactured.

【0039】第2絶縁層128を構成するシリコン酸化
膜は、上記のように熱酸化法によって形成すると、機械
的・電気的に良好な膜質のものが形成できる。よって、
歪みゲージ部126を流れる電流が外部にリークするこ
とをより効果的に抑制できる。しかしながら、第2絶縁
層128を構成するシリコン酸化膜は、例えばCVD法
によって形成してもよい。また、力伝達ブロック138
の取付方法は載置や陽極接合に限られず、例えば半田や
接着剤で接着して固定してもよい。なお、上記では、第
1及び第2半導体層、突出部、ベース部、第1及び第2
絶縁層については添字b、dの場合について説明した
が、添字a、cについても同様である。
When the silicon oxide film forming the second insulating layer 128 is formed by the thermal oxidation method as described above, a film having good mechanical and electrical properties can be formed. Therefore,
It is possible to more effectively suppress the current flowing through the strain gauge section 126 from leaking to the outside. However, the silicon oxide film forming the second insulating layer 128 may be formed by, for example, the CVD method. Also, the force transmission block 138
The mounting method is not limited to mounting or anodic bonding, and may be fixed by bonding with solder or an adhesive, for example. In the above, the first and second semiconductor layers, the protruding portion, the base portion, the first and second semiconductor layers are formed.
The insulating layers have been described with the subscripts b and d, but the same applies to the subscripts a and c.

【0040】力伝達ブロック138に外力Wが作用して
第1半導体層126等に応力が作用すると、応力が作用
した部分が活性化される。この結果、第1半導体層12
6から外部への電流のリークが発生し易くなる。しかし
ながら、第1実施例の力検知素子101は、第1半導体
層126の幅L1(約10μm)より、第1絶縁層12
4の幅L4(約14μm)が約4μm(片側に約2μ
m)広い。また、第1半導体層126と第2半導体層1
23の表面は第2絶縁層128で覆われている。よっ
て、高温状態であっても、第1半導体層126を流れる
電流が外部(例えば第2半導体層123、半導体基板1
22、力伝達ブロック138等)にリークすることを抑
制できる。特に、第1半導体層126を流れる電流が、
第1半導体層126の周縁から第2半導体層123(半
導体基板122)にリークするいわゆる沿面リーク現象
を効果的に抑制できる。さらに、上記したようにSOI
基板120を用いて力検知素子101を製造すると、第
1半導体層126と第2半導体層123が第1絶縁層1
24によって隔てられた構造を簡単に形成することがで
きる。
When an external force W acts on the force transmission block 138 and stress acts on the first semiconductor layer 126 and the like, the stressed portion is activated. As a result, the first semiconductor layer 12
The leakage of current from 6 to the outside easily occurs. However, in the force sensing element 101 of the first embodiment, the width L1 (about 10 μm) of the first semiconductor layer 126 allows the first insulating layer 12 to be formed.
4 width L4 (about 14μm) is about 4μm (about 2μ on one side
m) Wide. In addition, the first semiconductor layer 126 and the second semiconductor layer 1
The surface of 23 is covered with the second insulating layer 128. Therefore, even when the temperature is high, the current flowing through the first semiconductor layer 126 is exposed to the outside (for example, the second semiconductor layer 123, the semiconductor substrate 1
22, the force transmission block 138, etc.) can be suppressed. In particular, the current flowing through the first semiconductor layer 126 is
A so-called creeping leak phenomenon that leaks from the peripheral edge of the first semiconductor layer 126 to the second semiconductor layer 123 (semiconductor substrate 122) can be effectively suppressed. Furthermore, as described above, the SOI
When the force sensing element 101 is manufactured using the substrate 120, the first semiconductor layer 126 and the second semiconductor layer 123 become the first insulating layer 1.
Structures separated by 24 can be easily formed.

【0041】図11と図12に示した従来の力検知素子
1の構造によると、使用電流(数mA)の約10−3
10−2(0.1%〜1%)のリーク電流が発生してい
た。これに対し、第1実施例の力検知素子101の構造
によると、使用電流の10 −6以下(nAオーダー以
下)にリーク電流を抑制できる。従って、出力電極13
2b、132dに現れる電圧値がリーク電流によって変
化することを抑制でき、歪みゲージ部126b、126
dの抵抗値の変化量の検出精度を高くすることができ
る。このため、作用した外力Wの大きさの検知精度の高
い力検知素子を実現できる。
Conventional force sensing element shown in FIGS. 11 and 12.
According to the structure of 1, the operating current (several mA) is about 10-3~
10-2(0.1% to 1%) leak current has occurred
It was On the other hand, the structure of the force sensing element 101 of the first embodiment
According to the operating current of 10 -6Below (nA order and below
The leakage current can be suppressed below. Therefore, the output electrode 13
The voltage value appearing at 2b and 132d changes depending on the leak current.
Strain gauge portions 126b, 126
It is possible to increase the detection accuracy of the amount of change in the resistance value of d.
It Therefore, the accuracy of detecting the magnitude of the applied external force W is high.
A force detection element can be realized.

【0042】また、本実施例では、突出部130の高さ
L7とベース部134の高さL8の合計が6μm以上と
なっている。これにより、力伝達ブロック138に大き
な外力が作用して、力伝達ブロック138が図2に示す
ように下方に垂れ下がって変形したときでも、力伝達ブ
ロック138と半導体基板122(第2絶縁層128)
の接触を回避できる。従って、力伝達ブロック138に
大きな外力が作用しても、力の検知精度、あるいは検知
感度の低下を抑制できる。
Further, in this embodiment, the total height L7 of the protrusions 130 and the height L8 of the base portion 134 is 6 μm or more. As a result, even when a large external force acts on the force transmission block 138 and the force transmission block 138 hangs downward as shown in FIG. 2 and is deformed, the force transmission block 138 and the semiconductor substrate 122 (second insulating layer 128).
It is possible to avoid contact with. Therefore, even if a large external force acts on the force transmission block 138, it is possible to suppress a decrease in force detection accuracy or detection sensitivity.

【0043】(第2実施例) 図8に第2実施例の力検
知素子201の断面図を示す。この断面図は、図2の断
面図(図1のII−II線の断面図)に対応する部位で
の断面を示す。図8に示すように、第2実施例の力検知
素子201は、力検知ブロック220と、力伝達ブロッ
ク238を備えている。なお、図示は省略されている
が、第1実施例と同様に、突出部は4本設けられてお
り、突出部内の歪みゲージ部に電気的に接続された4つ
の電極も設けられている。突出部230b、230d
は、第1絶縁層224の頂面から突出している。突出部
230b、230dはそれぞれ、第1半導体層226
b、226dと、第1半導体層226b、226dの頂
面と側面を覆う第2絶縁層228を有する。力伝達ブロ
ック238は、その主底面から伸びる脚部239b、2
39dを有する。その脚部239b、239dの底面
は、突出部226の頂面に陽極接合等によって取付ない
しは固定されている。第1絶縁層224の幅とシリコン
基板222の幅は等しい。即ち、第1絶縁層224は、
シリコン基板222の上面全体に亘って形成されてい
る。シリコン基板222の幅は第1実施例と同様に約
1.4mmである。第1半導体層226の幅は第1実施
例と同様に約10μmである。
(Second Embodiment) FIG. 8 shows a sectional view of a force detecting element 201 of a second embodiment. This cross-sectional view shows a cross section at a portion corresponding to the cross-sectional view of FIG. 2 (cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 1). As shown in FIG. 8, the force detecting element 201 of the second embodiment includes a force detecting block 220 and a force transmitting block 238. Although not shown, as in the first embodiment, four protrusions are provided, and four electrodes electrically connected to the strain gauges in the protrusions are also provided. Projections 230b, 230d
Protrude from the top surface of the first insulating layer 224. The protrusions 230b and 230d are respectively formed on the first semiconductor layer 226.
b, 226d and a second insulating layer 228 that covers the top and side surfaces of the first semiconductor layers 226b, 226d. The force transmission block 238 has legs 239b, 2 extending from its main bottom surface.
With 39d. The bottom surfaces of the legs 239b and 239d are attached or fixed to the top surface of the protrusion 226 by anodic bonding or the like. The width of the first insulating layer 224 and the width of the silicon substrate 222 are equal. That is, the first insulating layer 224 is
It is formed over the entire upper surface of the silicon substrate 222. The width of the silicon substrate 222 is about 1.4 mm as in the first embodiment. The width of the first semiconductor layer 226 is about 10 μm as in the first embodiment.

【0044】第2実施例の力検知素子201の製造方法
を説明する。まず、図3と図4に示す製造工程と同様の
工程によって第1半導体層226を形成する。また、第
1半導体層226の頂面と側面を例えば熱酸化法によっ
て酸化してシリコン酸化層からなる第2絶縁層228を
形成する。また、図8に示すように、力伝達ブロック2
38を構成するガラスに脚部239を形成する。脚部2
39を形成する方法としては、例えば、符号240に示
す部位をフッ酸等でエッチングして除去するような化学
的な加工法であってもよいし、サンドブラスト、ダイサ
ー等で切削して除去するような物理的・機械的な加工法
であってもよい。次に、力検知ブロック220の突出部
230b、230d(第2絶縁層228)の頂面と、力
伝達ブロック238の脚部239b、239dの底面
を、例えば陽極接合によって取付ける。以上の工程によ
り、図8に示す力検知素子201が製造される。
A method of manufacturing the force detecting element 201 of the second embodiment will be described. First, the first semiconductor layer 226 is formed by the same process as the manufacturing process shown in FIGS. Further, the top surface and the side surface of the first semiconductor layer 226 are oxidized by, for example, a thermal oxidation method to form a second insulating layer 228 made of a silicon oxide layer. Further, as shown in FIG. 8, the force transmission block 2
The leg portion 239 is formed on the glass forming the part 38. Leg 2
As a method for forming 39, for example, a chemical processing method such as etching and removing the portion indicated by reference numeral 240 with hydrofluoric acid may be used, or it may be removed by cutting with sandblast, dicer or the like. It may be a physical / mechanical processing method. Next, the top surfaces of the protrusions 230b and 230d (second insulating layer 228) of the force detection block 220 and the bottom surfaces of the leg portions 239b and 239d of the force transmission block 238 are attached by, for example, anodic bonding. Through the above steps, the force sensing element 201 shown in FIG. 8 is manufactured.

【0045】第2実施例の力検知素子201では、力伝
達ブロック238に突出部239が形成されており、突
出部239の側方の部位240が窪んだ形状となってい
る。よって、第1実施例の力検知素子101のようなベ
ース部134を形成しなくても、力伝達ブロック238
に大きな外力が作用したときに、力伝達ブロック238
が第1絶縁層224(力検知ブロック220)に接触し
ないようにすることができる。ただし、第2実施例の力
検知素子201のように、力伝達ブロック238に突出
部239を形成した場合でも、第1実施例の力検知素子
101のベース部134のような突出部を設けてもよい
のは勿論である。
In the force detecting element 201 of the second embodiment, the force transmitting block 238 is formed with the projecting portion 239, and the side portion 240 of the projecting portion 239 is recessed. Therefore, the force transmission block 238 may be formed without forming the base portion 134 like the force detection element 101 of the first embodiment.
When a large external force acts on the force transmission block 238
Can be prevented from coming into contact with the first insulating layer 224 (force detection block 220). However, even when the protrusion 239 is formed on the force transmission block 238 like the force detecting element 201 of the second embodiment, the protrusion like the base portion 134 of the force detecting element 101 of the first embodiment is provided. Of course, it is good.

【0046】(第3実施例) 図9に第3実施例の力検
知素子301の斜視図を、図10に図9のX−X線断面
図を示す。図1に示す第1実施例の力検知素子101
は、先に述べたように、4本の第1半導体層126a〜
126dによってホイートストンブリッジが形成された
構造である。これに対し、図9と図10に示す第3実施
例の力検知素子301は、単ゲージ構造である。本明細
書において「単ゲージ構造」とは、歪みゲージ部に電気
的に接続され、かつ、外部端子接続用の電極が第1電極
と第2電極のみである構造をいう。本実施例では、歪み
ゲージ部(第1半導体層)326(図10参照)に電気
的に接続され、かつ、外部端子接続用の電極が第1電極
332aと第2電極332bのみである。以下では、本
実施例の内容をより詳細に説明する。
(Third Embodiment) FIG. 9 shows a perspective view of a force detecting element 301 of a third embodiment, and FIG. 10 shows a sectional view taken along line XX of FIG. The force sensing element 101 of the first embodiment shown in FIG.
As described above, the four first semiconductor layers 126a ...
This is a structure in which a Wheatstone bridge is formed by 126d. On the other hand, the force sensing element 301 of the third embodiment shown in FIGS. 9 and 10 has a single gauge structure. In the present specification, the “single gauge structure” refers to a structure that is electrically connected to the strain gauge portion and that the electrodes for external terminal connection are only the first electrode and the second electrode. In this embodiment, only the first electrode 332a and the second electrode 332b are electrically connected to the strain gauge portion (first semiconductor layer) 326 (see FIG. 10) and for external terminal connection. The contents of this embodiment will be described in more detail below.

【0047】図9に示すように、力検知素子301は、
支持台321と、力検知ブロック320と、力伝達ブロ
ック338を備えている。力検知ブロック320(シリ
コン基板322)の主面からは、ベース部334が突出
している。ベース部334には、電極台座部336a、
336bが連結されている。ベース部334の頂面から
は、突出部330が突出している。ベース部334の幅
は、突出部330の幅よりも広い。突出部330内の第
1半導体層(歪みゲージ部)326の一端と他端にはそ
れぞれ、電極332a、332bが電気的に接続されて
いる。
As shown in FIG. 9, the force sensing element 301 is
The support base 321, the force detection block 320, and the force transmission block 338 are provided. A base portion 334 projects from the main surface of the force detection block 320 (silicon substrate 322). The base portion 334 has an electrode pedestal portion 336a,
336b is connected. The protruding portion 330 protrudes from the top surface of the base portion 334. The width of the base portion 334 is wider than the width of the protruding portion 330. Electrodes 332a and 332b are electrically connected to one end and the other end of the first semiconductor layer (strain gauge portion) 326 in the protruding portion 330, respectively.

【0048】力検知ブロック320の主面からは下側支
持部364a、364bが突出している。下側支持部3
64a、364bの頂面からは、上側支持部360a、
360bが突出している。下側支持部364の幅は、上
側支持部360の幅よりも広い。突出部330と上側突
出部360a、360bの頂面には、力伝達ブロック3
38の底面が陽極接合等の技術で取付ないしは固定され
ている。このように、力伝達ブロック338は、細長状
に伸びる突出部330と、その両側方に配置された上側
支持部360a、360bに取付けられている。よっ
て、力伝達ブロック338は、力検知ブロック320に
対して安定的に支持・固定されている。
Lower support portions 364a and 364b project from the main surface of the force detection block 320. Lower support part 3
From the top surface of 64a, 364b, the upper support portion 360a,
360b is protruding. The width of the lower support portion 364 is wider than the width of the upper support portion 360. The force transmission block 3 is provided on the top surfaces of the protrusion 330 and the upper protrusions 360a and 360b.
The bottom surface of 38 is attached or fixed by a technique such as anodic bonding. As described above, the force transmission block 338 is attached to the elongated protrusion 330 and the upper support portions 360a and 360b arranged on both sides of the protrusion 330. Therefore, the force transmission block 338 is stably supported and fixed to the force detection block 320.

【0049】図10に示すように、力検知ブロック32
0のベース部334は、第2半導体層323と、第2半
導体層323の頂面を覆う第1絶縁層324と、第2半
導体層323の側面を覆う第2絶縁層328を有する。
突出部330は、第1半導体層326と、第1半導体層
326の頂面と側面を覆う第2絶縁層328を有する。
第1半導体層326は、第1実施例と同様に、n型層に
p型不純物が添加されており、歪みゲージ部として機能
する。
As shown in FIG. 10, the force detection block 32
The 0 base portion 334 includes a second semiconductor layer 323, a first insulating layer 324 that covers a top surface of the second semiconductor layer 323, and a second insulating layer 328 that covers a side surface of the second semiconductor layer 323.
The protrusion 330 includes a first semiconductor layer 326 and a second insulating layer 328 that covers a top surface and side surfaces of the first semiconductor layer 326.
Similar to the first embodiment, the first semiconductor layer 326 has a p-type impurity added to the n-type layer and functions as a strain gauge portion.

【0050】第1半導体層326の頂面は(110)面
である。第1半導体層326は、ピエゾ抵抗係数がπ
13に従って変化するように配置されている。第1半導
体層326は、長手方向が<110>方向に伸びてい
る。先に述べたように、ピエゾ抵抗係数がπ13´の場
合、(110)面の<110>方向に最大の感度を持
つ。
The top surface of the first semiconductor layer 326 is the (110) plane. The first semiconductor layer 326 has a piezoresistance coefficient of π.
It is arranged so as to change according to 13 . The longitudinal direction of the first semiconductor layer 326 extends in the <110> direction. As described above, when the piezoresistive coefficient is π 13 ′, it has the maximum sensitivity in the <110> direction of the (110) plane.

【0051】下側支持部364a,364bはそれぞ
れ、第4半導体層353a、353bと、第4半導体層
353a、353bの頂面を覆う第3絶縁層354a、
354bと、第4半導体層353a、353bの側面を
覆う第4絶縁層358を有する。上側支持部360a、
360bはそれぞれ、第3半導体層356a、356b
と、第3半導体層356a、356bの頂面と側面を覆
う第4絶縁層358を有する。第3半導体層360a、
360bは、第1半導体層326と異なり、n型層のま
まであり、歪みゲージ部として機能しない。
The lower support portions 364a and 364b respectively include the fourth semiconductor layers 353a and 353b and the third insulating layers 354a and 354a that cover the top surfaces of the fourth semiconductor layers 353a and 353b.
And a fourth insulating layer 358 that covers side surfaces of the fourth semiconductor layers 353a and 353b. Upper support 360a,
360b is the third semiconductor layer 356a, 356b, respectively.
And a fourth insulating layer 358 that covers top surfaces and side surfaces of the third semiconductor layers 356a and 356b. The third semiconductor layer 360a,
Unlike the first semiconductor layer 326, the 360b remains an n-type layer and does not function as a strain gauge section.

【0052】第3実施例の力検知素子301において
も、第1半導体層326の幅等は第1実施例と同様であ
り、第1半導体層326の幅(約10μm)より、第1
絶縁層324の幅(約14μm)が約4μm広い。片側
について約2μm広い。
Also in the force sensing element 301 of the third embodiment, the width of the first semiconductor layer 326 is the same as that of the first embodiment, and the width (about 10 μm) of the first semiconductor layer 326 makes the first
The width (about 14 μm) of the insulating layer 324 is about 4 μm wide. It is about 2 μm wide on one side.

【0053】第3実施例の力検知素子301の動作を説
明する。まず、例えば図9に示す第1電極332aを電
流源に接続し、第2電極332bを接地する。この状態
で力伝達ブロック338の頂面に外力Wが作用したとす
る。すると、その外力Wが突出部330内の第1半導体
層(歪みゲージ部)326に伝達される。この結果、そ
の外力Wに起因して作用する応力に応じて歪みゲージ部
326の抵抗値は増加する。このため、第1電極332
aに現れる電圧は、歪みゲージ部326の抵抗値の増加
に応じて増加する。従って、第1電極332aに現れた
電圧値の増加量を検出することで、歪みゲージ部326
の抵抗値の変化量を求めることができる。そして、この
歪みゲージ部326の抵抗値の変化量から、作用した外
力Wの大きさを求めることができる。なお、このように
第3実施例では、第1電極332aが入力電極と出力電
極の両方の機能を果たしている。
The operation of the force detecting element 301 of the third embodiment will be described. First, for example, the first electrode 332a shown in FIG. 9 is connected to a current source, and the second electrode 332b is grounded. It is assumed that the external force W acts on the top surface of the force transmission block 338 in this state. Then, the external force W is transmitted to the first semiconductor layer (strain gauge portion) 326 in the protrusion 330. As a result, the resistance value of the strain gauge portion 326 increases in accordance with the stress acting due to the external force W. Therefore, the first electrode 332
The voltage appearing at a increases as the resistance value of the strain gauge section 326 increases. Therefore, by detecting the increase amount of the voltage value appearing at the first electrode 332a, the strain gauge unit 326 can be detected.
The amount of change in the resistance value of can be obtained. Then, the magnitude of the applied external force W can be obtained from the amount of change in the resistance value of the strain gauge portion 326. As described above, in the third embodiment, the first electrode 332a functions as both the input electrode and the output electrode.

【0054】第3実施例の力検知素子301のように単
ゲージ構造とすると、ブリッジ構造に比べて、所定の外
力が作用したときの出力値の変化を大きくすることがで
きる。従って、作用した外力の検出感度を高くできる。
また、ブリッジ構造に比べて、シンプルな構造の力検知
素子301を実現し易い。よって、製造工程も簡素化し
易い。特に単ゲージ構造では、歪みゲージ部に接続さ
れ、かつ、外部端子接続用の電極が2つ(電極332
a、332b)である。外部端子接続用の電極が2つで
あると、外部端子と電極をワイヤを介さずに接続するこ
とも容易となる。ワイヤを介さずに接続できると、外部
端子と電極をワイヤで接続することに起因して生じる問
題(接続作業の困難性や、経年劣化等)の発生を回避で
きる。また、2つの電極と外部端子をワイヤで接続する
場合でも、4つの電極と外部端子をワイヤで接続する場
合に比べれば、ワイヤ接続のデメリットを低減できる。
なお、単ゲージ構造とは、歪みゲージ部が1本のみの構
造に限られない。歪みゲージ部を複数本有する場合で
も、これらのゲージ部群の各々の一端が第1電極に共通
に接続され、ゲージ部群の各々の他端が第2電極に共通
に接続されている構造(複数本のゲージ部が並列接続さ
れている構造)は、単ゲージ構造といえる。
When the force sensing element 301 of the third embodiment has a single gauge structure, the change in the output value when a predetermined external force is applied can be increased as compared with the bridge structure. Therefore, the detection sensitivity of the applied external force can be increased.
Further, compared to the bridge structure, the force detection element 301 having a simple structure can be easily realized. Therefore, it is easy to simplify the manufacturing process. Particularly in the single gauge structure, there are two electrodes (electrode 332) that are connected to the strain gauge section and are connected to the external terminals.
a, 332b). When the number of electrodes for connecting the external terminals is two, it becomes easy to connect the external terminals and the electrodes without using a wire. If the connection can be made without a wire, the problems (difficulty in connection work, deterioration over time, etc.) caused by connecting the external terminal and the electrode with a wire can be avoided. Even when the two electrodes and the external terminals are connected by wires, the demerit of the wire connection can be reduced as compared with the case where the four electrodes and the external terminals are connected by wires.
The single gauge structure is not limited to a structure having only one strain gauge portion. Even when a plurality of strain gauge sections are provided, one end of each of these gauge section groups is commonly connected to the first electrode, and the other end of each gauge section group is commonly connected to the second electrode ( A structure in which a plurality of gauge portions are connected in parallel can be said to be a single gauge structure.

【0055】以上、本発明の具体例を詳細に説明した
が、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定する
ものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上
に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれ
る。
Specific examples of the present invention have been described above in detail, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.

【0056】本発明の適用範囲は、上記した結晶面、結
晶方向、ブリッジ構成に限定されない。即ち、上記した
(110)面、<110>方向、<100>方向に代え
て、他の結晶面または結晶方向を用いてもよい。例え
ば、結晶面としては(100)面を用いてもよい。(1
00)面を用いると、歪みゲージ部の抵抗値の変化量を
比較的大きくすることができ、しかも、集積化が容易で
ある。上記した(110)面、<110>方向、<10
0>方向を用いる場合は、これらと等価な結晶面または
結晶方向を採用してもよい。これらと等価な結晶面また
は結晶方向は、特開2001−304997号公報の表
1〜表3に示されている。
The scope of application of the present invention is not limited to the above-mentioned crystal planes, crystal directions, and bridge configurations. That is, instead of the (110) plane, <110> direction, and <100> direction described above, another crystal plane or crystal direction may be used. For example, the (100) plane may be used as the crystal plane. (1
When the (00) plane is used, the amount of change in the resistance value of the strain gauge portion can be made relatively large, and further, integration is easy. (110) plane, <110> direction, <10
When the 0> direction is used, crystal planes or crystal directions equivalent to these may be adopted. Crystal planes or crystal directions equivalent to these are shown in Tables 1 to 3 of JP 2001-304997 A.

【0057】上記した実施例で説明した突出部の形状に
特に限定はない。例えば突出部の頂面は、力検知ブロッ
クの主面に対して傾斜していてもよい。また、突出部の
頂面は湾曲していてもよい。また、突出部の側面は、例
えばテーパ状の末広がりの形状になっていてもよい。ま
た、上記実施例では、凸状の突出部を例として説明して
いるが、突出部は例えば段差状に突出していてもよい。
また、突出部を配置する形態についても特に限定はな
い。例えば図1に示す力検知素子101では、4本の突
出部130a〜130dがロの字状に配置されている
が、ひし形状に配置してもよいし、あるいは湾曲して伸
びる突出部を円形状に配置してもよい。
There is no particular limitation on the shape of the protruding portion described in the above embodiment. For example, the top surface of the protrusion may be inclined with respect to the main surface of the force detection block. In addition, the top surface of the protrusion may be curved. In addition, the side surface of the protruding portion may have, for example, a tapered divergent shape. Further, in the above-described embodiment, the convex projecting portion is described as an example, but the projecting portion may project in a stepped shape, for example.
Further, there is no particular limitation on the form in which the protrusion is arranged. For example, in the force detection element 101 shown in FIG. 1, the four projecting portions 130a to 130d are arranged in a square shape, but they may be arranged in a rhombus shape, or the projecting portions extending in a curved shape are circular. It may be arranged in a shape.

【0058】また、本明細書または図面に説明した技術
要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有
用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せ
に限定されるものではない。また、本明細書または図面
に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであ
り、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的
有用性を持つものである。
Further, the technical elements described in the present specification or the drawings exert technical utility alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technique illustrated in the present specification or the drawings can simultaneously achieve a plurality of objects, and achieving the one object among them has technical utility.

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

【図1】 第1実施例の力検知素子の斜視図を示す。FIG. 1 shows a perspective view of a force detection element of a first embodiment.

【図2】 図1のII−II線断面図を示す。2 is a sectional view taken along line II-II of FIG.

【図3】 第1実施例の力検知素子の製造方法の説明図
を示す(1)
FIG. 3 shows an explanatory view of a method for manufacturing the force sensing element of the first embodiment (1).

【図4】 第1実施例の力検知素子の製造方法の説明図
を示す(2)。
FIG. 4 shows an explanatory view of a method for manufacturing the force sensing element of the first embodiment (2).

【図5】 第1実施例の力検知素子の製造方法の説明図
を示す(3)。
FIG. 5 shows an explanatory view of a method for manufacturing the force sensing element of the first embodiment (3).

【図6】 第1実施例の力検知素子の製造方法の説明図
を示す(4)。
FIG. 6 shows an explanatory view of the method for manufacturing the force sensing element of the first embodiment (4).

【図7】 第1実施例の力検知素子の製造方法の説明図
を示す(5)。
FIG. 7 is an explanatory view of the method for manufacturing the force sensing element of the first embodiment (5).

【図8】 第2実施例の力検知素子の図2の断面図に対
応する断面図を示す。
8 shows a sectional view of the force sensing element of the second embodiment corresponding to the sectional view of FIG.

【図9】 第3実施例の力検知素子の斜視図を示す。FIG. 9 shows a perspective view of a force detecting element of a third embodiment.

【図10】 図9のX−X線断面図を示す。FIG. 10 is a sectional view taken along line XX of FIG.

【図11】 従来の力検知素子の斜視図を示す。FIG. 11 shows a perspective view of a conventional force sensing element.

【図12】 従来の力検知素子のXII−XII線断面
図を示す。
FIG. 12 is a sectional view taken along line XII-XII of a conventional force detecting element.

【図13】 従来の力検知素子の製造方法の説明図を示
す(1)。
FIG. 13 shows an explanatory view of a conventional method for manufacturing a force sensing element (1).

【図14】 従来の力検知素子の製造方法の説明図を示
す(2)。
FIG. 14 shows an explanatory view of a conventional method for manufacturing a force sensing element (2).

【図15】 従来の力検知素子の製造方法の説明図を示
す(3)。
FIG. 15 shows an explanatory view of a conventional method for manufacturing a force sensing element (3).

【図16】 従来の力検知素子の製造方法の説明図を示
す(4)。
FIG. 16 shows an explanatory view of a conventional method for manufacturing a force sensing element (4).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101:力検知素子 120:力検知ブロック 122:半導体基板 123:第2半導体層 124:第1絶縁層 126:第1半導体層(歪みゲージ部) 128:第2絶縁層 130:突出部 132:電極 134:ベース部 136:電極台座部 138:力伝達ブロック 101: Force detection element 120: Force detection block 122: Semiconductor substrate 123: Second semiconductor layer 124: First insulating layer 126: First semiconductor layer (strain gauge portion) 128: second insulating layer 130: protrusion 132: electrode 134: Base part 136: Electrode base 138: Force transmission block

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塚田 厚志 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 坂田 二郎 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 藤塚 徳夫 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 Fターム(参考) 4M112 AA01 BA01 CA41 CA42 CA44 CA46 CA49 DA03 DA04 DA05 DA06 DA11 DA18 EA03 EA06 EA09 EA13 FA01 FA20    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Atsushi Tsukada             Aichi Prefecture Nagachite Town Aichi District             Ground 1 Toyota Central Research Institute Co., Ltd. (72) Inventor Jiro Sakata             Aichi Prefecture Nagachite Town Aichi District             Ground 1 Toyota Central Research Institute Co., Ltd. (72) Inventor Tokio Fujitsuka             Aichi Prefecture Nagachite Town Aichi District             Ground 1 Toyota Central Research Institute Co., Ltd. F-term (reference) 4M112 AA01 BA01 CA41 CA42 CA44                       CA46 CA49 DA03 DA04 DA05                       DA06 DA11 DA18 EA03 EA06                       EA09 EA13 FA01 FA20

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板と、第1絶縁層と、歪みゲージ部を
備え、 第1絶縁層は、基板の頂面の少なくとも一部を覆ってお
り、 歪みゲージ部は、第1絶縁層の頂面に沿って伸びる突出
部内に形成されているとともに、作用する応力に応じて
抵抗値が変化する半導体材料を有し、 第1絶縁層の幅が、歪みゲージ部の幅よりも広い力検知
素子。
1. A substrate, a first insulating layer, and a strain gauge portion are provided, the first insulating layer covers at least a part of a top surface of the substrate, and the strain gauge portion is a top portion of the first insulating layer. A force sensing element having a semiconductor material that is formed in a protrusion that extends along the surface and has a resistance value that changes according to the stress that acts, and the width of the first insulating layer is wider than the width of the strain gauge portion. .
【請求項2】 突出部の頂面に接触する力伝達ブロック
をさらに備えた請求項1に記載の力検知素子。
2. The force detection element according to claim 1, further comprising a force transmission block that comes into contact with the top surface of the protrusion.
【請求項3】 基板の主面から突出するベース部をさら
に備え、 ベース部は第1絶縁層を有し、ベース部の幅は突出部の
幅よりも広く、 突出部は、ベース部の第1絶縁層の頂面に沿って伸びて
いる請求項1又は2に記載の力検知素子。
3. A base portion protruding from the main surface of the substrate, the base portion having a first insulating layer, the width of the base portion being wider than the width of the protrusion portion, and the protrusion portion being the first portion of the base portion. 3. The force sensing element according to claim 1, which extends along the top surface of the insulating layer.
【請求項4】 歪みゲージ部の頂面と側面を覆う第2絶
縁層をさらに備えた請求項1〜3のいずれかに記載の力
検知素子
4. The force sensing element according to claim 1, further comprising a second insulating layer that covers a top surface and a side surface of the strain gauge portion.
【請求項5】 第2絶縁層はさらに、ベース部以外の位
置にある基板の頂面を覆っている請求項4に記載の力検
知素子。
5. The force sensing element according to claim 4, wherein the second insulating layer further covers the top surface of the substrate at a position other than the base portion.
【請求項6】 第2絶縁層は、シリコン熱酸化膜によっ
て形成されている請求項4又は5に記載の力検知素子
6. The force sensing element according to claim 4, wherein the second insulating layer is formed of a silicon thermal oxide film.
【請求項7】 基板がSOI(Silicon On Insulator)
基板のシリコン基板によって形成され、第1絶縁層がS
OI基板のシリコン酸化層によって形成され、歪みゲー
ジ部がSOI基板のシリコン活性層によって形成されて
いる請求項1〜6のいずれかに記載の力検知素子。
7. The substrate is SOI (Silicon On Insulator)
The substrate is formed of a silicon substrate, and the first insulating layer is S
The force sensing element according to claim 1, wherein the force sensing element is formed of a silicon oxide layer of the OI substrate and the strain gauge portion is formed of a silicon active layer of the SOI substrate.
【請求項8】 力伝達ブロックの底面から伸びる脚部を
さらに備え、 突出部の頂面は脚部の底面に接触している請求項2〜7
のいずれかに記載の力検知素子。
8. The leg portion extending from the bottom surface of the force transmission block is further provided, and the top surface of the protruding portion is in contact with the bottom surface of the leg portion.
The force detection element according to any one of 1.
【請求項9】 第1電極と第2電極をさらに備え、 歪みゲージ部に電気的に接続され、かつ、外部端子接続
用の電極は第1電極と第2電極のみである請求項1〜8
のいずれかに記載の力検知素子。
9. The first electrode and the second electrode are further provided, and the electrodes electrically connected to the strain gauge portion and for connecting the external terminals are only the first electrode and the second electrode.
The force detection element according to any one of 1.
【請求項10】 歪みゲージ部を含まない力伝達ブロッ
クの支持部をさらに備えた請求項1〜9のいずれかに記
載の力検知素子。
10. The force detection element according to claim 1, further comprising a support portion of the force transmission block that does not include a strain gauge portion.
【請求項11】 シリコン基板とシリコン酸化層とシリ
コン活性層を有するSOI(Silicon On Insulator)基
板を用いて力検知素子を製造する方法であり、 シリコン活性層の所定領域を第1レジスト層でマスクす
る工程と、 シリコン酸化層が露出するまでSOI基板をエッチング
する工程と、 エッチングされていないシリコン活性層とこれに隣接す
るシリコン酸化層を第2レジスト層でマスクする工程
と、 マスクされていないシリコン酸化層とシリコン基板をエ
ッチングする工程を有する力検知素子の製造方法。
11. A method for manufacturing a force sensing element using an SOI (Silicon On Insulator) substrate having a silicon substrate, a silicon oxide layer and a silicon active layer, wherein a predetermined region of the silicon active layer is masked with a first resist layer. A step of etching the SOI substrate until the silicon oxide layer is exposed, a step of masking the unetched silicon active layer and the silicon oxide layer adjacent thereto with a second resist layer, and an unmasked silicon A method for manufacturing a force sensing element, comprising the step of etching an oxide layer and a silicon substrate.
【請求項12】 SOI基板の表面を酸化するためにS
OI基板を加熱する工程と、SOI基板に力伝達ブロッ
クを接触させる工程をさらに有する請求項11に記載の
力検知素子の製造方法。
12. S for oxidizing the surface of an SOI substrate
The method of manufacturing a force sensing element according to claim 11, further comprising the step of heating the OI substrate and the step of bringing the force transmission block into contact with the SOI substrate.
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