JP2006214963A - Acceleration sensor, electronic equipment, and manufacturing method for acceleration sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加速度に応じて変位する錘部の変位をピエゾ抵抗体素子により検出し、該検出結果から加速度を測定する加速度センサ及び該加速度センサを有する電子機器並びに加速度センサの製造方法に関するものである。 The present invention relates to an acceleration sensor that detects displacement of a weight portion that is displaced according to acceleration by a piezoresistive element and measures acceleration from the detection result, an electronic device having the acceleration sensor, and a method of manufacturing the acceleration sensor. is there.
従来より、半導体MEMS(半導体プロセス技術を用いて1つの基板上に電子と機械機構とを融合させた微小デバイス;Micro Electro Mechanical System)の1つとして、錘部を可撓性を有する支持部で支持(吊り)し、該錘部に何らかの力学量が外部から加えられたときに、錘部の変位を検出して該検出結果から力学量(例えば、加速度や角速度等)を測定する力学量センサが知られている。
この錘部の振動方向や大きさ等の各種変位を測定する方法としては、様々な方法が知られているが、例えば、錘部を支持する支持部に設けられたピエゾ抵抗素子の抵抗変化(錘部に作用する力学量に応じて変化する)を検出することで、力学量を測定するピエゾ抵抗検出型の力学量センサが知られている。
Conventionally, as one of semiconductor MEMS (Micro Electro Mechanical System), a weight supporting part is used as a flexible supporting part. A mechanical quantity sensor that supports (hangs) and detects a displacement of the weight part and measures a mechanical quantity (for example, acceleration, angular velocity, etc.) from the detection result when some mechanical quantity is applied to the weight part from the outside. It has been known.
Various methods are known as methods for measuring various displacements such as the vibration direction and size of the weight portion. For example, the resistance change of the piezoresistive element provided on the support portion that supports the weight portion ( 2. Description of the Related Art A piezoresistive detection type mechanical quantity sensor that measures a mechanical quantity by detecting a mechanical quantity acting on a weight portion) is known.
ピエゾ抵抗素子を利用した上記力学量センサの1つとして、例えば、図36に示すように、錘部51を支持している複数の支持部52それぞれに、ピエゾ抵抗素子53が設けられている力学量センサ50が知られている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、この力学量センサ50は、単にピエゾ抵抗素子53が各支持部52に設けられているだけであるので、互いのピエゾ抵抗素子53が素子分離されていない状態となっている。よって、各ピエゾ抵抗素子53の間でリーク電流(漏れ電流)によるクロストークが発生してしまい、他のピエゾ抵抗素子53に悪影響を与えるものであった。例えば、錘部51の変位を検出していないピエゾ抵抗素子53が、リーク電流の影響により変位を検出したと誤作動する恐れがあった。そのため、正確な錘部51の変位を測定することができず、力学量(例えば、加速度)を正確に測定することが困難なものであった。
As one of the mechanical quantity sensors using the piezoresistive element, for example, as shown in FIG. 36, a mechanics in which a
However, since the
そこで、上述したリーク電流を極力なくすため、n型シリコン基板に、p型の不純物を高濃度に注入することでピエゾ抵抗素子を形成した力学量センサが知られている(例えば、特許文献2及び3参照)。
この力学量センサにおいては、ピエゾ抵抗素子とシリコン基板とをpn接合した状態となるので、ダイオードのようになり、ピエゾ抵抗素子からシリコン基板への漏れ電流を防止するものである。これにより、互いのピエゾ抵抗素子を素子分離している。
なお、ピエゾ抵抗素子の周囲を囲むように、シリコン基板にp型の不純物層をさらに形成することで、より確実にリーク電流を防止して素子分離を図る方法も知られている。
Therefore, a mechanical quantity sensor is known in which a piezoresistive element is formed by injecting a p-type impurity at a high concentration into an n-type silicon substrate in order to eliminate the above-described leakage current as much as possible (for example,
In this mechanical quantity sensor, since the piezoresistive element and the silicon substrate are in a pn junction state, it becomes like a diode and prevents leakage current from the piezoresistive element to the silicon substrate. Thereby, the piezoresistive elements are separated from each other.
It is also known that a p-type impurity layer is further formed on a silicon substrate so as to surround the periphery of the piezoresistive element, thereby preventing leakage current and ensuring element isolation.
また、リーク電流を極力なくした力学量センサの1つとして、各ピエゾ抵抗素子の間を機械的に絶縁状態にすることで、素子分離を図った力学量センサが知られている(例えば、特許文献4及び5参照)。
即ち、図37及び図38に示すように、この力学量センサ60は、錘部61を支持する複数の支持部62それぞれの上面に、絶縁体薄膜63を形成すると共に、該絶縁体薄膜63上にさらに半導体薄膜を成膜してピエゾ抵抗素子64を形成している。この絶縁体薄膜63により、各ピエゾ抵抗素子64は、それぞれ完全に電気的に絶縁された状態となり、リーク電流による影響をなくすることができる。
That is, as shown in FIGS. 37 and 38, the
しかしながら、上記従来の素子分離(リーク電流の防止)方法では、以下の課題が残されている。
即ち、上記特許文献2及び3記載の方法では、力学量センサが高温(例えば、100℃以上)状態にさらされた場合や、光や電磁波が入射した場合等には、シリコン基板上に電荷が励起されて漏れ電流が生じてしまい、素子分離が不完全になるという不都合が生じていた。
また、常にn型基板を選ぶ必要があり、設計段階で制限を受けてしまうものであった。また、ピエゾ抵抗素子の形成にはp型不純物の注入を行う必要があり、また、電極取り出し部の形成にはn型不純物の注入を行う必要がある。そのため、不純物注入工程が2段階必要になってしまい、製造工程の煩雑さを招いていた。
However, the above-described conventional element isolation (leakage current prevention) method still has the following problems.
That is, in the methods described in
Further, it is necessary to always select an n-type substrate, which is limited in the design stage. In addition, it is necessary to implant p-type impurities to form the piezoresistive element, and it is necessary to implant n-type impurities to form the electrode extraction portion. As a result, two stages of impurity implantation steps are required, resulting in a complicated manufacturing process.
また、特許文献4及び5記載等に記載された力学量センサ60では、各ピエゾ抵抗素子64を素子分離させることができるが、可撓性を有する支持部62上に絶縁体薄膜63を一面に成膜するので、絶縁体薄膜63の内部応力により支持部62が変形する不都合があった。
例えば、図39に示すように、支持部62が自身の長手方向に変形した場合には、該支持部62に支持されている錘部61が力学量センサの外壁65に接触してしまい、所定の振動特性が変化したり、振動が妨げられる等の不具合が生じる可能性があった。
また、図40に示すように、支持部62が自身の短手方向に変形した場合には、やはり同様に支持部62のバネ定数が変化して所定の振動特性が変化したり、振動が妨げられる恐れがあった。このように、支持部62の変形により力学量を正確に測定することができない恐れがあった。
また、絶縁体薄膜63及びピエゾ抵抗素子64をそれぞれ別個に成膜及びパターニングする必要があるので、工程が煩雑化する不都合があった。更に、各ピエゾ抵抗素子64の抵抗変化を測定するため、図37に示すように、各ピエゾ抵抗素子64にそれぞれ少なくとも2つ以上の電極(入力用、出力用)65を設けなければならず、小型化を図ることが困難なものであった。
In addition, in the
For example, as shown in FIG. 39, when the
In addition, as shown in FIG. 40, when the
Further, since it is necessary to form and pattern the insulator
本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、錘部を支持する支持部に影響を与えずに、各ピエゾ抵抗素子を機械的に完全に素子分離してリーク電流を防止することができる加速度センサ及び該加速度センサを有する電子機器並びに加速度センサの製造方法を提供することである。 The present invention has been made in consideration of such circumstances, and its purpose is to completely leak the piezoresistive elements by mechanically isolating each piezoresistive element without affecting the support part that supports the weight part. An acceleration sensor capable of preventing an electric current, an electronic device having the acceleration sensor, and a method of manufacturing the acceleration sensor are provided.
本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を提供する。
本発明の加速度センサは、所定間隔を空けた状態で互いに平行配置された第1の基板及び第2の基板と、前記第1の基板及び前記第2の基板に対して所定間隔を空けた状態で両基板の間に挟まれた半導体材料からなる環状の錘部と、該錘部の略中心に設けられ、前記第1の基板と前記第2の基板との間に挟まれた半導体材料からなる柱状の支柱部と、該支柱部を間に挟んだ状態で一端側が固定されると共に、前記第1の基板及び前記第2の基板の表面に対して平行方向に向けて他端側が延び、一端側と他端側との間で前記錘部を吊り下げた状態で支持する半導体材料からなる一対の支持部と、前記第1の基板と前記第2の基板との間に挟まれ、前記一対の支持部の他端側を固定する半導体材料からなる固定部と、前記第1の基板に前記支柱部と電気的接続された状態で設けられ、該支柱部に所定の電圧を印加可能な入力電極と、前記一対の支持部の表面にそれぞれに設けられ、支持部に作用する応力に応じて電気抵抗が変化するピエゾ抵抗素子と、前記第1の基板に前記固定部と電気的接続された状態で設けられ、該固定部を介して前記ピエゾ抵抗素子の抵抗変化をそれぞれ取り出す出力電極とを備え、前記支持部と前記錘部との間、並びに、前記支柱部及び前記固定部には、支持部を電気的に独立させる絶縁層が設けられ、前記第1の基板及び前記第2の基板が、前記入力電極と前記出力電極との間、及び、前記支柱部と前記固定部との間が電気的に絶縁された状態とされていることを特徴とするものである。
The present invention provides the following means in order to solve the above problems.
The acceleration sensor of the present invention includes a first substrate and a second substrate that are arranged in parallel with each other at a predetermined interval, and a state in which the predetermined interval is provided with respect to the first substrate and the second substrate. An annular weight portion made of a semiconductor material sandwiched between the two substrates, and a semiconductor material provided at substantially the center of the weight portion and sandwiched between the first substrate and the second substrate. The columnar column part and the one end side are fixed with the column part interposed therebetween, and the other end side extends in a direction parallel to the surfaces of the first substrate and the second substrate, Sandwiched between a pair of support parts made of a semiconductor material that supports the weight part in a suspended state between the one end side and the other end side, the first substrate and the second substrate, A fixing portion made of a semiconductor material for fixing the other end side of the pair of support portions; and the support portion on the first substrate. Provided in an electrically connected state, an input electrode capable of applying a predetermined voltage to the support column, and provided on the surfaces of the pair of support parts, respectively, and an electric resistance depending on the stress acting on the support parts A piezoresistive element that changes, and an output electrode that is provided in a state of being electrically connected to the fixed portion on the first substrate, and that takes out a resistance change of the piezoresistive element through the fixed portion, An insulating layer that electrically separates the support portion is provided between the support portion and the weight portion, as well as the support portion and the fixed portion, and the first substrate and the second substrate are The input electrode and the output electrode, and the support column and the fixed part are electrically insulated.
この発明に係る加速度センサにおいては、まず、入力電極を介して支柱部に所定の電圧を印加する。この電圧印加によって、支柱部に供給された電流は、ピエゾ抵抗素子が形成された一対の支持部及び固定部を介して各出力電極に達する。この電流を出力電極を介して検出することで、各ピエゾ抵抗素子の抵抗値をモニタすることができる。即ち、入力電極は、共通のインプット電極(コモン電極)となっている。なお、支柱部、一対の支持部、固定部は、それぞれ半導体材料(例えば、シリコン)から形成されているので、
入力電極から出力電極に確実に電流が流れる。
In the acceleration sensor according to the present invention, first, a predetermined voltage is applied to the column through the input electrode. By this voltage application, the current supplied to the column portion reaches each output electrode through a pair of support portions and fixing portions on which the piezoresistive elements are formed. By detecting this current through the output electrode, the resistance value of each piezoresistive element can be monitored. That is, the input electrode is a common input electrode (common electrode). In addition, since the support | pillar part, a pair of support part, and the fixing | fixed part are each formed from the semiconductor material (for example, silicon),
A current flows reliably from the input electrode to the output electrode.
ここで、錘部は、第1の基板及び第2の基板から所定の間隔を空けた状態で、一対の支持部によって吊り下げられて支持されているので、加速度が作用したときに、第1の基板及び第2の基板に接触することなく、該加速度の大きさ及び方向に応じて変位する。そして、一対の支持部は、錘部の変位に伴って、撓んだり、捩れたり(一対の支持部の軸回りの捩れ)して変形する。この際、一対の支持部の変形に伴って、ピエゾ抵抗素子も同様に変形する。そして、ピエゾ抵抗素子が変形すると、各出力電極でモニタしていた抵抗値が変化するので、錘部に作用した加速度を測定することができる。 Here, since the weight portion is suspended and supported by the pair of support portions with a predetermined distance from the first substrate and the second substrate, when the acceleration is applied, the first weight portion is supported. Displacement is made according to the magnitude and direction of the acceleration without contacting the second substrate and the second substrate. Then, the pair of support portions are deformed by bending or twisting (twisting around the axis of the pair of support portions) in accordance with the displacement of the weight portion. At this time, the piezoresistive element is similarly deformed along with the deformation of the pair of support portions. When the piezoresistive element is deformed, the resistance value monitored by each output electrode changes, so that the acceleration acting on the weight portion can be measured.
特に、支持部と錘部との間には、絶縁層が形成されているので、各ピエゾ抵抗素子に流れる電流が錘部を介して他のピエゾ抵抗素子に流れることはない。また、支柱部及び固定部にも同様に絶縁層が形成されていると共に、入力電極と出力電極との間、支柱部と固定部との間において第1の基板及び第2の基板が電気的に絶縁された状態になっているので、各ピエゾ抵抗素子に流れる電流が支柱部及び固定部から第1の基板及び第2の基板を通って他のピエゾ抵抗素子に流れることはない。
即ち、各ピエゾ抵抗素子は、それぞれ入力電極及び出力電極以外の場所で電気的に絶縁された状態になっている。従って、各ピエゾ抵抗素子を機械的に完全に素子分離でき、他のピエゾ抵抗素子へのリーク電流(漏れ電流)を防止することができる。よって、加速度を高精度に測定することができる。
In particular, since an insulating layer is formed between the support portion and the weight portion, the current flowing through each piezoresistive element does not flow to the other piezoresistive elements via the weight portion. In addition, an insulating layer is similarly formed on the support column and the fixing unit, and the first substrate and the second substrate are electrically connected between the input electrode and the output electrode and between the support column and the fixing unit. Therefore, the current flowing through each piezoresistive element does not flow from the support post and the fixed part to the other piezoresistive elements through the first substrate and the second substrate.
That is, each piezoresistive element is electrically insulated at a place other than the input electrode and the output electrode. Therefore, each piezoresistive element can be mechanically completely separated, and leakage current (leakage current) to other piezoresistive elements can be prevented. Therefore, acceleration can be measured with high accuracy.
また、一対の支持部は、一端側と他端側との間で単に錘部を吊り下げ状態で支持しているだけであり、一対の支持部の上面及び下面の全体に従来のような絶縁膜を形成する必要がない。よって、従来のように支持部が絶縁膜の内部応力によって撓む等の変形が生じない。従って、一対の支持部を設計値通りで振動特性を確保でき、加速度を高精度に測定することができる。
また、錘部は、支柱部を略中心として環状に形成されているので、加速度が作用したときに、モーメントを稼ぎ、入力に対する変位を大きくすることができる。よって、感度を向上することができる。
更に、錘部の略中心に配された支柱部に接触した入力電極を、共通電極として使用することができるので、従来に比べて電極の数を少なくすることができる。よって、小型化を図ることができる。
Further, the pair of support portions simply supports the weight portion in a suspended state between the one end side and the other end side, and the entire upper and lower surfaces of the pair of support portions are insulated as in the conventional case. There is no need to form a film. Therefore, unlike the conventional case, deformation such as bending of the support portion due to internal stress of the insulating film does not occur. Therefore, vibration characteristics can be ensured for the pair of support portions as designed, and acceleration can be measured with high accuracy.
In addition, since the weight portion is formed in an annular shape with the column portion as a substantial center, when the acceleration is applied, the moment can be gained and the displacement with respect to the input can be increased. Therefore, sensitivity can be improved.
Furthermore, since the input electrode which contacted the support | pillar part distribute | arranged to the approximate center of the weight part can be used as a common electrode, the number of electrodes can be decreased compared with the past. Therefore, size reduction can be achieved.
また、本発明に係る加速度センサの製造方法は、シリコン酸化膜を第1のシリコン層及び第2のシリコン層で挟んで形成されたSOI基板と、該SOI基板を第1の基板と第2の基板とで両面から挟んだ状態で該SOI基板に接合された加速度センサを製造する方法であって、前記第1のシリコン層に凹部を形成して、柱状の支柱部の上部、該支柱部を間に挟んだ状態で一端側が固定されると共に、前記第1の基板及び前記第2の基板の表面に対して平行方向に向けて他端側が延びた一対の支持部の上部、該一対の支持部の他端側を固定する固定部の上部をそれぞれ形成する凹部形成工程と、該凹部形成工程後、前記第1のシリコン層の表面に不純物を注入し、前記支持部の表面に、該支持部に作用する応力に応じて電気抵抗が変化するピエゾ抵抗素子を形成する不純物注入工程と、該不純物注入工程後、前記第1の基板の所定位置に貫通孔を形成すると共に、該貫通孔がそれぞれ前記支柱部及び前記固定部の上面に位置するように第1の基板と第1のシリコン層とを接合する第1の接合工程と、該第1の接合工程後、前記第2のシリコン層を加工して、前記支柱部、前記一対の支持部、該一対の支持部の一端側と他端側との間で該一対の支持部に吊り下げられた状態で支持されると共に、前記第1の基板及び前記第2の基板に対して所定間隔が空いた状態で環状に形成された錘部とを形成する加工工程と、該加工工程後、前記一対の支持部の裏面側に露出している前記シリコン酸化膜を除去する除去工程と、該除去工程後、前記第2のシリコン層に前記第2の基板を接合する第2の接合工程と、該第2の接合工程後、前記貫通孔にそれぞれ導体薄膜を成膜又は導体材料を注入して、前記支柱部に電気的接続されて該支柱部に所定の電圧を印加可能な入力電極と、前記固定部に電気的接続されて前記ピエゾ抵抗素子の抵抗変化をそれぞれ取り出す出力電極とを形成する電極形成工程とを備え、前記第1の基板及び前記第2の基板が、前記入力電極と前記出力電極との間、及び、前記支柱部と前記固定部との間が電気的に絶縁された状態とされていることを特徴とするものである。 The acceleration sensor manufacturing method according to the present invention includes an SOI substrate formed by sandwiching a silicon oxide film between a first silicon layer and a second silicon layer, the SOI substrate as a first substrate and a second substrate. A method of manufacturing an acceleration sensor bonded to an SOI substrate in a state of being sandwiched from both sides with a substrate, wherein a recess is formed in the first silicon layer, and an upper portion of a columnar column portion, One end side is fixed in a state of being sandwiched between the upper portions of a pair of support portions, the other end side extending in a direction parallel to the surfaces of the first substrate and the second substrate, and the pair of supports A recess forming step for forming the upper portion of the fixing portion for fixing the other end of the portion, and after the recess forming step, an impurity is implanted into the surface of the first silicon layer, and the support is formed on the surface of the support portion. Piezoelectric resistance changes according to the stress acting on the part An impurity implantation step for forming a resistance element, and after the impurity implantation step, a through hole is formed at a predetermined position of the first substrate, and the through hole is positioned on the upper surface of the support column and the fixing unit, respectively. A first bonding step for bonding the first substrate and the first silicon layer, and after the first bonding step, the second silicon layer is processed to form the support column and the pair of support portions. The pair of support portions are supported in a state of being suspended by the pair of support portions between one end side and the other end side of the pair of support portions, and at a predetermined interval with respect to the first substrate and the second substrate. A process step of forming a weight part formed in an annular shape in a state of being open, a removal process of removing the silicon oxide film exposed on the back side of the pair of support parts after the process process, After the removing step, the second substrate is bonded to the second silicon layer. After the bonding step and the second bonding step, a conductive thin film is formed or a conductive material is injected into each of the through holes, and a predetermined voltage can be applied to the column by being electrically connected to the column. An electrode forming step of forming an input electrode and an output electrode that is electrically connected to the fixed portion and takes out a resistance change of the piezoresistive element, and the first substrate and the second substrate include The input electrode and the output electrode, and the support column and the fixed part are electrically insulated.
この発明に係る加速度センサの製造方法においては、まず、凹部形成工程により、SOI基板の第1のシリコン層に凹部をエッチング加工して、支柱部の上部、一対の支持部の上部及び固定部の上部をそれぞれ形成する。次いで、不純物注入工程により、第1のシリコン層の表面に不純物を、例えば、イオンインプランテーション法や不純物拡散法により注入して、高濃度不純物層であるピエゾ抵抗素子を形成する。次いで、第1の基板の所定位置にエッチングやサンドブラスト等により貫通孔を形成すると共に、該貫通孔が支柱部及び固定部の上面に位置するように第1の基板と第1のシリコン層とを接合する第1の接合工程を行う。 In the method of manufacturing the acceleration sensor according to the present invention, first, the recess is etched in the first silicon layer of the SOI substrate by the recess forming step, so that the upper part of the support part, the upper part of the pair of support parts, and the fixing part are formed. Each upper part is formed. Next, in the impurity implantation step, impurities are implanted into the surface of the first silicon layer by, for example, ion implantation or impurity diffusion to form a piezoresistive element that is a high concentration impurity layer. Next, a through hole is formed at a predetermined position of the first substrate by etching, sandblasting, or the like, and the first substrate and the first silicon layer are formed so that the through hole is located on the upper surface of the support column and the fixing unit. A first joining step for joining is performed.
次に、第2のシリコン層をエッチング加工等により加工して、支柱部、固定部、一対の支持部及び錘部を形成する加工工程を行う。この加工工程により、柱状の支柱部と、該支柱部を略中心として環状に形成された錘部と、支柱部に一端側が固定されると共に、第1の基板及び第2の基板の表面に対して平行方向に他端側が延び、一端側と他端側との間で錘部を吊り下げた状態で支持する一対の支持部と、該一対の支持部の他端側を固定する固定部とをそれぞれ形成することができる。
この際、第2のシリコン層と第1のシリコン層との間には、絶縁層であるシリコン酸化膜が挟まれているので、支柱部及び固定部は、絶縁層であるシリコン酸化膜を内部に有した状態となる。また、同様に、一対の支持部と錘部との間には、絶縁層であるシリコン酸化膜が挟まれた状態となっている。
Next, a processing step is performed in which the second silicon layer is processed by etching or the like to form a column portion, a fixed portion, a pair of support portions, and a weight portion. By this processing step, a columnar column part, a weight part formed in an annular shape with the column part as a center, and one end side of the column part are fixed to the surface of the first substrate and the second substrate. A pair of support portions that are supported in a state in which the other end side extends in the parallel direction and the weight portion is suspended between the one end side and the other end side, and a fixing portion that fixes the other end side of the pair of support portions, Can be formed respectively.
At this time, since the silicon oxide film, which is an insulating layer, is sandwiched between the second silicon layer and the first silicon layer, the pillar portion and the fixing portion have the silicon oxide film, which is an insulating layer, inside. It will be in the state of having. Similarly, a silicon oxide film that is an insulating layer is sandwiched between the pair of support portions and the weight portion.
次いで、除去工程を行って、一対の支持部の裏面側に露出しているシリコン酸化膜を除去する。これにより、一対の支持部は、錘部を支持している領域を除く範囲において第1のシリコン層からのみで形成されることになる。
次いで、第2の接合工程により、第2のシリコン層に第2の基板を接合する。これにより、環状に形成された錘部が、第1の基板及び第2の基板から所定間隔を空けた状態で一対の支持部に支持された状態となる。
次いで、第1の基板に形成された貫通孔のそれぞれに導体薄膜を成膜又は導体材料を注入、支柱部に所定の電圧を印加可能な入力電極と、固定部を介して各ピエゾ抵抗素子の抵抗変化をそれぞれ取り出す出力電極とを形成する電極形成工程を行う。
上述した各工程を順次行うことで、第1の基板、第2の基板及びSOI基板を利用して加速度センサを製造することができる。
なお、第1の基板及び第2の基板は、入力電極と出力電極との間、及び、支柱部と固定部との間が電気的に絶縁された状態となっている。
Next, a removal step is performed to remove the silicon oxide film exposed on the back surfaces of the pair of support portions. As a result, the pair of support portions are formed only from the first silicon layer in a range excluding the region supporting the weight portion.
Next, the second substrate is bonded to the second silicon layer by the second bonding step. As a result, the weight portion formed in an annular shape is supported by the pair of support portions at a predetermined interval from the first substrate and the second substrate.
Next, a conductive thin film is formed or a conductive material is injected into each of the through holes formed in the first substrate, an input electrode capable of applying a predetermined voltage to the support column, and each piezoresistive element via the fixing unit. An electrode forming step for forming output electrodes for taking out resistance changes is performed.
By sequentially performing the above-described steps, an acceleration sensor can be manufactured using the first substrate, the second substrate, and the SOI substrate.
Note that the first substrate and the second substrate are electrically insulated between the input electrode and the output electrode, and between the column portion and the fixed portion.
このように製造された加速度センサは、まず、入力電極を介して支柱部に所定の電圧を印加することで、該支柱部、ピエゾ抵抗素子が形成された一対の支持部及び固定部を介して各出力電極に電流を流すことができる。そして、この電流を検出することで、各ピエゾ抵抗素子の抵抗値をモニタすることができる。即ち、入力電極は、共通のインプット電極(コモン電極)となっている。なお、支柱部、一対の支持部、固定部は、それぞれ半導体材料である第1のシリコン層から形成されているので、入力電極から出力電極に確実に電流が流れる。 In the acceleration sensor manufactured in this way, first, a predetermined voltage is applied to the column through the input electrode, so that the column and the piezoresistive element are formed on the pair of support and fixing unit. A current can be passed through each output electrode. By detecting this current, the resistance value of each piezoresistive element can be monitored. That is, the input electrode is a common input electrode (common electrode). In addition, since the support | pillar part, a pair of support part, and the fixing | fixed part are each formed from the 1st silicon layer which is a semiconductor material, an electric current flows reliably from an input electrode to an output electrode.
ここで、錘部は、加速度が作用したときに、第1の基板及び第2の基板に接触することなく、該加速度の大きさ及び方向に応じて変位する。そして、一対の支持部は、錘部の変位に伴って、撓んだり、捩れたり(一対の支持部の軸回りの捩れ)して変形し、この変形に伴って、ピエゾ抵抗素子も同様に変形する。このピエゾ抵抗素子が変形すると、各出力電極でモニタしていた抵抗値が変化するので、錘部に作用した加速度を測定することができる。 Here, the weight portion is displaced according to the magnitude and direction of the acceleration without contacting the first substrate and the second substrate when the acceleration is applied. Then, the pair of support portions are deformed by bending or twisting (twisting around the axis of the pair of support portions) in accordance with the displacement of the weight portion. Deform. When this piezoresistive element is deformed, the resistance value monitored by each output electrode changes, so that the acceleration acting on the weight portion can be measured.
特に、支持部と錘部との間には、絶縁層であるシリコン酸化膜が形成されているので、各ピエゾ抵抗素子に流れる電流が錘部を介して他のピエゾ抵抗素子に流れることはない。
また、支柱部及び固定部にも同様に絶縁層であるシリコン酸化膜が形成されていると共に、入力電極と出力電極との間、支柱部と固定部との間において第1の基板及び第2の基板が電気的に絶縁された状態になっているので、各ピエゾ抵抗素子に流れる電流が支柱部及び固定部から第1の基板及び第2の基板を通って他のピエゾ抵抗素子に流れることはない。
即ち、各ピエゾ抵抗素子は、それぞれ入力電極及び出力電極以外の場所で電気的に絶縁された状態になっている。従って、各ピエゾ抵抗素子を機械的に完全に素子分離でき、他のピエゾ抵抗素子へのリーク電流(漏れ電流)を防止することができる。よって、加速度を高精度に測定することができる。
In particular, since a silicon oxide film, which is an insulating layer, is formed between the support portion and the weight portion, the current flowing through each piezoresistive element does not flow to other piezoresistive elements via the weight portion. .
Similarly, a silicon oxide film, which is an insulating layer, is also formed on the support column and the fixing unit, and the first substrate and the second substrate are provided between the input electrode and the output electrode and between the support column and the fixing unit. Since the circuit board is electrically insulated, the current flowing through each piezoresistive element flows from the column and the fixed part to the other piezoresistive element through the first board and the second board. There is no.
That is, each piezoresistive element is electrically insulated at a place other than the input electrode and the output electrode. Therefore, each piezoresistive element can be mechanically completely separated, and leakage current (leakage current) to other piezoresistive elements can be prevented. Therefore, acceleration can be measured with high accuracy.
また、一対の支持部は、一端側と他端側との間で単に錘部を吊り下げ状態で支持しているだけであり、一対の支持部の上面及び下面の全体に従来のような絶縁膜を形成する必要がない。よって、従来のように支持部が絶縁膜の内部応力によって撓む等の変形が生じない。従って、一対の支持部を設計値通りで振動特性を確保でき、加速度を高精度に測定することができる。
また、錘部は、支柱部を略中心として環状に形成されているので、加速度が作用したときに、モーメントを稼ぎ、入力に対する変位を大きくすることができる。よって、感度の向上化を図ることができる。
更に、錘部の略中心に配された支柱部に接触した入力電極を、共通電極として使用することができるので、従来に比べて電極の数を少なくすることができる。よって、小型化を図ることができる。
Further, the pair of support portions simply supports the weight portion in a suspended state between the one end side and the other end side, and the entire upper and lower surfaces of the pair of support portions are insulated as in the conventional case. There is no need to form a film. Therefore, unlike the conventional case, deformation such as bending of the support portion due to internal stress of the insulating film does not occur. Therefore, vibration characteristics can be ensured for the pair of support portions as designed, and acceleration can be measured with high accuracy.
In addition, since the weight portion is formed in an annular shape with the column portion as a substantial center, when the acceleration is applied, the moment can be gained and the displacement with respect to the input can be increased. Therefore, the sensitivity can be improved.
Furthermore, since the input electrode which contacted the support | pillar part distribute | arranged to the approximate center of the weight part can be used as a common electrode, the number of electrodes can be decreased compared with the past. Therefore, size reduction can be achieved.
また、本発明の加速度センサの製造方法は、シリコン酸化膜を第1のシリコン層及び第2のシリコン層で挟んで形成されたSOI基板と、該SOI基板を第1の基板と第2の基板とで両面から挟んだ状態で該SOI基板に接合された加速度センサを製造する方法であって、前記第2のシリコン層を加工して、柱状の支柱部の下部、該支柱部を間に挟んだ状態で一端側が固定されると共に、前記第1の基板及び前記第2の基板の表面に対して平行方向に向けて他端側が延びた一対の支持部の下部、該一対の支持部の他端側を固定する固定部の下部、一対の支持部の一端側と他端側との間で該一対の支持部に吊り下げられた状態で支持されると共に、前記第1の基板及び前記第2の基板に対して所定間隔が空いた状態で環状に形成された錘部とをそれぞれ形成する加工工程と、該加工工程後、前記一対の支持部の裏面側に露出している前記シリコン酸化膜を除去する除去工程と、該除去工程後、前記第2のシリコン層に前記第2の基板を接合する第1の接合工程と、該第1の接合工程後、前記第1のシリコン層に凹部を形成して、前記支柱部、前記一対の支持部、前記固定部をそれぞれ形成する凹部形成工程と、該凹部形成工程後、前記第1のシリコン層の表面全体に不純物を注入し、前記支柱部の上面及び前記固定部の上面に不純物層を形成すると共に、前記一対の支持部の表面に、該支持部に作用する応力に応じて電気抵抗が変化するピエゾ抵抗素子を形成する不純物注入工程と、該不純物注入工程後、前記第1の基板の所定位置に貫通孔を形成すると共に、該貫通孔がそれぞれ前記支柱部及び前記固定部の上面に位置するように第1の基板と第1のシリコン層とを接合する第2の接合工程と、該第2の接合工程後、前記貫通孔にそれぞれ導体薄膜を成膜又は導体材料を注入して、前記支柱部に電気的接続された状態で設けられ、該支柱部に所定の電圧を印加可能な入力電極と、前記固定部に電気的接続された状態で設けられ、前記ピエゾ抵抗素子の抵抗変化をそれぞれ取り出す外部電極とを形成する電極形成工程とを備え、前記第1の基板及び前記第2の基板が、前記入力電極と前記出力電極との間、及び、前記支柱部と前記固定部との間が電気的に絶縁された状態とされていることを特徴とするものである。 The acceleration sensor manufacturing method of the present invention includes an SOI substrate formed by sandwiching a silicon oxide film between a first silicon layer and a second silicon layer, and the SOI substrate as a first substrate and a second substrate. And manufacturing the acceleration sensor bonded to the SOI substrate with both sides sandwiched from both sides, wherein the second silicon layer is processed to sandwich the lower part of the columnar column part and the column part therebetween. In this state, one end side is fixed, and the other end side extends in a direction parallel to the surfaces of the first substrate and the second substrate. A lower portion of the fixing portion that fixes the end side, and is supported in a state of being suspended by the pair of support portions between one end side and the other end side of the pair of support portions, and the first substrate and the first A weight portion formed in an annular shape with a predetermined distance from the substrate 2 Each forming process, a removing process for removing the silicon oxide film exposed on the back side of the pair of support portions after the processing process, and a second silicon layer after the removing process A first bonding step for bonding the second substrate, and after the first bonding step, a recess is formed in the first silicon layer, and the column portion, the pair of support portions, and the fixing portion are A recess forming step to be formed, and after the recess forming step, impurities are implanted into the entire surface of the first silicon layer to form an impurity layer on the upper surface of the support column and the upper surface of the fixed portion, and the pair An impurity implantation step for forming a piezoresistive element whose electrical resistance changes according to the stress acting on the support portion on the surface of the support portion; and after the impurity implantation step, a through-hole is formed at a predetermined position of the first substrate. And the through-holes are A second bonding step of bonding the first substrate and the first silicon layer so as to be positioned on the upper surfaces of the support column and the fixing portion; and after the second bonding step, a conductive thin film is respectively applied to the through hole. In a state in which film formation or conductive material is injected and provided in an electrically connected state to the column part, an input electrode capable of applying a predetermined voltage to the column part and an electrically connected state to the fixed part And an electrode forming step for forming external electrodes for taking out resistance changes of the piezoresistive elements, respectively, wherein the first substrate and the second substrate are between the input electrode and the output electrode, In addition, the column portion and the fixed portion are electrically insulated from each other.
この発明に係る加速度センサの製造方法においては、まず、加工工程により、SOI基板の第2のシリコン層をエッチング加工して、支柱部の下部、一対の支持部の下部、固定部の下部、支柱部を間に挟んだ状態で該支柱部に一端側が固定されると共に、第1の基板及び第2の基板の表面に対して平行方向に他端側が延び、一端側と他端側との間で錘部を吊り下げた状態で支持される環状の錘部をそれぞれ形成する。
この際、第2のシリコン層と第1のシリコン層との間には、絶縁層であるシリコン酸化膜が挟まれているので、支柱部及び固定部は、絶縁層であるシリコン酸化膜を内部に有した状態となる。また、同様に、一対の支持部と錘部との間には、絶縁層であるシリコン酸化膜が挟まれた状態となっている。
In the method of manufacturing the acceleration sensor according to the present invention, first, the second silicon layer of the SOI substrate is etched by a processing step, so that the lower part of the support part, the lower part of the pair of support parts, the lower part of the fixing part, the support part, One end side is fixed to the support column with the portion interposed therebetween, and the other end side extends in a direction parallel to the surfaces of the first substrate and the second substrate, and between the one end side and the other end side. The annular weight portions that are supported in a state where the weight portions are suspended are formed respectively.
At this time, since the silicon oxide film, which is an insulating layer, is sandwiched between the second silicon layer and the first silicon layer, the pillar portion and the fixing portion have the silicon oxide film, which is an insulating layer, inside. It will be in the state of having. Similarly, a silicon oxide film that is an insulating layer is sandwiched between the pair of support portions and the weight portion.
次いで、除去工程を行って、一対の支持部の裏面側に露出しているシリコン酸化膜を除去する。これにより、一対の支持部は、錘部を支持している領域を除く範囲において第1のシリコン層からのみで形成されることになる。
次いで、第1の接合工程により、第2のシリコン層に第2の基板を接合する。これにより、環状に形成された錘部が、第2の基板から所定間隔を空けた状態で一対の支持部に支持された状態となる。
Next, a removal step is performed to remove the silicon oxide film exposed on the back surfaces of the pair of support portions. As a result, the pair of support portions are formed only from the first silicon layer in a range excluding the region supporting the weight portion.
Next, the second substrate is bonded to the second silicon layer by the first bonding step. As a result, the annularly formed weight portion is supported by the pair of support portions at a predetermined interval from the second substrate.
次いで、凹部形成工程により第1のシリコン層に凹部をエッチング加工することで、支柱部、一対の支持部及び固定部をそれぞれ形成することができる。
次いで、不純物注入工程により、第1のシリコン層の表面に不純物を、例えば、イオンインプランテーション法や不純物拡散法により注入して、高濃度不純物層であるピエゾ抵抗素子を形成する。
次いで、第1の基板の所定位置にエッチングやサンドブラスト等により貫通孔を形成すると共に、該貫通孔が支柱部及び固定部の上面に位置するように第1の基板と第1のシリコン層とを接合する第2の接合工程を行う。これにより、環状に形成された錘部が、第1の基板及び第2の基板から所定間隔を空けた状態で一対の支持部に支持された状態となる。
Next, the support part, the pair of support parts, and the fixing part can be formed by etching the recesses in the first silicon layer in the recess forming process.
Next, in the impurity implantation step, impurities are implanted into the surface of the first silicon layer by, for example, ion implantation or impurity diffusion to form a piezoresistive element that is a high concentration impurity layer.
Next, a through hole is formed at a predetermined position of the first substrate by etching, sandblasting, or the like, and the first substrate and the first silicon layer are formed so that the through hole is located on the upper surface of the support column and the fixing unit. A second joining step for joining is performed. As a result, the weight portion formed in an annular shape is supported by the pair of support portions at a predetermined interval from the first substrate and the second substrate.
次いで、第1の基板に形成された貫通孔のそれぞれに導体薄膜を成膜又は導体材料を注入して、支柱部に所定の電圧を印加可能な入力電極と、固定部を介して各ピエゾ抵抗素子の抵抗変化をそれぞれ取り出す出力電極とを形成する電極形成工程を行う。
上述した各工程を順次行うことで、第1の基板、第2の基板及びSOI基板を利用して加速度センサを製造することができる。
なお、第1の基板及び第2の基板は、入力電極と出力電極との間、及び、支柱部と固定部との間が電気的に絶縁された状態となっている。
Next, a conductive thin film is formed or a conductive material is injected into each of the through-holes formed in the first substrate, and an input electrode capable of applying a predetermined voltage to the column portion, and each piezoresistor via the fixing portion An electrode forming process is performed for forming output electrodes for taking out the resistance changes of the elements.
By sequentially performing the above-described steps, an acceleration sensor can be manufactured using the first substrate, the second substrate, and the SOI substrate.
Note that the first substrate and the second substrate are electrically insulated between the input electrode and the output electrode, and between the column portion and the fixed portion.
このように製造された加速度センサは、上述した本発明の加速度センサと同様の作用効果を奏することができる。 The acceleration sensor manufactured in this way can exhibit the same effects as the acceleration sensor of the present invention described above.
また、本発明の加速度センサは、上記本発明の加速度センサにおいて、前記一対の支持部が、前記支柱部を中心として所定角度毎に複数設けられ、前記ピエゾ抵抗素子及び前記出力電極が、前記一対の支持部の数に応じて設けられていることを特徴とするものである。 Further, the acceleration sensor of the present invention is the acceleration sensor of the present invention, wherein the plurality of pairs of support portions are provided at a predetermined angle with the support column as a center, and the piezoresistive element and the output electrode are the pair of support electrodes. It is provided according to the number of support parts.
また、本発明の加速度センサの製造方法は、上記本発明の加速度センサの製造方法において、前記凹部形成工程及び前記加工工程を行う際に、前記一対の支持部を前記支柱部を中心として所定角度毎に複数形成し、前記不純物注入工程と、前記第1の接合工程又は前記第2の接合工程と、前記電極形成工程とを行う際に、前記ピエゾ抵抗素子及び前記出力電極を前記一対の支持部の数に応じて形成することを特徴とするものである。 Further, the acceleration sensor manufacturing method of the present invention is the acceleration sensor manufacturing method of the present invention described above, wherein the pair of support portions are centered on the support column portions at a predetermined angle when the recess forming step and the processing step are performed. A plurality of each is formed, and when performing the impurity implantation step, the first bonding step or the second bonding step, and the electrode forming step, the piezoresistive element and the output electrode are supported by the pair of supports. It is formed according to the number of parts.
この発明に係る加速度センサ及び加速度センサの製造方法においては、前記一対の支持部が支柱部を中心として、例えば、90度回転した位置に設けられている。即ち、一対の支持部が第1の基板及び第2の基板の表面に平行であり、互いに直交するXY方向に向くように設けられている。また、各支持部にはそれぞれピエゾ抵抗素子及び出力電極が設けられている。よって、XYの2軸回りの加速度を高精度に測定することができる。 In the acceleration sensor and the method of manufacturing the acceleration sensor according to the present invention, the pair of support portions are provided at a position rotated, for example, 90 degrees around the support column. That is, the pair of support portions are provided so as to be parallel to the surfaces of the first substrate and the second substrate and to face the XY directions orthogonal to each other. Each support portion is provided with a piezoresistive element and an output electrode. Therefore, the acceleration around the two axes of XY can be measured with high accuracy.
また、本発明の加速度センサは、上記本発明の加速度センサにおいて、前記固定部が、前記第1の基板と前記第2の基板との間に挟まれて、前記一対の支持部の他端側をそれぞれ独立に固定する柱状の外側支柱部と、第1の基板と第2の基板との間に挟まれて、外側支柱部を周囲から囲む外枠部とを備えていることを特徴とするものである。 The acceleration sensor according to the present invention is the acceleration sensor according to the present invention, wherein the fixed portion is sandwiched between the first substrate and the second substrate, and the other end side of the pair of support portions. And an outer frame portion sandwiched between the first substrate and the second substrate and surrounding the outer strut portion from the periphery. Is.
また、本発明の加速度センサの製造方法は、上記本発明のいずれかに記載の加速度センサの製造方法において、前記凹部形成工程及び前記加工工程を行う際に、前記一対の支持部の他端側をそれぞれ独立的に固定する柱状の外側支柱部と、該外側支柱部を周囲から囲む外枠部とを形成して前記固定部を作製することを特徴とするものである。 The acceleration sensor manufacturing method according to the present invention is the acceleration sensor manufacturing method according to any one of the above-described inventions, wherein the other end side of the pair of support portions when performing the recess forming step and the processing step. Are formed by forming a columnar outer supporting column portion that independently fixes the outer supporting column portion and an outer frame portion that surrounds the outer supporting column portion from the periphery.
この発明に係る加速度センサ及び加速度センサの製造方法においては、一対の支持部の他端側がそれぞれ独立して設けられた柱状の外側支柱部に固定されているので、より確実に各ピエゾ抵抗素子を素子分離することができ、他のピエゾ抵抗素子へのリーク電流の発生を確実に防止することができる。よって、さらに高精度に加速度を測定することができる。また、外側支柱部の周囲は外枠部により囲まれているので、内部を密閉状態にできると共に、全体的により強固なものとなる。 In the acceleration sensor and the method for manufacturing the acceleration sensor according to the present invention, the other end sides of the pair of support portions are fixed to the columnar outer support portions that are independently provided, so that each piezoresistive element is more reliably connected. The elements can be separated, and the occurrence of leakage current to other piezoresistive elements can be reliably prevented. Therefore, the acceleration can be measured with higher accuracy. Further, since the periphery of the outer support column is surrounded by the outer frame portion, the inside can be hermetically sealed, and the whole becomes stronger.
また、本発明の加速度センサは、上記本発明の加速度センサにおいて、前記錘部が、前記外枠部近傍まで形成されていることを特徴とするものである。 The acceleration sensor according to the present invention is characterized in that, in the acceleration sensor according to the present invention, the weight portion is formed up to the vicinity of the outer frame portion.
また、本発明の加速度センサの製造方法は、上記本発明の加速度センサの製造方法において、前記加工工程の際に、前記錘部を前記外枠部近傍まで形成することを特徴とするものである。 The acceleration sensor manufacturing method of the present invention is characterized in that, in the acceleration sensor manufacturing method of the present invention, the weight portion is formed to the vicinity of the outer frame portion in the processing step. .
この発明に係る加速度センサ及び加速度センサの製造方法においては、錘部が、外枠部近傍まで形成されているので、錘部の重量を極力増大させることができる。これにより、モーメントを大きくすることができ、より感度を向上することができる。 In the acceleration sensor and the method for manufacturing the acceleration sensor according to the present invention, the weight portion is formed to the vicinity of the outer frame portion, so that the weight of the weight portion can be increased as much as possible. Thereby, a moment can be enlarged and a sensitivity can be improved more.
また、本発明の加速度センサは、上記本発明のいずれかに記載の加速度センサにおいて、前記支柱部及び前記固定部には、前記入力電極及び前記出力電極と接触する範囲に不純物層が形成されていることを特徴とするものである。 The acceleration sensor according to the present invention is the acceleration sensor according to any one of the above-described inventions, wherein an impurity layer is formed in the support portion and the fixed portion in a range in contact with the input electrode and the output electrode. It is characterized by being.
また、本発明の加速度センサの製造方法は、上記本発明のいずれかに記載の加速度センサの製造方法において、前記不純物注入工程の際、前記支柱部の上面及び前記固定部の上面に不純物層を形成することを特徴とするものである。 The acceleration sensor manufacturing method of the present invention is the acceleration sensor manufacturing method according to any one of the above-described present invention, wherein an impurity layer is formed on the upper surface of the support column and the upper surface of the fixing unit in the impurity implantation step. It is characterized by forming.
この発明に係る加速度センサ及び加速度センサの製造方法においては、支柱部及び固定部の上面に不純物層が形成されているので、耐電圧をあげることができる。よって、入力電極から確実に所定の電圧を印加し易く、また、ピエゾ抵抗素子の抵抗変化を確実に検出することができる。 In the acceleration sensor and the acceleration sensor manufacturing method according to the present invention, since the impurity layer is formed on the upper surfaces of the support column and the fixed portion, the withstand voltage can be increased. Therefore, it is easy to reliably apply a predetermined voltage from the input electrode, and it is possible to reliably detect a change in resistance of the piezoresistive element.
また、本発明の加速度センサは、上記本発明の加速度センサにおいて、前記不純物層と前記ピエゾ抵抗素子とを電気的に接続する金属膜を備えていることを特徴とするものである。 The acceleration sensor according to the present invention is the acceleration sensor according to the present invention, further comprising a metal film that electrically connects the impurity layer and the piezoresistive element.
また、本発明の加速度センサの製造方法は、上記本発明のいずれかに記載の加速度センサの製造方法において、前記不純物注入工程の際に、前記不純物層と前記ピエゾ抵抗素子とを金属膜により電気的に接続させることを特徴とするものである。 The acceleration sensor manufacturing method according to the present invention is the acceleration sensor manufacturing method according to any one of the above-described inventions, wherein the impurity layer and the piezoresistive element are electrically connected by a metal film during the impurity implantation step. It is characterized by making it connect.
この発明に係る加速度センサ及び加速度センサの製造方法においては、不純物層とピエゾ抵抗素子とが金属層により電気的接続されているので、抵抗値がさがり、入力電極から出力電極により電流が流れ易くなる。これにより、S/N比が向上すると共に、消費電力を抑えることができ、性能向上を図ることができる。 In the acceleration sensor and the acceleration sensor manufacturing method according to the present invention, since the impurity layer and the piezoresistive element are electrically connected by the metal layer, the resistance value is reduced, and the current easily flows from the input electrode to the output electrode. . Thereby, while improving S / N ratio, power consumption can be suppressed and performance improvement can be aimed at.
また、本発明の加速度センサは、上記本発明のいずれかに記載の加速度センサにおいて、前記ピエゾ抵抗素子が、前記支持部の横幅より小さい幅で支持部の全長に亘って設けられていることを特徴とするものである。 The acceleration sensor according to the present invention is the acceleration sensor according to any one of the above-described inventions, wherein the piezoresistive element is provided over the entire length of the support portion with a width smaller than the lateral width of the support portion. It is a feature.
また、本発明の加速度センサの製造方法は、上記本発明のいずれかに記載の加速度センサの製造方法において、前記不純物注入工程の際に、前記ピエゾ抵抗素子を前記支持部の横幅より小さい幅で支持部の全長に亘って形成することを特徴とするものである。 The acceleration sensor manufacturing method according to the present invention is the acceleration sensor manufacturing method according to any one of the above-described inventions, wherein the piezoresistive element has a width smaller than a lateral width of the support portion in the impurity implantation step. It forms over the full length of a support part, It is characterized by the above-mentioned.
この発明に係る加速度センサ及び加速度センサの製造方法においては、ピエゾ抵抗素子が、支持部の横幅より小さな幅で形成されているので、捩れ応力による抵抗変化を小さくして誤出力を極力低減でき、支持部が撓む方向の加速度をより高精度に測定することができる。 In the acceleration sensor and the acceleration sensor manufacturing method according to the present invention, since the piezoresistive element is formed with a width smaller than the lateral width of the support portion, it is possible to reduce a resistance change due to a torsional stress and reduce an erroneous output as much as possible. The acceleration in the direction in which the support portion bends can be measured with higher accuracy.
また、本発明の加速度センサは、上記本発明のいずれかに記載の加速度センサにおいて、前記ピエゾ抵抗素子が、前記支持部と前記錘部とが交差する領域を境に二分されており、これらが支持部と錘部とが交差する範囲で支持部の表面に設けられた金属膜を介して電気的に接続されていることを特徴とするものである。 Moreover, the acceleration sensor according to the present invention is the acceleration sensor according to any one of the above-described present invention, wherein the piezoresistive element is divided into two at a region where the support portion and the weight portion intersect, The support portion and the weight portion are electrically connected to each other through a metal film provided on the surface of the support portion in a range where the support portion and the weight portion intersect.
また、本発明の加速度センサの製造方法は、上記本発明のいずれかに記載の加速度センサの製造方法において、前記不純物注入工程の際に、前記ピエゾ抵抗素子を前記支持部と前記錘部とが交差する領域を境に二分するように形成すると共に、支持部と錘部とが交差する範囲で支持部の上面に金属膜を形成し、該金属膜により二分したピエゾ抵抗素子を電気的に接続することを特徴とするものである。 The acceleration sensor manufacturing method of the present invention is the acceleration sensor manufacturing method according to any one of the above-described inventions, wherein the piezoresistive element is connected to the support portion and the weight portion during the impurity implantation step. It is formed so that it bisects with the intersecting region as the boundary, and a metal film is formed on the upper surface of the support part in the range where the support part and the weight part intersect, and the piezoresistive element divided into two by the metal film is electrically connected It is characterized by doing.
この発明に係る加速度センサ及び加速度センサの製造方法においては、支持部と錘部とが交差する領域、即ち、錘部を支持している領域を境にピエゾ抵抗素子が二分されており、該領域上にのみ形成された金属膜により二分されたピエゾ抵抗素子が電気的に接続されている。即ち、錘部が支持され、応力が生じずに変位検出に貢献しない部分を金属膜でバイパスしているので、電気抵抗をより軽減することができ、ピエゾ抵抗素子の感度をさらに向上させることができる。 In the acceleration sensor and the method of manufacturing the acceleration sensor according to the present invention, the piezoresistive element is divided into two regions with the support portion and the weight portion intersecting, that is, the region supporting the weight portion. Piezoresistive elements divided in half by a metal film formed only on the top are electrically connected. That is, the weight portion is supported, and the portion that does not contribute to displacement detection without generating stress is bypassed by the metal film, so that the electrical resistance can be further reduced and the sensitivity of the piezoresistive element can be further improved. it can.
また、本発明の加速度センサは、上記本発明のいずれかに記載の加速度センサにおいて、前記第1の基板及び前記第2の基板が、ガラス基板であることを特徴とするものである。 Moreover, the acceleration sensor of the present invention is the acceleration sensor according to any one of the above-described present invention, wherein the first substrate and the second substrate are glass substrates.
また、本発明の加速度センサの製造方法においては、上記本発明のいずれかに記載の加速度センサの製造方法において、前記第1の基板及び前記第2の基板が、ガラス基板であることを特徴とするものである。 Moreover, in the manufacturing method of the acceleration sensor of this invention, in the manufacturing method of the acceleration sensor in any one of the said invention, the said 1st board | substrate and the said 2nd board | substrate are glass substrates, It is characterized by the above-mentioned. To do.
この発明に係る加速度センサ及び加速度センサの製造方法においては、第1の基板及び第2の基板がガラス基板であるので、入力電極と出力電極との間、及び、支柱部と固定部との間を完全に絶縁状態にすることができる。よって、ピエゾ抵抗素子の素子分離をさらに確実なものにすることができる。 In the acceleration sensor and the acceleration sensor manufacturing method according to the present invention, since the first substrate and the second substrate are glass substrates, between the input electrode and the output electrode, and between the support column and the fixing unit. Can be completely insulated. Therefore, the element separation of the piezoresistive element can be further ensured.
また、本発明に係る電子機器は、上記本発明のいずれかに記載の加速度センサを有することを特徴とするものである。 An electronic apparatus according to the present invention includes the acceleration sensor according to any one of the present inventions.
この発明に係る電子機器においては、高精度に加速度を測定することができると共に、小型化及び感度が向上した加速度センサを備えているので、小型化及び性能の向上化を図ることができる。 In the electronic apparatus according to the present invention, acceleration can be measured with high accuracy, and the acceleration sensor with reduced size and improved sensitivity is provided, so that downsizing and improved performance can be achieved.
本発明に係る加速度センサ及び加速度センサの製造方法によれば、各ピエゾ抵抗素子がそれぞれ入力電極及び出力電極以外の場所で電気的に絶縁された状態になっているので、各ピエゾ抵抗素子を機械的に完全に素子分離でき、他のピエゾ抵抗素子へのリーク電流(漏れ電流)を防止することができ、加速度を高精度に測定することができる。
また、一対の支持部の上面及び下面の全体に従来のような絶縁膜を形成する必要がないので、従来のように支持部が絶縁膜の内部応力によって撓む等の変形が生じない。従って、一対の支持部を設計値通りの振動特性にすることができ、このことからも、加速度を高精度に測定することができる。また、錘部は支柱部を略中心として環状に形成されているので、モーメントを稼ぎ、入力に対する変位を大きくすることができ、感度を向上することができる。更に、入力電極を共通電極として使用することができるので、従来に比べて電極の数を少なくすることができ、小型化を図ることができる。
また、本発明に係る電子機器によれば、小型化及び性能の向上化を図ることができる。
According to the acceleration sensor and the method of manufacturing the acceleration sensor according to the present invention, each piezoresistive element is electrically insulated at a place other than the input electrode and the output electrode. Therefore, it is possible to completely isolate the elements, to prevent leakage current (leakage current) to other piezoresistive elements, and to measure acceleration with high accuracy.
In addition, since it is not necessary to form a conventional insulating film on the entire upper and lower surfaces of the pair of support portions, the support portion is not deformed such as being bent due to the internal stress of the insulating film as in the conventional case. Therefore, the pair of support portions can have vibration characteristics as designed, and the acceleration can be measured with high accuracy. Further, since the weight portion is formed in an annular shape with the support column portion as the center, the moment can be increased, the displacement with respect to the input can be increased, and the sensitivity can be improved. Furthermore, since the input electrode can be used as a common electrode, the number of electrodes can be reduced as compared with the conventional case, and the size can be reduced.
Moreover, according to the electronic device which concerns on this invention, size reduction and the improvement of a performance can be aimed at.
以下、本発明に係る加速度センサ及び電子機器並びに加速度センサの製造方法の一実施形態を、図1から図15を参照して説明する。
なお、本実施形態では、電子機器を、各種の情報を書き込み及び読み取り可能なハードディスクを有する電子機器として以下に説明する。
即ち、電子機器1は、図1に示すように、駆動ユニット2と加速度センサ10を有するセンサユニット3とを備えている。駆動ユニット2は、図示しないハードディスクに各種の信号を記録再生する磁気ヘッド4と、センサユニット3から送られてきた加速度に基づいて、磁気ヘッド4を駆動するヘッド駆動回路5とを備えている。即ち、ヘッド駆動回路5は、電子機器1に何らかの加速度(例えば、落下等による加速度)が加わったときに、磁気ヘッド4をハードディスクから離間させて書き込みや読み取りを停止し、該ハードディスクを保護するようになっている。つまり、ハードディスクの保護機構として作動するようになっている。
Hereinafter, an embodiment of an acceleration sensor, an electronic apparatus, and a method for manufacturing the acceleration sensor according to the present invention will be described with reference to FIGS.
In the present embodiment, the electronic device will be described below as an electronic device having a hard disk capable of writing and reading various information.
That is, the electronic device 1 includes a
上記センサユニット3は、加速度センサ10と、該加速度センサ10で検出された加速度に応じた静電容量を電圧に変換するC−V変換回路6と、変換された電圧から加速度を算出する加速度算出回路7とを備えている。また、加速度算出回路7は、算出した加速度を上記ヘッド駆動回路5に出力するようになっている。
The
また、本実施形態においては、上記加速度センサ10が、シリコン酸化膜であるBOX層31(Buried Oxide)(例えば、厚さ1μm)をシリコン活性層32(第1のシリコン層)(例えば、厚さ10μm)及びシリコン支持層33(第2のシリコン層)(例えば、厚さ300μm)で挟んで形成されたSOI基板30と、該SOI基板を第1のガラス基板(第1の基板)11と第2のガラス基板(第2の基板)12とで両面から挟んだ状態で該SOI基板30に接合されたものとして説明する。
また、後述する一対の支持部が第1のガラス基板11及び第2のガラス基板12の表面に平行な方向であるXY軸に向けてそれぞれ延びるように2つ(2軸)設けられている場合を例にして説明する。なお、本実施形態においては、X軸方向に沿って配された一対の支持部をX軸支持部15、Y軸方向に沿って配された一対の支持部をY軸支持部16として説明する。
In the present embodiment, the
In addition, when a pair of support portions to be described later is provided in two (two axes) so as to extend toward the XY axes that are parallel to the surfaces of the
即ち、加速度センサ10は、図2から図5に示すように、所定間隔を空けた状態で互いに平行配置された第1のガラス基板11及び第2のガラス基板12と、第1のガラス基板11及び第2のガラス基板12に対して所定間隔を空けた状態で両ガラス基板11、12の間に挟まれたSOI基板(半導体材料)30からなる環状の錘部13と、該錘部13の略中心に設けられ、第1のガラス基板11と第2のガラス基板12との間に挟まれたSOI基板30からなる柱状の支柱部14と、該支柱部14を間に挟んだ状態で一端側15a、16aが固定されると共に、第1のガラス基板11及び第2のガラス基板12の表面に対して平行方向(XY軸)に向けて他端側15b、16bが延び、一端側15a、16aと他端側15b、16bとの間で錘部13を吊り下げた状態で支持するSOI基板30からなるX軸支持部15及びY軸支持部16と、第1のガラス基板11と第2のガラス基板12との間に挟まれ、各支持部15、16の他端側15b、16bを固定するSOI基板30からなる固定部17と、第1のガラス基板11に支柱部14と電気的接続された状態で設けられ、各支柱部14に所定の電圧を印加可能な入力電極18と、各支持部15、16の表面にそれぞれ設けられ、支持部15、16に作用する応力に応じて電気抵抗が変化するピエゾ抵抗素子19と、第1のガラス基板11に固定部17と電気的接続された状態で設けられ、該固定部17を介してピエゾ抵抗素子19の抵抗変化をそれぞれ取り出す出力電極20とを備えている。
That is, as shown in FIGS. 2 to 5, the
上記錘部13は、断面正四角形状に形成されており、シリコン支持層33とBOX層31とが重なった2層構造となっている。
また、上記支柱部14は、断面正四角形状(例えば、一辺が100μm以上)に形成された状態で錘部13の中心に設けられており、シリコン支持層33とBOX層31とシリコン活性層32とが重なった3層構造となっている。また、支柱部14の上面、即ち、シリコン支持層33の上面には、全面(上記入力電極18と接触する範囲)に不純物層35が形成されている。
また、上記各支持部15、16の一端側15a、16aは、シリコン活性層32に固定されている。これにより、入力電極18を介して支柱部14に流れた電流は、絶縁層であるBOX層31によりシリコン支持層33側に流れることなく、確実に支持部15、16に流れる。つまり、各支持部15、16の一端側15a、16aは、入力電極18と接触する以外の場所で電気的に独立した状態となっている。
The
The
Further, one end sides 15 a and 16 a of the
上記X軸支持部15、16及びY軸支持部15、16は、支柱部14を中心として90度回転した位置関係になっており、例えば、幅が50μm、厚さが10μm、長さが500μmのサイズとなるようにシリコン活性層32から形成されている。また、一端側15a、16a及び他端側15b、16bの略中間でBOX層31を介して上記錘部13を支持している。即ち、各支持部15、16と錘部13との間は、BOX層31によって電気的に絶縁された状態となっている。
The
上記固定部17は、第1のガラス基板11と第2のガラス基板12との間に挟まれて、各支持部15、16の他端側15b、16bをそれぞれ独立的に固定する柱状の4つの外側支柱部36と、第1のガラス基板11と第2のガラス基板12との間に挟まれて、4つの外側支柱部36を周囲から囲むフレーム部(外枠部)37とを備えている。
外側支柱部36は、上記支柱部14と同様にシリコン支持層33、BOX層31及びシリコン活性層32からなる3層構造で断面四角形状に形成されており、シリコン活性層32に各支持部15、16の他端側15b、16bが固定されている。また、外側支柱部36の上面、即ち、シリコン活性層32の上面には、全面(出力電極20と接触する範囲)に不純物層35が形成されている。これにより、入力電極18から支柱部14に流れた電流が、絶縁層であるBOX層31によりシリコン支持層33側に流れることなく、確実に出力電極20に向けて流れる。つまり、各支持部15、16の他端側15b、16bは、出力電極20と接触する以外の場所で電気的に独立した状態となっている。
このように、各支持部15、16は、第1のガラス基板11と第2のガラス基板12との間でそれぞれアイランド状に設けられた支柱部14と4つの外側支柱部36とにそれぞれ両端が固定されると共に、入力電極18及び出力電極20に接触する以外の領域において、電気的に独立した状態となっている。
The fixing
The
In this way, each
また、上記フレーム部37も同様にシリコン支持層33、BOX層31及びシリコン活性層32からなる3層構造とされており、断面正四角形状に形成されている。上記ピエゾ抵抗素子19は、高濃度不純物層から形成されたものであり、各支持部15、16それぞれの上面全体に亘って設けられている。なお、ピエゾ抵抗素子19の表面抵抗率は、例えば、シリコンより低い5Ω/cm以下であることが好ましい。
Similarly, the
また、第1のガラス基板11には、支柱部14の上面及び4つの外側支柱部36の上面に対向する位置に断面テーパ状の貫通孔38がそれぞれ形成されている。そして、各貫通孔38には、導体薄膜を成膜又は導体材料を注入して形成され、支柱部14の上面及び外側支柱部36の上面に形成された不純物層35にそれぞれ電気的に接続された上記入力電極18及び出力電極20が設けられている。
また、第1のガラス基板11及び第2のガラス基板12は、それぞれ絶縁体であるので、入力電極18と出力電極20との間、並びに、支柱部14と固定部17、即ち、支柱部14と外側支柱部36及びフレーム部37との間は、電気的に絶縁された状態となっている。
The
Moreover, since the
次に、このように構成された加速度センサ10の製造方法について、以下に説明する。
即ち、本実施形態の加速度センサの製造方法は、シリコン活性層32に凹部40を形成して、支柱部14の上部、各支持部15、16の上部、固定部17の上部を形成する凹部形成工程と、該凹部形成工程後、シリコン活性層32の表面に不純物を注入し、各支持部15、16の表面にピエゾ抵抗素子19をそれぞれ形成すると共に、支柱部14の上面及び外側支柱部36の上面に不純物層35を形成する不純物注入工程と、該不純物注入工程後、第1のガラス基板11の所定位置に貫通孔38を形成すると共に、該貫通孔38がそれぞれ支柱部14の上面及び外側支柱部36の上面に位置するように第1のガラス基板11とシリコン活性層32とを接合する第1の接合工程と、該第1の接合工程後、シリコン支持層33を加工して、支柱部14、固定部17、各支持部15、16及び錘部13をそれぞれ形成する加工工程と、該加工工程後、各支持部15、16の裏面側に露出しているBOX層31を除去する除去工程と、該除去工程後、シリコン支持層33に第2のガラス基板12を接合する第2の接合工程と、該第2の工程後、貫通孔38にそれぞれ導体薄膜を成膜又は導体材料を注入して、入力電極18及び出力電極20を形成する電極形成工程とを備えている。
Next, a method for manufacturing the
That is, in the method of manufacturing the acceleration sensor according to the present embodiment, the
また、本実施形態では、上記凹部形成工程及び加工工程を行う際に、支柱部14を中心として90度回転した位置関係を有するようX軸支持部15及びY軸支持部16をそれぞれ形成し、不純物注入工程、第1の接合工程及び電極形成工程を行う際に、ピエゾ抵抗素子19及び出力電極20を支持部の数に応じて形成する。
また、本実施形態では、凹部形成工程及び加工工程を行う際に、4つの外側支柱部36とフレーム部37とを形成して固定部17の作製を行う。
これら各工程について、以下に詳細に説明する。
Further, in the present embodiment, the
Moreover, in this embodiment, when performing a recessed part formation process and a process process, the four outer support |
Each of these steps will be described in detail below.
まず、図6に示すSOI基板30のシリコン活性層32上にエッチングマスクとなる図示しないフォトレジスト膜を、フォトレジスト技術によって支柱部14を中心として環状にパターニングする(支持部15、16の長さが幅となるよう正四角形状にパターニングする)。そして、図7に示すように、該フォトレジスト膜をマスクとして、反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)やDRIE(Deep Reactive Ion Etching)を行って、マスクされていないシリコン活性層32を選択的に除去して環状の凹部40を形成する。
First, a photoresist film (not shown) serving as an etching mask on the silicon
なお、この際、凹部40の深さが所定の深さ(例えば、数μm程度)となるように反応速度等が設定されている。また、上述したドライエッチングに限らず、水酸化カリウム(KOH)やテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)等のアルカリ性エッチャントによる異方性エッチング(ウェットエッチング)によりシリコン活性層32を除去しても構わない。
そして、図7に示すように、マスクとしていたフォトレジスト膜の除去を行う。この凹部形成工程により、シリコン活性層32に支柱部14の上部、支持部15、16の上部、外側支柱部36及びフレーム部37(固定部17)の上部を形成することができる。なお、この段階においては、外側支柱部36及びフレーム部37は、一体的に構成されている。
At this time, the reaction rate and the like are set so that the depth of the
Then, as shown in FIG. 7, the photoresist film used as the mask is removed. By this recess forming step, the upper portion of the
次いで、図8に示すように、シリコン活性層32の表面全体にイオンインプランテーション又は不純物拡散等により不純物を注入し、支柱部14の上面、外側支柱部36及びフレーム部37(固定部17)の上面に高濃度の不純物層35(例えば、表面抵抗率が数Ω/cm)を形成すると共に、支持部15、16の上面全体に高濃度の不純物層35からなるピエゾ抵抗素子19を形成する上記不純物形成工程を行う。
次いで、図9に示すように、シリコン活性層32上に図示しないフォトレジスト膜をパターニングすると共に、該フォトレジスト膜をマスクとしてシリコン活性層32をエッチング加工して、外側支柱部36の上部とフレーム部37の上部とをそれぞれ区分けして形成する。
Next, as shown in FIG. 8, impurities are implanted into the entire surface of the silicon
Next, as shown in FIG. 9, a photoresist film (not shown) is patterned on the silicon
次いで、図10に示すように、第1のガラス基板11の所定位置に入力電極18及び出力電極20が形成される複数の貫通孔38を断面テーパ状になるように、例えば、サンドブラスト法やドライエッチング法やウェットエッチング法等により形成する。そして、図11に示すように、各貫通孔38が支柱部14の上面及び外側支柱部36の上面にそれぞれ位置するように、第1のガラス基板11とシリコン活性層32とを陽極接合により接合する上記第1の接合工程を行う。
Next, as shown in FIG. 10, a plurality of through-
次いで、図12に示すように、シリコン支持層33上に図示しないフォトレジと膜をパターニングすると共に、該フォトレジスト膜をマスクとしてシリコン支持層33を、例えば、数μmの深さでエッチング加工して凹部41を形成する。この凹部41は、錘部13と第2のガラス基板12との間を所定距離離間させるギャップとなるものである。
凹部41の形成後、図13に示すように、さらにシリコン支持層33上に図示しないフォトレジスト膜をパターニングすると共に、該フォトレジスト膜をマスクとしてシリコン支持層33をエッチング加工することで、支柱部14、錘部13、各支持部15、16、外側支柱部36及びフレーム部37をそれぞれ形成する上記加工工程を行う。なお、この段階では、BOX層31は繋がった状態である。
Next, as shown in FIG. 12, a photoresist and a film (not shown) are patterned on the
After the formation of the
次いで、図14に示すように、シリコン支持層33側から露出しているBOX層31を除去する上記除去工程を行う。即ち、各支持部15、16の裏面側に露出しているBOX層31、外側支柱部36とフレーム部37との間に位置するBOX層31の除去を行う。この除去工程を行うことで、支柱部14、外側支柱部36及びフレーム部37は、シリコン活性層32と絶縁層であるBOX層31とシリコン支持層33とからなる3層構造になり、また、錘部13と支持部15、16との間には、絶縁層であるBOX層31が設けられた状態となる。
なお、本実施形態では、錘部13の上面全体にBOX層31が残っている状態となるが、支持部15、16により支持されていない領域、即ち、支持部15、16と錘部13とが交差する領域以外のBOX層31を除去しても構わない。
Next, as shown in FIG. 14, the above-described removal step of removing the
In the present embodiment, the
除去工程の終了後、図15に示すように、シリコン支持層33と第2のガラス基板12とを、陽極接合により接合する上記第2の接合工程を行う。これにより、環状に形成された錘部13が、第1のガラス基板11及び第2のガラス基板12から所定間隔を空けた状態で各支持部15、16に支持された状態となる。
次いで、第1のガラス基板11に形成された複数の貫通孔38の少なくとも内周面に、導体薄膜を成膜又は導体材料を注入して、入力電極18及び出力電極20を形成する上記電極形成工程を行う。
上述した各工程を行うことで、図2に示す加速度センサ10を製造することができる。なお、第1のガラス基板11及び第2のガラス基板12を利用して製造するので、入力電極18と出力電極20との間、支柱部14と外側支柱部36との間が電気的に絶縁された状態となっている。
After the removal step, as shown in FIG. 15, the second bonding step is performed in which the
Next, the electrode formation for forming the
By performing each process mentioned above, the
次に、このように構成された加速度センサ10により落下時の加速度を検出して、ハードディスクへの書き込みや読み取りを停止させ、該ハードディスクを保護する場合を以下に説明する。
まず、入力電極18を介して支柱部14に所定の電圧を印加して、該支柱部14、ピエゾ抵抗素子19が形成された支持部15、16、外側支柱部36を介して入力電極18から出力電極20に電流を流す。また、この電流を検出することで、各ピエゾ抵抗素子19の抵抗値のモニタを行う。ここで、入力電極18は、共通のインプット電極(コモン電極)となっている。
なお、入力電極18が接触している支柱部14、支持部15、16及び出力電極20が接触している外側支柱部36は、シリコン活性層32からなるので、共通電極である入力電極18から各ピエゾ抵抗素子19を通って各出力電極20に電流が流れる。
Next, the case where the
First, a predetermined voltage is applied to the
In addition, since the support |
ここで、錘部13は、第1のガラス基板11及び第2のガラス基板12から所定の間隔(ギャップ)を空けた状態で、各支持部15、16によって吊り下げられて支持されているので、加速度が作用したときに第1のガラス基板11及び第2のガラス基板12に接触することなく、該加速度の大きさ及び方向に応じて変位する。この錘部13の変位に伴って、各支持部15、16は撓んだり、XY軸回りに捩れて変形する。この際、各支持部15、16の変形に伴って、ピエゾ抵抗素子19も同様に変形する。そして、ピエゾ抵抗素子19が変形すると、各出力電極20でモニタしていた抵抗値が変化するので、錘部13に作用した加速度を測定することができる。
特に、本実施形態では、X軸支持部15及びY軸支持部16を有しているので、2軸回りの加速度を高精度に測定することができる。
Here, the
In particular, in this embodiment, since the
この測定された加速度は、C−V変換回路6及び加速度算出回路7を介してヘッド駆動回路5に送られる。該ヘッド駆動回路5は、例えば、送られてきた加速度と所定の値(閾値)とを比較し、比較した結果、閾値以上である場合には落下していると判断して磁気ヘッド4をハードディスクから離間させる。これにより、ハードディスクを保護することができる。 The measured acceleration is sent to the head drive circuit 5 via the CV conversion circuit 6 and the acceleration calculation circuit 7. The head drive circuit 5 compares, for example, the sent acceleration with a predetermined value (threshold value), and if the comparison result shows that the value is equal to or greater than the threshold value, the head drive circuit 5 determines that the magnetic head 4 is falling. Separate from. Thereby, the hard disk can be protected.
特に、本実施形態の加速度センサ10は、支持部15、16と錘部13との間に絶縁層であるBOX層31が形成されているので、各ピエゾ抵抗素子19に流れる電流が錘部13を介して他のピエゾ抵抗素子19に流れることはない。
また、支柱部14及び外側支柱部36にも同様にBOX層31が形成されていると共に、入力電極18と出力電極20との間、支柱部14と外側支柱部36との間において、第1のガラス基板11及び第2のガラス基板12が電気的に絶縁された状態になっているので、各ピエゾ抵抗素子19に流れる電流が第1のガラス基板11及び第2のガラス基板12を通って他のピエゾ抵抗素子19に流れることはない。
即ち、各ピエゾ抵抗素子19は、それぞれ入力電極18及び出力電極20以外の場所で電気的に絶縁された状態になっている。従って、各ピエゾ抵抗素子19を機械的に完全に素子分離でき、他のピエゾ抵抗素子19へのリーク電流(漏れ電流)を防止することができる。よって、加速度を高精度に測定することができる。
In particular, in the
Further, the
That is, each
また、各支持部15、16は、一端側15a、16aと他端側15b、16bとの間で単に錘部13を吊り下げ状態で支持しているだけであり、支持部15、16の上面及び下面の全体に従来のような絶縁膜を形成する必要がない。よって、従来のように、支持部15、16が絶縁膜の内部応力によって撓む等の変形が生じて、共振のQ値が小さくなったり、共振点がずれる等の振動特性の変化が起き難い。従って、支持部15、16を設計値通りの仕様で振動特性を確保でき、加速度を高感度で測定することができる。
また、従来のように支持部15、16の上面及び下面に絶縁層を成膜した後、さらに該絶縁層上にピエゾ抵抗素子を設けるといった手間が不要なので、工程の短縮化を図ることができる。また、基板及び注入不純物を、p型、n型に関係なく採用でき、設計の自由度を高めることができる。
The
Further, since it is not necessary to provide a piezoresistive element on the insulating layer after forming an insulating layer on the upper and lower surfaces of the
また、錘部13は、支柱部14を中心として環状に形成されているので、加速度が作用したときに、モーメントを稼ぎ、入力に対する変位を大きくすることができる。よって、より感度を向上することができる。
更に、錘部13の中心に配された支柱部14に接触した入力電極18を、共通電極として使用することができるので、従来に比べて電極の数を少なくできる。よって、小型化を図ることができる。
例えば、従来の2軸の加速度センサでは、電極を4つのピエゾ抵抗素子に少なくとも2つ毎備える必要があり、最低でも8個の電極が必要となる。これに対して、本実施形態の加速度センサ10では、共通電極である入力電極18に各ピエゾ抵抗素子19が接続されるので、5個の電極で済む。ここで、支柱部14及び4つの外側支柱部36は、少なくとも1辺が100μm以上の大きさが必要であり、周囲のクリアランスを考慮すると1辺が200μm程度以上の領域を確保する必要がある。これらの点を考慮すると、本発明の加速度センサ10によれば、1.2×105μm2以上の小型化を図ることができる。
In addition, since the
Furthermore, since the
For example, in a conventional biaxial acceleration sensor, it is necessary to provide at least two electrodes in four piezoresistive elements, and at least eight electrodes are required. On the other hand, in the
また、支柱部14及び外側支柱部36の上面に不純物層35が形成されているので、耐電圧をあげることができる。よって、入力電極18から確実に所定の電圧を印加し易く、また、ピエゾ抵抗素子19の抵抗変化を確実に検出することができる。
In addition, since the
また、本実施形態の電子機器1によれば、上述したように、高精度に加速度を測定することができると共に、小型化及び感度が向上した加速度センサ10を備えているので、同様に小型化及び性能の向上化を図ることができる。
In addition, according to the electronic apparatus 1 of the present embodiment, as described above, the
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。 The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
例えば、上記実施形態では、加速度センサ10を製造する際に、シリコン活性層32側から先に第1のガラス基板11を接合したが、この場合に限られず、シリコン支持層33側から第2のガラス基板12を先に接合しても構わない。この場合の加速度センサ10の製造方法を以下に説明する。
即ち、この場合の加速度センサの製造方法は、シリコン支持層33を加工して、支柱部14の下部、各支持部15、16の下部、固定部17、即ち、外側支柱部36及びフレーム部37の下部、錘部13の下部をそれぞれ形成する加工工程と、該加工工程後、各支持部15、16の裏面側に露出しているBOX層31を除去する除去工程と、該除去工程後、シリコン支持層33に第2のガラス基板12を接合する第1の接合工程と、該第1の接合工程後、シリコン活性層32に凹部40を形成して、支柱部14、各支持部15、16、固定部17、即ち、外側支柱部36及びフレーム部37をそれぞれ形成する凹部形成工程と、該凹部形成工程後、シリコン活性層32の表面に不純物を注入し、各支持部15、16の表面にピエゾ抵抗素子19をそれぞれ形成すると共に、支柱部14の上面及び外側支柱部36の上面に不純物層35を形成する不純物注入工程と、該不純物注入工程後、第1のガラス基板11の所定位置に貫通孔38を形成すると共に、該貫通孔38がそれぞれ支柱部14の上面及び外側支柱部36の上面に位置するように第1のガラス基板11とシリコン活性層32とを接合する第2の接合工程と、該第2の接合工程後、貫通孔38にそれぞれ導体薄膜を成膜又は導体材料を注入して、入力電極18及び出力電極20を形成する電極形成工程とを備えている。
これら各工程について、図16から図25を参照しながら以下に詳細に説明する。
For example, in the above embodiment, when the
That is, the acceleration sensor manufacturing method in this case is obtained by processing the
Each of these steps will be described in detail below with reference to FIGS.
まず、図16に示すSOI基板30のシリコン支持層33上に図示しないフォトレジと膜をパターニングすると共に、該フォトレジスト膜をマスクとしてシリコン支持層33を、例えば、数μmの深さでエッチング加工して図17に示すように凹部41を形成する。この凹部41は、錘部13と第2のガラス基板12との間を所定距離離間させるギャップとなるものである。
凹部41の形成後、図18に示すように、さらにシリコン支持層33上に図示しないフォトレジスト膜をパターニングすると共に、該フォトレジスト膜をマスクとしてシリコン支持層33をエッチング加工することで、支柱部14、錘部13、各支持部15、16、外側支柱部36及びフレーム部37をそれぞれ形成する上記加工工程を行う。なお、この段階では、BOX層31は繋がった状態である。
First, a photoresist and a film (not shown) are patterned on the
After the formation of the
次いで、図19に示すように、シリコン支持層33側から露出しているBOX層31を除去する上記除去工程を行う。即ち、各支持部15、16の裏面側に露出しているBOX層31、外側支柱部36とフレーム部37との間に位置するBOX層31の除去を行う。この除去工程を行うことで、支柱部14、外側支柱部36及びフレーム部37は、シリコン活性層32と絶縁層であるBOX層31とシリコン支持層33とからなる3層構造になり、また、錘部13と支持部15、16との間には、絶縁層であるBOX層31が設けられた状態となる。
Next, as shown in FIG. 19, the above-described removal step of removing the
除去工程の終了後、図20に示すように、シリコン支持層33と第2のガラス基板12とを、陽極接合により接合する上記第2の接合工程を行う。これにより、錘部13が第2のガラス基板12から所定距離離間した状態で各支持部15、16に支持される。
次いで、図21に示すように、シリコン活性層32上に図示しないフォトレジスト膜をパターニングすると共に、該フォトレジスト膜をマスクとしてシリコン活性層32をエッジング加工して凹部40を形成する。この凹部形成工程により、支柱部14、各支持部15、16、外側支柱部36及びフレーム部37、即ち、固定部17の上部を形成することができる。なお、この段階においては、外側支柱部36及びフレーム部37の上部は一体的に構成されている。
After the removal step, as shown in FIG. 20, the second bonding step is performed in which the
Next, as shown in FIG. 21, a photoresist film (not shown) is patterned on the silicon
次いで、図22に示すように、シリコン活性層32の表面全体にイオンインプランテーション又は不純物拡散等により不純物を注入し、支柱部14の上面、外側支柱部36及びフレーム部37、即ち、固定部17の上面に高濃度の不純物層35を形成すると共に、支持部15、16の表面全体にピエゾ抵抗素子19を形成する上記不純物形成工程を行う。
次いで、図23に示すように、シリコン活性層32上に図示しないフォトレジスト膜をパターニングすると共に、該フォトレジスト膜をマスクとしてシリコン活性層32をエッチング加工して、外側支柱部36及びフレーム部37をそれぞれ形成する。
Next, as shown in FIG. 22, impurities are implanted into the entire surface of the silicon
Next, as shown in FIG. 23, a photoresist film (not shown) is patterned on the silicon
次いで、図24に示すように、貫通孔38を形成した第1のガラス基板11を、各貫通孔38が支柱部14の上面及び外側支柱部36の上面にそれぞれ位置するように、第1のガラス基板11とシリコン活性層32とを陽極接合により接合する第2の接合工程を行う。これにより、環状に形成された錘部13が、第1のガラス基板11及び第2のガラス基板12から所定間隔を空けた状態で各支持部15、16に支持された状態となる。
次いで、図25に示すように、第1のガラス基板11に形成された複数の貫通孔38の少なくとも内周面に、導体薄膜を成膜又は導体材料を注入して、入力電極18及び出力電極20を形成する上記電極形成工程を行うことで、加速度センサ10を製造することができる。
上述したように、シリコン支持層33側から先に第2のガラス基板12を接合して、加速度センサ10を製造しても構わない。この製造方法により製造された加速度センサ10の作用効果は、上記実施形態と同様である。
Next, as shown in FIG. 24, the
Next, as shown in FIG. 25, a conductor thin film is formed or a conductor material is injected into at least the inner peripheral surface of the plurality of through
As described above, the
また、上記実施形態では、錘部13を、支柱部14を中心として断面正四角形状の環状に形成したが、図26に示すように、加工工程の際に錘部13を極力フレーム部37の近傍に近づけた状態で形成しても構わない。こうすることで、錘部13の重量を極力増大させることができる。よって、モーメントを大きくすることができ、より感度を向上することができる。
Further, in the above embodiment, the
また、上記実施形態では、各ピエゾ抵抗素子19と、支柱部14の不純物層35及び外側支柱部36の不純物層35とがシリコン活性層32を介して電気的に接続されていたが、例えば、図27に示すように、不純物注入工程の際に、ピエゾ抵抗素子19と不純物層35とが電気的に接続するように、金属膜45を成膜させても構わない。こうすることで、シリコン活性層32を通さずに電流を流すことができるので、抵抗値が下がり、電流が流れ易くなる。これにより、S/N比が向上すると共に、消費電力を抑えることができ、性能向上を図ることができる。
また、図27に示すように、支柱部14及び外側支柱部36の上部が斜面となるように形成しても良い。こうすることで、より金属膜45が成膜し易くなる。
In the above embodiment, each
Moreover, as shown in FIG. 27, you may form so that the upper part of the support |
また、上記実施形態では、ピエゾ抵抗素子19を各支持部15、16の上面全体に設けた構成にしたが、これに限られず、例えば、図28及び図29に示すように、不純物注入工程の際に、ピエゾ抵抗素子19を支持部15、16の横幅より小さい幅で支持部15、16の全長に亘って形成しても構わない。
こうすることで、捩れ応力による抵抗変化を小さくして誤出力を極力低減でき、支持部15、16が撓む方向の加速度をより高精度に測定することができる。
In the above embodiment, the
By doing so, the change in resistance due to the torsional stress can be reduced to reduce the erroneous output as much as possible, and the acceleration in the direction in which the
また、不純物注入工程の際に、図30及び図31に示すように、各ピエゾ抵抗素子19を、各支持部15、16と錘部13とが交差する領域を境に二分するように形成すると共に、支持部15、16と錘部13とが交差する範囲で支持部15、16の上面に金属膜46を形成し、該金属膜46により二分したピエゾ抵抗素子19を電気的に接続するようにしても構わない。
こうすることで、錘部13が支持され、応力が生じずに変位検出に貢献しない部分を金属膜46でバイパスすることができるので、電気抵抗をより軽減することができ、ピエゾ抵抗素子19の感度をさらに向上させることができる。
Further, in the impurity implantation step, as shown in FIGS. 30 and 31, each
By doing so, the
また、上記実施形態では、固定部17が4つの外側支柱部36及びフレーム部37を有し、各支持部15、16の他端側15b、16bをそれぞれ外側支柱部36に固定させた構成にしたが、例えば、図32及び図33に示すように、フレーム部37のみを固定部17とし、該フレーム部37に各支持部15、16の他端側15b、16bをそれぞれ固定するように構成しても構わない。なお、この場合には、支持部15、16の他端側15b、16bが固定される領域37aがアイランド状となるように構成すれば良い。こうすることで、各ピエゾ抵抗素子19を流れた電流が、フレーム部37を介して他のピエゾ抵抗素子19に流れることはなく、機械的な素子分離を確実なものにすることができる。特に、外側支柱部36が不要であるので、より小型化を図ることができる。
Moreover, in the said embodiment, the fixing | fixed
また、上記実施形態では、錘部13を断面正四角形状に形成すると共に、X軸支持部15及びY軸支持部16の長さをそれぞれ同一長さに構成したが、例えば、図34に示すように、錘部13を断面長方形状に形成すると共に、X軸支持部15とY軸支持部16との長さが異なるように構成しても構わない。こうすることで、他軸感度を軽減した状態で2軸の加速度測定を行うことができる。
Moreover, in the said embodiment, while forming the
また、上記実施形態では、X軸支持部15及びY軸支持部16を設けた構成にしたが、この場合に限られず、例えば、図35に示すように、X軸支持部15(又はY軸支持部116)のみ設けた1軸の構成にしても構わない。こうすることで、さらなる小型化を図ることができる。
Moreover, in the said embodiment, although it was set as the structure which provided the
また、上記実施形態では、第1の基板及び第2の基板としてガラス基板を採用したが、ガラス基板に限定されるものではなく、絶縁性を有しない基板を用いても構わない。この場合には、入力電極18と出力電極20との間、支柱部14と外側支柱部36との間が電気的に絶縁されるように、絶縁層や絶縁膜を設け、基板を介して各ピエゾ抵抗素子19にリーク電流が流れないように構成すれば良い。
Moreover, in the said embodiment, although the glass substrate was employ | adopted as a 1st board | substrate and a 2nd board | substrate, it is not limited to a glass substrate, You may use the board | substrate which does not have insulation. In this case, an insulating layer or an insulating film is provided so as to electrically insulate between the
また、上記実施形態において、フレーム部37の内部に、温度補償のための参照用ピエゾ抵抗素子を設けた構成にしても構わない。通常、ピエゾ抵抗素子19は、周囲の温度が変化すると特性(抵抗感度)が変化してしまうが、この参照用ピエゾ抵抗素子を参照することで、温度変化に起因する誤信号を相殺することができる。従って、周囲の温度変化に影響を受けることなく加速度の測定が行えるので、より高精度な測定を行うことができる。なお、参照用ピエゾ抵抗素子は、各ピエゾ抵抗素子19と同じ形状、サイズで作製することが好ましい。
In the above embodiment, a reference piezoresistive element for temperature compensation may be provided inside the
また、上記実施形態では、加速度を利用してハードディスクを保護する電子機器を例に説明したが、この場合に限られるものではない。例えば、電子機器として、本発明の加速度センサ10を有するゲームコントローラを採用しても構わない。
また、本発明の加速度センサ10を車用のエアバック作動システムや自動車盗難システムや各種のセキュリティシステムやロボットの姿勢制御回路等に採用しても構わない。
Moreover, although the said embodiment demonstrated to the example the electronic device which protects a hard disk using an acceleration, it is not restricted to this case. For example, you may employ | adopt the game controller which has the
Further, the
1 電子機器
10 加速度センサ
11 第1のガラス基板(第1の基板)
12 第2のガラス基板(第2の基板)
13 錘部
14 支柱部
15 X軸支持部(一対の支持部)
16 Y軸支持部(一対の支持部)
17 固定部
18 入力電極
19 ピエゾ抵抗素子
20 出力電極
30 SOI基板
31 BOX層(絶縁層、シリコン酸化膜)
32 シリコン活性層(第1のシリコン層)
33 シリコン支持層(第2のシリコン層)
35 不純物層
36 外側支柱部
37 フレーム部(外枠部)
38 貫通孔
45、46 金属膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
12 Second glass substrate (second substrate)
13
16 Y-axis support part (a pair of support parts)
17
32 Silicon active layer (first silicon layer)
33 Silicon support layer (second silicon layer)
35
38 Through
Claims (20)
前記第1の基板及び前記第2の基板に対して所定間隔を空けた状態で両基板の間に挟まれた半導体材料からなる環状の錘部と、
該錘部の略中心に設けられ、前記第1の基板と前記第2の基板との間に挟まれた半導体材料からなる柱状の支柱部と、
該支柱部を間に挟んだ状態で一端側が固定されると共に、前記第1の基板及び前記第2の基板の表面に対して平行方向に向けて他端側が延び、一端側と他端側との間で前記錘部を吊り下げた状態で支持する半導体材料からなる一対の支持部と、
前記第1の基板と前記第2の基板との間に挟まれ、前記一対の支持部の他端側を固定する半導体材料からなる固定部と、
前記第1の基板に前記支柱部と電気的接続された状態で設けられ、該支柱部に所定の電圧を印加可能な入力電極と、
前記一対の支持部の表面にそれぞれに設けられ、支持部に作用する応力に応じて電気抵抗が変化するピエゾ抵抗素子と、
前記第1の基板に前記固定部と電気的接続された状態で設けられ、該固定部を介して前記ピエゾ抵抗素子の抵抗変化をそれぞれ取り出す出力電極とを備え、
前記支持部と前記錘部との間、並びに、前記支柱部及び前記固定部には、支持部を電気的に独立させる絶縁層が設けられ、
前記第1の基板及び前記第2の基板は、前記入力電極と前記出力電極との間、及び、前記支柱部と前記固定部との間が電気的に絶縁された状態とされていることを特徴とする加速度センサ。 A first substrate and a second substrate arranged in parallel with each other at a predetermined interval;
An annular weight portion made of a semiconductor material sandwiched between the first substrate and the second substrate with a predetermined interval therebetween;
A column-shaped columnar portion made of a semiconductor material provided at substantially the center of the weight portion and sandwiched between the first substrate and the second substrate;
One end side is fixed in a state where the support column is sandwiched, and the other end side extends in a direction parallel to the surfaces of the first substrate and the second substrate. A pair of support parts made of a semiconductor material that supports the weight part in a suspended state between,
A fixing portion made of a semiconductor material that is sandwiched between the first substrate and the second substrate and fixes the other end of the pair of support portions;
An input electrode provided on the first substrate in a state of being electrically connected to the support column, and capable of applying a predetermined voltage to the support column;
A piezoresistive element that is provided on the surface of each of the pair of support portions, and whose electrical resistance changes according to the stress acting on the support portions;
An output electrode provided in a state of being electrically connected to the fixed portion on the first substrate and taking out a resistance change of the piezoresistive element through the fixed portion;
Between the support portion and the weight portion, as well as the support portion and the fixing portion, an insulating layer that electrically separates the support portion is provided,
The first substrate and the second substrate are electrically insulated between the input electrode and the output electrode and between the support column and the fixing unit. Acceleration sensor featuring.
前記一対の支持部が、前記支柱部を中心として所定角度毎に複数設けられ、
前記ピエゾ抵抗素子及び前記出力電極が、前記一対の支持部の数に応じて設けられていることを特徴とする加速度センサ。 The acceleration sensor according to claim 1,
A plurality of the pair of support portions are provided at predetermined angles around the support column,
The acceleration sensor, wherein the piezoresistive element and the output electrode are provided according to the number of the pair of support portions.
前記固定部は、前記第1の基板と前記第2の基板との間に挟まれて、前記一対の支持部の他端側をそれぞれ独立に固定する柱状の外側支柱部と、第1の基板と第2の基板との間に挟まれて、外側支柱部を周囲から囲む外枠部とを備えていることを特徴とする加速度センサ。 The acceleration sensor according to claim 1 or 2,
The fixing portion is sandwiched between the first substrate and the second substrate, and a columnar outer support portion for fixing the other end sides of the pair of support portions independently, and a first substrate And an outer frame portion that surrounds the outer support column from the periphery, and is sandwiched between the first substrate and the second substrate.
前記錘部が、前記外枠部近傍まで形成されていることを特徴とする加速度センサ。 The acceleration sensor according to claim 3.
The acceleration sensor, wherein the weight part is formed to the vicinity of the outer frame part.
前記支柱部及び前記固定部には、前記入力電極及び前記出力電極と接触する範囲に不純物層が形成されていることを特徴とする加速度センサ。 The acceleration sensor according to any one of claims 1 to 4,
The acceleration sensor according to claim 1, wherein an impurity layer is formed in a range in contact with the input electrode and the output electrode at the support portion and the fixing portion.
前記不純物層と前記ピエゾ抵抗素子とを電気的に接続する金属膜を備えていることを特徴とする加速度センサ。 The acceleration sensor according to claim 5, wherein
An acceleration sensor comprising a metal film that electrically connects the impurity layer and the piezoresistive element.
前記ピエゾ抵抗素子が、前記支持部の横幅より小さい幅で支持部の全長に亘って設けられていることを特徴とする加速度センサ。 The acceleration sensor according to any one of claims 1 to 6,
The acceleration sensor, wherein the piezoresistive element is provided over the entire length of the support portion with a width smaller than the lateral width of the support portion.
前記ピエゾ抵抗素子は、前記支持部と前記錘部とが交差する領域を境に二分されており、これらが支持部と錘部とが交差する範囲で支持部の表面に設けられた金属膜を介して電気的に接続されていることを特徴とする加速度センサ。 The acceleration sensor according to any one of claims 1 to 6,
The piezoresistive element is divided into two regions with a region where the support portion and the weight portion intersect, and a metal film provided on the surface of the support portion within a range where the support portion and the weight portion intersect with each other. An acceleration sensor characterized by being electrically connected via
前記第1の基板及び前記第2の基板が、ガラス基板であることを特徴とする加速度センサ。 The acceleration sensor according to any one of claims 1 to 8,
The acceleration sensor, wherein the first substrate and the second substrate are glass substrates.
前記第1のシリコン層に凹部を形成して、柱状の支柱部の上部、該支柱部を間に挟んだ状態で一端側が固定されると共に、前記第1の基板及び前記第2の基板の表面に対して平行方向に向けて他端側が延びた一対の支持部の上部、該一対の支持部の他端側を固定する固定部の上部をそれぞれ形成する凹部形成工程と、
該凹部形成工程後、前記第1のシリコン層の表面に不純物を注入し、前記支持部の表面に、該支持部に作用する応力に応じて電気抵抗が変化するピエゾ抵抗素子を形成する不純物注入工程と、
該不純物注入工程後、前記第1の基板の所定位置に貫通孔を形成すると共に、該貫通孔がそれぞれ前記支柱部及び前記固定部の上面に位置するように第1の基板と第1のシリコン層とを接合する第1の接合工程と、
該第1の接合工程後、前記第2のシリコン層を加工して、前記支柱部、前記固定部、前記一対の支持部、該一対の支持部の一端側と他端側との間で該一対の支持部に吊り下げられた状態で支持されると共に、前記第1の基板及び前記第2の基板に対して所定間隔が空いた状態で環状に形成された錘部とをそれぞれ形成する加工工程と、
該加工工程後、前記一対の支持部の裏面側に露出している前記シリコン酸化膜を除去する除去工程と、
該除去工程後、前記第2のシリコン層に前記第2の基板を接合する第2の接合工程と、
該第2の接合工程後、前記貫通孔にそれぞれ導体薄膜を成膜又は導体材料を注入して、前記支柱部に電気的接続されて該支柱部に所定の電圧を印加可能な入力電極と、前記固定部に電気的接続されて前記ピエゾ抵抗素子の抵抗変化をそれぞれ取り出す出力電極とを形成する電極形成工程とを備え、
前記第1の基板及び前記第2の基板が、前記入力電極と前記出力電極との間、及び、前記支柱部と前記固定部との間が電気的に絶縁された状態とされていることを特徴とする加速度センサの製造方法。 An SOI substrate formed by sandwiching a silicon oxide film between the first silicon layer and the second silicon layer, and the SOI substrate sandwiched from both sides by the first substrate and the second substrate. A method of manufacturing a joined acceleration sensor, comprising:
A concave portion is formed in the first silicon layer, and one end side is fixed with the upper portion of the columnar support portion sandwiched between the support portions, and the surfaces of the first substrate and the second substrate. A recess forming step for forming an upper portion of a pair of support portions whose other end side extends in a parallel direction with respect to each other, and an upper portion of a fixing portion for fixing the other end side of the pair of support portions;
Impurity implantation for injecting impurities into the surface of the first silicon layer after the recess forming step and forming a piezoresistive element whose electrical resistance changes according to the stress acting on the support portion on the surface of the support portion Process,
After the impurity implantation step, the first substrate and the first silicon are formed so that a through hole is formed at a predetermined position of the first substrate, and the through hole is positioned on the upper surface of the support column and the fixing unit, respectively. A first joining step for joining the layers;
After the first bonding step, the second silicon layer is processed, and the strut portion, the fixing portion, the pair of support portions, and between the one end side and the other end side of the pair of support portions, A process of forming a weight part that is supported in a state of being suspended from a pair of support parts and that is formed in an annular shape with a predetermined distance from the first substrate and the second substrate. Process,
After the processing step, a removal step of removing the silicon oxide film exposed on the back side of the pair of support parts;
A second bonding step for bonding the second substrate to the second silicon layer after the removing step;
After the second bonding step, a conductive thin film is formed in each through-hole or a conductive material is injected, and an input electrode that is electrically connected to the support column and can apply a predetermined voltage to the support column; An electrode forming step of forming an output electrode electrically connected to the fixed portion and taking out a resistance change of the piezoresistive element,
The first substrate and the second substrate are in an electrically insulated state between the input electrode and the output electrode and between the support column and the fixing unit. A method for manufacturing an acceleration sensor.
前記第2のシリコン層を加工して、柱状の支柱部の下部、該支柱部を間に挟んだ状態で一端側が固定されると共に、前記第1の基板及び前記第2の基板の表面に対して平行方向に向けて他端側が延びた一対の支持部の下部、該一対の支持部の他端側を固定する固定部の下部、一対の支持部の一端側と他端側との間で該一対の支持部に吊り下げられた状態で支持されると共に、前記第1の基板及び前記第2の基板に対して所定間隔が空いた状態で環状に形成された錘部とをそれぞれ形成する加工工程と、
該加工工程後、前記一対の支持部の裏面側に露出している前記シリコン酸化膜を除去する除去工程と、
該除去工程後、前記第2のシリコン層に前記第2の基板を接合する第1の接合工程と、
該第1の接合工程後、前記第1のシリコン層に凹部を形成して、前記支柱部、前記一対の支持部、前記固定部をそれぞれ形成する凹部形成工程と、
該凹部形成工程後、前記第1のシリコン層の表面に不純物を注入し、前記一対の支持部の表面に、該支持部に作用する応力に応じて電気抵抗が変化するピエゾ抵抗素子を形成する不純物注入工程と、
該不純物注入工程後、前記第1の基板の所定位置に貫通孔を形成すると共に、該貫通孔がそれぞれ前記支柱部及び前記固定部の上面に位置するように第1の基板と第1のシリコン層とを接合する第2の接合工程と、
該第2の接合工程後、前記貫通孔にそれぞれ導体薄膜を成膜又は導体材料を注入して、前記支柱部に電気的接続されて該支柱部に所定の電圧を印加可能な入力電極と、前記固定部に電気的接続されて前記ピエゾ抵抗素子の抵抗変化をそれぞれ取り出す出力電極とを形成する電極形成工程とを備え、
前記第1の基板及び前記第2の基板が、前記入力電極と前記出力電極との間、及び、前記支柱部と前記固定部との間が電気的に絶縁された状態とされていることを特徴とする加速度センサの製造方法。 An SOI substrate formed by sandwiching a silicon oxide film between the first silicon layer and the second silicon layer, and the SOI substrate sandwiched from both sides by the first substrate and the second substrate. A method of manufacturing a joined acceleration sensor, comprising:
The second silicon layer is processed so that one end side is fixed in a state where the columnar column part is sandwiched between the lower part of the columnar column part, and the surface of the first substrate and the second substrate is fixed. The lower part of the pair of support parts whose other end side extends in the parallel direction, the lower part of the fixing part that fixes the other end side of the pair of support parts, and between the one end side and the other end side of the pair of support parts A weight portion formed in an annular shape with a predetermined interval from the first substrate and the second substrate is formed while being supported by the pair of support portions. Processing steps,
After the processing step, a removal step of removing the silicon oxide film exposed on the back side of the pair of support parts;
A first bonding step of bonding the second substrate to the second silicon layer after the removing step;
After the first bonding step, forming a recess in the first silicon layer, forming a recess, forming the support column, the pair of support units, and the fixing unit, respectively.
After the recess forming step, impurities are implanted into the surface of the first silicon layer, and a piezoresistive element whose electrical resistance changes according to the stress acting on the support portions is formed on the surfaces of the pair of support portions. An impurity implantation step;
After the impurity implantation step, the first substrate and the first silicon are formed so that a through hole is formed at a predetermined position of the first substrate, and the through hole is positioned on the upper surface of the support column and the fixing unit, respectively. A second joining step for joining the layers;
After the second bonding step, a conductive thin film is formed in each through-hole or a conductive material is injected, and an input electrode that is electrically connected to the support column and can apply a predetermined voltage to the support column; An electrode forming step of forming an output electrode electrically connected to the fixed portion and taking out a resistance change of the piezoresistive element,
The first substrate and the second substrate are in an electrically insulated state between the input electrode and the output electrode and between the support column and the fixing unit. A method for manufacturing an acceleration sensor.
前記凹部形成工程及び前記加工工程を行う際に、前記一対の支持部を前記支柱部を中心として所定角度毎に複数形成し、
前記不純物注入工程と、前記第1の接合工程又は前記第2の接合工程と、前記電極形成工程とを行う際に、前記ピエゾ抵抗素子及び前記出力電極を前記一対の支持部の数に応じて形成することを特徴とする加速度センサの製造方法。 In the manufacturing method of the acceleration sensor according to claim 11 or 12,
When performing the recess forming step and the processing step, a plurality of the pair of support portions is formed at a predetermined angle around the support column portion,
When the impurity implantation step, the first bonding step or the second bonding step, and the electrode forming step are performed, the piezoresistive element and the output electrode are set according to the number of the pair of support portions. A method for manufacturing an acceleration sensor, comprising: forming an acceleration sensor.
前記凹部形成工程及び前記加工工程を行う際に、前記一対の支持部の他端側をそれぞれ独立的に固定する柱状の外側支柱部と、該外側支柱部を周囲から囲む外枠部とを形成して前記固定部を作製することを特徴とする加速度センサの製造方法。 In the manufacturing method of the acceleration sensor according to any one of claims 11 to 13,
When performing the recess forming step and the processing step, a columnar outer column portion for independently fixing the other end sides of the pair of support portions and an outer frame portion surrounding the outer column portion from the periphery are formed. And manufacturing the acceleration sensor.
前記加工工程の際に、前記錘部を前記外枠部近傍まで形成することを特徴とする加速度センサの製造方法。 In the manufacturing method of the acceleration sensor according to claim 14,
A method of manufacturing an acceleration sensor, wherein the weight portion is formed up to the vicinity of the outer frame portion in the processing step.
前記不純物注入工程の際、前記支柱部の上面及び前記固定部の上面に不純物層を形成することを特徴とする加速度センサの製造方法。 In the manufacturing method of the acceleration sensor according to any one of claims 11 to 15,
In the impurity implantation step, an impurity layer is formed on the upper surface of the column portion and the upper surface of the fixed portion.
前記不純物注入工程の際に、前記不純物層と前記ピエゾ抵抗素子とを金属膜により電気的に接続させることを特徴とする加速度センサの製造方法。 The acceleration sensor manufacturing method according to any one of claims 11 to 16,
A method of manufacturing an acceleration sensor, wherein the impurity layer and the piezoresistive element are electrically connected by a metal film during the impurity implantation step.
前記不純物注入工程の際に、前記ピエゾ抵抗素子を前記支持部の横幅より小さい幅で支持部の全長に亘って形成することを特徴とする加速度センサの製造方法。 In the manufacturing method of the acceleration sensor according to any one of claims 11 to 17,
In the impurity implantation step, the piezoresistive element is formed over the entire length of the support portion with a width smaller than the lateral width of the support portion.
前記不純物注入工程の際に、前記ピエゾ抵抗素子を前記支持部と前記錘部とが交差する領域を境に二分するように形成すると共に、支持部と錘部とが交差する範囲で支持部の上面に金属膜を形成し、該金属膜により二分したピエゾ抵抗素子を電気的に接続することを特徴とする加速度センサの製造方法。 In the manufacturing method of the acceleration sensor according to any one of claims 11 to 17,
In the impurity implantation step, the piezoresistive element is formed so as to bisect the region where the support portion and the weight portion intersect with each other, and the support portion and the weight portion intersect with each other. A method of manufacturing an acceleration sensor, comprising: forming a metal film on an upper surface; and electrically connecting piezoresistive elements divided into two by the metal film.
前記第1の基板及び前記第2の基板が、ガラス基板であることを特徴とする加速度センサの製造方法。
In the manufacturing method of the acceleration sensor according to any one of claims 11 to 19,
The method for manufacturing an acceleration sensor, wherein the first substrate and the second substrate are glass substrates.
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