JP2010197270A - Method of manufacturing acceleration sensor element and acceleration sensor element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加速度センサ素子の製造方法、及び加速度センサ素子に関する。 The present invention relates to an acceleration sensor element manufacturing method and an acceleration sensor element.
ピエゾ抵抗効果を利用して加速度を検出する加速度センサ装置が知られている(例えば、特許文献1)。特許文献1の加速度センサ装置は、重錘固定部と、重錘固定部を支持する梁部と、梁部を支持する固定部と、梁部に設けられたピエゾ抵抗素子と、重錘固定部に固定された別体の重錘とを有している。ここで、重錘固定部と重錘とを合わせて重り部とする。加速度センサ装置に加速度に比例した外力が加えられると、重り部が固定部に対して変位するとともに梁部に撓み変形が生じる。そして、梁部とともに曲げ変形が生じたピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化を検出することにより、加速度が検出される。 An acceleration sensor device that detects acceleration using a piezoresistance effect is known (for example, Patent Document 1). The acceleration sensor device of Patent Document 1 includes a weight fixing portion, a beam portion that supports the weight fixing portion, a fixing portion that supports the beam portion, a piezoresistive element provided on the beam portion, and a weight fixing portion. And a separate weight fixed to the body. Here, the weight fixing portion and the weight are combined to form a weight portion. When an external force proportional to the acceleration is applied to the acceleration sensor device, the weight portion is displaced with respect to the fixed portion and the beam portion is bent and deformed. Then, the acceleration is detected by detecting a change in the resistance value of the piezoresistive element in which the bending deformation occurs together with the beam portion.
上述の加速度センサ装置では、重り部の質量を大きくするほど、加速度に対する梁部の撓みが大きくなり、加速度の検出感度が高くなる。そして、所望の質量を有する重錘を貼り合わせることで所望の質量を有する重り部を実現できるので、加速度センサ装置のサイズを変えることなく加速度の検出感度を制御することができる。しかしながら、重錘の配置位置がずれると梁部の撓み方も変わり加速度の検出精度が悪化する。また、個々の加速度センサ素子毎の検出精度のバラツキを補償する補正回路が必要となり、生産性が低下する。 In the above-described acceleration sensor device, as the mass of the weight portion is increased, the deflection of the beam portion with respect to the acceleration increases, and the acceleration detection sensitivity increases. And since the weight part which has a desired mass is realizable by bonding the weight which has a desired mass, the detection sensitivity of acceleration can be controlled, without changing the size of an acceleration sensor apparatus. However, if the arrangement position of the weight is shifted, the bending method of the beam portion is changed, and the acceleration detection accuracy is deteriorated. In addition, a correction circuit that compensates for variations in detection accuracy for each acceleration sensor element is required, which reduces productivity.
本発明の目的は、加速度の検出精度を維持しつつ生産性の高い加速度センサ素子を製造する製造方法および加速度センサ素子を提供することにある。 The objective of this invention is providing the manufacturing method and acceleration sensor element which manufacture the acceleration sensor element with high productivity, maintaining the detection accuracy of acceleration.
本発明の加速度センサ素子の製造方法は、支持部と前記支持部を囲繞する固定部と前記支持部と前記固定部の間に連結された梁部と前記支持部に接続された錘部材とを有し、前記梁部の撓みにより加速度を検出する加速度センサ素子の製造方法であって、基板を加工して、前記基板の一主面側から厚み方向に順に、前記支持部を囲繞するとともに前記梁部と連結された接続部と、前記基板の一主面側に比べて他主面側で水平方向における断面積が小さくなるように前記支持部に対向する内壁面が傾斜する傾斜領域を有する傾斜壁部とを有する、前記支持部および前記梁部に比べて厚みが厚い固定部を形成するA工程と、前記錘部材を前記傾斜壁部の前記傾斜領域に当接させた状態で前記支持部に固定するB工程と、前記傾斜壁部の前記傾斜領域の表面をエッチングにより除去して、前記錘部材と前記傾斜壁部との間に間隙を設けるC工程と、を有するものである。 The acceleration sensor element manufacturing method of the present invention includes a support portion, a fixed portion surrounding the support portion, a beam portion connected between the support portion and the fixed portion, and a weight member connected to the support portion. And a method of manufacturing an acceleration sensor element that detects acceleration by bending of the beam portion, and processes the substrate to surround the support portion in order from the main surface side of the substrate in the thickness direction. A connecting portion connected to the beam portion, and an inclined region in which an inner wall surface facing the support portion is inclined so that a cross-sectional area in the horizontal direction is smaller on the other principal surface side than the one principal surface side of the substrate. A step of forming a fixed portion having a thicker wall than the support portion and the beam portion, and the support in a state where the weight member is in contact with the inclined region of the inclined wall portion. B step to be fixed to the part, and the inclined region of the inclined wall part The surface of the is removed by etching, and has a, a C step of providing a gap between said weight member and said inclined wall portion.
また、本発明の加速度センサ素子は、支持部と、厚み方向から順に、前記支持部を囲繞する枠状の接続部と、前記支持部と対向する内周面に、断面形状が徐々に小さくなるように傾斜する傾斜領域とそれに続く断面形状が一定となるような垂直領域を有する傾斜壁部と、を有する固定部と、一方端が前記固定部の前記接続部に連結され、他方端が前記錘部に連結される梁部と、前記梁部に設けられ、前記梁部の撓みに伴って抵抗値が変わる抵抗素子と、前記固定部の前記傾斜領域と間隙をあけて配置され、前記支持部に固定される錘部材と、を有するものである。 In the acceleration sensor element of the present invention, the cross-sectional shape gradually decreases on the support portion, the frame-shaped connection portion surrounding the support portion, and the inner peripheral surface facing the support portion in order from the thickness direction. In this way, the fixed portion having the inclined region inclined and the inclined wall portion having the vertical region in which the cross-sectional shape following the inclined region is constant, one end is connected to the connection portion of the fixed portion, and the other end is the A beam part connected to a weight part; a resistance element provided on the beam part, the resistance value of which changes with the deflection of the beam part; and the inclined area of the fixed part, with a gap therebetween, and the support A weight member fixed to the portion.
本発明の加速度センサ素子の製造方法によれば、支持部に錘部材を固定するときに、錘部材を傾斜壁部に当接させることで自動的に位置決めされるために、所望の位置に安定して配置することができる。これにより、個々の加速度センサ素子毎に検出精度がばらつくことなく安定した性能を発現できる。そして、傾斜壁部の傾斜領域表面を除去して錘部材と傾斜壁部との間に間隙を設けることにより、所望の位置に配置した錘部材は外部からの加速度に応じて変位可能となり、加速度センサ素子として機能するものとなる。以上より、加速度センサ素子の検出精度を維持しつつ生産性の高い加速度センサ素子の製造方法を提供することができる。 According to the method for manufacturing an acceleration sensor element of the present invention, when the weight member is fixed to the support portion, the weight member is automatically positioned by being brought into contact with the inclined wall portion. Can be arranged. Thereby, stable performance can be expressed without variation in detection accuracy for each acceleration sensor element. Then, by removing the surface of the inclined region of the inclined wall portion and providing a gap between the weight member and the inclined wall portion, the weight member arranged at a desired position can be displaced according to the acceleration from the outside, and the acceleration It functions as a sensor element. From the above, it is possible to provide a method for manufacturing an acceleration sensor element with high productivity while maintaining the detection accuracy of the acceleration sensor element.
また、本発明の加速度センサ素子によれば、検出精度および信頼性の高い加速度センサを提供することができる。また、傾斜壁部の全厚み方向にわたって傾斜領域が形成されている場合に比べて、同じ大きさの錘部材を配置するために必要なスペースを確保するために要する外形を小さくすることができるので、加速度センサ素子を小型化することができる。 In addition, according to the acceleration sensor element of the present invention, an acceleration sensor with high detection accuracy and reliability can be provided. In addition, since the inclined region is formed over the entire thickness direction of the inclined wall portion, the outer shape required to secure the space necessary for arranging the weight member of the same size can be reduced. The acceleration sensor element can be reduced in size.
以下に図面を参照して、本発明にかかる加速度センサ素子の製造方法及び加速度センサ素子の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の実施の形態で用いられる図は模式的なものであり、図面上の寸法比率は現実のものとは必ずしも一致していない。また、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。なお、本実施形態ではピエゾ抵抗効果を利用した三次元加速度センサ素子を例に説明する。 Exemplary embodiments of an acceleration sensor element manufacturing method and an acceleration sensor element according to the present invention will be explained below in detail with reference to the drawings. Note that the drawings used in the following embodiments are schematic, and the dimensional ratios in the drawings do not necessarily match the actual ones. Further, the present invention is not limited to the following embodiments, and various changes and improvements can be made without departing from the gist of the present invention. In this embodiment, a three-dimensional acceleration sensor element using the piezoresistance effect will be described as an example.
加速度センサ素子20(以下、単にセンサ素子という)について説明する。図1はセンサ素子20の斜視図である。図1に示すようにセンサ素子20は、支持部11と、支持部11を囲繞する枠状の固定部13と、一方端が固定部13に連結され、他方端が支持部11に連結される梁部12と、固定部13に形成される素子側電極パッド14と、梁部12に形成される抵抗素子15と、支持部11に接続された錘部材16と、を有している。
The acceleration sensor element 20 (hereinafter simply referred to as a sensor element) will be described. FIG. 1 is a perspective view of the
センサ素子20に加速度が加わると、加速度に応じた力がこの支持部11と錘部材16と(以下、これらをまとめて錘部17とすることがある)に作用し、錘部17が動くことで梁部12が撓むようになっている。
When acceleration is applied to the
本実施形態における錘部17には、その四隅に連結された4個の付属錘部21が設けられている。付属錘部21は、錘部17と一体形成されるものであり、付属錘部21を設けることによって加速度に対する梁部12の撓みが大きくなり、加速度の検出感度を向上させることができる。また、支持部11と錘部材16とを接合するための面積を大きくとることができるので、接合強度を高くすることができる。なお、錘部17及び付属錘部21全体が錘部として捉えられてもよい。また、錘部17及び付属錘部21の構成、機能及び形成方法は、同一又は類似することから、以下では、付属錘部21の説明を省略することがある。
The
本実施形態は、支持部11に高い位置精度で錘部材16を配置する点に特徴がある。以下、工程毎に図面を用いて説明する。図2は、センサ素子20の製造方法の各工程を示す断面図である。
<基板準備工程:抵抗素子15の形成>
本実施形態では、基板としてSOI(Silicon on Insulator)基板を用いた例を用いて説明する。図2(a)に示すように、SOI基板27の一主面27aに対して表面加工を行う。SOI基板27は、絶縁層24と、絶縁層24の一方側に積層された半導体層25と、絶縁層24の他方側に積層された支持層26とを有するものである。絶縁層24は、例えばSiO2により形成されている。半導体層25は、シリコンにより形成されている。支持層26は、例えば、シリコン等の半導体により形成されている。表面加工は、SOI基板27の半導体層25側の主面27aにある半導体層25に対する加工である。
The present embodiment is characterized in that the
<Board Preparation Step: Formation of
In the present embodiment, an example in which an SOI (Silicon on Insulator) substrate is used as a substrate will be described. As shown in FIG. 2A, surface processing is performed on one
具体的には、半導体層25にイオン注入法により不純物を注入することでピエゾ抵抗からなる抵抗素子15を形成する。不純物としては、半導体層25がn型のSOI基板を用いた場合にはB(ボロン)が例示でき、半導体層25がp型のSOI基板を用いた場合にはP(リン)、As(ヒ素)などが例示できる。抵抗素子15を形成した後、ピエゾ抵抗素子に連結する配線を形成する。配線は、金属スパッター、CVD、蒸着などによりアルミなどの金属材料を成膜した後、成膜した金属材料をドライエッチング、ウェットエッチングなどによりパターニングすることにより形成される。
Specifically, the
(A工程;固定部13の形成)
次に、図2(b)に示すように、従来周知の半導体微細加工技術、例えばフォトリソグラフィ法や誘導結合型プラズマ反応性イオンエッチング(Inductively Coupled Plasma Reactive Ion Etching:ICP−RIE)などによりSOI基板27の半導体層25側と支持層26側から加工を施すことにより、固定部13を形成する。なお、同時に支持部11、梁部12を形成することが好ましいため、これらの方法についても説明する。
(Step A; formation of the fixing portion 13)
Next, as shown in FIG. 2B, an SOI substrate is formed by a conventionally well-known semiconductor microfabrication technique such as photolithography or inductively coupled plasma reactive ion etching (ICP-RIE). 27 is formed from the
具体的には、まず、支持部11と固定部13とを区切る溝部に対応する領域において半導体層25を除去する。次に、上記の溝部,支持部11及び梁部12に対応する領域において支持層26を除去する。ここで、固定部13の支持部11を臨む内壁面30に、水平方向の断面積が基板27の厚み方向において主面27a側に比べて主面27b側で小さくなるように傾斜する傾斜領域31を形成する。傾斜領域31は、例えばSiからなる支持層26を異方性エッチングによりエッチングすることで得られる。エッチャントとしては、支持層26の結晶方位により水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液(TMAH)やKOH等から適宜選択することができる。例えば、支持層26の結晶方位が100面の場合にはKOHを用いればよい。
Specifically, first, the
さらに、上記の溝部に対応する領域において絶縁層24を除去する。以上のようにして、半導体層25、絶縁層24及び支持層26を貫通する溝部が形成され、当該溝部によりSOI基板27が内周側と外周側とに区切られ、支持部11と固定部13とが形成される。また、溝部の間欠部分(溝部が途切れる部分)における半導体層25により梁部12が形成される。
Further, the insulating
ここで、固定部13は、基板27の厚み方向に対して主面27a側に配置される、梁部12に接続される接続部13aと、接続部13aの主面27b側に配置される、傾斜領域31を有する傾斜壁部13bとで構成されるものとなる。これにより、固定部13は、支持部11,梁部12に比べて厚みが大きくなるように設定されている。
Here, the fixing
なお、図2(b)に示す例では、支持部11の主面27b側は、絶縁層24が露出しているが、傾斜壁部13bの厚みに比べて薄い範囲内であれば、支持層26が存在していてもよい。
In the example shown in FIG. 2 (b), the insulating
(B工程;錘部材22の固定)
次に、図2(c)に示すように、支持部11の主面27b側に接着剤22を配置する。続いて、図2(d)に示すように、錘部材16を傾斜領域31に当接させて配置した状態で、接着剤22により支持部11と錘部材16とを接合する。ここで、錘部材16は、傾斜領域16に少なくとも3点で支持されることで、所望の位置に自動的に配置された状態で固定される。このように、傾斜領域16を設けることで、錘部材16の支持部11に対する位置合わせを簡易に行なうことができる。
(Step B; fixing the weight member 22)
Next, as illustrated in FIG. 2C, the adhesive 22 is disposed on the
(C工程;間隙dの形成)
次に、図2(e)に示すように、傾斜領域31の表面をエッチングにより除去して、錘部材16と固定部13との間に間隙dを形成する。エッチャントとしては、錘部材16及び接着剤22に損傷を与えることなく、支持層26のみを除去できるようなものを選択すればよい。例えば、支持層26がシリコンからなり、錘部材16としてモリブデン、接着剤22としてポイリイミド,エポキシ,シリコーン等の樹脂材料を用いた場合には、エッチャントとしてKOHを用いることができる。これにより、支持層26を異方性エッチングすることができる。
(Step C; formation of gap d)
Next, as shown in FIG. 2E, the surface of the
また、間隙dは錘部材16が変位可能であればその大きさは適宜設定できる。例えば、下限は、加速度センサ素子のその素子の感度と加速度検出範囲とを考慮して設定し、上限は過度な加速度により生じる変位に起因する破損を考慮して設定すればよい。これにより、錘部材16が加速度により生じる力に応じて変位することができるようになる。以上のとおり、各工程により、センサ素子20は形成される。
Further, the size of the gap d can be appropriately set as long as the
なお、SOI基板27は、複数のセンサ素子20よりも広い面積を有しており、上述の各工程においては、1枚のSOI基板27から複数のセンサ素子20が形成される。各工程は、基本的には1枚のSOI基板27の複数のセンサ素子20に対して並行的に行われる。そして、C工程の後、SOI基板27は複数のセンサ素子20に分割される。
The
図3は、A工程における傾斜壁部13bの形状を説明する図であり、(a)、(b)は基板27を主面27b側から(下側から)見た図、図3(c)は基板27の斜視図である。図3においては、説明のため、固定部13の構成要素以外は省略しているものもある。
3A and 3B are views for explaining the shape of the
傾斜領域31は、図3(a)に示すように、支持部11を臨む内周面全周にわたり設けてもよい。また、図3(b)に示すように、支持部11の4辺に対応するように4箇所において傾斜領域31を設けてもよい。この場合には、傾斜領域31がない部分(例えば、固定部13の角部)においては、傾斜壁部13bと同等の厚みとなるように支持層26を残している。図3(b)においては、支持部11の4辺に対応するように傾斜領域31を設けたが、支持部11の4つの角部に対応する位置に設けてもよい。図3(c)に、傾斜領域31を支持部11の4つの角部に対応する位置(梁部12が形成されない位置)に配置し、さらに、この4つの角部に対応する位置以外において支持層26を除去した例を示す。このような構成とすることで、梁部12が固定部13の接続部13aに接続される部分に傾斜領域31が存在しないものとなる。これにより、同じ大きさの錘部材16を配置するのに必要な素子サイズを小さくすることができる。
(変形例1)
固定部13の傾斜壁部13bの形成方法の変形例について図4を用いて説明する。図4は、図2(b)に示す工程の変形例を示す、断面図である。
(A1工程)
図2(a)で示す工程に続いて、基板27の支持層26を主面27b側からICP−RIEによりエッチングして、第1凹部40を形成する。第1凹部40は、支持層26で構成される底面40aと内周部に主面27bに垂直な第1内壁面40bとを有する。
(A2工程)
A1工程に続いて、第1凹部40の底面40aにウェットエッチングにより第2凹部41を形成する。第2凹部41は、絶縁層25からなる底面41bと、内周部に主面27a側に比べて主面27b側において断面形状が小さくなるように傾斜する第2内壁面41bとを有する。第2内壁面41bは第1内壁面40bに続いて形成されている。第2内壁面41bを傾斜させるためには、図2(b)、(e)において説明したように、異方性エッチングを行なうことで実現することができる。
As shown in FIG. 3A, the
(Modification 1)
A modification of the method of forming the
(Step A1)
Following the step shown in FIG. 2A, the
(Step A2)
Subsequent to the step A1, the
そして、A2工程で形成した第2内壁面41bを、傾斜領域31とすることで、図2(c)以降の各工程を行ない、図5(b)に示すような加速度センサ素子を製造することができる。
Then, the second
なお、このようなA1工程、A2工程を経ることで、固定部13の傾斜壁部13bの内壁面は、基板27の主面27b側から順に、基板27の主面27bに垂直な垂直領域(第1内壁面40b)とこの垂直領域40bにつながる傾斜領域31(41b)を有する構成となる。
In addition, by passing through such A1 process and A2 process, the inner wall surface of the
このような構成により、同じ大きさの錘部材16を配置するのに必要な基板27のサイズを小さくすることができるので、加速度センサ素子を小型化することができる。
(変形例2)
図2に示す工程では、傾斜壁部13bの傾斜領域31は支持層26が露出した状態であったが、A工程において、図2(b)と同様の形状に基板27を加工した後、内壁面30に層を形成し、B工程において、錘部材16をこの層に当接させるように配置し、C工程において、この層を除去することで、錘部材16と固定部13との間に間隙を設けるようにして、加速度センサ素子を製造してもよい。
With such a configuration, the size of the
(Modification 2)
In the step shown in FIG. 2, the
この場合には、傾斜領域は支持層26上に設けられた層により構成される。この層は、C工程でエッチングにより除去できればその材料は限定されず、例えば樹脂や無機材料を用いることができる。例えば、層が樹脂からなる場合には、アッシャ処理すればよい。なお、本明細書中では、このような樹脂のアッシャ処理もエッチングに含むものとする。
(まとめ)
上述のような方法において製造した加速度センサ素子は、錘部材16の位置合わせを容易に高精度に行なうことができるので、検出精度の安定した、生産性の高いものとなる。
(加速度センサ素子の構成)
次に、上述の方法において製造した加速度センサ素子について図1、図5(a)を用いて詳述する。図5(a)は、図2に示す方法により製造した加速度センサ素子の断面図である。
In this case, the inclined region is constituted by a layer provided on the
(Summary)
Since the acceleration sensor element manufactured by the method as described above can easily align the
(Configuration of acceleration sensor element)
Next, the acceleration sensor element manufactured by the above-described method will be described in detail with reference to FIG. 1 and FIG. FIG. 5A is a cross-sectional view of an acceleration sensor element manufactured by the method shown in FIG.
支持部11は、平面形状が略正方形をなし、その一辺の長さは例えば0.25mm〜0.5mmに設定される。また支持部11の厚みは例えば5μm〜20μmに設定される。付属錘部21は、支持部11と同様に平面形状が、略正方形をなし、その一辺の長さは例えば0.1mm〜0.4mmに設定される。また付属錘部21の厚みは、支持部11と同じ厚みを有するように例えば5μm〜20μmに設定される。なお、付属錘部21の厚みは支持部11の厚みは異なっていてもよい。支持部11および付属錘部21の平面形状は正方形に限られず、円や長方形など任意の形状が可能である。支持部11と付属錘部21は、例えばSOI基板27を加工することにより一体的に形成されている。
The
このような支持部11および付属錘部21を囲繞するようにして枠状の固定部13が形成されている。固定部13は、平面形状が略正方形をなし、中央部に支持部11および付属錘部21より若干大きい略正方形の開口部を有している。固定部13は、その一辺が例えば0.8mm〜3.0mmに設定され、固定部13の接続部13aを構成するアームの幅(アームの長手方向と直交する方向の幅。図1のw)は例えば0.1mm〜1.8mmに設定される。また固定部13の厚み(図1のt)は、例えば0.2mm〜0.625mmに設定される。
A frame-shaped fixing
支持部11の裏面には、接着剤22が配置されており、この接着剤22により、錘部材16が支持部11に固定されている。
An adhesive 22 is disposed on the back surface of the
接着剤22は、支持部11と錘部材16とを接合することができるとともに、上述のエッチングを行なう工程においてエッチャントにより損傷しない材料であれば特に限定されないが、例えば、ポリイミド、エポキシ、シリコーン等を用いることができる。
The adhesive 22 is not particularly limited as long as it can join the supporting
錘部材16は、錘部17が所望の質量を得るように、適宜材料を選択すればよいが、同じ大きさで加速度の検出感度を高めるためには、支持部11よりも比重の大きい材料を用いることが好ましい。例えば、支持部11がシリコンによって形成されているのに対し、錘部材16は、イリジウム、オスミウム、白金、レニウム、金、タングステン、ウラン、タンタル、パラジウム、ルテニウム、タリウム、鉛、銀、モリブデン、ルテチウム、ビスマスにより形成すればよい。
The material of the
錘部材16の形状及び大きさは適宜に設定されてよい。円筒状、直方体状、大きさの異なる円筒や直方体を重ねた形状でもよい。大きさは、加速度に対する感度を上げるために、可能な限り大きくすることが好ましく、傾斜壁部13bと間隙をあけて配置できる範囲で支持部11よりも大きくする。錘部材16の厚さは、例えば、SOI基板27の支持層26の厚さと同等に設定される。ただし、センサ素子20を実装するときに、固定部13の主面27bを平坦な基板に配置する場合には、可動範囲を確保するために錘部材16の底面(接着剤22に接続されている側と反対側の面)が支持層26の主面27bよりも主面27a側に配置されるような厚みとすることが好ましい。
The shape and size of the
このような固定部13と支持部11との間には図1に示すように梁部12が設けられている。梁部12は、一方端が支持部11の各辺の上面側中央部に連結され、他方端が固定部13の内周における各辺の上面側中央部に連結されており、本実施形態におけるセンサ素子20では、4本の梁部12が設けられている。
A
梁部12は可撓性を有し、センサ素子20に加速度が加わると錘部17が動き、錘部17の動きに伴って梁部12が撓むようになっている。梁部12は、例えば長手方向の長さが0.1mm〜0.8mmに設定され、幅(長手方向と直交する方向の長さ)が0.01mm〜0.2mmに設定され、厚みが5μm〜20μmに設定されている。このように梁部12を細長く且つ薄く形成することによって可撓性が発現される。
The
このような梁部12の上面には複数の抵抗素子15が形成されている。抵抗素子15は、より具体的には、半導体層25がn型のSOI基板27にボロンを打ち込むことにより形成されたピエゾ抵抗素子である。本実施形態では、3軸方向(図1に示した3次元直交座標系におけるX軸方向、Y軸方向、Z軸方向)の加速度を検出できるように梁部12の所定の位置にこれらの抵抗素子15が形成されている。
A plurality of
例えば、X軸方向に伸びる2つの梁部12には、X軸方向の加速度を検出するための4個の抵抗素子15が設けられており、それぞれの梁部12に2個ずつ配置されている。これら4個の抵抗素子15のうち、固定部13側に配された抵抗素子同士を直列に接続し、支持部11側に配された抵抗素子同士を直列に接続し、これらを並列に接続することでブリッジ回路を構成している。またY軸方向に伸びる2つの梁部12には、Y軸方向の加速度を検出するための4個の抵抗素子15が設けられており、これらの抵抗素子15を、X軸方向の加速度検出用の抵抗素子15と同様に配置し、抵抗素子同士の接続を行うことによってブリッジ回路を構成している。
For example, two
また、図示ししていないがZ軸方向の加速度を検出するための4個の抵抗素子15が、X軸方向に伸びる2つの梁部12に、X軸方向の加速度を検出するための4個の抵抗素子15それぞれと並ぶようにして形成されている。このZ軸方向の加速度検出用の抵抗素子15は、X軸方向の加速度検出用の抵抗素子15とは、抵抗素子同士の接続の仕方が異なっており、本実施形態では、X軸方向に伸びる2本の梁部12のうち一方の梁部12に設けられた固定部13側の抵抗素子15と、他方の梁部12に設けられた支持部11側の抵抗素子15とを直列接続してブリッジ回路を構成している。
Although not shown, four
このようなブリッジ回路が組まれたセンサ素子20に加速度が加わると、上述したように梁部12が撓み、この撓みに応じて抵抗素子15が変形するため、ブリッジ回路で検出する出力電圧が変化する。この抵抗値の変化に基づく出力電圧の変化を電気信号として取り出し、これを外部のICで演算処理することによって印加された加速度の方向並びに大きさを検知することができる。
When acceleration is applied to the
また、ICは、加速度センサ素子に設けてもよい。なおZ軸方向の加速度検出用の抵抗素子15は、X軸方向に伸びる梁部12に設けたのと同様にして、Y軸方向に伸びる2つの梁部12に設けるようにしてもよい。
Further, the IC may be provided in the acceleration sensor element. The
固定部13の上面には、抵抗素子15と電気的に接続される素子側電極パッド14が設けられており、この素子側電極パッド14を介して抵抗素子同士の接続や抵抗素子15からの電気信号の外部への取り出しなどを行っている。
An element-
以上の実施形態によれば、センサ素子20は、精度よく錘部材16を支持部11に位置決めして固定することができる。例えば、フォトリソにより固定部13の傾斜壁部13bを形成する場合には、フォトリソの精度と同等の精度で錘部材16を位置決めすることができる。
According to the above embodiment, the
また、錘部材16は、絶縁層24を介して固定されることから、錘部材16として導電性の材料を使用しても、錘部材16は、半導体層25に電気的影響をほとんど及ぼさない。従って、錘部材16の材料の選択の幅を広げることができる。
In addition, since the
本発明は、以上の実施形態や変形例に限定されず、種々の態様で実施されてよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and may be implemented in various aspects.
例えば、SOI基板ではなくSi基板を用いてもよい。また、梁部の形状をダイヤフラム形状としてもよい。 For example, an Si substrate may be used instead of the SOI substrate. The shape of the beam portion may be a diaphragm shape.
加速度センサ素子は、3軸方向の加速度を計測するものに限定されない。例えば、加速度センサ素子は、1軸方向の加速度を計測するものであってもよい。支持部は、付属錘部を有しないものであってもよい。 The acceleration sensor element is not limited to the one that measures the acceleration in the triaxial direction. For example, the acceleration sensor element may measure acceleration in one axis direction. The support part may not have an attached weight part.
11・・・支持部
12・・・梁部
13・・・固定部
13a・・接続部
13b・・傾斜壁部
14・・・素子側電極パッド
15・・・抵抗素子
16・・・錘部材
20・・・センサ素子
22・・・接着剤
31・・・傾斜領域
DESCRIPTION OF
Claims (5)
基板を加工して、前記基板の一主面側から厚み方向に順に、前記支持部を囲繞するとともに前記梁部と連結された接続部と、前記基板の一主面側に比べて他主面側で水平方向における断面積が小さくなるように前記支持部に対向する内壁面が傾斜する傾斜領域を有する傾斜壁部とを有する、前記支持部および前記梁部に比べて厚みが厚い固定部を形成するA工程と、
前記錘部材を前記傾斜壁部の前記傾斜領域に当接させた状態で前記支持部に固定するB工程と、
前記傾斜壁部の前記傾斜領域の表面をエッチングにより除去して、前記錘部材と前記傾斜壁部との間に間隙を設けるC工程と、を有する加速度センサ素子の製造方法。 A support part, a fixing part surrounding the support part, a beam part connected between the support part and the fixing part, and a weight member connected to the support part, and acceleration is caused by bending of the beam part. A method of manufacturing an acceleration sensor element to detect,
A substrate is processed, and in order from the one main surface side of the substrate in the thickness direction, the support portion is surrounded and connected to the beam portion, and the other main surface as compared with the one main surface side of the substrate A fixed portion having a thicker thickness than the support portion and the beam portion, and an inclined wall portion having an inclined region in which an inner wall surface facing the support portion is inclined so that a cross-sectional area in the horizontal direction is reduced on the side. A step to be formed;
B step of fixing the weight member to the support portion in a state where the weight member is in contact with the inclined region of the inclined wall portion;
And a C step of removing a surface of the inclined region of the inclined wall portion by etching to provide a gap between the weight member and the inclined wall portion.
前記傾斜壁部の内壁面は、前記基板の一主面側から他主面側に向けて、前記傾斜領域とそれに続く前記基板の他主面に垂直な垂直領域とを有し、
前記傾斜壁部は、
前記A工程において、前記基板の他主面側のSiからなる領域に、ICP−RIEにより前記基板の一部を除去して、内周部に前記基板の他主面に垂直な第1内壁面を有する第1凹部を形成するA1工程と、
前記A1工程の後に、ウェットエッチングにより前記第1凹部の底面の前記基板の一部を除去して、前記第1内壁面に続いて、内周部に前記基板の一主面側に比べ他主面側の断面形状が小さくなるような第2内壁面を有する前記第2凹部を形成するA2工程と、を経て形成され、
前記第1内壁面が前記垂直領域であり、前記第2内壁面が前記傾斜領域である、請求項1乃至3のいずれかに記載の加速度センサ素子の製造方法。 The other main surface side of the substrate is made of Si,
The inner wall surface of the inclined wall portion has the inclined region and the subsequent vertical region perpendicular to the other main surface of the substrate from one main surface side to the other main surface side of the substrate,
The inclined wall portion is
In the step A, a part of the substrate is removed by ICP-RIE in a region made of Si on the other main surface side of the substrate, and a first inner wall surface perpendicular to the other main surface of the substrate is formed in the inner peripheral portion. A1 step of forming a first recess having
After the step A1, a part of the substrate on the bottom surface of the first recess is removed by wet etching, and the main surface side of the substrate is different from the main surface side of the substrate, following the first inner wall surface. Forming the second recess having the second inner wall surface such that the cross-sectional shape of the surface side becomes smaller, and the A2 step,
The method for manufacturing an acceleration sensor element according to any one of claims 1 to 3, wherein the first inner wall surface is the vertical region, and the second inner wall surface is the inclined region.
厚み方向から順に、前記支持部を囲繞する枠状の接続部と、前記支持部と対向する内周面に、断面形状が徐々に小さくなるように傾斜する傾斜領域とそれに続く断面形状が一定となるような垂直領域を有する傾斜壁部と、を有する固定部と、
一方端が前記固定部の前記接続部に連結され、他方端が前記錘部に連結される梁部と、
前記梁部に設けられ、前記梁部の撓みに伴って抵抗値が変わる抵抗素子と、
前記固定部の前記傾斜領域と間隙をあけて配置され、前記支持部に固定される錘部材と、
を有する加速度センサ素子。
A support part;
In order from the thickness direction, a frame-shaped connecting portion that surrounds the support portion, an inclined region that is inclined so that the cross-sectional shape gradually decreases on the inner peripheral surface facing the support portion, and a subsequent cross-sectional shape are constant An inclined wall having a vertical region, and a fixed part having
A beam portion having one end coupled to the connection portion of the fixed portion and the other end coupled to the weight portion;
A resistance element provided in the beam portion, the resistance value of which changes with the deflection of the beam portion;
A weight member that is disposed with a gap from the inclined region of the fixing portion and is fixed to the support portion;
An acceleration sensor element.
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---|---|---|---|
JP2009043607A JP2010197270A (en) | 2009-02-26 | 2009-02-26 | Method of manufacturing acceleration sensor element and acceleration sensor element |
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2009
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