JP2011033617A - １軸加速度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 少ない工程で製造できる１軸加速度センサを提供する。
【解決手段】 支持部（Ｓ）と、平行する二つの面に内周面が開口している凹部（５０）が形成され前記凹部内に重心を有する錘部（Ｍ）と、一端が前記支持部と結合し他端が前記凹部の底面に結合している板ばね形の可撓部（Ｆ）と、前記可撓部の長手方向の両端近傍でかつ前記可撓部の短手方向の両端近傍に少なくとも２つずつ互いに前記可撓部の厚さ方向に離間して設けられる歪み検出素子（Ｐ１〜Ｐ４）と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）センサに関し、特に１軸加速度センサに関する。

従来より、片持ち梁型の加速度センサが知られている（例えば特許文献１〜４）。特許文献１には、錘部と支持部とを連結し可撓性を有する可撓部に加速度検出方向に離間してピエゾ抵抗が設けられている構成が記載されている。特許文献２および特許文献３には、支持部と錘部とを連結する板ばね形の可撓部の側面（板ばねの撓む方向に垂直な面に対する側面）にピエゾ抵抗を設ける構成が記載されている。特許文献４には、支持部と錘部とを連結する板ばね形の可撓部の厚さ方向に垂直な二つの面（板ばねの表裏両面）にピエゾ抵抗を設ける構成が記載されている。

特開平８−１６００６６号公報 特開平９−２３７９０１号公報 特開平９−２３２５９６号公報 特開平１１−１６０３４６号公報

特許文献１の加速度センサは、錘部の重心が可撓部の先端より先に存在するため、錘部に慣性力が加わると可撓部は弓なりに撓む。弓なりに撓む場合に感度よく歪みを検出するためのブリッジ回路を構成するには各ピエゾ抵抗を結線する配線が交差する。具体的には、例えば図７Ａに示すように、可撓部Ｆの支持部Ｓとの結合部の両縁と、錘部Ｍとの結合部の両縁とに４つのピエゾ抵抗ｒ１〜ｒ４が形成されているとする。逆極性の抵抗値変化を示すピエゾ抵抗ｒ１とｒ２を直列接続し、両端および相互接続点を電極パッドＢＰに引き出す配線ｗ１を形成すると、図７Ａに示すように抵抗ｒ１，ｒ２と配線ｗ１が可撓部Ｆの全幅を横断する。また、ピエゾ抵抗ｒ１が形成されている可撓部Ｆの縁に沿って形成されｒ１と同極性であるピエゾ抵抗ｒ３と、ピエゾ抵抗ｒ２が形成されている縁に沿って形成されｒ２と同極性であるピエゾ抵抗ｒ４と、を直列接続し、それらの抵抗の両端及び相互接続点を電極パッドＢＰに引き出す配線ｗ２を形成しようとすると、配線ｗ１と交差するクロス配線となる。クロス配線を形成するには、少なくとも２層の配線層が必要となる。可撓部Ｆの縁とピエゾ抵抗との間に配線用スペースを確保すれば、１層配線でブリッジ回路を形成することも可能となるが、ピエゾ抵抗を可撓部Ｆの縁から離して形成すると、測定精度の低下を招く。抵抗ｒ１とｒ４、ｒ２とｒ３を直列接続する場合も、クロス配線が必要となる。
特許文献２および３の加速度センサにおいても、錘部の重心が可撓部の先端より先にあるため可撓部は弓なりに変形する。特許文献４の加速度センサにおいても同様に可撓部は弓なりに変形する。また特許文献４はピエゾ抵抗を板ばね型の可撓部の表裏両面に形成するため、同じ面に形成する場合よりも製造工程が増加する。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたもので、少ない工程で製造できる１軸加速度センサを提供することを目的の１つとする。

（１）上記目的を達成するための１軸加速度センサは、支持部と、平行する二つの面に内周面が開口している凹部が形成され前記凹部内に重心を有する錘部と、一端が前記支持部と結合し他端が前記凹部の底面に結合している板ばね形の可撓部と、前記可撓部の長手方向の両端近傍でかつ前記可撓部の短手方向の両端近傍に少なくとも２つずつ互いに前記可撓部の厚さ方向に離間して設けられる歪み検出素子と、を備える。

本発明の１軸加速度センサが、可撓部の厚さ方向に加速したとき、支持部を基準にすると、支持部に対して錘部（凹部内に重心がある）は、加速方向と逆方向に平行移動しようとするが、凹部の底部に可撓部が結合しているため、錘部は加速方向と逆方向に移動しつつ、凹部の底部を中心として加速方向に回転する。そのために可撓部は弓なりではなく略Ｓ字に変形する。可撓部の長手方向の両端近傍でかつ可撓部の短手方向の両端近傍に少なくとも２つずつ互いに厚さ方向に離間して設けられている（すなわち少なくとも４つ設けられている）歪み検出素子は、可撓部が略Ｓ字形状に変形したとき、曲部の内側には圧縮応力が発生し、曲部の外側には引っ張り応力が発生する。すなわち、引っ張り応力が作用している歪み検出素子の一つを第一の歪み検出素子とすると、第一の歪み検出素子と厚さ方向に隣り合う第二の歪み検出素子には圧縮応力が作用する。また、第二の歪み検出素子と可撓部の長手方向に隣り合う第三の歪み検出素子には引っ張り応力が作用し、第一の歪み検出素子と可撓部の長手方向に隣り合う第四の歪み検出素子には圧縮応力が作用する。そのため厚さ方向および長手方向に隣り合う上記の４つの歪み検出素子を結線してブリッジ回路を構成すると、可撓部が略Ｓ字形状に変形したとき隣り合う歪み検出素子の抵抗値の差が大きくなり出力電圧が変化する。隣り合う歪み検出素子を結線してブリッジ回路を構成するため、配線が交差する箇所がなく、そのため、配線層を多層に設ける必要がないので製造工程を少なくできる。

（２）上記目的を達成するための１軸加速度センサは、支持部と、錘部と、一端が前記支持部と結合し他端が前記錘部と結合している板ばね形のＮ（Ｎは２以上の整数）個の可撓部であって、各前記可撓部の長手方向が互いに平行であるＮ個の可撓部と、前記可撓部の長手方向の両端近傍でかつ前記可撓部の短手方向の両端近傍に少なくとも２つずつ互いに前記可撓部の厚さ方向に離間して設けられる歪み検出素子と、を備える。

本発明では、互いに平行な複数の可撓部が錘部と支持部とを連結しているため、錘部に可撓部の厚さ方向の慣性力が作用したとき、複数の可撓部が錘部の回転運動を妨げるため、錘部は厚さ方向に平行移動する。すなわち、一本の可撓部が錘部と支持部とを連結し錘部の重心が可撓部の錘部側の端部より先にある場合は、支持部と連結する可撓部の端部を固定端として錘部が円弧上を運動しようとする（可撓部は弓なりに撓む）が、本発明では複数の可撓部が錘部と支持部とを連結しているため、錘部が円弧を描いて運動することを互いに規制するため、錘部は平行移動する。錘部が支持部に対して平行移動したとき、各可撓部は略Ｓ字形状に変形する。そのため、各可撓部において、可撓部の長手方向および厚さ方向にそれぞれ隣り合う４つの歪み検出素子を結線してブリッジ回路を構成し、可撓部が略Ｓ字形状に変形したとき出力電圧の変化を検出することができる。隣り合う歪み検出素子を結線してブリッジ回路を構成するため、配線が交差する箇所がなく、そのため、配線層を多層に設ける必要がない。また、複数の可撓部の歪みを平均等の統計処理をして加速度を導出することにも応用でき、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。

（３）上記目的を達成するための１軸加速度センサにおいて、前記錘部は、前記可撓部の前記他端より前記可撓部の長手方向の前記可撓部側に突出している凸部を含んでいてもよい。
この構成によると、限られた空間内で、可撓部を長手方向により長く、また、錘部の体積を大きく（質量を多く）することができる。そのため、加速度センサの感度を向上させることができる。

（４）上記目的を達成するための１軸加速度センサにおいて、前記錘部には、平行する二つの面に内周面が開口している前記Ｎ個の凹部が形成され、前記Ｎ個の前記可撓部の前記他端はそれぞれ、前記Ｎ個の凹部の底面に結合していてもよい。
この構成によると、錘部の表面積が増加する。そのためエアダンピング効果を高めることができ、例えば特定の周波数の振動を速く減衰させること等ができる。

（５）上記目的を達成するための１軸加速度センサにおいて、前記可撓部の厚さ方向において、前記可撓部の両端部の幅は、前記可撓部の中央部の幅より狭くてもよい。
この構成によると、錘部に慣性力が働いたとき、可撓部の両端部において変形を生じやすくすることができる。そのため、加速度センサの感度を向上させることができる。

（１Ａ）は第一実施形態にかかる加速度センサの上面図、（１Ｂ）〜（１Ｄ）はその断面図。 （２Ａ）は第一実施形態にかかる加速度センサの動作を説明するための図、（２Ｂ）は歪みを検出するための回路図。 第一実施形態にかかる加速度センサの動作時のミーゼス応力の等高線図。 （４Ａ）〜（４Ｅ）は第一実施形態にかかる加速度センサの製造方法を示す断面図。 （５Ａ）は第二実施形態にかかる加速度センサの上面図、（５Ｂ）はその断面図。 （６Ａ）〜（６Ｂ）は第二実施形態の変形例を示す図。 （７Ａ）は従来の配線の構成を示す図、（７Ｂ）は第一実施形態にかかる配線の構成を示す図。 （８Ａ）〜（８Ｃ）は第一実施形態の変形例を示す図。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら以下の順に説明する。尚、各図において対応する構成要素には同一の符号が付され、重複する説明は省略される。

１．第一実施形態
（構成）
図１および図２は、本発明による１軸加速度センサ（以降、単に加速度センサという）の第一実施形態を示している。図１Ａは加速度センサ１の上面図、図１Ｂは図１ＡのＢＢ線における断面図、図１Ｃは図１ＡのＣＣ線における断面図、図１Ｄは図１ＡのＤＤ線における断面図を示している。説明の便宜のために図１に示すように直交するｘｙｚ軸を定める。加速度センサ１はｙ軸方向（静止状態における可撓部Ｆの厚さ方向）の加速度を検出するセンサである。加速度センサ１はＭＥＭＳとして構成され、単結晶珪素（Ｓｉ）からなるバルク層１０、二酸化珪素（ＳｉＯ_２）などからなる絶縁層１１、アルミニウム（Ａｌ）等からなる配線部１３、窒化シリコン（Ｓｉ_ｘＮ_ｙ）などからなるパッシベーション層１２などで構成される積層構造体である。加速度センサ１は、図示しないパッケージに収容され、パッケージ内部に支持部Ｓが固定される。

加速度センサ１は、矩形枠形態を有する支持部Ｓと、支持部Ｓの内側に一端が結合している板ばね形の可撓部Ｆと、可撓部Ｆの他端に結合している錘部Ｍと、可撓部Ｆのｘｙ平面に平行な面における長手方向（ｘ軸方向）の両端近傍でかつ短手方向（ｙ軸方向）の両端近傍に設けられたピエゾ抵抗素子Ｐ１〜Ｐ４（歪み検出素子）を備えている。図１Ｂおよび図２Ａにおいては、各構成要素の境界を点線で示している。加速度センサ１は、錘部Ｍに作用する力に応じた可撓部Ｆの変形をピエゾ抵抗素子Ｐ１〜Ｐ４によって電気信号に変換することによって加速度を検出することができる。支持部Ｓは、バルク層１０と絶縁層１１とパッシベーション層１２とで主に構成される。バルク層１０の厚さは６２５μｍ、絶縁層１１の厚さは１μｍ、パッシベーション層１２の厚さは０．５μｍである。

錘部Ｍは、平行する二つの面に内周面が開口している凹部５０が形成された、コの字形状を有しており（錘部は少なくとも平行する二つの面を有する立体であればよい。本実施形態の錘部Ｍは、直方体の６面のうちの１面に凹部が形成されており、その凹部の内周面の一部が、当該１面に接し互いに平行な二つの面に達しており、凹部の内周面が当該平行な二つの面に開口している。そのため、錘部Ｍは、底面がコの字形の８角柱形状をしている。なお当該１面はｙｚ平面に平行であり、当該平行な二つの面はｘｙ平面に平行である。）、錘部Ｍの重心は当該凹部５０の内部にある。錘部Ｍは、バルク層１０と絶縁層１１とパッシベーション層１２とで主に構成される。可撓部Ｆは、板ばね形を有しており、錘部Ｍの凹部５０の底面と結合している。可撓部Ｆは、バルク層１０と絶縁層１１とパッシベーション層１２とで主に構成される。すなわち、可撓部Ｆと支持部Ｓと錘部Ｍは同じ積層構造を有しており、ｚ軸方向の厚さが等しい。可撓部Ｆは、後述するようにｙ軸方向の長さがｘ軸方向の長さやｚ軸方向の長さに比べて十分短い。そのため可撓部Ｆに関しては、ｙ軸方向を板ばねの「厚さ方向」と呼ぶ。また、本実施形態において、可撓部Ｆの短手方向と厚さ方向はともにｙ軸と平行な方向を意味する。

錘部Ｍのｙ軸方向の全長Ｗ１は８００μｍ、凹部５０の深さＷ４は７００μｍ、凹部５０の底面からｘ軸方向の錘部Ｍの端部までの長さＷ５は１００μｍである。
ｘｙ平面に平行な面において、可撓部Ｆのｘ軸方向の両端近傍でかつｙ軸方向の両端近傍のバルク層１０には、前述のピエゾ抵抗素子Ｐ１〜Ｐ４が形成されている。ピエゾ抵抗素子Ｐ１〜Ｐ４は、ｘ軸方向がｙ軸方向よりも長く形成されている。具体的には、各ピエゾ抵抗素子のｙ軸方向の長さは１．５μｍ〜２．０μｍ、ｘ軸方向の長さは１０μｍ以上でかつ可撓部Ｆのｘ軸方向の長さの半分以下である。ピエゾ抵抗素子のｘ軸方向の長さを１０μｍ未満とすると、実用上十分な均一性を得ることが難しい。また、ピエゾ抵抗素子のｘ軸方向の長さは可撓部Ｆのｘ軸方向の長さの１／２未満である必要があり、１／３以下であることがより好ましい。なお錘部Ｍの重心Ｇは、可撓部Ｆに形成されたピエゾ抵抗素子Ｐ１〜Ｐ４によって画定される領域内に位置していることが望ましい。

幅１．５μｍ〜２．０μｍのピエゾ抵抗素子をｙ軸方向に離間して配置するために、可撓部Ｆのｙ軸方向の幅Ｗ３は５μｍ以上であることが好ましい。可撓部Ｆの断面２次モーメントは、可撓部Ｆの幅Ｗ３の３乗に比例する。可撓部Ｆの幅Ｗ３が３０μｍを超える場合、必要な感度を得るためには錘部Ｍを大きくしなければならなくなる。例えば、素子サイズ（支持部Ｓのｘｙ平面における外形のサイズ）が１ｍｍ×１ｍｍで可撓部Ｆの幅Ｗ３が１０μｍである加速度センサと同等の感度を、可撓部Ｆの幅Ｗ３を３０μｍとして実現するには素子サイズは３０ｍｍ×３０ｍｍである必要がある。したがって、可撓部Ｆの幅Ｗ３は５μｍ以上３０μｍ以下が好ましく、５μｍ以上２０μｍ以下がより好ましい。
可撓部Ｆの中心軸（ｙ軸と平行な方向における可撓部Ｆの中点を結ぶ線）を基準として錘部Ｍは線対称の形状にある。例えば可撓部Ｆの幅Ｗ３が３０μｍの場合は、錘部Ｍの凹部５０の両外側の幅Ｗ２は３７０μｍとする。

ピエゾ抵抗素子Ｐ１〜Ｐ４の両端には低抵抗部６０がそれぞれ形成されている。絶縁層１１にはコンタクトホールが形成されており、ピエゾ抵抗素子Ｐ１〜Ｐ４は低抵抗部６０を介してコンタクトホール内の配線部１３に接続する。ピエゾ抵抗素子Ｐ１〜Ｐ４は図１Ａおよび図７Ｂに示すように、ｙ軸方向およびｘ軸方向に隣り合う素子同士で結線されブリッジ回路が構成されている（図２Ｂ参照）。可撓部Ｆの同じ縁に沿って形成されたピエゾ抵抗素子Ｐ１とＰ４、および、Ｐ２とＰ３はそれぞれ互いに逆極性の抵抗値変化を示す素子である。ピエゾ抵抗素子Ｐ１とＰ２、およびＰ３とＰ４もそれぞれ互いに逆極性の抵抗値変化を示す。互いに逆極性のピエゾ抵抗素子Ｐ１とＰ４を直列接続する配線、および、Ｐ２とＰ３を直列接続する配線は、可撓部Ｆの縁（ｘ軸方向）と平行にのびる。また、錘部Ｍ側のピエゾ抵抗素子Ｐ３とＰ４の接続点を電極パッドＢＰに引き出す配線と、ピエゾ抵抗素子Ｐ１とＰ４の接続点を電極パッドＢＰに引き出す配線と、ピエゾ抵抗素子Ｐ２とＰ３の接続点を電極パッドＢＰに引き出す配線とは互いに交差しない。したがって本実施形態では配線を立体的に交差させる必要がないため、配線部１３を形成するための配線層は絶縁層１１上に一層形成されるだけでよい。そのため配線層を多層化する構成と比較すると製造工程を少なくすることができる。加速度センサ１の製造方法については後述する。

（動作）
錘部Ｍがｙ軸方向の力を受けｙ軸方向に加速移動したとき、可撓部Ｆは図２Ａに示すように略Ｓ字形状に変形する。図３はこのときのシミュレーション結果であり、１Ｇの加速度が印加された際のミーゼス応力の等高線図を示している。シミュレーションの結果から、可撓部Ｆは略Ｓ字に変形することが分かる。黒点含有率が高いハッチングほどミーゼス応力が大きいことを示している。図２Ａは、ピエゾ抵抗素子Ｐ２，Ｐ４が圧縮され、ピエゾ抵抗素子Ｐ１，Ｐ３が引っ張られている状態を示している。可撓部ＦがＳ字形状に変形すると、図２Ｂに示すブリッジ回路において隣り合うピエゾ抵抗の抵抗値の差が広がり、出力電圧が変化する。この出力電圧の変化から加速度を導出することができる。

なお、弓なりに可撓部Ｆが変形する構成と比較して、可撓部ＦがＳ字形状に変形する構成では、可撓部Ｆの錘部Ｍと結合する端部の角度変化を小さくすることができる。その結果、錘部Ｍの角度変化をも小さくすることができる。そのため、衝撃によって錘部Ｍが支持部Ｓの内周に衝突するような場合にも、錘部Ｍの角が破損しにくい。

（製造方法）
図４は加速度センサ１の製造方法を説明するための断面図である。まず、図４Ａに示すように、バルク層１０となる単結晶シリコン基板上にフォトレジストからなる保護層Ｒ１を形成し、露出しているバルク層１０の表面に不純物イオンを注入し低抵抗部６０を形成する。例えば、不純物イオンとしてホウ素（Ｂ）イオンを２×１０^２０／ｃｍ^３の濃度で注入する。保護層Ｒ１を除去した後、アニール処理を行い、注入した不純物イオンを活性化させる。

続いて、図４Ｂに示すようにフォトレジストからなる保護層Ｒ２を形成し、保護層Ｒ２の開口部に露出しているバルク層１０の表面に不純物イオンを導入し、ピエゾ抵抗素子Ｐ１〜Ｐ４を形成する。例えば、Ｂイオンを２×１０^１８／ｃｍ^３の濃度で注入した後、保護層Ｒ２を除去し、Ｂイオンを活性化させる。続いて、図４Ｃに示すように、バルク層１０の表面に絶縁層１１を形成し、フォトレジストからなる保護層Ｒ３を用いて絶縁層１１にコンタクトホールＨ１を形成する。絶縁層１１としては例えば、プラズマ−ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いて厚さ１μｍのＳｉＯ_２あるいはＳｉ_ｘＮ_ｙを成膜する。ＬＰ（Low Pressure）−ＣＶＤを用いてＳｉＯ_ｘＮ_ｙを成膜してもよい。コンタクトホールＨ１の形成には、例えばＣＨＦ_３を用いた反応性イオンエッチング法を用いる。その後、保護層Ｒ３を除去する。

続いて、絶縁層１１の表面に配線層を形成し、図４Ｄに示すように、フォトレジストからなる保護層Ｒ４を用いて配線層をエッチングして配線部１３を形成する。配線層には例えば、厚さ０．６μｍのＡｌを用いる。Ａｌを成膜する前に密着層として厚さ３００ＡのＴｉを成膜してもよい。また、バリアメタルとしてＴｉＮｘを成膜してもよい。また、Ａｌの代わりにＡｌＳｉやＡｌＳｉＣｕを用いてもよい。配線層のエッチングには、例えばＣｌ_２ガスを用いた反応性イオンエッチングを採用する。配線層をエッチングして配線部１３を形成した後、保護層Ｒ４を除去する。

続いて、絶縁層１１および配線部１３を覆うパッシベーション層１２を成膜し、図示しない保護層を用いてパッシベーション層１２をエッチングして開口を形成し電極パッド（配線部１３）を露出させ、保護層を除去する（図１Ｄ）。パッシベーション層１２のエッチングには、ＣＨＦ_３ガスを用いた反応性イオンエッチングを採用する。続いて、図４Ｅに示すように、フォトレジストからなる保護層Ｒ５を用いて、パッシベーション層１２と絶縁層１１とバルク層１０をエッチングすることによって、支持部Ｓと可撓部Ｆと錘部Ｍを形成する。具体的には例えば、パッシベーション層１２と絶縁層１１のエッチングには、ＣＨＦ_３ガスによる反応性イオンエッチングを行う。続いて、保護層Ｒ５とパッシベーション層１２と絶縁層１１とをマスクに用いて、バルク層１０をＤｅｅｐ−ＲＩＥによりエッチングする。Ｄｅｅｐ−ＲＩＥには、Ｃ_４Ｆ_８プラズマによる保護ステップと、ＳＦ_６プラズマによるエッチングステップを短く交互に繰り返すボッシュプロセスを用いる。エッチング終了後、保護層Ｒ５を除去する。以上の工程によって、図１に示す加速度センサ１を製造することができる。

（変形例）
ここまで、支持部Ｓのｘｙ平面形状が矩形であり、錘部Ｍの形状が直方体に凹部が形成されたコの字形状である構成を説明したが、これに限定されるわけではない。錘部Ｍは少なくとも平行する二つの面を有した立体であればよい。図８Ａは変形例としての加速度センサの上面図である。図８Ａにおいて配線やピエゾ抵抗素子の配置は上記実施形態と共通であるので図示を省略する。この変形例において支持部Ｓは平面視の形状が二等辺三角形の枠であり、支持部Ｓの内側に錘部Ｍが位置している。錘部Ｍは、底面の形状が二等辺三角形である三角柱の一つの側面であって、二等辺三角形の底辺を含む側面５１に凹部５０が形成されている形状をしている。凹部５０の内周面の一部は、三角柱の底面および底面と平行な上面に達しており、底面および上面を開口している。なお、ここで底面とはｘｙ平面と平行な面とする。凹部５０が形成されている側面５１と、支持部Ｓの内周を構成する一つの面であって二等辺三角形の底辺を含む面５２と、は対向している。可撓部Ｆは、一端において支持部Ｓの内周面５２のｙ軸方向の中央部と結合し、他端において錘部Ｍの凹部５０の底部と結合している。錘部Ｍの重心は、ｘｙ平面に平行な面において、二等辺三角形の頂角の二等分線上にあって二等辺三角形の頂点（頂角の点）より底辺に近くに位置する。可撓部Ｆのｙ軸方向の中点を結ぶ可撓部Ｆの中心軸を基準に錘部Ｍおよび支持部Ｓは線対称である。なお、錘部Ｍのｘｙ平面における二等辺三角形の頂角は９０°以内（直角または鋭角）とする。

図８Ｂおよび図８Ｃには、錘部Ｍが支持部Ｓの内周に衝突する場合にその衝撃を緩和するために、錘部Ｍの角に丸み（Ｒ）を持たせた構成を示している。錘部Ｍの角の一部の角のみにＲを持たせても良いし、全ての角にＲを持たせても良い。

２．第二実施形態
（構成）
図５Ａおよび図５Ｂは、第二実施形態にかかる加速度センサ２を示している。加速度センサ２は、錘部Ｍと支持部Ｓとを連結する可撓部を長手方向に互いに平行に二本備えている（Ｆ１，Ｆ２）。各可撓部には、ブリッジ回路を構成するためそれぞれ４つずつピエゾ抵抗素子（Ｐ１〜Ｐ４、Ｐ５〜Ｐ８）が形成されている。可撓部Ｆや支持部Ｓ、錘部Ｍの積層構造は第一実施形態と共通する。

（動作）
錘部Ｍにｙ軸方向の力を受けｙ軸方向に加速移動したとき、錘部Ｍは複数の平行する可撓部に結合し互いに錘部の回転運動を妨げるため、錘部Ｍはｙ軸方向に平行移動する。そのため、可撓部Ｆ１，Ｆ２は略Ｓ字形状に変形する。したがって、第一実施形態と同様に隣り合うピエゾ抵抗素子を接続してブリッジ回路を構成することができるので、配線層は一層のみでよく製造工程を少なくできる。また、２つの可撓部の歪みを平均するなどして加速度を導出することができるので、Ｓ／Ｎ比を改善することができる。

（製造方法）
可撓部Ｆ１，Ｆ２の位置および寸法に基づいて設計された位置にピエゾ抵抗素子Ｐ１〜Ｐ４、Ｐ５〜Ｐ８、低抵抗部６０を形成する。また、可撓部Ｆ１，Ｆ２と錘部Ｍと支持部Ｓを形成するための保護層Ｒ５の開口パターンを、第二実施形態における形状にし、バルク層１０と絶縁層１１とパッシベーション層１２をエッチングする。他の工程は第一実施形態と共通する。

（変形例）
図６Ａ，図６Ｂ，図６Ｃは、第二実施形態の変形例を示している。図６Ａ〜図６Ｃにおいては、支持部Ｓと可撓部Ｆ１，Ｆ２と錘部Ｍのみを図示し（各部の境界を点線で示している）他の要素は図示を省略している。図６Ａに示す変形例では、錘部Ｍの形状が、可撓部Ｆ１の錘部Ｍと結合している端部（可撓部Ｆ２の錘部Ｍと結合している端部）より可撓部の長手方向に可撓部側に突出している凸部を含んだ形状となっている。このため、支持部Ｓの内側の限られた空間の中で、錘部Ｍの質量を大きく、可撓部Ｆ１，Ｆ２の長さを長くすることができ、加速度センサの感度を向上させることができる。

図６Ｂに示す変形例では、錘部Ｍに、可撓部の長手方向に開口する２つの凹部５０が形成され、錘部ＭがＥの字形状となっている。可撓部Ｆ１，Ｆ２は２つの凹部５０の底部にそれぞれ結合している。このため、図６Ａに示す錘部Ｍより表面積が増す。そのため、エアダンピング効果を高めることができ、例えば特定の周波数の振動を速く減衰させることができる。

図６Ｃに示す変形例では、可撓部Ｆ１，Ｆ２の厚さ方向において、可撓部Ｆ１，Ｆ２それぞれの両端部の幅Ｗ６は、中央部の幅Ｗ７より狭く形成されている。そのため、錘部Ｍにｙ軸方向の力が働いたとき、ピエゾ抵抗素子Ｐ１〜Ｐ８が形成されている可撓部Ｆ１，Ｆ２の両端部において変形を生じやすくすることができる。その結果、加速度センサの感度を向上させることができる。

３．他の実施形態
本発明の技術的範囲は、上述した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内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記実施形態で示した材質や寸法や形状や成膜方法やパターン転写方法はあくまで例示であるし、当業者であれば自明である工程の追加や削除や工程順序の入れ替えについては説明が省略されている。

上記した加速度センサは、次のような製造方法によっても製造することができる。最初にバルク層１０の表面に絶縁層１１を形成し、絶縁層１１にコンタクトホールを形成する。コンタクトホールが形成された位置ではバルク層１０が露出している。その後、低抵抗部６０およびピエゾ抵抗素子Ｐｘを形成する位置に開口を有する保護層（フォトレジスト）を絶縁層１１の表面に形成する。このとき、低抵抗部６０を形成しようとする位置においてバルク層１０は露出しており、ピエゾ抵抗素子Ｐｘを形成しようとする位置においてバルク層１０の表面には絶縁層１１が積層している状態である。そして絶縁層１１ごしに、バルク層１０に不純物イオンを導入しピエゾ抵抗素子Ｐｘと低抵抗部６０とを形成する。例えば、Ｂイオンを６×１０^２０／ｃｍ^３の濃度で注入すると、ピエゾ抵抗素子ＰｘのＢイオン濃度は２×１０^１８／ｃｍ^３となる。この工程によると、１度の不純物イオン注入で、ピエゾ抵抗素子Ｐｘと低抵抗部６０を形成できるので、製造コストを抑制し納期を早めることができる。なお、配線部１３を形成するなど、以降の工程は上述した第一実施形態の製造方法と同様でよい。

また、上記実施形態では、可撓部が１本あるいは２本の形態を説明したが、可撓部は３本以上備えられていてもよい。また、可撓部が複数形成されている場合、上記実施形態では片持ち梁の形態を説明したが、長手方向が互いに平行に両持ち梁として複数の可撓部が形成されていてもよい。例えば、矩形の支持部Ｓの内側の錘部Ｍに、ｘ軸方向に垂直な支持部Ｓの２つの内周面に２本の可撓部の一端がそれぞれ結合し、２本の可撓部の他端が錘部Ｍのｘ軸方向の両端に結合していてもよい。

１：加速度センサ、２：加速度センサ、１０：バルク層、１１：絶縁層、１２：パッシベーション層、１３：配線部、５０：凹部、６０：低抵抗部、Ｆ，Ｆ１，Ｆ２：可撓部、Ｈ１：コンタクトホール、Ｍ：錘部、Ｐ１〜Ｐ８：ピエゾ抵抗素子、Ｒ１〜Ｒ５：保護層、Ｓ：支持部。

Claims (5)

1. 支持部と、
   平行する二つの面に内周面が開口している凹部が形成され、前記凹部内に重心を有する錘部と、
   一端が前記支持部と結合し他端が前記凹部の底面に結合している板ばね形の可撓部と、
   前記可撓部の長手方向の両端近傍でかつ前記可撓部の短手方向の両端近傍に少なくとも２つずつ互いに前記可撓部の厚さ方向に離間して設けられる歪み検出素子と、
   を備える１軸加速度センサ。
2. 支持部と、
   錘部と、
   一端が前記支持部と結合し他端が前記錘部と結合している板ばね形のＮ個の可撓部であって、各前記可撓部の長手方向が互いに平行であるＮ個の可撓部と、
   前記可撓部の長手方向の両端近傍でかつ前記可撓部の短手方向の両端近傍に少なくとも２つずつ互いに前記可撓部の厚さ方向に離間して設けられる歪み検出素子と、
   を備える１軸加速度センサ。
3. 前記錘部は、前記可撓部の前記他端より前記可撓部の長手方向の前記可撓部側に突出している凸部を含んでいる、
   請求項２に記載の１軸加速度センサ。
4. 前記錘部には、平行する二つの面に内周面が開口している前記Ｎ個の凹部が形成され、
   前記Ｎ個の前記可撓部の前記他端はそれぞれ、前記Ｎ個の凹部の底面に結合している、
   請求項２に記載の１軸加速度センサ。
5. 前記可撓部の厚さ方向において、前記可撓部の両端部の幅は、前記可撓部の中央部の幅より狭い、
   請求項１〜請求項４のいずれかに記載の１軸加速度センサ。

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