JP2012163415A - 加速度センサー及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板と、基板上に位置する第1の電極層と、第1の電極層の第1の面と対向して位置する第2の電極層と、第2の電極層を基板に支持する支持部と、を含み、第2の電極層は、上記第1の面に沿った方向に動くことができ、支持部は、第2の電極層が上記第1の面に沿った方向に動くことができるように第2の電極層を基板に支持する。これにより、感度と精度を確保しつつ、基板の面に垂直な方向における加速度センサーの厚みを低減し、加速度センサーを小型化することができる。
【選択図】図1
Description
この態様によれば、基板上に位置する第1の電極層と、第1の電極層の第1の面と対向して位置しており、上記第1の面に沿った方向に動くことができる第2の電極層とを具備する。従って、感度と精度を確保しつつ、基板の面に垂直な方向における加速度センサーの厚みを低減し、加速度センサーを小型化することができる。
これによれば、第1の導電部は、第3の導電部より第1の方向にずれた位置に有しており、第2の導電部は、第4の導電部より第2の方向にずれた位置に有している。従って、第1の導電部及び第3の導電部間の静電容量と、第2の導電部及び第4の導電部間の静電容量との差分を検出することにより、上記第1の面に垂直な方向における第2の電極層の移動分をキャンセルすることができる。従って、上記第1の面に沿った方向における第2の電極層の移動を正確に測定することができる。
これによれば、第2の電極層と一体となって動くことができる可動部を有するので、可動部及び第2の電極層の合計質量と加速度とに応じた慣性力が第2の電極層にかかる。そして、可動部を基板に支持するばね部を有するので、慣性力に応じた変位を感度良く検出することができる。
これによれば、可動部及びばね部を基板に支持するための構造を、エッチングにより容易に加工することができる。
これによれば、可動部の動きを安定させ、加速度センサーの精度を向上することができる。
この態様によれば、可動部が上記第1の面に垂直な方向に振動することを抑制し、加速度センサーの精度を向上することができる。
この態様によれば、感度と精度を確保しつつ、加速度センサーの厚みを低減し、加速度センサーを小型化することができる。
この態様によれば、犠牲層上に可動部を形成し、その後、犠牲層を除去するので、可動部と基板との間の空隙を容易に形成することができる。
なお、上方とは、表面を基準として裏面に向かう方向とは反対の方向を意味する。
これによれば、第2の部分は、複数の第1の部分によって囲まれ、又は挟まれた領域に位置するので、第2の部分が基板に対して動きやすいようにすることができる。
これによれば、犠牲層を除去する工程(f)において、犠牲層を除去するためのエッチング液を貫通孔から犠牲層に容易に到達させることができる。従って、犠牲層を効率的に除去することができる。
<1−1.構成>
図1は、第1の実施形態に係る加速度センサーの斜視図である。図2(A)は、第1の実施形態に係る加速度センサーの平面図であり、図2(B)は、図2(A)のB−B線に沿った切断面を示す図である。これらの図においては、加速度センサーの加速度が、測定可能な加速度の下限以下の加速度である状態(例えば、加速度が0である状態)を示している。
絶縁体層101及び102上に、可動部20、ばね部30、固定部40が位置している。
図2(A)に示すように、第1の導電部111は、第3の導電部213と一部重なり、かつ第3の導電部213より第1の方向(図1に示す矢印Xに沿った方向)にずれた位置に有している。また、第2の導電部112は、第4の導電部214と一部重なり、かつ第4の導電部214より第1の方向と反対側の第2の方向にずれた位置に有している。
図3及び図4は、第1の実施形態に係る加速度センサーの製造工程を示す切断面図である。
まず、図3(A)に示すように、シリコンの基板10上に絶縁体層101を形成し、さらに絶縁体層101上に第1の電極11を所定のパターンに形成する。なお、SOI(Silicon On Insulator)基板の表面のシリコン膜を一部除去して絶縁体層を露出させ、この絶縁体層上に第1の電極11を形成しても良い。
次に、図3(C)に示すように、犠牲層103上に絶縁体層401を形成し、絶縁体層401上に第2の電極21を所定のパターンに形成する。
以上の工程により、第1の実施形態に係る加速度センサーが製造される。
図5は、第2の実施形態に係る加速度センサーの平面図である。図5は、第1の実施形態において参照した図2(A)に対応する部分を示している。第2の実施形態に係る加速度センサーは、ばね部32が4つ形成されている点で、第1の実施形態と異なる。また、第2の実施形態に係る加速度センサーは、固定部40から可動部20に向けて突出する突起部41a及び41bが形成されている点で、第1の実施形態と異なる。他の点は第1の実施形態と同様である。
突起部41aは、可動部20の振動方向(矢印X方向)に垂直な方向における可動部20の動きを規制する。これにより可動部20の振動方向を安定させることができる。突起部41bは、可動部20の振動方向(矢印X方向)における可動部20の動きを規制する。これにより可動部20の振幅を安定させ、ばね部の破損を防止することができる。突起部41a及び41bは、固定部40から可動部20に向けて突出する場合に限られず、基板10から突出させて可動部20の動きを規制しても良い。また、突起部41a及び41bは、可動部20から突出するように形成しても良い。さらに、突起部41aは、可動部20の振動方向をガイドするレール状のものであっても良い。
図6は、第3の実施形態に係る加速度センサーの切断面図である。図6は、第1の実施形態において参照した図2(B)に対応する部分を示している。第3の実施形態に係る加速度センサーは、ばね部33が基板10から基板10の面に垂直な方向に突出するように形成されている点で、第1の実施形態と異なる。
図7(A)は、第4の実施形態に係る加速度センサーの一部を示す平面図である。図7(B)は、第4の実施形態に係る加速度センサーの切断面図である。第4の実施形態に係る加速度センサーは、可動部20に貫通孔22が形成されている点で、第1の実施形態と異なる。他の点は、上述の第1〜第3の実施形態と同様とすることができる。なお、図7(B)においては、簡略化のため貫通孔22を一部省略して示している。
貫通孔22の形成は、第1の実施形態において説明した絶縁体層402及び401の第1の部分をエッチングする工程(図4(E))において、第1の部分をエッチングするのと同時に、貫通孔22となる部分をエッチングすることにより行う。
第4の実施形態においては、犠牲層を除去する工程(図4(F))において、犠牲層を除去するためのエッチング液を貫通孔22から犠牲層に到達させることができる。従って、犠牲層を効率的に除去することができる。
図8は、第5の実施形態に係る加速度センサーの一部を示す平面図である。第5の実施形態に係る加速度センサーにおいては、第1の実施形態において説明したように、第1の導電部111及び第3の導電部213間の静電容量と、第2の導電部112及び第4の導電部214間の静電容量とを検出する構成を有している。上述のように、これらの静電容量の差分を検出することが望ましい。
第3及び第4の導電部213及び214の各々は、可動部20の振動方向(X方向)に垂直な棒状である複数の電極部21aと、複数の電極部21aを接続する接続部21bとを含んでいる。
一方、接続部11bと接続部21bとは、異なる線幅を有しており、その中心線がほぼ一致する位置に配置されている。これにより、可動部20がX方向に垂直な方向に動いても、重なり部分の面積が変化しないようになっている。
図8に示した構成は、第1の実施形態に限らず、第2〜第4の実施形態においても採用することができる。
図9は、第6の実施形態に係る加速度センサーの一部を示す平面図である。第6の実施形態に係る加速度センサーにおいて、第1の導電部111は、第3の導電部213より第1の方向にずれた位置に有しており、第2の導電部112も、第4の導電部214より第1の方向にずれた位置に有している。従って、可動部20が第1の方向に動いた場合には、第1の導電部111と第3の導電部213との重なり部分の面積が大きくなる一方、第2の導電部112と第4の導電部214との重なり部分の面積も大きくなる。
第5の導電部115は、第7の導電部217と一部重なり、かつ第7の導電部217より第2の方向にずれた位置に有している。第6の導電部116も、第8の導電部218と一部重なり、かつ第8の導電部218より第2の方向にずれた位置に有している。
従って、可動部20が第1の方向に動いた場合には、第5の導電部115と第7の導電部217との重なり部分の面積が小さくなる一方、第6の導電部116と第8の導電部218との重なり部分の面積も小さくなる。
第6の実施形態によれば、可動部20に位置する第2の電極21から可動部20の外部へ配線を引き出す必要がないので、素子構成及び製造工程を簡素化することができる。
図10は、第7の実施形態に係る加速度センサーの一部を示す平面図である。第7の実施形態に係る加速度センサーにおいて、第1の電極11は、さらに第5の導電部115及び第6の導電部116を含んでおり、第2の電極21は、さらに第7の導電部217及び第8の導電部218を含んでいる。第5の導電部115は、第7の導電部217と一部重なり、かつ第7の導電部217より第2の方向にずれた位置に有している。第6の導電部116は、第8の導電部218と一部重なり、かつ第8の導電部218より第1の方向にずれた位置に有している。
そして、第3の導電部213と第8の導電部218は、可動部20の対角線上に位置しており、第4の導電部214と第7の導電部217は、可動部20の別の対角線上に位置している。
Claims (10)
- 基板と、
前記基板上に位置する第1の電極層と、
前記第1の電極層の第1の面と対向して位置する第2の電極層と、
前記第2の電極層を前記基板に支持する支持部と、を含み、
前記第2の電極層は、前記第1の面に沿った方向に動くことができ、
前記支持部は、前記第2の電極層が前記第1の面に沿った方向に動くことができるように前記第2の電極層を前記基板に支持する加速度センサー。 - 請求項1において、
前記第1の電極層は、第1の導電部及び第2の導電部を含み、
前記第2の電極層は、第3の導電部及び第4の導電部を含み、
前記第1の導電部は、前記第1の面に垂直な方向からみて前記第3の導電部と一部重なり、かつ前記第3の導電部より第1の方向にずれた位置に有しており、
前記第2の導電部は、前記第1の面に垂直な方向からみて前記第4の導電部と一部重なり、かつ前記第4の導電部より前記第1の方向と反対側の第2の方向にずれた位置に有している加速度センサー。 - 請求項1又は請求項2において、
前記支持部は、
前記第2の電極層と一体となって前記第1の面に沿った方向に動くことができる可動部と、
前記可動部より小さな剛性を有し、前記可動部が前記第1の面に沿った方向に動くことができるように前記可動部を前記基板に支持するばね部と、
を含む加速度センサー。 - 請求項3において、
前記可動部の周囲に、前記ばね部を固定する固定部をさらに具備している加速度センサー。 - 請求項4において、
前記可動部、前記固定部及び前記基板のうちの何れかに、前記可動部の動きを規制する突起部をさらに具備する加速度センサー。 - 請求項3乃至請求項5の何れか一項において、
前記第1の面に沿った方向における前記ばね部の剛性は、前記第1の面に垂直な方向における前記ばね部の剛性より小さい加速度センサー。 - 基板と、
前記基板上に位置する第1の電極層と、
空隙部を介して前記第1の電極層の第1の面と対向して位置する第2の電極層と、
前記第2の電極層を前記基板に支持する支持部と、を含み、
前記支持部は、ばね部を含む加速度センサー。 - 基板の上方に第1の電極を形成する工程(a)と、
前記基板及び前記第1の電極の上方に犠牲層を形成する工程(b)と、
前記犠牲層の上方に第2の電極を形成する工程(c)と、
前記犠牲層及び前記第2の電極の上方に絶縁層を形成する工程(d)と、
前記絶縁層の第1の部分を、前記絶縁層の上方から前記犠牲層に向かって異方性エッチングすることによって除去し、前記犠牲層を露出させる工程(e)と、
前記犠牲層のうち、前記絶縁層の前記第1の部分の下方に位置する部分と前記絶縁層の第2の部分の下方に位置する部分とをエッチングすることによって除去し、前記絶縁層の前記第2の部分及び当該第2の部分の下方に位置する前記第2の電極と、前記基板及び前記第1の電極との間に空隙を形成する工程(f)と、
を具備する加速度センサーの製造方法。 - 請求項8において、
工程(e)は、複数の前記第1の部分を除去することを含み、
前記第2の部分は、複数の前記第1の部分によって囲まれ、又は挟まれた領域に位置する
加速度センサーの製造方法。 - 請求項8又は請求項9において、
工程(e)は、前記絶縁層の前記第2の部分に、前記絶縁層の上方から前記犠牲層に向かって貫通する孔を形成することを含み、
工程(f)は、前記犠牲層をエッチングするためのエッチング液を、前記孔を介して前記犠牲層に到達させることを含む
加速度センサーの製造方法。
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