JP2019045229A - Method for manufacturing physical quantity sensor, physical quantity sensor, inertial measurement unit, portable electronic equipment, electronic equipment, and mobile body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、物理量センサーの製造方法、物理量センサー、慣性計測ユニット、携帯型電子機器、電子機器、および移動体に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a physical quantity sensor, a physical quantity sensor, an inertial measurement unit, a portable electronic device, an electronic device, and a moving body.
従来、加速度や角速度等の物理量を検出する物理量センサーとして、固定電極と、固定電極に対して間隙をもって並んで設けられるとともに一定方向に変位可能な可動電極と、を有する構造のものが知られている。
この様な物理量センサーは、可動錘の変位に伴い、固定電極と可動錘に設けられた可動電極との間隙が変化し、その間隙の変化によって、固定電極と可動電極との間に生じる静電容量の変化を検出することで、加速度や角速度等の物理量の変化を検出している。
Conventionally, as a physical quantity sensor for detecting a physical quantity such as acceleration or angular velocity, one having a structure having a fixed electrode and a movable electrode which is provided side by side with a gap to the fixed electrode and which can be displaced in a predetermined direction is known. There is.
In such a physical quantity sensor, the gap between the fixed electrode and the movable electrode provided on the movable weight changes with the displacement of the movable weight, and the electrostatic generated between the fixed electrode and the movable electrode due to the change in the gap By detecting a change in capacitance, a change in physical quantity such as acceleration or angular velocity is detected.
固定電極、可動電極、および可動錘等により構成されたセンサー素子を形成する場合、特許文献1に示すエッチング加工技術(ボッシュ・プロセスといわれる)が用いられる。これは、深堀りエッチングの一種で、パシベーション・モードとエッチング・モードを繰り返し、側面を保護しながらアスペクト比の大きい溝を形成することができ、固定電極と可動電極との間隔が狭く、且つ固定電極と可動電極との対向面積の広いセンサー素子を形成することができる。そのため、検出感度の高い物理量センサーを得ることができる。
In the case of forming a sensor element composed of a fixed electrode, a movable electrode, a movable weight and the like, the etching processing technique (referred to as Bosch process) shown in
しかしながら、特許文献1に記載のエッチング加工技術(製造方法)では、溝を形成し、固定電極と可動電極とを形成する際に、溝の側面がサイドエッチングされてしまい、マスク開口幅よりも溝の幅が広がってしまう、つまり、固定電極と可動電極との間隔が所望の間隔より広くなり、検出感度が低下するという課題があった。
However, in the etching processing technique (manufacturing method) described in
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。 The present invention has been made to solve at least a part of the above-described problems, and can be realized as the following modes or application examples.
[適用例1]本適用例に係る物理量センサーの製造方法は、ベース基板にセンサー基板を接合する工程と、前記センサー基板をパターニングして溝を形成する工程と、気相成長法を用いて、前記溝の少なくとも側面に堆積膜を形成する工程と、を含む、ことを特徴とする。 Application Example 1 In a method of manufacturing a physical quantity sensor according to this application example, a step of bonding a sensor substrate to a base substrate, a step of forming a groove by patterning the sensor substrate, and a vapor phase growth method are used. Forming a deposited film on at least the side surface of the groove.
本適用例によれば、ベース基板にセンサー基板を接合することで、センサー基板単体の場合に比べ、基板板厚が厚くなり、基板の強度を大きくすることができる。そのため、センサー基板をパターニングして溝を形成する際に、センサー基板の破損が低減し、溝を容易に形成することができる。また、溝形成後に、気相成長法を用いて、溝の側面に堆積膜を形成することにより、溝の幅を狭めることができる。そのため、溝の間に生じる静電容量値を大きくすることができ、物理量センサーの検出感度が向上し、高い検出感度を有する物理量センサーを製造することができる。 According to this application example, by bonding the sensor substrate to the base substrate, the thickness of the substrate is thicker than in the case of the single sensor substrate, and the strength of the substrate can be increased. Therefore, when the sensor substrate is patterned to form a groove, breakage of the sensor substrate can be reduced, and the groove can be easily formed. In addition, after forming the groove, the width of the groove can be narrowed by forming a deposited film on the side surface of the groove using a vapor deposition method. Therefore, the capacitance value generated between the grooves can be increased, the detection sensitivity of the physical quantity sensor can be improved, and the physical quantity sensor having high detection sensitivity can be manufactured.
[適用例2]上記適用例に記載の物理量センサーの製造方法において、前記堆積膜は、半導体薄膜である、ことが好ましい。 Application Example 2 In the method of manufacturing a physical quantity sensor according to the application example, the deposited film is preferably a semiconductor thin film.
本適用例によれば、堆積膜が半導体薄膜であるため、溝の間に静電容量を生じさせることができる。 According to this application example, since the deposited film is a semiconductor thin film, capacitance can be generated between the grooves.
[適用例3]上記適用例に記載の物理量センサーの製造方法において、前記半導体薄膜は、シリコン薄膜、ゲルマニウム薄膜、およびシリコンゲルマニウム薄膜のいずれかである、ことが好ましい。 Application Example 3 In the method of manufacturing a physical quantity sensor according to the application example, the semiconductor thin film is preferably any one of a silicon thin film, a germanium thin film, and a silicon germanium thin film.
本適用例によれば、堆積膜を構成する半導体薄膜がシリコン薄膜、ゲルマニウム薄膜、およびシリコンゲルマニウム薄膜のいずれかであるため、気相成長法により、容易に形成することができる。 According to this application example, since the semiconductor thin film forming the deposited film is any of a silicon thin film, a germanium thin film, and a silicon germanium thin film, it can be easily formed by a vapor deposition method.
[適用例4]上記適用例に記載の物理量センサーの製造方法において、前記溝は、貫通溝である、ことが好ましい。 Application Example 4 In the method of manufacturing a physical quantity sensor described in the application example, the groove is preferably a through groove.
本適用例によれば、溝が貫通溝であるため、溝の間に静電容量を生じさせることができる。 According to this application example, since the groove is a through groove, capacitance can be generated between the grooves.
[適用例5]上記適用例に記載の物理量センサーの製造方法において、前記溝の幅をL1、前記堆積膜が互いに対向している面の間隔をL2としたとき、L1>L2を満たしている、ことが好ましい。 Application Example 5 In the method of manufacturing a physical quantity sensor according to the application example, L1> L2 is satisfied where L1 is a width of the groove and L2 is a distance between the surfaces where the deposited films face each other. Is preferred.
本適用例によれば、堆積膜が形成された面の間隔L2が溝の幅L1より狭いため、堆積膜が形成されていない溝より、堆積膜が形成された間隔の方が溝の間に生じる静電容量値を大きくすることができ、物理量センサーの検出感度を向上させることができる。 According to this application example, since the distance L2 between the surfaces on which the deposited film is formed is smaller than the width L1 of the groove, the distance at which the deposited film is formed is greater than the width at which the deposited film is formed. The capacitance value to be generated can be increased, and the detection sensitivity of the physical quantity sensor can be improved.
[適用例6]上記適用例に記載の物理量センサーの製造方法において、前記気相成長法は、選択エピタキシャル成長法である、ことが好ましい。 Application Example 6 In the method of manufacturing a physical quantity sensor according to the application example, the vapor phase growth method is preferably a selective epitaxial growth method.
本適用例によれば、化学気相成長法が選択エピタキシャル成長法であるため、選択的に溝から形成された構造体の表面や側面のみに堆積膜を形成することができる。 According to this application example, since the chemical vapor deposition method is the selective epitaxial growth method, the deposited film can be selectively formed only on the surface or the side surface of the structure formed from the trench.
[適用例7]上記適用例に記載の物理量センサーの製造方法において、前記堆積膜を形成する工程では、処理温度が500℃以上600℃以下である、ことが好ましい。 Application Example 7 In the method of manufacturing a physical quantity sensor according to the application example described above, in the step of forming the deposited film, the processing temperature is preferably 500 ° C. or more and 600 ° C. or less.
本適用例によれば、堆積膜を形成する処理温度が500℃以上600℃以下であるため、溝の表面と堆積膜との密着性を向上させることができ、信頼性の高い物理量センサーを製造することができる。 According to this application example, since the processing temperature for forming the deposited film is 500 ° C. or more and 600 ° C. or less, the adhesion between the surface of the groove and the deposited film can be improved, and a highly reliable physical quantity sensor is manufactured. can do.
[適用例8]上記適用例に記載の物理量センサーの製造方法において、前記堆積膜が形成された溝は、加速度センサー素子、角速度センサー素子、および加速度センサー素子と角速度センサー素子との複合素子のいずれかを構成している、ことが好ましい。 Application Example 8 In the method of manufacturing a physical quantity sensor according to the application example, the groove in which the deposited film is formed is any of an acceleration sensor element, an angular velocity sensor element, and a composite element of an acceleration sensor element and an angular velocity sensor element. It is preferable that the
本適用例によれば、堆積膜が形成された溝が加速度センサー素子、角速度センサー素子、および加速度センサー素子と角速度センサー素子との複合素子のいずれかを構成しているため、検出感度の高い加速度センサー、角速度センサー、および加速度センサー素子と角速度センサー素子との複合素子のいずれかを製造することができる。 According to this application example, since the groove in which the deposited film is formed constitutes any one of an acceleration sensor element, an angular velocity sensor element, and a composite element of an acceleration sensor element and an angular velocity sensor element, acceleration with high detection sensitivity A sensor, an angular velocity sensor, or a combined element of an acceleration sensor element and an angular velocity sensor element can be manufactured.
[適用例9]上記適用例に記載の物理量センサーの製造方法において、前記ベース基板は、非晶質であり、前記センサー基板は、シリコン基板である、ことが好ましい。 Application Example 9 In the method of manufacturing a physical quantity sensor according to the application example, the base substrate is preferably amorphous, and the sensor substrate is a silicon substrate.
本適用例によれば、ベース基板が非晶質であり、センサー基板がシリコン基板であるため、ベース基板とセンサー基板との接合工程に陽極接合法を用いることができるので、接着剤等の接合部材を必要としないため、低背化が図れ、且つ熱によるガスの発生が生じない。そのため、高い信頼性を有する物理量センサーを製造することができる。 According to this application example, since the base substrate is amorphous and the sensor substrate is a silicon substrate, the anodic bonding method can be used in the bonding step between the base substrate and the sensor substrate. Since no members are required, the height can be reduced and no gas is generated by heat. Therefore, a physical quantity sensor with high reliability can be manufactured.
[適用例10]本適用例に係る物理量センサーは、ベース基板と、前記ベース基板上に配置され、固定電極および可動電極を含むセンサー素子と、を含み、前記固定電極と前記可動電極とが互いに隣り合うぞれぞれの面に堆積膜が形成されている、ことを特徴とする。 Application Example 10 A physical quantity sensor according to this application example includes a base substrate and a sensor element disposed on the base substrate and including a fixed electrode and a movable electrode, wherein the fixed electrode and the movable electrode are mutually different. A deposited film is formed on each of the adjacent surfaces.
本適用例によれば、固定電極と可動電極とが互いに隣り合うぞれぞれの面に堆積膜が形成されているため、固定電極と可動電極との間隔を狭めることができ、固定電極と可動電極との間に生じる静電容量値を大きくすることができる。そのため、高い検出感度を有する物理量センサーを得ることができる。 According to this application example, since the deposited film is formed on the respective surfaces where the fixed electrode and the movable electrode are adjacent to each other, the distance between the fixed electrode and the movable electrode can be narrowed. The capacitance value generated between the movable electrode and the movable electrode can be increased. Therefore, a physical quantity sensor having high detection sensitivity can be obtained.
[適用例11]上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、前記堆積膜は、半導体薄膜である、ことが好ましい。 Application Example 11 In the physical quantity sensor described in the application example, the deposited film is preferably a semiconductor thin film.
本適用例によれば、堆積膜が半導体薄膜であるため、固定電極と可動電極との間に静電容量を生じさせることができる。 According to this application example, since the deposited film is a semiconductor thin film, capacitance can be generated between the fixed electrode and the movable electrode.
[適用例12]上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、前記半導体薄膜は、シリコン薄膜、ゲルマニウム薄膜、およびシリコンゲルマニウム薄膜のいずれかである、ことが好ましい。 Application Example 12 In the physical quantity sensor described in the application example, the semiconductor thin film is preferably any one of a silicon thin film, a germanium thin film, and a silicon germanium thin film.
本適用例によれば、堆積膜を構成する半導体薄膜がシリコン薄膜、ゲルマニウム薄膜、およびシリコンゲルマニウム薄膜のいずれかであるため、気相成長法により、容易に形成することができる。 According to this application example, since the semiconductor thin film forming the deposited film is any of a silicon thin film, a germanium thin film, and a silicon germanium thin film, it can be easily formed by a vapor deposition method.
[適用例13]上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、前記互いに隣り合うぞれぞれの面の間隔をL1、前記ぞれぞれの面に形成されている前記堆積膜の互いに対向している面の間隔をL2としたとき、L1>L2を満たしている、ことが好ましい。 Application Example 13 In the physical quantity sensor described in the application example, the distance between the surfaces adjacent to each other is L1, and the deposited films formed on the surfaces face each other. It is preferable that L1> L2 is satisfied, where L2 is the distance between the two faces.
本適用例によれば、堆積膜が形成された固定電極と可動電極との間隔L2が堆積膜が形成されていない固定電極と可動電極との間隔L1より狭いため、堆積膜が形成されていない固定電極と可動電極との間に生じる静電容量値より、堆積膜が形成された固定電極と可動電極との間に生じる静電容量値を大きくすることができる。そのため、高い検出感度を有する物理量センサーを得ることができる。 According to this application example, since the distance L2 between the fixed electrode on which the deposited film is formed and the movable electrode is smaller than the distance L1 between the fixed electrode on which the deposited film is not formed and the movable electrode, the deposited film is not formed. The capacitance value generated between the fixed electrode on which the deposited film is formed and the movable electrode can be increased by the capacitance value generated between the fixed electrode and the movable electrode. Therefore, a physical quantity sensor having high detection sensitivity can be obtained.
[適用例14]上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、前記センサー素子は、加速度センサー素子、角速度センサー素子、および加速度センサー素子と角速度センサー素子との複合素子のいずれかである、ことが好ましい。 Application Example 14 In the physical quantity sensor described in the application example, it is preferable that the sensor element is any one of an acceleration sensor element, an angular velocity sensor element, and a composite element of an acceleration sensor element and an angular velocity sensor element.
本適用例によれば、加速度センサー素子、角速度センサー素子、および加速度センサー素子と角速度センサー素子との複合素子のいずれかの固定電極と可動電極とに堆積膜が形成されているため、検出感度の高い加速度センサー、角速度センサー、および加速度センサーと角速度センサーとの複合センサーのいずれかを得ることができる。 According to this application example, the deposition film is formed on the fixed electrode and the movable electrode of any of the acceleration sensor element, the angular velocity sensor element, and the composite element of the acceleration sensor element and the angular velocity sensor element. Either a high acceleration sensor, an angular velocity sensor, or a combined sensor of an acceleration sensor and an angular velocity sensor can be obtained.
[適用例15]本適用例に係る慣性計測ユニットは、上記適用例に記載の物理量センサーと、前記物理量センサーを制御する制御部と、を備えている、ことを特徴とする。 Application Example 15 An inertial measurement unit according to this application example is characterized by including the physical quantity sensor described in the application example and a control unit that controls the physical quantity sensor.
本適用例によれば、慣性計測ユニットに高い検出感度を有する物理量センサーが活用されることにより、より高性能の慣性計測ユニットを提供することができる。 According to this application example, by using the physical quantity sensor having high detection sensitivity for the inertial measurement unit, it is possible to provide the inertial measurement unit with higher performance.
[適用例16]本適用例に係る携帯型電子機器は、上記適用例に記載の物理量センサーと、前記物理量センサーが収容されているケースと、前記ケースに収容され、前記物理量センサーからの出力データを処理する処理部と、前記ケースに収容されている表示部と、前記ケースの開口部を塞いでいる透光性カバーと、を含む、ことを特徴とする。 Application Example 16 The portable electronic device according to this application example includes the physical quantity sensor described in the application example, a case containing the physical quantity sensor, and the case accommodated in the case, and the output data from the physical quantity sensor And a display unit accommodated in the case, and a translucent cover closing the opening of the case.
本適用例によれば、携帯型電子機器に高い検出感度を有する物理量センサーが活用されることにより、より高性能の携帯型電子機器を提供することができる。 According to this application example, by using the physical quantity sensor having high detection sensitivity for the portable electronic device, it is possible to provide a higher-performance portable electronic device.
[適用例17]本適用例に係る電子機器は、上記適用例に記載の物理量センサーと、前記物理量センサーから出力された検出信号に基づいて制御を行う制御部と、を備えている、ことを特徴とする。 Application Example 17 The electronic device according to this application example includes: the physical quantity sensor according to the application example described above; and a control unit that performs control based on a detection signal output from the physical quantity sensor. It features.
本適用例によれば、電子機器に高い検出感度を有する物理量センサーが活用されることにより、より高性能の電子機器を提供することができる。 According to this application example, by using the physical quantity sensor having high detection sensitivity for the electronic device, it is possible to provide the electronic device with higher performance.
[適用例18]本適用例に係る移動体は、上記適用例に記載の物理量センサーと、前記物理量センサーから出力された検出信号に基づいて制御を行う制御部と、を備えている、ことを特徴とする。 Application Example 18 The mobile object according to this application example includes the physical quantity sensor according to the application example, and a control unit that performs control based on the detection signal output from the physical quantity sensor. It features.
本適用例によれば、移動体に高い検出感度を有する物理量センサーが活用されることにより、より高性能の移動体を提供することができる。 According to this application example, it is possible to provide a mobile body with higher performance by utilizing a physical quantity sensor having high detection sensitivity for the mobile body.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に示す各図においては、各構成要素を図面上で認識され得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法や比率を実際の構成要素とは適宜に異ならせて記載する場合がある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on the drawings. In each of the drawings shown below, in order to make each component have a size that can be recognized in the drawings, the dimensions and ratios of each component may be appropriately different from the actual components and described. is there.
<実施形態>
[物理量センサーの構造]
先ず、本実施形態に係る物理量センサー1について、例えば、加速度などの物理量を検出する加速度センサーを一例として挙げ、図1〜図4を参照して説明する。
図1は、物理量センサーの概略構成を示す模式平面図であり、図2は、図1のA−A線での模式断面図であり、図3は、図1のB−B線での模式断面図であり、図4は、図1中のC−C線の断面の模式斜視図である。なお、図1では、蓋部材5を破線にて記載してある。
Embodiment
[Structure of physical quantity sensor]
First, the
1 is a schematic plan view showing a schematic configuration of a physical quantity sensor, FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1, and FIG. 3 is a schematic view taken along the line BB of FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view, and FIG. 4 is a schematic perspective view of a cross section taken along line C-C in FIG. In addition, in FIG. 1, the
なお、図1〜図4では、説明の便宜上、互いに直交する3つの軸として、X軸、Y軸およびZ軸を図示しており、その図示した矢印の先端側を「+側」、基端側を「−側」としている。また、以下では、X軸に平行な方向を「X軸方向」と言い、Y軸に平行な方向を「Y軸方向」と言い、Z軸に平行な方向を「Z軸方向」と言う。更に、説明の便宜上、Z軸方向から見たときの平面視において、Z軸方向の面を主面として、+Z軸側を上面、−Z軸側を下面として説明する。 In FIGS. 1 to 4, for convenience of explanation, the X axis, the Y axis, and the Z axis are illustrated as three axes orthogonal to each other, and the distal end side of the illustrated arrow is “+ side”, the proximal end. The side is "-side". Also, in the following, a direction parallel to the X axis is referred to as “X axis direction”, a direction parallel to the Y axis is referred to as “Y axis direction”, and a direction parallel to the Z axis is referred to as “Z axis direction”. Furthermore, for convenience of explanation, in plan view when viewed from the Z-axis direction, the surface in the Z-axis direction is the main surface, the + Z-axis side is the upper surface, and the -Z-axis side is the lower surface.
図1〜図3に示すように、物理量センサー1は、支持基板2と、支持基板2に支持された加速度センサー素子であるセンサー素子3と、センサー素子3を覆うように設けられた蓋部材5と、を備えている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
支持基板2は、センサー素子3を支持する機能を有する。支持基板2は、板状をなし、センサー素子3および蓋部材5が配置されている側である上面(一方の主面)には、凹部21が設けられている。この凹部21は、支持基板2を平面視したときに、後述するセンサー素子3の可動部33、可動電極部36,37、および連結部34,35が収まるように形成されている。
凹部21は、センサー素子3の可動部33、可動電極部36,37、および連結部34,35が支持基板2に接触することを回避する逃げ部を構成する。これにより、支持基板2は、センサー素子3の可動部33の変位を許容することができる。
なお、この逃げ部は、凹部21に代えて、支持基板2をその厚さ方向に貫通する貫通孔であってもよい。また、本実施形態では、凹部21の平面視形状は、四角形(具体的には長方形)をなしているが、これに限定されるものではない。
The
The
The relief portion may be a through hole that penetrates the
また、支持基板2の上面には、前述した凹部21の外側に、その外周に沿って、溝部22,23,24が設けられている。この溝部22,23,24は、平面視で配線に対応した形状をなしている。具体的には、溝部22は、後述する配線41および電極44に対応した形状をなし、溝部23は、後述する配線42および電極45に対応した形状をなし、溝部24は、後述する配線43および電極46に対応した形状をなしている。
Further,
ここで、溝部22,23,24の深さ寸法(Z軸方向の長さ)は、それぞれ配線41,42,43の厚さ寸法(Z軸方向の長さ)よりも大きくなっている。
また、溝部22,23,24の電極44,45,46が設けられた部位の深さ寸法(Z軸方向の長さ)は、それぞれ配線41,42,43が設けられた部位よりも深くなっている。
このように溝部22,23,24の一部の深さを深くすることにより、後述する物理量センサー1の製造時において、電極44,45,46と、後にセンサー素子3となるセンサー基板103(図6A参照)との接合を回避することができる。
Here, the depth dimensions (length in the Z-axis direction) of the
In addition, the depth dimension (length in the Z-axis direction) of the portion where the
As described above, by increasing the depth of part of the
支持基板2の構成材料としては、具体的には、絶縁性を有する非晶質で、高抵抗なシリコン材料やガラス材料を用いるのが好ましく、特に、センサー基板103(図6A参照)から形成されるセンサー素子3がシリコン材料を主材料としたシリコン基板で構成されている場合、アルカリ金属イオン(可動イオン)を含むガラス材料(例えば、硼珪酸ガラス)を用いるのが好ましい。
これにより、物理量センサー1は、支持基板2(ガラス基板)とセンサー素子3(シリコン基板)とを陽極接合することができる。
Specifically, as a constituent material of the
Thus, the
また、支持基板2の構成材料は、センサー素子3の構成材料との熱膨張係数差ができるだけ小さいことが好ましく、具体的には、支持基板2の構成材料とセンサー素子3の構成材料との熱膨張係数差が3ppm/℃以下であることが好ましい。これにより、物理量センサー1は、支持基板2とセンサー素子3との接合時などにおいて、高温下にさらされても、支持基板2とセンサー素子3との間の残留応力(熱応力)を低減することができる。
In addition, it is preferable that the constituent material of the
センサー素子3は、固定部31,32と、可動部33と、連結部34,35と、可動電極部36,37と、固定電極部38,39と、を備えている。
センサー素子3は、例えば、加速度の変化に応じて、可動部33および可動電極部36,37が、連結部34,35を弾性変形させながら、X軸方向(+X軸方向又は−X軸方向)に変位する。物理量センサー1は、このような変位に伴って、可動電極部36と固定電極部38との間の間隙、および可動電極部37と固定電極部39との間の間隙の大きさがそれぞれ変化する。
すなわち、物理量センサー1は、このような変位に伴って、可動電極部36と固定電極部38との間の静電容量、および可動電極部37と固定電極部39との間の静電容量の大きさがそれぞれ変化する。したがって、物理量センサー1は、これらの静電容量に基づいて、加速度を検出することができる。
The
In the
That is, in the
この固定部31,32、可動部33、連結部34,35および可動電極部36,37は、例えば、一枚のシリコン基板から一体的に形成されている。
固定部31,32は、それぞれ、前述した支持基板2の上面に接合されている。具体的には、固定部31は、支持基板2の上面の凹部21に対して電極46の配置されている側(−X軸方向側)の部分に接合され、固定部32は、凹部21に対して電極46の配置されていない側(+X軸方向側)の部分に接合されている。また、固定部31,32は、平面視したときに、それぞれ、凹部21と凹部21の外周縁部とに跨るように設けられている。
The fixed
The fixing
なお、固定部31,32の位置および形状などは、連結部34,35や配線41,42,43の位置および形状などに応じて決められるものであり、上述した構成に限定されない。
2つの固定部31,32の間には、可動部33が設けられている。本実施形態では、可動部33は、X軸方向に延びる長手形状をなしている。なお、可動部33の形状は、センサー素子3を構成する各部の形状、大きさなどに応じて決められるものであり、上述した構成に限定されない。
The positions and shapes of the fixing
A
可動部33は、固定部31に対して連結部34を介して連結され、固定部32に対して連結部35を介して連結されている。より具体的には、可動部33の電極46の配置されている側(−X軸方向側)の端部が連結部34を介して固定部31に連結されるとともに、可動部33の電極46の配置されていない側(+X軸方向側)の端部が連結部35を介して固定部32に連結されている。
この連結部34,35は、可動部33を固定部31,32に対して変位可能に連結している。本実施形態では、連結部34,35は、図1にて矢印aで示すように、X軸方向(+X軸方向又は−X軸方向)に可動部33を変位し得るように構成されている。
The
The connecting
具体的に説明すると、連結部34は、2つの梁341,342で構成されている。そして、梁341,342は、それぞれ、Y軸方向に蛇行しながらX軸方向に延びる形状をなしている。換言すると、梁341,342は、それぞれ、Y軸方向に複数回(本実施形態では3回)折り返された形状をなしている。なお、各梁341,342の折り返し回数は、1回又は2回であってもよいし、4回以上であってもよい。
同様に、連結部35は、Y軸方向に蛇行しながらX軸方向に延びる形状をなす2つの梁351,352で構成されている。
Specifically, the connecting
Similarly, the connecting
このように、支持基板2に対してX軸方向に変位可能に支持された可動部33の幅方向(Y軸方向)での一方側(+Y軸方向側)には、可動電極部36が設けられ、他方側(−Y軸方向側)には、可動電極部37が設けられている。
可動電極部36は、可動部33から固定部31と固定部32とを結ぶ方向とは交わる方向(Y軸方向)の+Y軸方向に突出し、櫛歯状をなすように並ぶ複数の可動電極361〜365を備えている。この可動電極361,362,363,364,365は、−X軸方向側から+X軸方向側へ、この順に並んでいる。同様に、可動電極部37は、可動部33から固定部31と固定部32とを結ぶ方向とは交わる方向(Y軸方向)の−Y軸方向に突出し、櫛歯状をなすように並ぶ複数の可動電極371〜375を備えている。この可動電極371,372,373,374,375は、−X軸方向側から+X軸方向側へ、この順に並んでいる。
As described above, the
The
複数の可動電極361〜365および複数の可動電極371〜375は、それぞれ、可動部33の変位する方向(すなわちX軸方向)に並んで設けられている。
これにより、後述する固定電極部38の固定電極382,384,386,388と可動電極部36との間の静電容量、および固定電極381,383,385,387と可動電極部36との間の静電容量を可動部33の変位に応じて効率的に変化させることができる。
同様に、後述する固定電極部39の固定電極392,394,396,398と可動電極部37との間の静電容量、および固定電極391,393,395,397と可動電極部37との間の静電容量を可動部33の変位に応じて効率的に変化させることができる。
可動電極部36は、固定電極部38に対して間隔を隔てて対向している。また、可動電極部37は、固定電極部39に対して間隔を隔てて対向している。
The plurality of
Thereby, the capacitance between the fixed
Similarly, the capacitance between the fixed
The
固定電極部38は、前述した可動電極部36の複数の可動電極361〜365に対して間隔を隔てて噛み合う櫛歯状をなすように並ぶ複数の固定電極381〜388を備えている。固定電極381〜388の可動部33側とは反対側の端部は、それぞれ、支持基板2の上面の凹部21に対して+Y軸方向側の部分に接合されている。そして、各固定電極381〜388は、その固定された側の端を固定端とし、自由端が−Y軸方向へ延びている。
The fixed
固定電極381〜388は、−X軸方向側から+X軸方向側へ、この順に並んでいる。そして、固定電極381,382は、対をなし、前述した可動電極361,362の間に設けられ、固定電極383,384は、対をなし、可動電極362,363の間に設けられ、固定電極385,386は、対をなし、可動電極363,364の間に設けられ、固定電極387,388は、対をなし、可動電極364,365の間に設けられている。
The fixed
ここで、固定電極382,384,386,388は、それぞれ、第1固定電極であり、固定電極381,383,385,387は、それぞれ、支持基板2上で第1固定電極に対して空隙(間隙)を介して配置された第2固定電極である。
このように、複数の固定電極381〜388は、交互に並ぶ複数の第1固定電極および複数の第2固定電極で構成されている。
Here, the fixed
As described above, the plurality of fixed
第1固定電極382,384,386,388と第2固定電極381,383,385,387とは、支持基板2上で互いに分離している。これにより、第1固定電極382,384,386,388と第2固定電極381,383,385,387とを電気的に絶縁することができる。そのため、第1固定電極382,384,386,388と可動電極部36との間の静電容量、および第2固定電極381,383,385,387と可動電極部36との間の静電容量を別々に測定し、それらの測定結果に基づいて、高精度に加速度を検出することができる。
The first
同様に、固定電極部39は、前述した可動電極部37の複数の可動電極371〜375に対して間隔を隔てて噛み合う櫛歯状をなすように並ぶ複数の固定電極391〜398を備えている。固定電極391〜398の可動部33とは反対側の端部は、それぞれ、支持基板2の上面の凹部21に対して−Y軸方向側の部分に接合されている。そして、各固定電極391〜398は、その固定された側の端を固定端とし、自由端が+Y軸方向へ延びている。
Similarly, the fixed
固定電極391〜398は、−X軸方向側から+X軸方向側へ、この順に並んでいる。そして、固定電極391,392は、対をなし、前述した可動電極371,372の間に設けられ、固定電極393,394は、対をなし、可動電極372,373の間に設けられ、固定電極395,396は、対をなし、可動電極373,374の間に設けられ、固定電極397,398は、対をなし、可動電極374,375の間に設けられている。
The fixed
ここで、固定電極392,394,396,398は、それぞれ、第1固定電極であり、固定電極391,393,395,397は、それぞれ、支持基板2上で第1固定電極に対して空隙(間隙)を介して配置された第2固定電極である。
このように、複数の固定電極391〜398は、交互に並ぶ複数の第1固定電極および複数の第2固定電極で構成されている。
Here, the fixed
As described above, the plurality of fixed
第1固定電極392,394,396,398と第2固定電極391,393,395,397とは、前述した固定電極部38と同様、支持基板2上で互いに分離している。これにより、第1固定電極392,394,396,398と可動電極部37との間の静電容量、および、第2固定電極391,393,395,397と可動電極部37との間の静電容量を別々に測定し、それらの測定結果に基づいて、高精度に加速度を検出することができる。
The first
なお、複数の固定電極381〜388,391〜398は、複数の可動電極361〜365,371〜375を含むセンサー素子3と共に、後述するセンサー基板103(図7A参照)から、エッチング加工により形成されている。そのため、固定電極381〜388,391〜398と可動電極361〜365,371〜375との間隔が高精度に加工され、物理量センサー1の高感度化を図ることができる。
The plurality of fixed
また、固定電極381〜388,391〜398および可動電極361〜365,371〜375の表面には、図4に示すように、所定の厚みの堆積膜70が形成されている。固定電極381と可動電極361とが互いに隣り合うぞれぞれの面に堆積膜70が形成されているため、見かけ上、固定電極381と可動電極361との間隔L1を狭めることができる。つまり、堆積膜70が形成された固定電極381と可動電極361との間隔L2が、堆積膜70が形成されていない固定電極381と可動電極361との間隔L1より狭いため、L1>L2を満たし、堆積膜70が形成されていない固定電極381と可動電極361との間に生じる静電容量値より、堆積膜70が形成された固定電極381と可動電極361との間に生じる静電容量値を大きくすることができる。そのため、検出感度が向上し、高い検出感度を有する物理量センサー1を得ることができる。
Further, as shown in FIG. 4, a deposited
堆積膜70の構成材料としては、半導体薄膜が好ましく、具体的には、シリコン薄膜、ゲルマニウム薄膜、およびシリコンとゲルマニウムの合金であるシリコンゲルマニウム薄膜などが気相成長法により、容易に形成することができるので好ましい。
As a constituent material of the deposited
配線41,42,43は、前述した支持基板2の固定電極部38,39が配置されている側である上面に設けられている。
詳述すると、配線41は、前述した支持基板2の凹部21の外側に設けられ、凹部21の外周に沿うように溝部22内に形成されている。そして、配線41の一端部は、支持基板2の上面の外周部(支持基板2上の蓋部材5の外側の部分)上において、電極44に接続されている。
The
More specifically, the
配線41は、前述したセンサー素子3の第1固定電極である各固定電極382,384,386,388および各固定電極392,394,396,398に電気的に接続されている。
また、配線42は、前述した配線41の内側、且つ、前述した支持基板2の凹部21の外側でその外周縁に沿って溝部23内に設けられている。そして、配線42の一端部は、前述した電極44に対して間隔を隔てて並ぶように支持基板2の上面の外周部(支持基板2上の蓋部材5の外側の部分)上において、電極45に接続されている。
The
Further, the
配線43は、支持基板2上の固定部31との接合部から、支持基板2の上面の外周部(支持基板2上の蓋部材5の外側の部分)上に延びるように溝部24内に設けられている。そして、配線43の固定部31側とは反対側の端部は、前述した電極44,45に対して間隔を隔てて並ぶように支持基板2の上面の外周部(支持基板2上の蓋部材5の外側の部分)上において、電極46に接続されている。
The
このような配線41〜43の構成材料としては、それぞれ、導電性を有するものであれば、特に限定されず、各種電極材料を用いることができる。例えば、ITO(Indium Tin Oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)、In2O3、SnO2、Sb含有SnO2、Al含有ZnOなどの酸化物(透明電極材料)、Au、Pt、Ag、Cu、Al又はこれらを含む合金などが挙げられ、これらのうちの1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。 It does not specifically limit as a constituent material of such wiring 41-43, respectively, if it has electroconductivity, Various electrode materials can be used. For example, oxides such as ITO (Indium Tin Oxide), IZO (Indium Zinc Oxide), In 2 O 3 , Sn 2 , Sb containing SnO 2 , Al containing ZnO (transparent electrode materials), Au, Pt, Ag, Cu, Al or alloys containing these may be mentioned, and one or more of these may be used in combination.
配線41〜43の構成材料としては、透明電極材料(特にITO)を用いるのが好ましい。配線41,42がそれぞれ透明電極材料で構成されていると、支持基板2が透明基板である場合、支持基板2の固定電極部38,39側の面上に存在する異物などを支持基板2の固定電極部38,39とは反対の面側から容易に視認することができる。
As a constituent material of the
また、電極44〜46の構成材料としては、それぞれ、前述した配線41〜43と同様、導電性を有するものであれば、特に限定されず、各種電極材料を用いることができる。本実施形態では、電極44〜46の構成材料として、後述する突起部50,471,472,481,482の構成材料と同じものが用いられている。
Moreover, as a constituent material of the
そして、配線41上のセンサー素子3の固定電極382,384,386,388と重なる部分には、それぞれ導電性を有する突起部481が設けられ、配線41上の固定電極392,394,396,398と重なる部分には、それぞれ導電性を有する突起部482が設けられている。
そして、突起部481を介して固定電極382,384,386,388と配線41とが電気的に接続されるとともに、突起部482を介して固定電極392,394,396,398と配線41とが電気的に接続されている。
Then, on the portions of the
Then, the fixed
同様に、配線42上のセンサー素子3の固定電極381,383,385,387と重なる部分には、それぞれ導電性を有する突起部471が設けられ、配線42上の固定電極391,393,395,397と重なる部分には、それぞれ導電性を有する突起部472が設けられている。
そして、突起部471を介して固定電極381,383,385,387と配線42とが電気的に接続されるとともに、突起部472を介して固定電極391,393,395,397と配線42とが電気的に接続されている。
Similarly, in the portions overlapping the fixed
Then, the fixed
同様に、配線43上のセンサー素子3の固定部31と重なる部分には、導電性を有する突起部50が設けられている。
そして、突起部50を介して固定部31と配線43とが電気的に接続されている。
Similarly, in the portion of the
The fixing
物理量センサー1は、電極44(配線41)および電極46(配線43)を用いることにより、第1固定電極382,384,386,388と可動電極部36との間の静電容量および第1固定電極392,394,396,398と可動電極部37との間の静電容量を測定できる。
そして、物理量センサー1は、電極45(配線42)および電極46(配線43)を用いることにより、第2固定電極381,383,385,387と可動電極部36との間の静電容量および第2固定電極391,393,395,397と可動電極部37との間の静電容量を測定できる。
The
The
突起部50,471,472,481,482の構成材料としては、それぞれ、導電性を有するものであれば、特に限定されず、各種電極材料を用いることができるが、例えば、Au、Pt、Ag、Cu、Alなどの金属単体又はこれらを含む合金などの金属が好適に用いられる。このような金属を用いて突起部50,471,472,481,482を構成することにより、配線41,42,43と固定電極部38,39、固定部31との間の接触抵抗を小さくすることができる。
The constituent materials of the
電極44,45,46からセンサー素子3側に延出する配線41,42,43において、配線41,42,43上の蓋部材5と重なる領域には、絶縁性を有する突起部491,492,493が設けられている。これは、後述する支持基板2と蓋部材5との接合時に、センサー素子3が収容される空間を気密封止するためである。
In the
蓋部材5は、前述したセンサー素子3を保護する機能を有する。
蓋部材5は、板状をなし、その下面(他方の主面)に凹部51が設けられている。この凹部51は、センサー素子3の可動部33および可動電極部36,37などの変位が可能なようにセンサー素子3との間に空隙を設けて形成されている。
The
The
ここで、配線41,42,43と蓋部材5とが重なる領域は、配線41,42,43の厚さ寸法(Z軸方向の長さ)が、溝部22,23,24の深さ寸法(Z軸方向の長さ)よりも小さく、且つ、配線41,42,43の厚さ寸法(Z軸方向の長さ)と突起部491,492,493の厚さ寸法(Z軸方向の長さ)との和が、溝部22,23,24の深さ寸法(Z軸方向の長さ)よりも大きくなっている。
これにより、物理量センサー1は、支持基板2と蓋部材5との接合時に、支持基板2と蓋部材5とが密着することで、配線41,42,43と突起部491,492,493とが押圧され、接合されることにより、センサー素子3が収容される空間を気密封止されている。
Here, in the region where the
Thereby, in the
そして、蓋部材5の下面は、前述した支持基板2の上面に接合されている。蓋部材5と支持基板2との接合方法としては、特に限定されず、例えば、接着剤を用いた接合方法、陽極接合法、直接接合法などを用いることができるが、陽極接合法を用いるのが好ましい。
また、蓋部材5の構成材料としては、前述したセンサー素子3の構成材料と同様に、半導体が好ましく、具体的には、例えば、単結晶シリコン、ポリシリコンなどのシリコン材料を用いるのが好ましい。
これにより、物理量センサー1は、支持基板2(ガラス基板)と蓋部材5(シリコン基板)とを陽極接合することができる。
The lower surface of the
Moreover, as a constituent material of the
Thereby, the
上述したように、物理量センサー1には、固定電極381〜388,391〜398と可動電極361〜365,371〜375とが互いに隣り合うぞれぞれの面に堆積膜70が形成されているため、見かけ上、固定電極381〜388,391〜398と可動電極361〜365,371〜375との間隔L1を狭めることができる。つまり、堆積膜70が形成された固定電極381〜388,391〜398と可動電極361〜365,371〜375との間隔L2が、堆積膜70が形成されていない固定電極381〜388,391〜398と可動電極361〜365,371〜375との間隔L1より狭い、L1>L2を満たしているため、堆積膜70が形成されていない固定電極381〜388,391〜398と可動電極361〜365,371〜375との間に生じる静電容量値より、堆積膜70が形成された固定電極381〜388,391〜398と可動電極361〜365,371〜375との間に生じる静電容量値を大きくすることができる。そのため、検出感度が向上し、高い検出感度を有する物理量センサー1を得ることができる。
As described above, in the
また、堆積膜70が半導体薄膜であり、具体的には、シリコンゲルマニウム薄膜であるため、気相成長法により、容易に形成することができる。
In addition, since the
また、加速度センサー素子であるセンサー素子3を備えているため、加速度を高精度に検出することができる加速度センサーとしての物理量センサー1を得ることができる。
Further, since the
[物理量センサーの製造方法]
次に、物理量センサー1の製造方法の一例について、図5〜図7Dを参照して説明する。
図5は、物理量センサーの主要な製造工程を示すフローチャートであり、図6A〜図6Eは、それぞれ物理量センサーの製造工程を説明する模式断面図であり、図7A〜図7Dは、それぞれセンサー素子形成工程を説明する模式断面図である。
[Method of manufacturing physical quantity sensor]
Next, an example of a method of manufacturing the
FIG. 5 is a flowchart showing the main manufacturing steps of the physical quantity sensor, and FIGS. 6A to 6E are schematic cross-sectional views for explaining the manufacturing steps of the physical quantity sensor, and FIGS. It is a schematic cross section explaining a process.
図5に示すように、物理量センサー1の製造方法は、基板準備工程Step1と、センサー基板接合工程Step2と、センサー素子形成工程Step3と、蓋基板接合工程Step4と、分割工程Step5と、を含んでいる。
なお、ここでは、複数個取りを前提として説明するが、個別に製造しても構わない。
As shown in FIG. 5, the method of manufacturing the
In addition, although it demonstrates on the premise of taking multiple pieces here, you may manufacture separately.
[基板準備工程Step1]
先ず、図6Aに示すように、後に個片化することで、支持基板2となるウエハー状のベース基板102と、センサー素子3となるウエハー状のセンサー基板103と、図6Dに示すように、蓋部材5となるウエハー状の蓋基板105と、を用意する。ここで、各基板は、既に、ベース基板配線形成工程、センサー基板形成工程、および蓋基板凹部形成工程が施されている状態である。これら3つの工程を以下に説明する。
[Substrate preparation process Step 1]
First, as shown in FIG. 6A, as shown in FIG. 6D, a wafer-
[ベース基板配線形成工程]
ベース基板102の上面(一方の主面)をエッチングすることにより、凹部21、溝部22,23を形成する。このとき、図6Aでは図示しないが、溝部24も一括して形成する。凹部21、溝部22〜24の形成方法(エッチング方法)としては、特に限定されないが、例えば、プラズマエッチング、リアクティブイオンエッチング、ビームエッチング、光アシストエッチングなどの物理的エッチング法、ウェットエッチングなどの化学的エッチング法などのうちの1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。なお、以下の各工程におけるエッチングにおいても、同様の方法を用いることができる。
[Base substrate wiring formation process]
The
また、上述したようなエッチングに際しては、例えば、フォトリソグラフィー法により形成されたマスクを好適に用いることができる。また、マスク形成、エッチング、マスク除去を複数回繰り返し、凹部21と溝部22〜24とを順に形成することができる。そして、このマスクは、エッチング後に、除去される。このマスクの除去方法としては、例えば、マスクがレジスト材料で構成される場合には、レジスト剥離液、マスクが金属材料で構成される場合には、リン酸溶液のようなメタル剥離液などを用いることができる。
なお、マスクとして、例えば、グレースケールマスクを用いることにより、凹部21と溝部22〜24と(深さの異なる複数の凹部)を一括形成してもよい。
Moreover, in the case of the above-mentioned etching, the mask formed of the photolithographic method can be used suitably, for example. Further, the
The
次に、ベース基板102の溝部22内に配線41を形成するとともに、溝部23内に配線42を形成する。このとき、図6Aでは図示しないが、溝部24内に配線43を配線41,42と一括して形成する。
この際、配線41,42,43の厚さ寸法(Z軸方向の長さ)が、溝部22,23,24の深さ寸法(Z軸方向の長さ)よりも小さくなるように形成する。
配線41,42,43の形成方法(成膜方法)としては、特に限定されないが、例えば、真空蒸着、スパッタリング(低温スパッタリング)、イオンプレーティングなどの乾式、メッキ法、電解メッキ、無電解メッキなどの湿式メッキ法、溶射法、薄膜接合法などが挙げられる。なお、以下の各工程における成膜においても、同様の方法を用いることができる。この後、図6Aでは図示しないが、電極44〜46を同様に形成する。
Next, the
At this time, the thickness dimensions (length in the Z-axis direction) of the
The method of forming the
次に、平面視において、配線42と重なる位置に導電性を有する突起部471,472をスパッタリング法、真空蒸着法などで形成(成膜)する。
このとき、図6Aでは図示しないが、同様に、配線41と重なる位置に導電性を有する突起部481,482と、配線43と重なる位置に導電性を有する突起部50と、を一括して形成する。また、電極44,45,46からセンサー素子3側に延出する配線41,42,43において、配線41,42,43上の蓋部材5と重なる位置に絶縁性を有する突起部491,492,493を形成する。
この際、配線41,42,43の厚さ寸法(Z軸方向の長さ)と突起部50,471,472,481,482,491,492,493の厚さ寸法(Z軸方向の長さ)との和が、溝部22,23,24の深さ寸法(Z軸方向の長さ)よりも大きくなるように形成する。
Next, in plan view,
At this time, although not shown in FIG. 6A, similarly,
At this time, the thickness dimension (length in the Z-axis direction) of the
なお、ベース基板102には、絶縁性を有する非晶質を用いることが好ましく、非晶質の基板として透明基板を用いることがより好ましい。具体的には、ベース基板102には、アルカリ金属イオン(可動イオン)を含むガラス材料(例えば、硼珪酸ガラス)を用いたガラス基板を用いることが好ましい。
また、配線41〜43の構成材料としては、透明電極材料(特にITO)を用いることが好ましく、突起部50,471,472,481,482の構成材料としては、Auを用いることが好ましく、突起部491,492,493の構成材料としては、SiO2を用いることが好ましい。
なお、配線41〜43、電極44〜46形成後、後述する突起部50,471,472,481,482,491,492,493との接続領域を除いた配線41〜43およびベース基板102の上面(凹部21含む)に、絶縁性を有する各種材料からなる絶縁膜を形成してもよい。これにより、ベース基板102とセンサー基板103との絶縁分離を確実に行うことができる。
Note that for the
Further, it is preferable to use a transparent electrode material (in particular, ITO) as the constituent material of the
Note that after the formation of the
[センサー基板形成工程]
次に、図6Aに示すように、後に複数のセンサー素子3となるウエハー状のセンサー基板103の表面を予め、例えば、逆スパッタリング法などでクリーニングし、酸化膜などの異物を除去しておく。
なお、センサー基板103は、センサー素子3の厚さより厚くしておくことが好ましい。これにより、センサー基板103の取り扱い性を向上させることができる(例えば、搬送時、段取り時などにおける破損低減など)。
また、センサー基板103の厚さは、センサー素子3の厚さと同じであってもよく、センサー基板103には、半導体基板であるシリコン基板を用いることが好ましい。
[Sensor substrate formation process]
Next, as shown in FIG. 6A, the surface of the wafer-
The
Further, the thickness of the
[蓋基板凹部形成工程]
次に、図6Dに示すように、センサー素子3を保護するための蓋部材5となるウエハー状の蓋基板105の表面を予め、例えば、逆スパッタリング法などでクリーニングし、酸化膜などの異物を除去しておく。
引き続いて、蓋基板105の下面(他方の主面)をエッチングすることにより、凹部51を形成する。凹部51の形成方法は、ベース基板102に凹部21や溝部22〜24を形成した方法と同等で構わない。
蓋基板105の構成材料としては、半導体基板であるシリコン基板が好ましい。
なお、基板準備工程Step1におけるベース基板配線形成工程、センサー基板形成工程、および蓋基板凹部形成工程は、別ラインを用いての同時進行が可能である。
[Step of forming lid substrate recess]
Next, as shown in FIG. 6D, the surface of the wafer-
Subsequently, the
As a constituent material of the
The base substrate wiring formation step, the sensor substrate formation step, and the lid substrate recess formation step in the substrate
[センサー基板接合工程Step2]
次に、図6Aに示すように、ベース基板102の凹部21が設けられている側である上面に、センサー基板103を配置し、ベース基板102とセンサー基板103とを接合する。なお、ベース基板102とセンサー基板103との接合には、陽極接合法を用いることが好ましい。
[Sensor substrate bonding process Step 2]
Next, as shown in FIG. 6A, the
次に、図6Bに示すように、センサー基板103をセンサー素子3の厚さ(Z軸方向の長さ)まで肉薄化する。肉薄化の方法は、特に限定されないが、例えば、CMP法、ドライポリッシュ法を好適に用いることができる。
なお、センサー基板103の厚さ(Z軸方向の長さ)が、当初からセンサー素子3の厚さ(Z軸方向の長さ)と同じであれば、この肉薄化は必要ない。
Next, as shown in FIG. 6B, the
If the thickness (length in the Z-axis direction) of the
[センサー素子形成工程Step3]
次に、図6Cに示すように、センサー基板103をエッチングすることによりセンサー素子3を形成する。センサー素子3の形成方法は、図7A〜図7Dを参照し詳細に説明する。なお、図7A〜図7Dは、図2における可動電極371,372と固定電極391,392,393とが形成された領域に相当する。
[Sensor Element Forming Step Step 3]
Next, as shown in FIG. 6C, the
センサー素子3の形成方法は、図7A〜図7Cに示すように、センサー基板103をパターニングして溝60を形成する工程と、図7Dに示すように、気相成長法を用いて、溝の側面に堆積膜70を形成する工程と、を含んでいる。
溝60を形成する工程では、センサー基板103上に溝60を形成するためのマスクMを形成(図7A)し、深堀りエッチング加工技術(ボッシュ・プロセス)により、溝60を形成する。溝60は、先ず、マスクMから露出した領域をSF6などのエッチングガスで所望の深さまでエッチングする(図7B)。
In the method of forming the
In the step of forming the
その後、C4F8ガスを流すことで、プラズマ重合でテフロン(登録商標)のような物質が堆積し、溝60の側面や底面が保護膜でコーティングされる(パシベーション・モード)。次に、再度SF6ガスを流すことで、底面の保護膜が削られてセンサー基板103のSi(ケイ素)が露出し、FラジカルでSiがエッチングされる(エッチング・モード)。そこで、側面の保護膜がなくならないうちに、また、次の保護膜の堆積をするという、パシベーション・モードとエッチング・モードとを交互に行い、センサー基板103にマスクMが形成された面とは反対側の面まで貫通する溝60(貫通溝)を形成する(図7C)。この溝60を形成することにより、センサー基板103に可動電極371,372および固定電極391,392,393を形成することができる。
Thereafter, by flowing a C 4 F 8 gas, a material such as Teflon (registered trademark) is deposited by plasma polymerization, and the side surfaces and the bottom surface of the
次に、堆積膜70を形成する工程では、マスクMを除去後、気相中の成分を基板結晶表面に堆積させる気相成長法により、溝60の上面、下面、および側面に所定の厚みの堆積膜70を形成する(図7D)。ここで気相成長法とは、化学気相成長(CVD:Chemical Vapor Deposition)法や物理気相成長(PVD:Physical Vapor Deposition)法である。化学気相成長法としては、熱CVD(Thermal Chemical Vapor Deposition)やプラズマCVD(Plasma CVD)法等がある。中でも超高真空下で行う選択エピタキシャル成長(Selective Epitaxial Growth)法では均質(Conformal)な堆積膜70を形成できる。これらのような堆積方法によって、堆積膜70が溝60に形成されることにより、可動電極371,372および固定電極391,392,393に堆積膜70が形成されたセンサー素子3を構成することとなる。なお、堆積膜70は、半導体薄膜であり、具体的には、例えば、シリコン薄膜やゲルマニウム薄膜であり、可動電極371,372と固定電極391,392,393との間に確実に静電容量を生じさせる上で好ましい。このとき、シリコン薄膜やゲルマニウム薄膜は、800℃以上1000℃以下の温度環境下で形成される。また、更に、堆積膜70がシリコンとゲルマニウムの合金であるシリコンゲルマニウム薄膜であれば、化学気相成長法の一つである選択エピタキシャル法を用いて、シリコン薄膜やゲルマニウム薄膜に比べて、処理温度が500℃以上600℃以下と、比較的低温領域で良好な堆積膜70を形成することができる。
Next, in the step of forming the deposited
ここで、深堀りエッチング加工技術(ボッシュ・プロセス)では、一般的に、マスクMの開口幅Lに対し、溝60の幅L1は、サイドエッチングの影響で広くなり、L1>Lの関係となることが知られている。なお、本実施形態における溝60の幅L1とは、溝60を構成する互いに対向する側面の間隔のことをいう。これは、エッチング・モードにおけるエッチングが等方性エッチングであるためであり、溝60の深さ方向とともに溝60の側面方向も同時にエッチングされ、マスクMの直下がエッチングされてしまい、溝60の幅L1がマスクMの開口幅Lより広くなってしまう。そのため、溝60の表面、つまり、貫通した溝60により形成された固定電極391,392,393と可動電極371,372とが互いに隣り合うぞれぞれの面、に堆積膜70を形成することで、固定電極391,392,393と可動電極371,372との間隔(堆積膜70が形成された溝60の幅)L2を、従来の固定電極391,392,393と可動電極371,372との間隔(堆積膜70が形成されていない溝60の幅)L1より狭めることができる。そのため、L1>L2の関係を満たし、固定電極391,392,393と可動電極371,372と間に生じる静電容量値を大きくすることができ、高い検出感度を有する物理量センサー1を製造することができる。
Here, in the deep etching technique (Bosch process), generally, the width L1 of the
[蓋基板接合工程Step4]
次に、図6Dに示すように、ベース基板102の上面に、複数の凹部51を有し個片化することにより蓋部材5となるウエハー状の蓋基板105を接合する。これにより、ベース基板102と蓋基板105とで各センサー素子3を各凹部51内に収容する。
なお、ベース基板102と蓋基板105との接合方法としては、特に限定されず、例えば、接着剤を用いた接合方法、陽極接合法、直接接合法などを用いることができるが、陽極接合法を用いることが好ましい。
Lid-substrate bonding step Step 4
Next, as shown in FIG. 6D, a wafer-
The method for bonding the
[分割工程Step5]
次に、図6Eに示すように、センサー素子3を収容し一体となったベース基板102および蓋基板105を、図示しない分割装置(例えば、ダイシング装置)などを用いてセンサー素子3毎の個片に分割することにより、物理量センサー1を得る。
なお、分割により、ベース基板102は支持基板2となり、蓋基板105は蓋部材5となる。
[Division Process Step 5]
Next, as shown in FIG. 6E, the
Note that the
上述したように、物理量センサー1の製造方法は、ベース基板102にセンサー基板103を接合することで、センサー基板103単体の場合に比べ、基板板厚が厚くなり、基板の強度を大きくすることができる。そのため、センサー基板103をパターニングして溝60を形成する際に、センサー基板103の破損が低減し、溝60を容易に形成することができる。また、溝60形成後に、気相成長法を用いて、溝60の表面に堆積膜70を形成することにより、溝60の幅を狭めることができる。そのため、溝60の間に生じる静電容量値を大きくすることができ、高い検出感度を有する物理量センサー1を製造することができる。
As described above, in the method of manufacturing the
また、堆積膜70が形成された溝60の幅である堆積膜70が互いに対向している面の間隔L2が溝60の幅L1より狭く、L1>L2の関係を満たすため、堆積膜70が形成されていない溝60より、堆積膜70が形成された溝60の方が溝60の間に生じる静電容量値を大きくすることができ、物理量センサー1の検出感度を向上させることができる。
In addition, the distance L2 between the surfaces facing each other, which is the width of the
<変形例>
次に、本発明の実施形態に係る物理量センサー1の変形例として、角速度などの物理量を検出するジャイロセンサー(角速度センサー)を挙げ、図8および図9を参照して説明する。
図8は、本発明の実施形態の変形例に係る物理量センサーの概略構造を示す模式平面図であり、図9は、図8中のD−D線の模式断面図である。なお、図8および図9では、互いに直交する3軸として、X軸、Y軸、およびZ軸を図示している。
<Modification>
Next, as a modification of the
FIG. 8 is a schematic plan view showing a schematic structure of a physical quantity sensor according to a modification of the embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a schematic cross-sectional view taken along line D-D in FIG. In FIGS. 8 and 9, the X axis, the Y axis, and the Z axis are illustrated as three axes orthogonal to each other.
変形例に係る物理量センサー1aは、図8および図9に示すように、支持基板2aと、角速度センサー素子であるセンサー素子3aと、蓋部材5aと、を含み、Z軸まわりの角速度ωzを検出するジャイロセンサーである。なお、便宜上、図8では、支持基板2aおよび蓋部材5aを省略している。また、図9は、図8のD−D線における断面に相当する。
A
支持基板2aの材質は、例えば、ガラス、シリコンである。支持基板2aには、凹部12が設けられている。凹部12は、キャビティー12aを構成している。支持基板2aは、凹部12の底面(凹部12を規定する支持基板2aの面)12bに設けられたポスト部14を有している。ポスト部14は、センサー素子3aを支持するための部材である。
The material of the
蓋部材5aは、支持基板2a上に(支持基板2aの+Z軸方向側に)設けられている。蓋部材5aの材質は、例えば、シリコンである。支持基板2aと蓋部材5aとは、陽極接合によって接合されていてもよい。蓋部材5aには、凹部15が形成されており、凹部15は、キャビティー15aを構成している。
The
センサー素子3aは、例えば、陽極接合によって、支持基板2aに接合されている。センサー素子3aは、支持基板2aと蓋部材5aとによって形成されるキャビティー12a,15aに収容されている。キャビティー12a,15aは、減圧状態であることが望ましい。これにより、センサー素子3aの振動が空気粘性によって減衰することを抑制することができる。
The
角速度センサー素子であるセンサー素子3aは、固定部130と、駆動バネ部140と、駆動部150と、検出バネ部160と、連結部170と、検出部180と、第1連結部190と、第2連結部192と、を含み構成されている。
The
固定部130は、複数設けられており、支持基板2aに固定されている。固定部130は、例えば、陽極接合によって、支持基板2aのポスト部14に接合されている。固定部130は、駆動バネ部140および検出バネ部160の少なくとも一方と接続されている。
A plurality of fixing
駆動バネ部140は、固定部130と駆動部150の可動駆動電極152とを連結している。駆動バネ部140は、支持基板2aと離間して設けられている。図示の例では、駆動バネ部140は、X軸方向に往復しながらY軸方向に延出している。駆動バネ部140は、駆動部150の振動方向(可動駆動電極152の振動方向)であるY軸方向に円滑に伸縮することができる。
The
駆動部150は、検出部180をY軸方向に振動させる。駆動部150は、複数設けられている。図示の例では、駆動部150は、2個設けられており(第1駆動部150a、第2駆動部150b)、第1駆動部150aと第2駆動部150bとの間に、検出部180が設けられている。図示の例では、第1駆動部150aは、第2駆動部150bよりも−Y軸方向側に設けられている。駆動部150は、可動駆動電極152と、固定駆動電極154,156と、で構成されている。
The
可動駆動電極152は、支持基板2aと離間して設けられている。可動駆動電極152は、X軸方向に延出している幹部と、該幹部からY軸方向に延出している複数の枝部と、を備えた櫛歯状の形状を有している。図示の例では、可動駆動電極152は、6個の駆動バネ部140によって支持されている。具体的には、可動駆動電極152の四隅が駆動バネ部140で接続され、さらに、可動駆動電極152の中間部153が2個の駆動バネ部140で接続されている。そのため、可動駆動電極152は、四隅のみが駆動バネ部140で接続されている場合に比べて、撓み難く、例えばスプリアス振動が発生し難い。
The
固定駆動電極154,156は、支持基板2aに固定されている。固定駆動電極154,156は、例えば、陽極接合によって支持基板2aのポスト部(図示せず)に接合されている。固定駆動電極154,156は、可動駆動電極152と対向して設けられている。すなわち、固定駆動電極154と可動駆動電極152とは、静電容量を形成し、固定駆動電極156と可動駆動電極152とは、静電容量を形成する。第1駆動部150aでは、固定駆動電極154は、可動駆動電極152の+Y軸方向側に設けられ、固定駆動電極156は、可動駆動電極152の−Y軸方向側に設けられている。第2駆動部150bでは、固定駆動電極154は、可動駆動電極152の−Y軸方向側に設けられ、固定駆動電極156は、可動駆動電極152の+Y軸方向側に設けられている。固定駆動電極154,156は、例えば、可動駆動電極152に対応した櫛歯状の形状を有している。
The fixed
検出バネ部160は、固定部130と検出部180とを連結している。検出バネ部160は、支持基板2aと離間して設けられている。検出バネ部160は、検出部180のX軸方向の変位に応じて、X軸方向に変形可能に構成されている。
The
検出バネ部160は、複数設けられている。複数の検出バネ部160のうちの第1検出バネ部(第1バネ部)160aは、第1固定部(複数の固定部130のうちの第1固定部)130aに接続されている。第1検出バネ部160aは、第1固定部130aと検出部180とを連結している。複数の検出バネ部160のうちの第2検出バネ部(第2バネ部)160bは、第2固定部(複数の固定部130のうちの第2固定部)130bと検出部180とを連結している。複数の検出バネ部160のうちの第3検出バネ部(第3バネ部)160cは、第3固定部(複数の固定部130のうちの第3固定部)130cと検出部180とを連結している。
A plurality of
図示の例では、第1固定部130aは、2個設けられ、一方の第1固定部130aと第2固定部130bとは、一体的に設けられ、他方の第1固定部130aと第3固定部130cとは、一体的に設けられている。第1検出バネ部160aは、平面視において(Z軸方向からみて)、第2検出バネ部160bと第3検出バネ部160cとの間に設けられている。なお、図示はしないが、固定部130a,130b,130cは、それぞれ独立して設けられていてもよい。また、固定部130a,130b,130cの数は、特に限定されない。
In the illustrated example, two
連結部170は、駆動部150の可動駆動電極152と、検出部180と、を連結している。連結部170は、支持基板2aと離間して設けられている。連結部170は、駆動部150の可動駆動電極152のY軸方向の振動を、検出部180に伝える。これにより、検出部180は、Y軸方向に振動することができる。
The
検出部180は、角速度を検出する。検出部180は、第1バネ接続部280と、第2バネ接続部282と、中間部283と、可動電極284と、を有している。
The
第1バネ接続部280および第2バネ接続部282の各々は、2個の検出バネ部160に接続されている。検出部180の四隅は、検出バネ部160が接続されている。第1バネ接続部280は、第2バネ接続部282よりも−X軸方向側に位置している。図示の例では、第1バネ接続部280のY軸方向の大きさと、第2バネ接続部282のY軸方向の大きさとは、同じである。第1検出部180aの第2バネ接続部282と、第2検出部180bの第2バネ接続部282とは、第1連結部190によって連結されている。第1連結部190のY軸方向の大きさは、バネ接続部280,282のY軸方向の大きさよりも小さい。第3検出部180cの第2バネ接続部282と、第4検出部180dの第2バネ接続部282とは、第2連結部192によって連結されている。第2連結部192のY軸方向の大きさは、バネ接続部280,282のY軸方向の大きさよりも小さい。図示の例では、連結部190,192の平面形状は、長方形である。
Each of the first
中間部283は、第1バネ接続部280と第2バネ接続部282との間に位置している。中間部283は、可動電極284および連結部170に接続されている。中間部283の平面形状は、例えば、長方形である。図示の例では、中間部283のY軸方向の大きさは、バネ接続部280,282のY軸方向の大きさと同じである。
The
可動電極284は、1つの検出部180において、2個設けられている。一方の可動電極284は、第1バネ接続部280と中間部283とを連結している。他方の可動電極284は、第2バネ接続部282と中間部283とを連結している。可動電極284は、X軸方向に延出している幹部と、該幹部からY軸方向に延出している複数の枝部と、を備えた櫛歯状の形状を有している。該枝部は、X軸方向からみて、固定電極286と重なる部分を有している。すなわち、該枝部は、固定電極286と対向している部分を有している。可動電極284は、駆動部150の振動によりY軸方向に振動し、角速度に応じてX軸方向に変位する。
Two
固定電極286は、支持基板2aに固定されている。固定電極286は、例えば、陽極接合によって支持基板2aのポスト部(図示せず)に接合されている。固定電極286は、可動電極284に対応した櫛歯状の形状を有している。図示の例では、固定電極286は、1つの検出部180において、可動電極284を挟み4個設けられている。つまり、2個の可動電極284のそれぞれ+Y軸方向側と−Y軸方向側に設けられている。
The fixed
ここで、可動電極284および固定電極286の表面には、図9に示すように、堆積膜70、例えば、シリコンゲルマニウム薄膜などの半導体薄膜が形成されている。可動電極284と固定電極286とが互いに隣り合うぞれぞれの面に堆積膜70が形成されているため、可動電極284と固定電極286との間に生じる静電容量値を大きくすることができる。
Here, on the surfaces of the
物理量センサー1aでは、駆動部150は、第1検出部180aおよび第2検出部180bと、第3検出部180cおよび第4検出部180dと、を互いに逆位相(逆相)でかつ所定の周波数で、Y軸方向に振動させることができる。
In the
検出部180a,180b,180c,180dが上記の振動を行っている状態で、物理量センサー1aにZ軸まわりの角速度ωzが加わると、コリオリ力が働き、第1検出部180aおよび第2検出部180bと、第3検出部180cおよび第4検出部180dとは、X軸方向に互いに反対方向に変位する。検出部180a,180b,180c,180dは、コリオリ力を受けている間、この動作を繰り返す(検出振動する)。
When the angular velocity ωz around the Z axis is applied to the
検出部180a,180b,180c,180dがX軸方向に変位することにより、可動電極284と固定電極286との間の距離は、コリオリ力に応じて変化する。そのため、可動電極284と固定電極286との間の静電容量は、コリオリ力に応じて変化する。この可動電極284と固定電極286との間の静電容量の変化量を検出することにより、Z軸まわりの角速度ωzを求めることができる。
By the displacement of the
上述したように、物理量センサー1aには、可動電極284と固定電極286とが互いに隣り合うぞれぞれの面に堆積膜70が形成されているため、可動電極284と固定電極286との間に生じる静電容量値を大きくすることができ、高い検出感度を有する物理量センサー1aを得ることができる。
As described above, in the
また、角速度センサー素子であるセンサー素子3aを備えているため、角速度を高精度に検出することができるジャイロセンサーとしての物理量センサー1aを得ることができる。
なお、本変形例では、センサー素子3aとして角速度センサー素子を挙げて説明しているが、これに限定されることはなく、上述した加速度センサー素子と角速度センサー素子との複合素子であっても構わない。加速度センサー素子と角速度センサー素子との複合素子を備えることで、高い検出感度を有する加速度センサーと角速度センサーとの複合センサーを得ることができる。
Moreover, since the
In the present modification, an angular velocity sensor element is described as the
[慣性計測ユニット]
次に、本発明に係る物理量センサー1,1aを備える慣性計測ユニット(IMU:Inertial Measurement Unit)600について、図10および図11を参照して説明する。
図10は、本発明の実施形態に係る慣性計測ユニットの概略構成を示す分解斜視図である。図11は、本発明の実施形態に係る慣性計測ユニットの慣性センサーの配置例を示す斜視図である。
[Inertial Measurement Unit]
Next, an inertial measurement unit (IMU) 600 including the
FIG. 10 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of the inertial measurement unit according to the embodiment of the present invention. FIG. 11 is a perspective view showing an arrangement example of the inertial sensor of the inertial measurement unit according to the embodiment of the present invention.
図10に示すように、慣性計測ユニット600は、アウターケース601、接合部材610、物理量センサー1,1a等の慣性センサーを含むセンサーモジュール625などから構成されている。換言すれば、アウターケース601の内部603に、接合部材610を介在させて、センサーモジュール625を篏合(挿入)した構成となっている。センサーモジュール625は、インナーケース620と、基板615とから構成されている。なお、説明を解り易くするために、部位名をアウターケース、インナーケースとしているが、第1ケース、第2ケースと呼び換えても良い。
As shown in FIG. 10, the
アウターケース601は、アルミニウムを箱状に削り出した台座である。材質は、アルミニウムに限定するものではなく、亜鉛やステンレスなど他の金属や、樹脂、または、金属と樹脂の複合材などを用いても良い。アウターケース601の外形は、前述した慣性計測ユニット600の全体形状と同様に、平面形状が略正方形の直方体であり、正方形の対角線方向に位置する2ヶ所の頂点近傍に、それぞれ通し孔(馬鹿孔)602が形成されている。なお、通し孔(馬鹿孔)602に限定するものではなく、例えば、ネジによりネジ止めすることが可能な切り欠き(通し孔(馬鹿孔)602の位置するアウターケース601のコーナー部に切り欠きを形成する構造)を形成してネジ止めする構成としてもよいし、あるいは、アウターケース601の側面にフランジ(耳)を形成して、フランジ部分をネジ止めする構成としても良い。
The
アウターケース601は、外形が直方体で蓋のない箱状であり、その内部603(内側)は、底壁605と側壁604とで囲まれた内部空間(容器)となっている。換言すれば、アウターケース601は、底壁605と対向する一面を開口面とする箱状をなしており、その開口面の開口部のほとんどを覆うように(開口部を塞ぐように)センサーモジュール625が収納され、センサーモジュール625が開口部から露出した状態となる(不図示)。ここで、底壁605と対向する開口面とは、アウターケース601の上面607と同一面である。また、アウターケース601の内部603の平面形状は、正方形の二つの頂点部分の角を面取りした六角形であり、面取りされた二つの頂点部分は通し孔(馬鹿孔)602の位置に対応している。また、内部603の断面形状(厚さ方向)において、底壁605には、内部603、即ち内部空間における周縁部に中央部よりも一段高い底壁としての第1接合面606が形成されている。即ち、第1接合面606は、底壁605の一部であり、平面的に底壁605の中央部を囲ってリング状に形成された一段の階段状の部位であり、底壁605よりも開口面(上面607と同一面)からの距離が小さい面である。
The
なお、アウターケース601の外形が、平面形状が略正方形の直方体で蓋のない箱状である一例について説明したが、これに限らず、アウターケース601の外形の平面形状は、例えば六角形や八角形などの多角形であってもよいし、その多角形の頂点部分の角が面取りされていたり、各辺が曲線である平面形状であったりしてもよい。また、アウターケース601の内部603(内側)の平面形状も、上述した六角形に限らず、正方形などの方形(四角形)や、八角形などの他の多角形状であってもよい。また、アウターケース601の外形と内部603の平面形状とは相似形であってもよいし、相似形でなくてもよい。
Although the outer case of the
インナーケース620は、基板615を支持する部材であり、アウターケース601の内部603に収まる形状となっている。詳しくは、平面的には、正方形の二つの頂点部分の角を面取りした六角形であり、その中に長方形の貫通穴である開口部621と、基板615を支持する側の面に設けられた凹部631とが形成されている。面取りされた二つの頂点部分はアウターケース601の通し孔(馬鹿孔)602の位置に対応している。厚さ方向(Z軸方向)の高さは、アウターケース601の上面607から第1接合面606までの高さよりも、低くなっている。好適例では、インナーケース620もアルミニウムを削り出して形成しているが、アウターケース601と同様に他の材質を用いても良い。
The
インナーケース620の裏面(アウターケース601側の面)には、基板615を位置決めするための案内ピンや、支持面(いずれも図示せず)が形成されている。基板615は、当該案内ピンや、支持面にセット(位置決め搭載)されてインナーケース620の裏面に接着される。なお、基板615の詳細については後述する。インナーケース620の裏面の周縁部は、リング状の平面からなる第2接合面622となっている。第2接合面622は、平面的にアウターケース601の第1接合面606と略同様な形状であり、インナーケース620をアウターケース601にセットした際には、接合部材610を挟持した状態で二つの面が向い合うことになる。なお、アウターケース601およびインナーケース620の構造については、一実施例であり、この構造に限定されるものではない。
On the back surface (surface on the
次に、図11を参照して、慣性センサーが実装された基板615の構成について説明する。
図11に示すように、基板615は、複数のスルーホールが形成された多層基板であり、ガラスエポキシ基板(ガラエポ基板)を用いている。なお、ガラエポ基板に限定するものではなく、複数の慣性センサーや、電子部品、コネクターなどを実装可能なリジット基板であれば良い。例えば、コンポジット基板や、セラミック基板を用いても良い。
Next, with reference to FIG. 11, the configuration of the
As shown in FIG. 11, the
基板615の表面(インナーケース620側の面)には、コネクター616、物理量センサー1aで構成される角速度センサー617z、および加速度センサーとしての物理量センサー1等が実装されている。コネクター616は、プラグ型(オス)のコネクターであり、X軸方向に等ピッチで配置された二列の接続端子を備えている。好適には、一列10ピンで二列の合計20ピンの接続端子としているが、端子数は、設計仕様に応じて適宜変更しても良い。なお、角速度センサー617zは、Z軸方向における1軸の角速度を検出するジャイロセンサーである。
A
また、基板615のX軸方向の側面には、実装面(搭載面)がX軸と直交するように、X軸方向における1軸の角速度を検出する物理量センサー1aで構成される角速度センサー617xが実装されている。同様に、基板615のY軸方向の側面には、実装面(搭載面)がY軸と直交するように、Y軸方向における1軸の角速度を検出する物理量センサー1aで構成される角速度センサー617yが実装されている。
In addition, on the side surface of the
基板615の裏面(アウターケース601側の面)には、制御部としての制御IC619が実装されている。制御IC619は、MCU(Micro Controller Unit)であり、不揮発性メモリーを含む記憶部や、A/Dコンバーターなどを内蔵しており、慣性計測ユニット600の各部を制御する。記憶部には、加速度および角速度を検出するための順序と内容を規定したプログラムや、検出データをデジタル化してパケットデータに組込むプログラム、付随するデータなどが記憶されている。なお、基板615には、その他にも複数の電子部品が実装されている。
A
このような慣性計測ユニット600は、高い検出感度を有する物理量センサー1,1aおよび制御部を備えているので、高性能を有している。
Such an
[携帯型電子機器]
次に、本発明に係る物理量センサー1,1aを備える携帯型電子機器800について、図12および図13を参照して説明する。
図12は、本発明の実施形態に係る携帯型電子機器の構成を模式的に示す平面図である。図13は、本発明の実施形態に係る携帯型電子機器の概略構成を示す機能ブロック図である。なお、以下、携帯型電子機器800の一例として、腕時計型の活動計(アクティブトラッカー)を示して説明する。
[Portable Electronics]
Next, a portable
FIG. 12 is a plan view schematically showing the configuration of the portable electronic device according to the embodiment of the present invention. FIG. 13 is a functional block diagram showing a schematic configuration of a portable electronic device according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, as an example of the portable
腕時計型の活動計(アクティブトラッカー)である携帯型電子機器800は、図12に示すように、バンド832,837等によってユーザーの手首等の部位(被検体)に装着され、デジタル表示の表示部823を備えるとともに無線通信が可能である。上述した本発明に係る物理量センサー1,1aは、加速度を測定する加速度センサーや角速度を計測する角速度センサーとして携帯型電子機器800に組込まれている。
As shown in FIG. 12, a portable
携帯型電子機器800は、少なくとも物理量センサー1,1aが収容されているケース830と、ケース830に収容され、物理量センサー1からの出力データを処理する処理部801(図13参照)と、ケース830に収容されている表示部823と、ケース830の開口部を塞いでいる透光性カバー871と、を備えている。ケース830の透光性カバー871の外側には、ベゼル878が設けられている。ケース830の側面には、複数の操作ボタン880,881が設けられている。以下、図13も併せて参照しながら、さらに詳細に説明する。
The portable
物理量センサー1としての加速度センサー813は、互いに交差する(理想的には直交する)3軸方向の各々の加速度を検出し、検出した3軸加速度の大きさ、および向きに応じた信号(加速度信号)を出力する。また、物理量センサー1aとしての角速度センサー814は、互いに交差する(理想的には直交する)3軸方向の各々の角速度を検出し、検出した3軸角速度の大きさ及び向きに応じた信号(角速度信号)を出力する。
An acceleration sensor 813 as the
表示部823を構成する液晶ディスプレイ(LCD)では、種々の検出モードに応じて、例えば、GPSセンサー810や地磁気センサー811を用いた位置情報や移動量、物理量センサー1,1aに含まれる加速度センサー813や角速度センサー814などを用いた運動量などの運動情報、脈拍センサー815などを用いた脈拍数などの生体情報、もしくは現在時刻などの時刻情報などが表示される。なお、温度センサー816を用いた環境温度を表示することもできる。
In the liquid crystal display (LCD) constituting the
通信部825は、ユーザー端末と図示しない情報端末との間の通信を成立させるための各種制御を行う。通信部825は、例えば、Bluetooth(登録商標)(BTLE:Bluetooth Low Energyを含む)、Wi−Fi(登録商標)(Wireless Fidelity)、Zigbee(登録商標)、NFC(Near field communication)、ANT+(登録商標)等の近距離無線通信規格に対応した送受信機や通信部825はUSB(Universal Serial Bus)等の通信バス規格に対応したコネクターを含んで構成される。
The
処理部801(プロセッサー)は、例えば、MPU(Micro Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等により構成される。処理部801は、記憶部822に格納されたプログラムと、操作部820(例えば操作ボタン880,881)から入力された信号とに基づき、各種の処理を実行する。処理部801による処理には、GPSセンサー810、地磁気センサー811、圧力センサー812、加速度センサー813、角速度センサー814、脈拍センサー815、温度センサー816、計時部821の各出力信号に対するデータ処理、表示部823に画像を表示させる表示処理、音出力部824に音を出力させる音出力処理、通信部825を介して情報端末と通信を行う通信処理、バッテリー826からの電力を各部へ供給する電力制御処理などが含まれる。
The processing unit 801 (processor) is configured by, for example, a micro processing unit (MPU), a digital signal processor (DSP), an application specific integrated circuit (ASIC), or the like. The
このような携帯型電子機器800では、少なくとも以下のような機能を有することができる。
1.距離:高精度のGPS機能により計測開始からの合計距離を計測する。
2.ペース:ペース距離計測から、現在の走行ペースを表示する。
3.平均スピード:平均スピード走行開始から現在までの平均スピードを算出し表示する。
4.標高:GPS機能により、標高を計測し表示する。
5.ストライド:GPS電波が届かないトンネル内などでも歩幅を計測し表示する。
6.ピッチ:1分あたりの歩数を計測し表示する。
7.心拍数:脈拍センサーにより心拍数を計測し表示する。
8.勾配:山間部でのトレーニングやトレイルランにおいて、地面の勾配を計測し表示する。
9.オートラップ:事前に設定した一定距離や一定時間を走った時に、自動でラップ計測を行う。
10.運動消費カロリー:消費カロリーを表示する。
11.歩数:運動開始からの歩数の合計を表示する。
Such a portable
1. Distance: Measure the total distance from the start of measurement by high precision GPS function.
2. Pace: Displays the current running pace from the pace distance measurement.
3. Average Speed: Average Speed Calculates and displays the average speed from the start of driving to the present.
4. Elevation: Measure and display elevation by GPS function.
5. Stride: Measures and displays stride even in a tunnel where GPS radio waves do not reach.
6. Pitch: Measure and display the number of steps per minute.
7. Heart rate: The heart rate is measured and displayed by the pulse sensor.
8. Slope: Measure and display the slope of the ground during training or trail running in mountainous areas.
9. Auto lap: Automatic lap measurement is performed when running a certain distance or certain time set in advance.
10. Exercise calories burned: Display calories burned.
11. Number of steps: Display the total number of steps from the start of exercise.
なお、携帯型電子機器800は、ランニングウォッチ、ランナーズウォッチ、デュアスロンやトライアスロン等マルチスポーツ対応のランナーズウォッチ、アウトドアウォッチ、および衛星測位システム、例えばGPSを搭載したGPSウォッチ、等に広く適用できる。
Note that the portable
また、上述では、衛星測位システムとしてGPS(Global Positioning System)を用いて説明したが、他の全地球航法衛星システム(GNSS:Global Navigation Satellite System)を利用してもよい。例えば、EGNOS(European Geostationary satellite Navigation Overlay Service)、QZSS(Quasi Zenith Satellite System)、GLONASS(GLObal NAvigation Satellite System)、GALILEO、BeiDou(BeiDou Navigation Satellite System)、等の衛星測位システムのうち1つ又は2つ以上を利用してもよい。また、衛星測位システムの少なくとも1つにWAAS(Wide Area Augmentation System)、EGNOS(European Geostationary satellite Navigation Overlay Service)等の静止衛星型衛星航法補強システム(SBAS:Satellite Based Augmentation System)を利用してもよい。 Also, although the above description has been made using the GPS (Global Positioning System) as a satellite positioning system, another Global Navigation Satellite System (GNSS) may be used. For example, one or two of satellite positioning systems such as EGNOS (European Geostationary Satellite Navigation Overlay Service), QZSS (Quasi Zenith Satellite System), GLONASS (GLO Bal NAvigation Satellite System), GALILEO, BeiDou (BeiDou Navigation Satellite System), etc. You may use the above. In addition, at least one of the satellite positioning systems may use a satellite based augmentation system (SBAS) such as Wide Area Augmentation System (WAAS) or European Geostationary Navigation Overlay Service (EGNOS). .
このような携帯型電子機器800は、高い検出感度を有する物理量センサー1,1aおよび処理部801を備えているので、高性能を有している。
Such a portable
[電子機器]
次に、本実施形態に係る電子機器1000について図面を参照しながら説明する。
図14は、本実施形態に係る電子機器1000の機能ブロック図である。
[Electronics]
Next, the
FIG. 14 is a functional block diagram of the
電子機器1000は、本発明に係る物理量センサー1,1aを含む。以下では、本発明に係る物理量センサー1を含む場合について説明する。
電子機器1000は、さらに、制御部としての演算処理装置(CPU)1020、操作部1030、ROM(Read Only Memory)1040、RAM(Random Access Memory)1050、通信部1060、表示部1070を含んで構成されている。なお、本実施形態の電子機器1000は、図14の構成要素(各部)の一部を省略又は変更し、あるいは、他の構成要素を付加した構成としてもよい。
The
演算処理装置1020は、ROM1040等に記憶されているプログラムに従い、物理量センサー1から出力された検出信号に基づいて、各種の計算処理や制御処理を行う制御部である。具体的には、演算処理装置1020は、物理量センサー1の検出信号や、操作部1030からの操作信号に応じた各種の処理、外部装置とデータ通信を行うために通信部1060を制御する処理、表示部1070に各種の情報を表示させるための表示信号を送信する処理等を行う。
The
操作部1030は、操作キーやボタンスイッチ等により構成される入力装置であり、ユーザーによる操作に応じた操作信号を演算処理装置1020に出力する。
The
ROM1040は、演算処理装置1020が各種の計算処理や制御処理を行うためのプログラムやデータ等を記憶している。
The
RAM1050は、演算処理装置1020の作業領域として用いられ、ROM1040から読み出されたプログラムやデータ、物理量センサー1から入力されたデータ、操作部1030から入力されたデータ、演算処理装置1020が各種プログラムに従って実行した演算結果等を一時的に記憶する。
The
通信部1060は、演算処理装置1020と外部装置との間のデータ通信を成立させるための各種制御を行う。
The
表示部1070は、LCD(Liquid Crystal Display)等により構成される表示装置であり、演算処理装置1020から入力される表示信号に基づいて各種の情報を表示する。表示部1070には操作部1030として機能するタッチパネルが設けられていてもよい。
The
このような電子機器1000としては種々の電子機器が考えられ、例えば、パーソナルコンピューター(例えば、モバイル型パーソナルコンピューター、ラップトップ型パーソナルコンピューター、タブレット型パーソナルコンピューター)、スマートフォンや携帯電話機などの移動体端末、ディジタルスチールカメラ、インクジェット式吐出装置(例えば、インクジェットプリンター)、ルーターやスイッチなどのストレージエリアネットワーク機器、ローカルエリアネットワーク機器、移動体端末基地局用機器、テレビ、ビデオカメラ、ビデオレコーダー、カーナビゲーション装置、リアルタイムクロック装置、ページャー、電子手帳(通信機能付も含む)、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ゲーム用コントローラー、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、POS端末、医療機器(例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡)、魚群探知機、各種測定機器、計器類(例えば、車両、航空機、船舶の計器類)、フライトシミュレーター、ヘッドマウントディスプレイ、モーショントレース、モーショントラッキング、モーションコントローラー、PDR(歩行者位置方位計測)等が挙げられる。
As such an
図15は、電子機器1000の一例であるスマートフォンの外観の一例を示す図である。電子機器1000であるスマートフォンは、操作部1030としてボタンを、表示部1070としてLCDを備えている。
FIG. 15 is a view showing an example of the appearance of a smartphone which is an example of the
図16は、電子機器1000の一例である腕装着型の携帯機器(ウェアラブル機器)の外観の一例を示す図である。電子機器1000であるウェアラブル機器は、表示部1070としてLCDを備えている。表示部1070には操作部1030として機能するタッチパネルが設けられていてもよい。
FIG. 16 is a view showing an example of the appearance of a wrist-worn portable device (wearable device) which is an example of the
また、電子機器1000である携帯機器は、例えば、GPS受信機(GPS:Global Positioning System)等の位置センサーを備え、ユーザーの移動距離や移動軌跡を計測することができる。
In addition, a portable device which is the
このような電子機器1000は、高い検出感度を有する物理量センサー1,1aおよび制御部を備えているので、高性能を有している。
Such an
[移動体]
次に、本実施形態に係る移動体1100について、図面を参照しながら説明する。
図17は、本実施形態に係る移動体1100として、自動車を模式的に示す平面図である。
[Mobile body]
Next, a
FIG. 17 is a plan view schematically showing a car as the
本実施形態に係る移動体1100は、本発明に係る物理量センサー1,1aを含む。以下では、本発明に係る物理量センサー1を含む移動体1100について説明する。
The
本実施形態に係る移動体1100は、物理量センサー1から出力された検出信号に基づいて、エンジンシステム、ブレーキシステム、キーレスエントリーシステム等の各種の制御を行うコントローラー1120、コントローラー1130、コントローラー1140、バッテリー1150、およびバックアップ用バッテリー1160等の制御部を含んで構成されている。なお、本実施形態に係る移動体1100は、図17に示される構成要素(各部)の一部を省略または変更してもよいし、他の構成要素を付加した構成としてもよい。
The moving
このような移動体1100としては種々の移動体が考えられ、例えば、自動車(電気自動車も含む)、ジェット機やヘリコプター等の航空機、船舶、ロケット、人工衛星等が挙げられる。
As such a
このような移動体1100は、高い検出感度を有する物理量センサー1,1aおよび制御部を備えているので、高性能を有している。
Such a
上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。 The above-mentioned embodiment and modification are an example, and are not necessarily limited to these. For example, it is also possible to combine each embodiment and each modification suitably.
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。 The present invention includes configurations substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations having the same function, method and result, or configurations having the same purpose and effect). Further, the present invention includes a configuration in which a nonessential part of the configuration described in the embodiment is replaced. The present invention also includes configurations that can achieve the same effects as the configurations described in the embodiments or that can achieve the same purpose. Further, the present invention includes a configuration in which a known technology is added to the configuration described in the embodiment.
1,1a…物理量センサー、2…支持基板、3…センサー素子、5…蓋部材、21…凹部、22,23,24…溝部、31,32…固定部、33…可動部、34,35…連結部、36,37…可動電極部、38,39…固定電極部、41,42,43…配線、44,45,46…電極、50…突起部、51…凹部、60…溝、70…堆積膜、102…ベース基板、103…センサー基板、105…蓋基板、341,342,351,352…梁、361〜375…可動電極、381〜398…固定電極、471,472,481,482,491,492,493…突起部、600…慣性計測ユニット、800…携帯型電子機器、1000…電子機器、1100…移動体、M…マスク、L,L1,L2…間隔(幅)。 1, 1a: physical quantity sensor, 2: support substrate, 3: sensor element, 5: cover member, 21: recess, 22, 23, 24: groove, 31, 32: fixed part, 33: movable part, 34, 35 Coupling part, 36, 37: Movable electrode part, 38, 39: Fixed electrode part, 41, 42, 43: Wiring, 44, 45, 46: Electrode, 50: Protrusion part, 51: Recess, 60: Groove, 70 ... Deposited film, 102: base substrate, 103: sensor substrate, 105: lid substrate, 341, 342, 351, 352: beam, 361 to 375: movable electrode, 381 to 398: fixed electrode, 471, 472, 481, 482, 491, 492, 493: projection, 600: inertia measurement unit, 800: portable electronic device, 1000: electronic device, 1100: moving body, M: mask, L, L1, L2: interval (width).
Claims (18)
前記センサー基板をパターニングして溝を形成する工程と、
気相成長法を用いて、前記溝の少なくとも側面に堆積膜を形成する工程と、
を含む、物理量センサーの製造方法。 Bonding the sensor substrate to the base substrate;
Patterning the sensor substrate to form a groove;
Forming a deposited film on at least the side surface of the groove using a vapor deposition method;
A method of manufacturing a physical quantity sensor, including:
前記堆積膜は、半導体薄膜である、物理量センサーの製造方法。 In claim 1,
The method of manufacturing a physical quantity sensor, wherein the deposited film is a semiconductor thin film.
前記半導体薄膜は、シリコン薄膜、ゲルマニウム薄膜、およびシリコンゲルマニウム薄膜のいずれかである、物理量センサーの製造方法。 In claim 2,
The method for manufacturing a physical quantity sensor, wherein the semiconductor thin film is any one of a silicon thin film, a germanium thin film, and a silicon germanium thin film.
前記溝は、貫通溝である、物理量センサーの製造方法。 In any one of claims 1 to 3,
The method of manufacturing a physical quantity sensor, wherein the groove is a through groove.
前記溝の幅をL1、
前記堆積膜が互いに対向している面の間隔をL2としたとき、
L1>L2を満たしている、物理量センサーの製造方法。 In any one of claims 1 to 4,
The width of the groove is L1,
Assuming that the distance between the surfaces where the deposited films face each other is L2,
A method of manufacturing a physical quantity sensor, wherein L1> L2 is satisfied.
前記気相成長法は、選択エピタキシャル成長法である、物理量センサーの製造方法。 In any one of claims 1 to 5,
The method for producing a physical quantity sensor, wherein the vapor phase growth method is a selective epitaxial growth method.
前記堆積膜を形成する工程では、処理温度が500℃以上600℃以下である、物理量センサーの製造方法。 In any one of claims 1 to 6,
In the step of forming the deposited film, the method for manufacturing a physical quantity sensor, wherein a processing temperature is 500 ° C. or more and 600 ° C. or less.
前記堆積膜が形成された溝は、加速度センサー素子、角速度センサー素子、および加速度センサー素子と角速度センサー素子との複合素子のいずれかを構成している、物理量センサーの製造方法。 In any one of claims 1 to 7,
The method for manufacturing a physical quantity sensor, wherein the groove in which the deposited film is formed constitutes any one of an acceleration sensor element, an angular velocity sensor element, and a combined element of an acceleration sensor element and an angular velocity sensor element.
前記ベース基板は、非晶質であり、
前記センサー基板は、シリコン基板である、物理量センサーの製造方法。 In any one of claims 1 to 8,
The base substrate is amorphous,
The method of manufacturing a physical quantity sensor, wherein the sensor substrate is a silicon substrate.
前記ベース基板上に配置され、固定電極および可動電極を含むセンサー素子と、
を含み、
前記固定電極と前記可動電極とが互いに隣り合うぞれぞれの面に堆積膜が形成されている、物理量センサー。 A base substrate,
A sensor element disposed on the base substrate and including a fixed electrode and a movable electrode;
Including
The physical quantity sensor, wherein a deposited film is formed on the surface of each of the fixed electrode and the movable electrode adjacent to each other.
前記堆積膜は、半導体薄膜である、物理量センサー。 In claim 10,
The physical quantity sensor, wherein the deposited film is a semiconductor thin film.
前記半導体薄膜は、シリコン薄膜、ゲルマニウム薄膜、およびシリコンゲルマニウム薄膜のいずれかである、物理量センサー。 In claim 11,
The physical quantity sensor, wherein the semiconductor thin film is any one of a silicon thin film, a germanium thin film, and a silicon germanium thin film.
前記互いに隣り合うぞれぞれの面の間隔をL1、
前記ぞれぞれの面に形成されている前記堆積膜の互いに対向している面の間隔をL2としたとき、
L1>L2を満たしている、物理量センサー。 In any one of claims 10 to 12,
The distance between the faces adjacent to each other is L1,
Assuming that the distance between mutually facing surfaces of the deposited films formed on the respective surfaces is L2,
A physical quantity sensor that satisfies L1> L2.
前記センサー素子は、加速度センサー素子、角速度センサー素子、および加速度センサー素子と角速度センサー素子との複合素子のいずれかである、物理量センサー。 In any one of claims 10 to 13,
The physical quantity sensor, wherein the sensor element is any one of an acceleration sensor element, an angular velocity sensor element, and a composite element of an acceleration sensor element and an angular velocity sensor element.
前記物理量センサーを制御する制御部と、
を備えている、慣性計測ユニット。 A physical quantity sensor according to any one of claims 10 to 14,
A control unit that controls the physical quantity sensor;
, An inertial measurement unit.
前記物理量センサーが収容されているケースと、
前記ケースに収容され、前記物理量センサーからの出力データを処理する処理部と、
前記ケースに収容されている表示部と、
前記ケースの開口部を塞いでいる透光性カバーと、
を含む、
携帯型電子機器。 A physical quantity sensor according to any one of claims 10 to 14,
A case containing the physical quantity sensor;
A processing unit housed in the case and processing output data from the physical quantity sensor;
A display unit housed in the case;
A translucent cover closing the opening of the case;
including,
Portable electronic devices.
前記物理量センサーから出力された検出信号に基づいて制御を行う制御部と、
を備えている、電子機器。 A physical quantity sensor according to any one of claims 10 to 14,
A control unit that performs control based on a detection signal output from the physical quantity sensor;
Equipped with an electronic device.
前記物理量センサーから出力された検出信号に基づいて制御を行う制御部と、
を備えている、移動体。 A physical quantity sensor according to any one of claims 10 to 14,
A control unit that performs control based on a detection signal output from the physical quantity sensor;
Equipped with a mobile.
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