JP2022029097A

JP2022029097A - 慣性センサー、及び慣性センサーの製造方法

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Publication number: JP2022029097A
Application number: JP2020132231A
Authority: JP
Inventors: 史隆篠村; Fumitaka Shinomura; 照夫瀧澤; Teruo Takizawa
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2020-08-04
Filing date: 2020-08-04
Publication date: 2022-02-17
Anticipated expiration: 2040-08-04
Also published as: JP7521312B2

Abstract

【課題】突起の破損を抑制することが可能な慣性センサー、及び慣性センサーの製造方法を提供する。【解決手段】基板１０と、基板１０の一方の面に設けられ、基板１０に対し揺動可能な加速度センサー素子２１ｚと、半導体で構成され、基板１０との間で加速度センサー素子２１ｚを収納する蓋体３０と、蓋体３０において加速度センサー素子２１ｚに対向する内底面３４ａに設けられ、加速度センサー素子２１ｚの揺動範囲を制限する突起３５と、を備え、突起３５の加速度センサー素子２１ｚに対向する先端面３５ｂと、突起３５の側面３５ａとは、曲面３５ｃを介して接続されている。【選択図】図３

Description

本発明は、慣性センサー、及び慣性センサーの製造方法に関する。

近年、シリコンＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）や水晶微細加工技術を用いて製造された慣性センサーユニットなどの機能素子が開発されている（特許文献１、２参照）。
このような機能素子として、例えば、特許文献１には、基板と蓋体とで挟まれた空間に可動体を配置してＺ軸方向の加速度を検出可能なシーソー型の加速度センサーが記載されている。この加速度センサーにおいて、基板には、可動体が基板に接触することを抑制するための突起が形成されている。

特開２０１９－４５１７２号公報

特開２０１３－２１７７７２号公報

特許文献１に示されるような突起を蓋体に設けることも考えられる。しかしながら、蓋体が、特許文献２に示すようにシリコン基板で構成される場合、突起の側面と先端面との面方位が不連続となるため、突起が可動体に接触した際に突起にクラックやチッピング等の破損が発生する虞がある。

慣性センサーは、基板と、前記基板の一方の面に設けられ、前記基板に対し揺動可能な可動体と、半導体で構成され、前記基板との間で前記可動体を収納する蓋体と、前記蓋体において前記可動体に対向する第１面に設けられ、前記可動体の揺動範囲を制限する突起と、を備え、前記突起の前記可動体に対向する先端面と、前記突起の側面とは、曲面を介して接続されている。

慣性センサーの製造方法は、基板と、前記基板の一方の面に設けられ、前記基板に対し揺動可能な可動体と、半導体で構成され、前記基板との間で前記可動体を収納する蓋体と、前記蓋体において前記可動体に対向する第１面に設けられ、前記可動体の揺動範囲を制限する突起と、を含む慣性センサーの製造方法であって、前記蓋体の一方の面をエッチングして前記突起を形成する工程と、前記突起の先端面と、前記突起の側面との間に曲面を形成する工程と、前記基板と前記蓋体とを接合する工程と、を含む。

実施形態１に係る加速度センサーユニットの概略構成を示す側面図。加速度センサーユニットの平面図。図２のＡ－Ａ線での断面図。突起の斜視図。突起の断面図。実施形態１に係る加速度センサーユニットの製造工程を説明するフローチャート。熱酸化膜形成工程を示す断面図。凹部の形成領域を設定する工程を示す断面図。凹部の形成領域を設定する工程を示す断面図。凹部の形成領域を設定する工程を示す断面図。突起を形成する工程を示す断面図。突起を形成する工程を示す断面図。突起を形成する工程を示す断面図。突起の高さを調整する工程を示す断面図。突起の高さを調整する工程を示す断面図。突起に曲面を形成する工程を示す断面図。突起に曲面を形成する工程を示す断面図。蓋体と基板とを接合する工程を示す断面図。実施形態２に係る加速度センサーユニットの概略構成を示す平面図。加速度センサー素子の概略構成を示す平面図。加速度センサー素子の概略構成を示す平面図。図１９のＢ－Ｂ線での断面図。変形例に係る突起の断面図。変形例に係る突起の断面図。変形例に係る加速度センサー素子を示す断面図。変形例に係る加速度センサー素子を示す断面図。変形例に係る加速度センサーユニットの製造工程を示す断面図。変形例に係る加速度センサーユニットの製造工程を示す断面図。変形例に係る加速度センサーユニットの製造工程を示す断面図。

１．実施形態１
実施形態１に係る慣性センサーの一例として、Ｚ方向の加速度を検知することのできる加速度センサーユニット１を例示し、図１～図５を参照して説明する。
図１は、本実施形態の加速度センサーユニット１の概略構成を示す側面図である。図２は、加速度センサーユニット１の平面図である。図３は、図２のＡ－Ａ線での断面図である。図４は、突起３５の斜視図である。図５は、突起３５の断面図である。
なお、図２では、内部を視認できるように、蓋体３０の図示を省略している。また、上記各図では、説明の便宜上、配線の一部を省略してあり、分かりやすくするために、各構成要素の寸法比率は実際と異なる。また、図中のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、互いに直交する座標軸であり、Ｘ軸に沿う方向を「Ｘ方向」、Ｙ軸に沿う方向を「Ｙ方向」、Ｚ軸に沿う方向を「Ｚ方向」とし、それぞれ矢印の方向がプラス方向である。また、Ｚ方向のプラス方向を「上方」、Ｚ方向のマイナス方向を「下方」とも言う。

本実施形態に係る加速度センサーユニット１は、図１、図２、及び図３に示すように、基板１０と、蓋体３０と、可動体としての加速度センサー素子２１ｚと、を含んで構成されている。加速度センサー素子２１ｚは、基板１０に垂直なＺ方向の加速度Ａｚを検知可能な加速度センサー素子である。

基板１０及び蓋体３０は、それぞれ、板状をなし、Ｘ軸及びＹ軸を含む平面であるＸＹ平面に沿って配置されている。つまり、基板１０と蓋体３０とは、略平行であり、Ｚ軸に沿って見た場合に、互いに重なりあっている。

基板１０の構成材料としては、特に限定されないが、絶縁性を有する材料を用いることが好ましく、具体的には、高抵抗なシリコン材料、ガラス材料を用いるのが好ましく、例えば、アルカリ金属イオンを一定量含むガラス材料、例えば、パイレックス（登録商標）ガラスのような硼珪酸ガラスを用いるのが好ましい。このような基板１０を用いれば、後述するように加速度センサー素子２１ｚがシリコンを主材料として構成されている場合、基板１０と加速度センサー素子２１ｚとを陽極接合することができ、加速度センサー素子２１ｚを強固に基板１０に固定することができる。よって、剥離が発生し難い高信頼性の加速度センサーユニット１を提供できる。それ以外に、石英基板、水晶基板、或いはＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板であっても良い。

また、蓋体３０の構成材料としては、半導体材料が望ましい。本実施例では、一例として、単結晶シリコンを用いることとする。

基板１０と蓋体３０とは、接合部材４０を介し接合されている。本実施形態では、接合部材４０として、高温酸化物を主成分としたガラスフリット接着剤を用いることとする。ここで、高温酸化物とはＢ₂Ｏ₃、ＺｎＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｂｉ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂等である。ガラスフリット接着剤による接合は、コストとプロセスの簡便性において優位性のある方法である。基板１０と蓋体３０との接合方法については、本実施形態のようにガラスフリット接着剤を介した接合の他、他の接着剤を用いた接合、加熱による直接接合、陽極接合、共晶接合、表面活性化接合、溶接、などが考えられる。

基板１０の一方の面には、加速度センサー素子２１ｚが設けられている。具体的には、基板１０には、蓋体３０側となる上方に開放する凹部１４が設けられている。凹部１４には、凹部１４の内底面１４ａから突出したマウント部Ｍ９１が設けられており、加速度センサー素子２１ｚを支持している。凹部１４を囲う基板１０の外周には、蓋体３０と接合される接合面１１ａが形成されている。また、基板１０には、加速度センサーユニット１の電気的信号を取り出すための電極端子５０が形成されている。電極端子５０については後述する。なお、基板１０の凹部１４が省略され、基板１０上に加速度センサー素子２１ｚが設けられてもよい。

蓋体３０には、基板１０側となる下方に開放する凹部３４が設けられている。蓋体３０の凹部３４は、基板１０の凹部１４に対向するように形成され、凹部３４の内底面３４ａと、凹部１４の内底面１４ａとは、ともにＸＹ平面に略平行である。また、凹部３４の外周には、基板１０と接合する際の接合面３６ａが形成されている。この構成によって、基板１０と蓋体３０とを接合した際に、基板１０の凹部１４と蓋体３０の凹部３４とによって、内部空間であるキャビティー２０が形成される。加速度センサー素子２１ｚは、このキャビティー２０内に配置される。つまり、加速度センサー素子２１ｚは、基板１０と蓋体３０との間に収納されている。なお、凹部３４の内底面３４ａは、第１面に相当する。

本実施形態において、キャビティー２０内は、空気で充填されるものとするが、充填する気体は、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスでもよい。また、キャビティー２０内の圧力条件については、本実施形態では大気圧とするが、大気圧より大きくても小さくてもよい。

図２に示すように、加速度センサー素子２１ｚは、可動部９１と、梁部９２と、固定部９３と、を備えており、これらは一体的に形成されている。本実施形態における加速度センサー素子２１ｚの材料は単結晶シリコンとするが、他に多結晶シリコン、水晶などで形成することもできる。

可動部９１は、ＸＹ平面に略平行でＹ軸に沿って延在する板状の部材であり、その内側には開口が形成されている。梁部９２は、この開口を横断するようにＸ軸に沿って形成された細長い部位であり、固定部９３は、梁部９２の略中央に形成されている。

固定部９３は、マウント部Ｍ９１上に固定され、可動部９１は、梁部９２を介して固定部９３に接続されている。可動部９１は、梁部９２により構成される回動軸Ｌ９まわりにシーソー揺動するようになっている。つまり、可動部９１は、基板１０に対して揺動可能になっている。また、可動部９１は、回動軸Ｌ９を挟む両側に２つの可動電極を有している。具体的には、可動部９１は、平面視で、回動軸Ｌ９の一方側である＋Ｙ側に位置する可動検出電極９１１と、回動軸Ｌ９の他方側である－Ｙ側に位置する可動検出電極９１２と、を有している。可動検出電極９１１，９１２は、加速度Ａｚが加わったときの回転モーメントが互いに異なるように設計されている。また、凹部１４の内底面１４ａには、可動検出電極９１１と対向する固定電極である固定検出電極９４と、可動検出電極９１２と対向する固定電極である固定検出電極９５と、が設けられている。

電極端子５０は、端子５１、端子５２、及び端子５３を含んでいる。端子５１は、基板１０上に設けられた配線６１に接続され、マウント部Ｍ９１上に形成された接点６４を介して可動検出電極９１１，９１２と電気的に接続されている。端子５２は、基板１０上に設けられた配線６２を介して固定検出電極９４と電気的に接続されており、端子５３は、基板１０上に設けられた配線６３を介して固定検出電極９５と電気的に接続されている。また、可動検出電極９１１，９１２、及び固定検出電極９４，９５には、端子５１，５２，５３を介して所定の電圧が印加されており、可動検出電極９１１と固定検出電極９４との間、及び可動検出電極９１２と固定検出電極９５との間に、それぞれ、静電容量が形成される。

このような加速度センサー素子２１ｚは、次のようにして加速度Ａｚを検出することができる。加速度センサー素子２１ｚにＺ方向の加速度Ａｚが加わると、可動部９１は、回動軸Ｌ９まわりにシーソー揺動する。このような可動部９１のシーソー揺動によって、可動検出電極９１１と固定検出電極９４とのギャップ、及び可動検出電極９１２と固定検出電極９５とのギャップが変化し、それに伴ってこれらの間の静電容量が変化する。そのため、これらの静電容量の変化量に基づいて加速度Ａｚを検出し、端子５１，５２，５３から電気的な信号として抽出することができる。

このような加速度センサー素子２１ｚに、Ｚ方向の強い加速度が加わると、大きなシーソー揺動により、梁部９２に加わるねじれ応力や曲げ応力、せん断応力が過大になり、加速度センサー素子２１ｚが破損する虞がある。したがって、本実施形態の蓋体３０の一方の面には、加速度センサー素子２１ｚの揺動範囲を制限するための突起３５が設けられている。

具体的には、突起３５は、蓋体３０において、加速度センサー素子２１ｚに対向する面である内底面３４ａに設けられ、内底面３４ａから、Ｚ軸に沿って基板１０側に伸びるように形成されている。突起３５の数や位置は限定しないが、加速度センサー素子２１ｚの可動検出電極９１１の直上と、可動検出電極９１２の直上とに配置することが望ましい。この突起３５は、加速度センサー素子２１ｚの可動部９１の揺動範囲を制限し、加速度センサー素子２１ｚの破損を防いだり、可動検出電極９１１，９１２が固定検出電極９４，９５と接触して吸着するのを防ぐ効果がある。

図４及び図５に示すように、突起３５は、平面視で略矩形であり、Ｚ軸に略平行な平面である４つの側面３５ａは、滑らかな曲面３５ｄによって接続されている。また、突起３５の、加速度センサー素子２１ｚに対向する先端面３５ｂは、ＸＹ平面に略平行、即ち内底面３４ａに略平行に形成されている。先端面３５ｂは、側面３５ａと垂直であり、側面３５ａとはシリコン面方位が異なる面であるが、側面３５ａと先端面３５ｂとは、曲面３５ｃによって滑らかに接続されている。つまり、図５に示すように、突起３５の断面形状は、側面３５ａを構成し、Ｚ軸に沿って直線状に延びる第１直線部と、先端面３５ｂを構成し、ＸＹ平面に略平行な第２直線部と、曲面３５ｃを構成する曲線部と、を含んで構成される。

また、曲面３５ｃは、突起３５の側面３５ａと先端面３５ｂとの間に形成された凹状の曲面３５ｃ１と、側面３５ａと曲面３５ｃ１とを接続する凸状の曲面３５ｃ２と、曲面３５ｃ１と先端面３５ｂとを接続する凸状の曲面３５ｃ３とを含んでいる。加速度センサー素子２１ｚにＺ方向の強い加速度が加わった場合、可動部９１は、曲面３５ｃ２，３５ｃ３のいずれかに接触し、揺動が制限される。

以上、説明したように、本実施形態の構成によれば、シリコン面方位が異なる側面３５ａと先端面３５ｂとが滑らかな曲面３５ｃで接続されるため、シリコン面方位の不連続な境界が露出しない。したがって、突起３５が可動部９１と接触した際に、突起３５にクラックやチッピングなどの破損が生じにくい。

また本実施形態の構成によれば、加速度センサー素子２１ｚに対向する突起３５の先端面３５ｂが、凹部３４の内底面３４ａに略平行に形成されているため、突起３５の高さの管理が容易である。このため、突起３５と可動部９１の間のギャップを所望の値にすることが容易になる。

次に、慣性センサーの製造方法の一例として、加速度センサーユニット１の製造方法を説明する。
図６は、加速度センサーユニット１の製造工程を説明するフローチャートである。また、各工程での状態を表す図を図７～図１８に示す。なお、図７～図１８は、図を簡略化するため、Ｙ軸に沿って見た場合の断面図を示す。なお、ここでは説明を簡単にするため、蓋体３０の製造方法を中心に説明する。

ステップＳ１のプロセス図を図７に示す。ステップＳ１は、蓋体３０となるシリコン基板３０１の表面に熱酸化膜３０２を形成する工程である。ここで形成した熱酸化膜３０２は、後のシリコンエッチング工程にて、突起３５を形成する際のマスクとしての役割と、後に蓋体３０と基板１０を接合する際の接合面３６ａを保護する役割を果たす。

ステップＳ２のプロセス図を図８～図１０に示す。ステップＳ２は、蓋体３０の一方の面に凹部３４の形成領域を設定する工程である。この工程では、フォトリソグラフィー技法およびエッチング技法を用いる。まず、フォトレジスト３０３を塗布し、露光することでパターニングを行ない、凹部３４が形成される領域３０４のフォトレジスト３０３を剥離する（図８参照）。その後、ボッシュプロセスによるプラズマエッチングを実施する（図９参照）。なお、ここでのエッチングの方法は、ドライプロセス、ウェットプロセスのどちらでも構わない。この工程では、熱酸化膜３０２のうち、凹部３４が形成される領域３０４をエッチングするが、熱酸化膜３０２を完全に除去するのではなく、熱酸化膜３０２を一部残しておく。エッチング終了後、残っていたフォトレジスト３０３を剥離する（図１０参照）。

ステップＳ３のプロセス図を図１１～図１３に示す。ステップＳ３は、蓋体３０の一方の面に突起３５を形成する工程である。この工程でもステップＳ２と同様に、フォトリソグラフィー技法およびエッチング技法を用いる。まず、フォトレジスト３０５を塗布し、露光することでパターニングを行ない、接合面３６ａ及び突起３５が形成される領域以外のフォトレジスト３０５を剥離する（図１１参照）。その後、フォトレジスト３０５をマスクにして、ボッシュプロセスによるエッチングを実施して、凹部３４及び突起３５を形成する（図１２参照）。エッチング終了後、残っていたフォトレジスト３０５を剥離する（図１３参照）。このときに、突起３５の先端上の熱酸化膜３０２の厚みは、接合面３６ａ上の熱酸化膜３０２の厚みよりも薄い。

ステップＳ４のプロセス図を、図１４、図１５に示す。ステップＳ４は、蓋体３０の突起３５上の熱酸化膜３０２と突起３５とをエッチングし、突起３５を所望の高さに調整する工程である。まずは、突起３５上の熱酸化膜３０２をエッチングによって完全に除去する（図１４参照）。次に、突起３５の高さが所望の高さｈとなるまでエッチングする（図１５参照）。この工程では、突起３５の角部でエッチングが早く進むため、突起３５の先端の角部が欠けた形状となる。この状態で、接合面３６ａ上には、熱酸化膜３０２が残っている。このエッチングにより、突起３５の先端面３５ｂは、蓋体３０の接合面３６ａを基準にして、＋Ｚ方向にエッチング量ｄだけ離れて位置することになる。つまり、凹部３４の内底面３４ａは、接合面３６ａよりも基板１０から離れた位置に形成され、突起３５の先端面３５ｂは、内底面３４ａと接合面３６ａの間に位置している。したがって、基板１０と蓋体３０とを接合する際に、先端面３５ｂが加速度センサー素子２１ｚと接触してしまうことが抑制される。また、加速度センサーユニット１の感度をより向上させるために、加速度センサー素子２１ｚのＺ方向の厚みを大きくするということが考えられるが、本実施形態のプロセスによれば、エッチング量ｄを調整することで、容易に対応することができる。

ステップＳ５のプロセス図を図１６、図１７に示す。ステップＳ５は、蓋体３０の突起３５に曲面３５ｃを形成する工程である。ここでは、一例として、熱酸化膜３０７を再形成し、剥離するという方法を用いる。まず、蓋体３０の凹部３４側の面に熱酸化膜３０７を形成する（図１６参照）。このとき、熱酸化は角部で早く進行する。したがって、突起３５の欠けた部分の角部がなめらかな形状となる。次に、形成した熱酸化膜３０７を剥離する（図１７参照）。この工程により、突起３５の側面３５ａと先端面３５ｂとの間が曲面３５ｃでなめらかに接続され、シリコン面方位の不連続な境界がなくなるため、接触などによるクラックやチッピングが生じにくい構造となる。なお、曲面３５ｃを形成する他の方法としては、等方性のウェットエッチング、フッ酸蒸気などを使ったドライプロセスなどが考えられる。

ステップＳ６後の完成図を図１８に示す。ステップＳ６は、蓋体３０を基板１０に接合する工程である。基板１０には、加速度センサー素子２１ｚが予め接合されている。蓋体３０は、接合部材４０を介して基板１０に接合される。この工程により、加速度センサーユニット１は、気密性の高い構造となるため、外部からの水分や異物などの侵入を防ぐことができ、信頼性の高い慣性センサーを実現できる。また、接合部材４０の厚みを調整することで、突起３５の先端面３５ｂと可動部９１との間のギャップを容易に制御することができ、加速度センサーユニット１の設計の自由度が向上する。

２．実施形態２
次に、実施形態２に係る慣性センサーの一例として、Ｘ方向、及びＹ方向の加速度を検知することのできる加速度センサーユニット２を例示し、図１９～図２２を参照して説明する。
図１９は、本実施形態の加速度センサーユニット２の概略構成を示す平面図である。図２０は、加速度センサー素子２１ｘの概略構成を示す平面図である。図２１は、加速度センサー素子２１ｙの概略構成を示す平面図である。図２２は、図１９におけるＢ－Ｂ線での断面図である。
なお、図１９では、内部を視認できるように、蓋体３０の図示を省略している。また、上記各図では、説明の便宜上、配線の一部を省略しており、分かり易くするために、各構成要素の寸法比率は実際と異なる。

本実施形態に係る加速度センサーユニット２は、図１９～図２２に示すように、実施形態１の加速度センサーユニット１と同様、基板１０と、蓋体３０とを含み、これらによって形成されるキャビティー２０の内部に、可動体としての加速度センサー素子２１ｘ及び加速度センサー素子２１ｙが配置されている。加速度センサー素子２１ｘは、基板１０に略平行なＸ方向の加速度Ａｘを検知可能な加速度センサー素子であり、加速度センサー素子２１ｙは、同じく基板１０に略平行なＹ方向の加速度Ａｙを検知可能な加速度センサー素子である。

基板１０及び蓋体３０は、それぞれ、板状をなし、Ｘ軸及びＹ軸を含む平面であるＸＹ平面に沿って配置され、接合部材４０を介して接合されている。基板１０、蓋体３０の形状、材料については実施形態１と同様のため、省略する。また、基板１０と蓋体３０の接合方法についても、実施形態１と同様のため、省略する。

基板１０には、蓋体３０側となる上方に開放する凹部１４が設けられている。また、基板１０は、加速度センサーユニット２の電気的信号を取り出すための電極端子５０を備えている。本実施形態の電極端子５０は、端子５４，５５，５６，５７，５８を含んでいる。

図２０に示すように、加速度センサー素子２１ｘは、可動部７１と、バネ部７２と、固定部７３と、固定検出電極７４，７５と、を備えている。

可動部７１は、Ｘ方向に延在する基部７１１と、基部７１１からＹ方向両側に突出した複数の可動電極である可動検出電極７１２と、を有している。このような可動部７１は、基部７１１のＸ方向の両端部においてバネ部７２を介して固定部７３に接続されている。また、固定部７３は、凹部１４の内底面１４ａから突出したマウント部Ｍ７１に固定されている。これにより、可動部７１は、固定部７３に対してＸ方向に変位可能となる。また、固定電極である固定検出電極７４，７５は、凹部１４の内底面１４ａから突出したマウント部Ｍ７２に固定されている。固定検出電極７４，７５は、それぞれＹ方向に延在し、隣り合う可動検出電極７１２間に１組ずつ配置されている。

電極端子５０に含まれる端子５４は、基板１０上に設けられた配線６６ａに接続され、マウント部Ｍ７１上に形成された接点６５を介して可動検出電極７１２に電気的に接続されている。また、端子５５は、基板１０上に設けられた配線６６ｂを介して固定検出電極７４に電気的に接続され、端子５６は、基板１０上に設けられた配線６６ｃを介して固定検出電極７５に電気的に接続されている。また、可動検出電極７１２、固定検出電極７４、及び固定検出電極７５には、それぞれ端子５４，５５，５６を介して所定の電圧が印加されており、可動検出電極７１２と固定検出電極７４，７５との間に、それぞれ、静電容量が形成されている。

このような加速度センサー素子２１ｘは、次のようにして加速度Ａｘを検出することができる。加速度センサー素子２１ｘに加速度Ａｘが加わると、加速度Ａｘの大きさに基づいて、可動部７１が、バネ部７２を弾性変形させながら、Ｘ方向に変位する。可動部７１が変位することで、可動検出電極７１２と固定検出電極７４とのギャップ及び可動検出電極７１２と固定検出電極７５とのギャップが変化し、それに伴ってこれらの間の静電容量が変化する。そのため、これらの静電容量の変化量に基づいて加速度Ａｘを検出することができる。

このような加速度センサー素子２１ｘに、Ｚ方向の強い加速度が加わると、Ｚ方向への大きな揺動が発生し、バネ部７２に加わるねじれ応力や曲げ応力、せん断応力が過大になり、加速度センサー素子２１ｘが破損する虞がある。したがって、本実施形態の蓋体３０にも、加速度センサー素子２１ｘの揺動範囲を制限するための突起３５が形成されている。突起３５の数および位置については、限定しないが、振幅が最も大きくなる基部７１１の中心７１１ｃの上方に形成することが望ましい。突起３５の形状については、実施形態１と同様のため、省略する。

図２１に示す加速度センサー素子２１ｙは、前述した加速度センサー素子２１ｘの向きを９０°回転させた以外は、加速度センサー素子２１ｘと同様である。そのため、加速度センサー素子２１ｙの説明は、省略する。

なお、端子５４は、基板１０上に設けられた配線６６ａを介して加速度センサー素子２１ｙの可動検出電極７１２と電気的に接続されている。また、端子５７，５８は、基板１０上に設けられた配線６６ｄ、６６ｅを介して加速度センサー素子２１ｙの固定検出電極７４，７５に電気的に接続されている。また、加速度センサー素子２１ｙの可動検出電極７１２、及び固定検出電極７４，７５には、端子５４，５７，５８を介して所定の電圧が印加されており、加速度センサー素子２１ｙの可動検出電極７１２と固定検出電極７４，７５との間に、それぞれ、静電容量が形成されている。

このような加速度センサー素子２１ｙについても、Ｚ方向の強い加速度が加わると、Ｚ方向への大きな揺動が発生し、バネ部７２に加わるねじれ応力や曲げ応力、せん断応力が過大になり、加速度センサー素子２１ｙが破損する虞がある。したがって、加速度センサー素子２１ｘにおける突起３５と同形状の突起３５を蓋体３０に形成することが望ましい。

以上、説明したように、本実施形態の構成によれば、蓋体３０に実施形態１と同形状の突起３５が形成されている。つまり、この突起３５において、Ｚ軸に略平行な側面３５ａと、ＸＹ平面に略平行な先端面３５ｂとは、曲面３５ｃによって滑らかに接続されている。したがって、突起３５が可動部７１と接触した際に、突起３５にクラックやチッピングなどの破損が生じにくい。

なお、上記実施形態１、２は、以下のように変更してもよい。

上記実施形態１、２では、突起３５の側面３５ａと先端面３５ｂとを接続する曲面３５ｃは、凹状の曲面３５ｃ１と、凸状の２つの曲面３５ｃ２，３５ｃ３とによって構成されているが、この態様に限定されない。例えば、凸状の１つの曲面のみで構成されてもよいし、より複雑な曲面で構成されてもよい。

上記実施形態１、２では、突起３５の側面３５ａが、Ｚ軸に略平行に形成されているが、突起３５の形状は、この形状に限定されず、図２３及び図２４に示すように、突起３５の側面３５ａが凹部３４の内底面３４ａに対して傾くように形成されてもよい。例えば、図２３に示すように、突起３５の断面形状の幅が、上方、即ち先端面３５ｂから内底面３４ａに向かうに従って細くなるようにしてもよいし、図２４に示すように、突起３５の断面形状の幅が、上方に向かうに従って太くなるようにしてもよい。このような構成によれば、等方性エッチングなどによって突起３５の形成が可能となる。つまり、突起３５を形成するためのプロセスの選択肢が増え、より効率よく突起３５を形成することができる。

上記実施形態１、２では、基板１０と加速度センサー素子２１ｘ、２１ｙ、２１ｚは、マウント部Ｍ７１，Ｍ９１に接合されていたが、この態様に限定されない。例えば、図２５及び図２６に示すように、犠牲層を利用したエッチングプロセスを利用して、加速度センサー素子２１ｘ、２１ｙ、２１ｚとマウント部Ｍ７１、Ｍ９１とを一体の構造として同時に形成することもできる。ここで、犠牲層とは、シリコン酸化膜や、有機物ポリイミド、多結晶シリコンなどである。このような構成にすると、可動電極と配線の接点部の配置を自由に設計することができる。

上記実施形態１、２では、基板１０と蓋体３０を接合することで、キャビティー２０内の気密性が高い封止を実現していたが、例えば、図２７～図２９に示すように封止することもできる。
図２７に示すように、まず、蓋体３０に貫通孔３７を形成する。貫通孔３７は一つに限らず、複数設けてもよい。また、貫通孔３７の形状は問わない。その後、図２８に示すように、基板１０と蓋体３０を接合する。次に、図２９に示すように、封止材３８を貫通孔３７に配置する。封止材３８としては、金属材料が利用可能であるが、樹脂材料やガラスフリット材料などであってもよい。最後に、レーザーで封止材３８を溶融させ、気密封止する。
このような構成にすることで、キャビティー２０内の圧力を精度よく制御することができる。また、キャビティー２０内に水分や異物、ガスなどを混入させにくいという効果がある。

上記実施形態１の加速度センサーユニット１と、上記実施形態２の加速度センサーユニット２とを一体的に構成し、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の３方向の加速度を検出することが可能な加速度センサーユニットとしてもよい。

１，２…加速度センサーユニット、１０…基板、１１ａ…接合面、１４…凹部、１４ａ…内底面、２０…キャビティー、２１ｘ，２１ｙ，２１ｚ…加速度センサー素子、３０…蓋体、３４…凹部、３４ａ…内底面、３５…突起、３５ａ…側面、３５ｂ…先端面、３５ｃ，３５ｃ１，３５ｃ２，３５ｃ３，３５ｄ…曲面、３６ａ…接合面、３７…貫通孔、３８…封止材、４０…接合部材、５０…電極端子、５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７，５８…端子、６１，６２，６３，６６ａ，６６ｂ，６６ｃ，６６ｄ…配線、６４，６５…接点、７１…可動部、７１１…基部、７１２…可動検出電極、７２…バネ部、７３…固定部、７４，７５…固定検出電極、９１…可動部、９１１，９１２…可動検出電極、９２…梁部、９３…固定部、９４，９５…固定検出電極、３０１…シリコン基板、３０２，３０７…熱酸化膜、３０３，３０５…フォトレジスト、３０４…領域、Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ…加速度、Ｌ９…回動軸、Ｍ７１，Ｍ７２，Ｍ９１…マウント部、ｄ…エッチング量。

Claims

基板と、
前記基板の一方の面に設けられ、前記基板に対し揺動可能な可動体と、
半導体で構成され、前記基板との間で前記可動体を収納する蓋体と、
前記蓋体において前記可動体に対向する第１面に設けられ、前記可動体の揺動範囲を制限する突起と、
を備え、
前記突起の前記可動体に対向する先端面と、前記突起の側面とは、曲面を介して接続されていることを特徴とする慣性センサー。
請求項１に記載の慣性センサーであって、
前記先端面は、前記第１面に略平行に形成されていることを特徴とする慣性センサー。
請求項１又は２に記載の慣性センサーであって、
前記突起の断面形状の幅が、前記先端面から前記第１面に向かうに従って細くなっていることを特徴とする慣性センサー。
請求項１～３のいずれか一項に記載の慣性センサーであって、
前記蓋体は、前記基板に接合される接合面を有し、
前記第１面は、前記接合面よりも前記基板から離れた位置に形成され、
前記先端面は、前記第１面と前記接合面の間に位置することを特徴とする慣性センサー。
基板と、
前記基板の一方の面に設けられ、前記基板に対し揺動可能な可動体と、
半導体で構成され、前記基板との間で前記可動体を収納する蓋体と、
前記蓋体において前記可動体に対向する第１面に設けられ、前記可動体の揺動範囲を制限する突起と、
を含む慣性センサーの製造方法であって、
前記蓋体の一方の面をエッチングして前記突起を形成する工程と、
前記突起の先端面と、前記突起の側面との間に曲面を形成する工程と、
前記基板と前記蓋体とを接合する工程と、
を含むことを特徴とする慣性センサーの製造方法。