JP5505340B2 - Mechanical quantity sensor and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、外力に応じて抵抗値が変化する素子を用いて力学量を検出する力学量センサ及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a mechanical quantity sensor that detects a mechanical quantity using an element whose resistance value changes according to an external force, and a method for manufacturing the same.

近年、各種電子機器の小型軽量化、多機能化や高機能化が進み、実装される電子部品にも高密度化が要求されている。このような要求に応じて各種電子部品が半導体デバイスとして製造されるものが増加している。このため、回路素子として製造される半導体デバイス以外に力学量を検出するセンサ等も半導体デバイスを用いて製造され、小型軽量化が図られている。例えば、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いて形成される小型で単純な構造を有する加速度センサには、外力に応じて変位する可動部を半導体基板に形成し、この可動部の変位をピエゾ抵抗素子や静電容量素子等を利用して検出するタイプのセンサが実用化されている。   In recent years, various electronic devices have been reduced in size, weight, functionality, and functionality, and electronic components to be mounted have been required to have higher density. In response to such demands, an increasing number of electronic components are manufactured as semiconductor devices. For this reason, in addition to the semiconductor device manufactured as a circuit element, a sensor for detecting a mechanical quantity is also manufactured using the semiconductor device, and a reduction in size and weight is achieved. For example, in an acceleration sensor having a small and simple structure formed by using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology, a movable part that is displaced according to an external force is formed on a semiconductor substrate, and the displacement of the movable part is measured by piezoelectricity. A sensor of a type that uses a resistance element, a capacitance element or the like for detection has been put into practical use.

また、従来、接触式半導体センサとして、半導体基板上に形成した可動電極と固定電極との接触の有無により、振動等の有無を検出するものがある(例えば、特許文献1参照。)。他にも、半導体基板上の固定部を中心に渦巻き状に複数巻回した構造の外周部に、リング状の可動電極を形成し、可動電極と、可動電極の周囲に配置された固定電極との接触の有無により、傾きを検出するものがある(例えば、非特許文献1参照。)。   Conventionally, some contact-type semiconductor sensors detect the presence or absence of vibration or the like based on the presence or absence of contact between a movable electrode and a fixed electrode formed on a semiconductor substrate (see, for example, Patent Document 1). In addition, a ring-shaped movable electrode is formed on the outer peripheral portion of the structure wound in a spiral shape around the fixed portion on the semiconductor substrate, and the movable electrode, and the fixed electrode disposed around the movable electrode, In some cases, the inclination is detected by the presence or absence of contact (for example, see Non-Patent Document 1).

特開2007−303974号公報JP 2007-303974 A

Yasushiro Nishioka,他5名,”MEMS Tilt Sensor Fabricated Utilizing Anodic Bonding of Thin Silicon Film on Glass Substrate”,電学論E,129巻10号,2009年,p.328−332Yashiro Nishioka, et al., "MEMS Tilt Sensor Fabricated Unifying Annotated Bonding of Thin Silicon Film on Glass Subs.", Electrology E, 129, 10p. 328-332

しかしながら、上述の特許文献1及び非特許文献1により提案された接触式半導体センサでは、可動電極と固定電極との接触の有無を検出することしかできず、可動電極と固定電極とが接触したときに生じる電気信号の出力レベルが小さいため、その電気信号を増幅させるための増幅回路等を、センサの外部に設ける必要があった。また、検出される外力の方向も限られるものであった。   However, in the contact-type semiconductor sensor proposed by the above-mentioned Patent Document 1 and Non-Patent Document 1, it is only possible to detect the presence or absence of contact between the movable electrode and the fixed electrode, and when the movable electrode and the fixed electrode are in contact with each other. Since the output level of the electric signal generated in the circuit is small, an amplifier circuit for amplifying the electric signal must be provided outside the sensor. Further, the direction of the detected external force is limited.

さらに、従来のピエゾ抵抗素子を利用して力学量を検出するタイプのセンサや、静電容量型の半導体センサは、製造プロセスが複雑で、製造コストが高くなるという問題点があった。   Furthermore, conventional sensors that detect mechanical quantities using piezoresistive elements and capacitive semiconductor sensors have a problem in that the manufacturing process is complicated and the manufacturing cost increases.

本発明は上述した従来の問題点に鑑み、外力の大きさ及び方向並びに加速度を検出することができ、低コストに製造することのできる力学量センサ及びその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a mechanical quantity sensor that can detect the magnitude and direction of external force and acceleration and can be manufactured at low cost, and a manufacturing method thereof. .

本発明の実施の形態に係る力学量センサは、第1基板と、前記第1基板上に配置された固定部と、前記固定部に一端部が支持されて前記第1基板から離隔して配置された可動電極と、前記可動電極の周囲に位置し力学量の検出方向に配置された固定電極と、前記固定部に電気的に接続された第1端子と、前記固定電極に電気的に接続された第2端子と、を備えることを特徴とする。本発明の実施の形態に係る力学量センサによれば、印加された外力の大きさ及び方向並びに加速度を検出することができる。さらに、従来の力学量センサと比べ、構造を簡単なものとすることができるため、製造が容易な力学量センサを実現できる。   A mechanical quantity sensor according to an embodiment of the present invention includes a first substrate, a fixing portion disposed on the first substrate, and one end portion supported by the fixing portion and spaced apart from the first substrate. A movable electrode, a fixed electrode positioned around the movable electrode and arranged in the detection direction of the mechanical quantity, a first terminal electrically connected to the fixed portion, and electrically connected to the fixed electrode And a second terminal. According to the mechanical quantity sensor according to the embodiment of the present invention, the magnitude and direction of the applied external force and the acceleration can be detected. Furthermore, since the structure can be simplified as compared with the conventional mechanical quantity sensor, a mechanical quantity sensor that is easy to manufacture can be realized.

本発明の実施の形態に係る力学量センサは、前記可動電極は印加される外力により変形されて前記固定電極の一部と接触し、前記可動電極が前記固定電極に接触した際の前記固定部と前記固定電極との間の電気抵抗値の変化に基づいて前記外力の大きさを検出してもよい。本発明の実施の形態に係る力学量センサによれば、外力の変化を抵抗値の変化として検出できるため、従来の力学量センサと比べ、検出信号レベルを高くすることができる。これにより、増幅回路が不要となり、製造コストを低減させることもできる。   In the mechanical quantity sensor according to an embodiment of the present invention, the movable electrode is deformed by an applied external force to contact a part of the fixed electrode, and the fixed portion when the movable electrode contacts the fixed electrode. The magnitude of the external force may be detected based on a change in electrical resistance value between the electrode and the fixed electrode. According to the mechanical quantity sensor according to the embodiment of the present invention, a change in external force can be detected as a change in resistance value, so that the detection signal level can be increased as compared with a conventional mechanical quantity sensor. This eliminates the need for an amplifier circuit and can reduce the manufacturing cost.

本発明の実施の形態に係る力学量センサは、前記可動電極は、最外周の側面に突起部が配置されてもよい。本発明の実施の形態に係る力学量センサによれば、可動電極の外周側の重みにより、外力が印加された際に固定電極と接触しやすくなる為、印加される外力が小さい場合であっても、抵抗値の変化として検出でき、外力の検出感度を向上させることができる。   In the mechanical quantity sensor according to the embodiment of the present invention, the movable electrode may have a protrusion on the outermost side surface. According to the mechanical quantity sensor according to the embodiment of the present invention, due to the weight on the outer peripheral side of the movable electrode, it is easy to come into contact with the fixed electrode when an external force is applied. Also, it can be detected as a change in resistance value, and the detection sensitivity of external force can be improved.

本発明の実施の形態に係る力学量センサは、前記可動電極は、前記固定部から遠ざかるに従って、その幅が徐々に大きくなるものであってもよい。本発明の実施の形態に係る力学量センサによれば、可動電極の外周側の重みにより、外力が印加された際に固定電極と接触しやすくなる為、印加される外力が小さい場合であっても、抵抗値の変化として検出でき、外力の検出感度を向上させることができる。   In the mechanical quantity sensor according to an embodiment of the present invention, the movable electrode may gradually increase in width as the movable electrode moves away from the fixed portion. According to the mechanical quantity sensor according to the embodiment of the present invention, due to the weight on the outer peripheral side of the movable electrode, it is easy to come into contact with the fixed electrode when an external force is applied. Also, it can be detected as a change in resistance value, and the detection sensitivity of external force can be improved.

本発明の実施の形態に係る力学量センサは、前記可動電極は、前記最外周よりも内側の一部の幅がもっとも大きいものであってもよい。本発明の実施の形態に係る力学量センサによれば、可動電極の内側の一部の重みにより、外力が印加された際に、外周側が固定電極と接触しやすくなる為、印加される外力が小さい場合であっても、抵抗値の変化として検出でき、外力の検出感度を向上させることができる。   In the mechanical quantity sensor according to the embodiment of the present invention, the movable electrode may have a part of the innermost width wider than the outermost periphery. According to the mechanical quantity sensor according to the embodiment of the present invention, when an external force is applied due to a partial weight inside the movable electrode, the outer peripheral side easily comes into contact with the fixed electrode. Even if it is small, it can be detected as a change in resistance value, and the external force detection sensitivity can be improved.

本発明の実施の形態に係る力学量センサは、前記可動電極は、第1可動電極及び第2可動電極を含み、前記第1可動電極の最外周の端部は、リング状の可動電極の内周面に接続され、前記リング状の可動電極は、前記第1可動電極の最外周の周囲に前記第1基板から離隔して配置され、前記リング状の可動電極の外周面には、前記第2可動電極の最内周の端部が接続され、前記第2可動電極は、前記リング状の可動電極の外周に前記第1基板から離隔して渦巻き状に配置され、前記リング状の可動電極の幅は、前記第1可動電極及び前記第2可動電極の各幅より大きくてもよい。本発明の実施の形態に係る力学量センサによれば、リング状の可動電極の重みにより、外力が印加された際に、第2可動電極が固定電極と接触しやすくなる為、印加される外力が小さい場合であっても、抵抗値の変化として検出でき、外力の検出感度を向上させることができる。   In the mechanical quantity sensor according to an embodiment of the present invention, the movable electrode includes a first movable electrode and a second movable electrode, and an outermost end portion of the first movable electrode is an inner ring-shaped movable electrode. The ring-shaped movable electrode is connected to a peripheral surface, and is disposed apart from the first substrate around the outermost periphery of the first movable electrode. The outer peripheral surface of the ring-shaped movable electrode has the first Two innermost ends of the movable electrode are connected, and the second movable electrode is spirally arranged on the outer periphery of the ring-shaped movable electrode and spaced from the first substrate, and the ring-shaped movable electrode The width may be larger than the widths of the first movable electrode and the second movable electrode. According to the mechanical quantity sensor according to the embodiment of the present invention, when the external force is applied due to the weight of the ring-shaped movable electrode, the second movable electrode easily comes into contact with the fixed electrode. Can be detected as a change in resistance value, and the external force detection sensitivity can be improved.

本発明の実施の形態に係る力学量センサは、前記可動電極は、前記固定部から遠ざかるに従って、渦巻きの間隔が徐々に狭くなるものであってもよい。本発明の実施の形態に係る力学量センサによれば、可動電極の外周側の重みにより、外力が印加された際に固定電極と接触しやすくなる為、印加される外力が小さい場合であっても、抵抗値の変化として検出でき、外力の検出感度を向上させることができる。   In the mechanical quantity sensor according to an embodiment of the present invention, the movable electrode may be such that the interval between the spirals gradually decreases as the movable electrode moves away from the fixed portion. According to the mechanical quantity sensor according to the embodiment of the present invention, due to the weight on the outer peripheral side of the movable electrode, it is easy to come into contact with the fixed electrode when an external force is applied. Also, it can be detected as a change in resistance value, and the detection sensitivity of external force can be improved.

本発明の実施の形態に係る力学量センサは、前記固定電極は、前記第1基板に対して垂直な方向又は平行な方向に、前記可動電極と対向して配置されてもよい。本発明の実施の形態に係る力学量センサによれば、3軸方向(X方向、Y方向、Z方向)の外力の大きさ及び方向並びに加速度を検知することができる。   In the mechanical quantity sensor according to an embodiment of the present invention, the fixed electrode may be arranged to face the movable electrode in a direction perpendicular to or parallel to the first substrate. The mechanical quantity sensor according to the embodiment of the present invention can detect the magnitude and direction of the external force in the three-axis directions (X direction, Y direction, and Z direction) and acceleration.

本発明の実施の形態に係る力学量センサは、前記固定部及び前記固定電極上に配置された第2基板をさらに備え、前記第2基板は、前記固定部及び前記固定電極の位置に合わせて配置されるとともに前記第1端子又は前記第2端子に電気的に接続される電極又は配線を有してもよい。本発明の実施の形態に係る力学量センサによれば、従来の力学量センサと比べ、構造が単純なものとなる。従って、製造工程を削減でき、製造コストを低減することができる。   The mechanical quantity sensor according to the embodiment of the present invention further includes a second substrate disposed on the fixed portion and the fixed electrode, and the second substrate is aligned with the positions of the fixed portion and the fixed electrode. You may have the electrode or wiring which is arrange | positioned and electrically connected to the said 1st terminal or the said 2nd terminal. According to the mechanical quantity sensor according to the embodiment of the present invention, the structure is simple as compared with the conventional mechanical quantity sensor. Therefore, the manufacturing process can be reduced and the manufacturing cost can be reduced.

本発明の実施の形態に係る力学量センサは、前記固定電極は、前記固定部から一定距離に配置されてもよい。本発明の実施の形態に係る力学量センサによれば、可動電極が固定電極に接触するときの接触位置の違いによる抵抗値の差を低減することができる。   In the mechanical quantity sensor according to the embodiment of the invention, the fixed electrode may be arranged at a certain distance from the fixed portion. According to the mechanical quantity sensor according to the embodiment of the present invention, it is possible to reduce the difference in resistance value due to the difference in the contact position when the movable electrode contacts the fixed electrode.

本発明の実施の形態に係る力学量センサの製造方法は、3層からなる第1基板の上層及び中間層をエッチングして、固定部と、前記固定部に一端部が支持されて前記第1基板から離隔された渦巻き状の可動電極と、前記可動電極の周囲に配置される固定電極と、を形成し、第2基板上に、前記固定部及び前記固定電極の形成位置に合わせて電極又は配線を形成し、前記固定部、前記可動電極、及び前記固定電極が形成された前記第1基板の面と、前記電極又は前記配線が形成された前記第2基板の面とを接合することを含んでもよい。本発明の実施の形態に係る力学量センサの製造方法によれば、従来の力学量センサの製造方法と比べて、力学量センサの構造が単純なものとなるため、製造工程を削減でき、製造コストを低減することができる。   In the manufacturing method of the mechanical quantity sensor according to the embodiment of the present invention, the upper layer and the intermediate layer of the first substrate having three layers are etched, and the first portion is supported by the fixing portion and one end portion of the fixing portion. A spiral movable electrode separated from the substrate and a fixed electrode disposed around the movable electrode are formed, and an electrode or a position of the fixed portion and the fixed electrode is formed on the second substrate according to the formation position of the fixed portion and the fixed electrode. Forming a wiring, and joining the surface of the first substrate on which the fixed portion, the movable electrode, and the fixed electrode are formed, and the surface of the second substrate on which the electrode or the wiring is formed; May be included. According to the manufacturing method of the mechanical quantity sensor according to the embodiment of the present invention, the structure of the mechanical quantity sensor becomes simpler than that of the conventional manufacturing method of the mechanical quantity sensor. Cost can be reduced.

本発明の実施の形態に係る力学量センサの製造方法は、ガラス基板に、エッチングにより凹部を形成し、前記凹部が形成された前記ガラス基板の面上に、電極又は配線を形成し、前記電極又は前記配線が形成された前記ガラス基板の面上に、半導体基板を接合し、前記半導体基板の前記ガラス基板が接合されていない面をエッチングして、固定部と、前記固定部に一端部が支持されて前記ガラス基板から離隔された渦巻き状の可動電極と、前記可動電極の周囲に配置される固定電極と、を形成することを含んでもよい。本発明の実施の形態に係る力学量センサの製造方法によれば、従来の力学量センサの製造方法と比べて、力学量センサの構造が単純なものとなるため、製造工程を削減でき、製造コストを低減することができる。   In the manufacturing method of the mechanical quantity sensor according to the embodiment of the present invention, a recess is formed in a glass substrate by etching, an electrode or a wiring is formed on the surface of the glass substrate on which the recess is formed, and the electrode Alternatively, a semiconductor substrate is bonded onto the surface of the glass substrate on which the wiring is formed, and a surface of the semiconductor substrate on which the glass substrate is not bonded is etched, and a fixed portion and one end portion of the fixed portion are provided. The method may include forming a spiral movable electrode that is supported and separated from the glass substrate, and a fixed electrode that is disposed around the movable electrode. According to the manufacturing method of the mechanical quantity sensor according to the embodiment of the present invention, the structure of the mechanical quantity sensor becomes simpler than that of the conventional manufacturing method of the mechanical quantity sensor. Cost can be reduced.

本発明によれば、外力の大きさに応じて抵抗値が変化するように可動電極と固定電極とを構成することにより、外力の大きさを検出することができ、外力により変形した可動電極の固定電極への接触位置に基づき外力の方向を検出することができ、低コストに製造することのできる力学量センサ及びその製造方法を提供することができる。   According to the present invention, by configuring the movable electrode and the fixed electrode so that the resistance value changes according to the magnitude of the external force, the magnitude of the external force can be detected, and the movable electrode deformed by the external force can be detected. The direction of the external force can be detected based on the contact position with the fixed electrode, and a mechanical quantity sensor that can be manufactured at low cost and a method for manufacturing the same can be provided.

本発明の第1の実施形態に係る力学量センサの概略構造を示した平面図である。1 is a plan view showing a schematic structure of a mechanical quantity sensor according to a first embodiment of the present invention. 図1Aに示した力学量センサをA−A´線から見た断面図である。It is sectional drawing which looked at the mechanical quantity sensor shown to FIG. 1A from the AA 'line. 本発明の第1の実施形態に係る力学量センサの製造工程を説明するための図であり、(A)は加工前の半導体基板を示す断面図、(B)は半導体基板に凹部を形成する工程を示す断面図、(C)は半導体基板に固定部、可動電極、及び固定電極を形成する工程を示す断面図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing process of the mechanical quantity sensor which concerns on the 1st Embodiment of this invention, (A) is sectional drawing which shows the semiconductor substrate before a process, (B) forms a recessed part in a semiconductor substrate. Sectional drawing which shows a process, (C) is sectional drawing which shows the process of forming a fixed part, a movable electrode, and a fixed electrode in a semiconductor substrate. 本発明の第1の実施形態に係る力学量センサの動作の説明図であり、(a)は、外力F1が印加されたときの可動電極が固定電極に接触した状態を示し、(b)は、外力F2が印加されたときの可動電極が固定電極に接触した状態を示し、(c)は、外力F3が印加されたときの可動電極が固定電極に接触した状態を示す。It is explanatory drawing of operation | movement of the mechanical quantity sensor which concerns on the 1st Embodiment of this invention, (a) shows the state in which the movable electrode contacted the fixed electrode when the external force F1 was applied, (b) is FIG. 4C shows a state in which the movable electrode is in contact with the fixed electrode when the external force F2 is applied, and FIG. 5C shows a state in which the movable electrode is in contact with the fixed electrode when the external force F3 is applied. 図3に示した各動作状態に対応する可動電極の長さの変化を模式的に示す図であり、(a)は、図3(a)に示した動作状態に対応する可動電極の長さを例示し、(b)は、図3(b)に示した動作状態に対応する可動電極の長さを例示し、(c)は、図3(c)に示した動作状態に対応する可動電極の長さを例示する。It is a figure which shows typically the change of the length of the movable electrode corresponding to each operation state shown in FIG. 3, (a) is the length of the movable electrode corresponding to the operation state shown to Fig.3 (a). (B) illustrates the length of the movable electrode corresponding to the operating state shown in FIG. 3 (b), and (c) illustrates the movable corresponding to the operating state shown in FIG. 3 (c). The length of an electrode is illustrated. 本発明の第2の実施形態に係る力学量センサの製造工程を説明するための図であり、(A)は加工前の半導体基板を示す断面図、(B)は半導体基板に凹部を形成する工程を示す断面図、(C)は半導体基板に固定部、可動電極、及び固定電極を形成する工程を示す断面図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing process of the mechanical quantity sensor which concerns on the 2nd Embodiment of this invention, (A) is sectional drawing which shows the semiconductor substrate before a process, (B) forms a recessed part in a semiconductor substrate. Sectional drawing which shows a process, (C) is sectional drawing which shows the process of forming a fixed part, a movable electrode, and a fixed electrode in a semiconductor substrate. 本発明の第2の実施形態に係る力学量センサを示した断面図である。It is sectional drawing which showed the mechanical quantity sensor which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る力学量センサの第2半導体基板を上面から見たときの概略構造を示す平面図である。It is a top view which shows schematic structure when the 2nd semiconductor substrate of the mechanical quantity sensor which concerns on the 2nd Embodiment of this invention is seen from the upper surface. 本発明の第2の実施形態に係る力学量センサの第2半導体基板の変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the modification of the 2nd semiconductor substrate of the mechanical quantity sensor which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る力学量センサを示した断面図である。It is sectional drawing which showed the mechanical quantity sensor which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る力学量センサの第2半導体基板を底面から見たときの概略構造を示す平面図である。It is a top view which shows schematic structure when the 2nd semiconductor substrate of the mechanical quantity sensor which concerns on the 3rd Embodiment of this invention is seen from the bottom face. 本発明の第3の実施形態に係る力学量センサの第2半導体基板の変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the modification of the 2nd semiconductor substrate of the mechanical quantity sensor which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係る力学量センサを示した断面図である。It is sectional drawing which showed the mechanical quantity sensor which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係る力学量センサの第2半導体基板を底面から見たときの概略構造を示す平面図である。It is a top view which shows schematic structure when the 2nd semiconductor substrate of the mechanical quantity sensor which concerns on the 4th Embodiment of this invention is seen from the bottom face. 本発明の第5の実施形態に係る力学量センサの製造工程を説明するための図であり、(A)は加工前のガラス基板を示す断面図、(B)はガラス基板に凹部を形成する工程を示す断面図、(C)はガラス基板に配線用端子を形成する工程を示す断面図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing process of the mechanical quantity sensor which concerns on the 5th Embodiment of this invention, (A) is sectional drawing which shows the glass substrate before a process, (B) forms a recessed part in a glass substrate. Sectional drawing which shows a process, (C) is sectional drawing which shows the process of forming the terminal for wiring in a glass substrate. 本発明の第5の実施形態に係る力学量センサの製造工程を説明するための図であり、(A)は配線用端子が形成されたガラス基板に半導体基板を接合する工程を示す断面図、(B)は半導体基板に固定部、可動電極、及び固定電極を形成する工程を示す断面図である。It is a figure for demonstrating the manufacturing process of the mechanical quantity sensor which concerns on the 5th Embodiment of this invention, (A) is sectional drawing which shows the process of joining a semiconductor substrate to the glass substrate in which the terminal for wiring was formed, (B) is sectional drawing which shows the process of forming a fixed part, a movable electrode, and a fixed electrode in a semiconductor substrate. 本発明の第5の実施形態に係る力学量センサのガラス基板を上面から見たときの概略構造を示す平面図である。It is a top view which shows schematic structure when the glass substrate of the mechanical quantity sensor which concerns on the 5th Embodiment of this invention is seen from the upper surface. 本発明に係る力学量センサの変形例を示した平面図である。It is the top view which showed the modification of the mechanical quantity sensor which concerns on this invention. 本発明に係る力学量センサの変形例を示した平面図である。It is the top view which showed the modification of the mechanical quantity sensor which concerns on this invention. 本発明に係る力学量センサの変形例を示した平面図である。It is the top view which showed the modification of the mechanical quantity sensor which concerns on this invention. 本発明に係る力学量センサの変形例を示した平面図である。It is the top view which showed the modification of the mechanical quantity sensor which concerns on this invention. 本発明に係る力学量センサの変形例を示した平面図である。It is the top view which showed the modification of the mechanical quantity sensor which concerns on this invention. 本発明の一実施形態に係る力学量センサにより検出される信号を処理する処理回路の回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the processing circuit which processes the signal detected by the dynamic quantity sensor which concerns on one Embodiment of this invention.

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施することができる。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment, In the range which does not deviate from the summary, it can implement in various aspects.

(第1の実施形態)
<力学量センサの構造>
まず、本発明の第1の実施形態に係る力学量センサの基本的な構造について、図1A及び図1Bを参照して説明する。図1Aは本発明の第1の実施形態に係る力学量センサの概略構造を示した平面図である。図1Bは図1Aに示した力学量センサをA−A´線から見た断面図である。力学量センサ100は、半導体基板104と、半導体基板104上に形成された固定部101と、可動電極102と、固定電極103a、103b、103c、103dと、を含む。固定部101は、半導体基板104上に固定されている。可動電極102は、その一端部が固定部101に接続され、固定部101から周囲に向かって渦巻き状に複数巻回して薄板状に形成される。可動電極102は可撓性を有し、印加される外力に応じて図中に示すX方向、Y方向及びZ方向に変形する。可動電極102の構造は、図1A及び図1Bに示す形状に限定されるものではなく、例えば、内周側と外周側で巻回する間隔を変更し、あるいは、内周側と外周側で幅を変更するようにしてもよい。可動電極102は、所定の抵抗率ρ(Ω・cm)を有する導電体であり、固定部101に接続された一端部から最外周の他端部までの長さLに応じた抵抗値Rを有する。なお、可動電極102の抵抗率ρは、例えば含まれる不純物濃度により制御されてもよく、四探針測定器により測定した値として、0.001Ω・cm以上、0.02Ω・cm以下であってもよい。可動電極102上に、メタル成膜やガス拡散、またはイオン注入により、下層にTiまたはCr等を30nm〜100nm程度成膜し、その上層にAu等を100nm〜300nm程度成膜し、可動電極102のコンタクト性能を向上させてもよい。
(First embodiment)
<Structure of mechanical quantity sensor>
First, the basic structure of the mechanical quantity sensor according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A and 1B. FIG. 1A is a plan view showing a schematic structure of a mechanical quantity sensor according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1B is a cross-sectional view of the mechanical quantity sensor shown in FIG. 1A as viewed from the line AA ′. The mechanical quantity sensor 100 includes a semiconductor substrate 104, a fixed portion 101 formed on the semiconductor substrate 104, a movable electrode 102, and fixed electrodes 103a, 103b, 103c, and 103d. The fixing unit 101 is fixed on the semiconductor substrate 104. One end of the movable electrode 102 is connected to the fixed portion 101, and a plurality of spirally wound from the fixed portion 101 to the periphery is formed into a thin plate shape. The movable electrode 102 has flexibility and is deformed in the X direction, the Y direction, and the Z direction shown in the drawing in accordance with the applied external force. The structure of the movable electrode 102 is not limited to the shape shown in FIGS. 1A and 1B. For example, the winding interval is changed on the inner peripheral side and the outer peripheral side, or the width on the inner peripheral side and the outer peripheral side is changed. May be changed. The movable electrode 102 is a conductor having a predetermined resistivity ρ (Ω · cm), and has a resistance value R corresponding to a length L from one end connected to the fixed portion 101 to the other end on the outermost periphery. Have. Note that the resistivity ρ of the movable electrode 102 may be controlled by, for example, the concentration of impurities contained therein, and is 0.001 Ω · cm or more and 0.02 Ω · cm or less as a value measured by a four-probe measuring instrument. Also good. On the movable electrode 102, a metal film, gas diffusion, or ion implantation is used to form a Ti or Cr film of about 30 nm to 100 nm in the lower layer, and an Au film of about 100 nm to 300 nm is formed on the upper layer. The contact performance may be improved.

固定電極103a〜103dは、可動電極102の周囲に位置し力学量の検出方向に配置される。図1A及び図1Bでは、X方向とY方向の4箇所に固定電極103a〜103dを配置した例を示す。固定電極の数や配置位置は、力学量センサ100の仕様に応じて適宜変更される。   The fixed electrodes 103a to 103d are located around the movable electrode 102 and arranged in the detection direction of the mechanical quantity. 1A and 1B show an example in which fixed electrodes 103a to 103d are arranged at four locations in the X direction and the Y direction. The number and arrangement position of the fixed electrodes are appropriately changed according to the specifications of the mechanical quantity sensor 100.

可動電極102は、印加される外力の大きさに応じて渦巻き状の構造が変形し、外力が印加された方向に配置された固定電極103a〜103dに、可動電極102の渦巻き状の構造の一部が接触する。このとき、可動電極102の抵抗体としての長さは、固定部101に接続された一端部から接触部までの長さになり、抵抗値が変化する。力学量センサ100は、可動電極102による抵抗値の変化を利用して外力の大きさを検出する。   The movable electrode 102 has a spiral structure deformed in accordance with the magnitude of the applied external force, and the fixed electrode 103a to 103d arranged in the direction in which the external force is applied is transferred to one of the spiral structures of the movable electrode 102. The parts touch. At this time, the length of the movable electrode 102 as a resistor is the length from one end connected to the fixed portion 101 to the contact portion, and the resistance value changes. The mechanical quantity sensor 100 detects the magnitude of the external force using a change in resistance value by the movable electrode 102.

この可動電極102の変形による抵抗値の変化を電気的に検出するため、固定部101には第1端子(図示せず)が接続され、固定電極103a〜103dには各々第2端子(図示せず)が接続される。これらの第1端子と第2端子は、力学量センサ100が実装される電子機器内の力学量検出信号を処理する回路に接続される。   In order to electrically detect a change in resistance value due to the deformation of the movable electrode 102, a first terminal (not shown) is connected to the fixed portion 101, and a second terminal (not shown) is connected to each of the fixed electrodes 103a to 103d. Connected). The first terminal and the second terminal are connected to a circuit that processes a mechanical quantity detection signal in an electronic device in which the mechanical quantity sensor 100 is mounted.

可動電極102は、図1Aに図示したように、渦巻き状の構造の最外周の末端部に開口部102aを有してもよい。開口部102aは、可動電極102の末端部が、最外周より一つ内側の内周から、例えば、渦巻きの間隔と等しい間隔だけ離隔されることにより構成されてもよい。なお、可動電極102は開口部102aを有さない形状であってもよく、末端部が内周に接合された形状であってもよい。   As shown in FIG. 1A, the movable electrode 102 may have an opening 102a at the outermost end of the spiral structure. The opening 102a may be configured such that the end portion of the movable electrode 102 is separated from the inner periphery one inner side from the outermost periphery by, for example, an interval equal to the spiral interval. The movable electrode 102 may have a shape that does not have the opening 102a, or may have a shape in which a terminal portion is joined to the inner periphery.

本発明の一実施形態において、可動電極102は、幅が15μm、Z方向の高さが50μmの薄板状に形成されてもよい。可動電極102は、一周以上の渦巻き状の構造を有しており、隣り合うk周目とk−1週目(但し、k>1)との間隔は、50μmであってもよい。なお、可動電極102の幅、厚み、及び渦巻きの間隔は、固定部101から最外周の末端部まで一定でなくともよい。固定部101は、半径が75μm、Z方向の高さが50μmの円柱形状を有してもよい。また、固定電極103a〜103dは、縦が1190μm、横が100μm、厚み(Z方向の高さ)が50μmの薄板状に形成されてもよく、可動電極102の周囲に配置されてもよい。固定電極103a〜103dから固定部101までの距離は、70μmであってもよく、一定としてもよい。なお、本発明の実施形態においては、仕様に応じて各部の寸法は適宜変更される。   In one embodiment of the present invention, the movable electrode 102 may be formed in a thin plate shape having a width of 15 μm and a height in the Z direction of 50 μm. The movable electrode 102 has a spiral structure of one or more rounds, and the interval between adjacent kth and k−1 weeks (where k> 1) may be 50 μm. In addition, the width | variety, thickness, and space | interval of a spiral of the movable electrode 102 do not need to be constant from the fixed part 101 to the terminal part of the outermost periphery. The fixed part 101 may have a cylindrical shape with a radius of 75 μm and a height in the Z direction of 50 μm. The fixed electrodes 103a to 103d may be formed in a thin plate shape having a length of 1190 μm, a width of 100 μm, and a thickness (height in the Z direction) of 50 μm, or may be disposed around the movable electrode 102. The distance from the fixed electrodes 103a to 103d to the fixed portion 101 may be 70 μm or may be constant. In the embodiment of the present invention, the dimensions of each part are appropriately changed according to the specifications.

<力学量センサの製造方法>
次に、第1の実施形態に係る力学量センサ100の製造方法について、図2を参照して説明する。図2は、力学量センサ100の断面の概略構造を示した製造工程を説明するための図であり、(A)は加工前の半導体基板を示す断面図、(B)は半導体基板に凹部を形成する工程を示す断面図、(C)は半導体基板に固定部、可動電極、及び固定電極を形成する工程を示す断面図である。なお、図2(C)は、図1Bと同様に、図1Aに示した力学量センサをA−A´線から見た断面図である。
<Method of manufacturing mechanical quantity sensor>
Next, a method for manufacturing the mechanical quantity sensor 100 according to the first embodiment will be described with reference to FIG. 2A and 2B are diagrams for explaining a manufacturing process showing a schematic structure of a cross section of the mechanical quantity sensor 100. FIG. 2A is a cross-sectional view showing a semiconductor substrate before processing, and FIG. Sectional drawing which shows the process of forming, (C) is sectional drawing which shows the process of forming a fixed part, a movable electrode, and a fixed electrode in a semiconductor substrate. 2C is a cross-sectional view of the mechanical quantity sensor shown in FIG. 1A as seen from the line AA ′, like FIG. 1B.

(1)半導体基板Wの準備(図2(A)参照)
シリコン膜106、BOX層105、シリコン基板104を積層してなる半導体基板(SOI基板)Wを用意する。シリコン膜106、BOX層105、シリコン基板104は、その外周が例えば1.55mm×1.55mmの略正方形状であり、これらのZ方向の高さはそれぞれ50μm、0.5μm、400μmである。これらの外形、高さは一例であり、上記に限定されるものではない。シリコン膜106は、力学量センサ100の固定部101、可動電極102、および固定電極103a〜103dを構成する層である。BOX層105は、シリコン膜106とシリコン基板104とを接合する層であり、かつエッチングストッパ層として機能する層である。シリコン基板104は、力学量センサ100の第1半導体基板104を構成する。半導体基板Wは、SIMOXないし、貼り合せ法等により作製される。
(1) Preparation of semiconductor substrate W (see FIG. 2A)
A semiconductor substrate (SOI substrate) W formed by laminating a silicon film 106, a BOX layer 105, and a silicon substrate 104 is prepared. The outer periphery of the silicon film 106, the BOX layer 105, and the silicon substrate 104 has a substantially square shape of 1.55 mm × 1.55 mm, for example, and the heights in the Z direction are 50 μm, 0.5 μm, and 400 μm, respectively. These external shapes and heights are examples, and are not limited to the above. The silicon film 106 is a layer constituting the fixed portion 101, the movable electrode 102, and the fixed electrodes 103a to 103d of the mechanical quantity sensor 100. The BOX layer 105 is a layer that joins the silicon film 106 and the silicon substrate 104 and functions as an etching stopper layer. The silicon substrate 104 constitutes the first semiconductor substrate 104 of the mechanical quantity sensor 100. The semiconductor substrate W is manufactured by SIMOX or a bonding method.

(2)シリコン膜106の加工(図2(B)参照)
固定部101、可動電極102、および固定電極103a〜103dを加工するためのマスク(図示せず)を形成し、該マスクを介してシリコン膜106をエッチングすることにより、固定部101、可動電極102、および固定電極103a〜103dが形成される位置を除いた凹部106aを形成する。エッチング方法として、DRIE(Deep Reactive Ion Etching)を用いることができる。
(2) Processing of the silicon film 106 (see FIG. 2B)
A mask (not shown) for processing the fixed portion 101, the movable electrode 102, and the fixed electrodes 103a to 103d is formed, and the silicon film 106 is etched through the mask, whereby the fixed portion 101 and the movable electrode 102 are processed. And the recess 106a except for the position where the fixed electrodes 103a to 103d are formed. As an etching method, DRIE (Deep Reactive Ion Etching) can be used.

(3)BOX層105の加工(図2(C)参照)
BOX層105をサイドエッチングすることにより、可動電極102が形成される位置のシリコン膜106と接していたBOX層105が除去され、第1半導体基板104から離隔された可動電極102が形成される。なお、図2(C)には、第1半導体基板104から離隔された可動電極102について、外周部が重みで下方に下がった形状を図示している。図2(C)に図示したように、固定部101および固定電極103a〜103dと第1半導体基板104との間にのみ必要なBOX層105a〜105eが残される。図2(B)に図示したように、固定部101および固定電極103a〜103dが形成される位置に対応するシリコン膜106は、BOX層105と接している面積が、可動電極102が形成される位置のBOX層105と接している面積よりも大きいため、BOX層105a〜105eを一部残して、固定部101および固定電極103a〜103dを第1半導体基板104から離隔させずに形成することができる。エッチング方法としては、HF希釈(例えば、50%HFを10%に希釈する)をエッチング液として用いるウェットエッチングを挙げることができる。また、ドライエッチングによって可動電極102を第1半導体基板104から離隔させることともできる。
(3) Processing of the BOX layer 105 (see FIG. 2C)
By side-etching the BOX layer 105, the BOX layer 105 in contact with the silicon film 106 at a position where the movable electrode 102 is formed is removed, and the movable electrode 102 separated from the first semiconductor substrate 104 is formed. FIG. 2C shows a shape in which the outer peripheral portion of the movable electrode 102 separated from the first semiconductor substrate 104 is lowered downward due to weight. As illustrated in FIG. 2C, the BOX layers 105 a to 105 e that are necessary only between the fixed portion 101 and the fixed electrodes 103 a to 103 d and the first semiconductor substrate 104 are left. As shown in FIG. 2B, the silicon film 106 corresponding to the position where the fixed portion 101 and the fixed electrodes 103a to 103d are formed has an area in contact with the BOX layer 105 so that the movable electrode 102 is formed. Since the area is larger than the area in contact with the BOX layer 105, the fixed portion 101 and the fixed electrodes 103 a to 103 d can be formed without being separated from the first semiconductor substrate 104 while leaving a part of the BOX layers 105 a to 105 e. it can. Examples of the etching method include wet etching using HF dilution (for example, diluting 50% HF to 10%) as an etching solution. In addition, the movable electrode 102 can be separated from the first semiconductor substrate 104 by dry etching.

以上の工程により、本発明の第1の実施形態に係る力学量センサ100が形成される。   Through the above steps, the mechanical quantity sensor 100 according to the first embodiment of the present invention is formed.

<力学量センサの動作>
次に、第1の実施形態に係る力学量センサ100の動作について、図3及び図4を参照して説明する。上述したように、力学量センサ100は、可動電極102の一端部が、半導体基板104に形成された固定部101により支持され、固定電極103a〜103dに囲まれた空間内で変位できるように構成されている。可動電極102は、印加される外力により変形され、固定電極103a〜103dの一部と接触する。固定部101及び固定電極103a〜103dは、第1端子及び第2端子(図示せず)に電気的に接続されている。可動電極102が接続されている固定部101の固定端と、可動電極102が固定電極103a〜103dの接触した位置との間の長さにより抵抗値が変化し、この抵抗値の変化が第1端子及び第2端子に接続される処理回路により検出される。
<Operation of mechanical quantity sensor>
Next, the operation of the mechanical quantity sensor 100 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4. As described above, the mechanical quantity sensor 100 is configured such that one end portion of the movable electrode 102 is supported by the fixed portion 101 formed on the semiconductor substrate 104 and can be displaced in a space surrounded by the fixed electrodes 103a to 103d. Has been. The movable electrode 102 is deformed by an applied external force and contacts a part of the fixed electrodes 103a to 103d. The fixed part 101 and the fixed electrodes 103a to 103d are electrically connected to a first terminal and a second terminal (not shown). The resistance value changes depending on the length between the fixed end of the fixed portion 101 to which the movable electrode 102 is connected and the position where the movable electrode 102 is in contact with the fixed electrodes 103a to 103d. It is detected by a processing circuit connected to the terminal and the second terminal.

以下、図3及び図4に基づき、力学量センサ100の動作例について説明する。図3は、本発明の一実施形態に係る力学量センサの動作の説明図であり、(a)は、外力F1が印加されたときの可動電極102が固定電極103bに接触した状態を示し、(b)は、外力F1よりも大きい外力F2が印加されたときの可動電極102が固定電極103bに接触した状態を示し、(c)は、外力F2よりも大きい外力F3が印加されたときの可動電極102が固定電極103bに接触した状態を示す。図4は、図3(a)〜(c)の各動作状態に対応する可動電極102の長さLの変化を模式的に示す図であり、(a)は、図3(a)に示した動作状態に対応する可動電極の長さを例示し、(b)は、図3(b)に示した動作状態に対応する可動電極の長さを例示し、(c)は、図3(c)に示した動作状態に対応する可動電極の長さを例示する。   Hereinafter, based on FIG.3 and FIG.4, the operation example of the dynamic quantity sensor 100 is demonstrated. FIG. 3 is an explanatory view of the operation of the mechanical quantity sensor according to the embodiment of the present invention, wherein (a) shows a state in which the movable electrode 102 is in contact with the fixed electrode 103b when the external force F1 is applied. (B) shows a state in which the movable electrode 102 is in contact with the fixed electrode 103b when an external force F2 larger than the external force F1 is applied, and (c) shows a state when an external force F3 larger than the external force F2 is applied. A state where the movable electrode 102 is in contact with the fixed electrode 103b is shown. FIG. 4 is a diagram schematically showing a change in the length L of the movable electrode 102 corresponding to each operation state shown in FIGS. 3A to 3C. FIG. (B) illustrates the length of the movable electrode corresponding to the operation state shown in FIG. 3B, and (c) illustrates the length of the movable electrode corresponding to the operation state shown in FIG. The length of the movable electrode corresponding to the operation state shown in c) is illustrated.

図3(a)に図示したように、X方向の外力F1が印加されたとき、可動電極102は変形し、最外周の一部B1において固定電極103bと接触し、図3(b)に図示したように、X方向の外力F2が印加されたとき、可動電極102は変形し、最外周よりも一つ内側の内周の一部B2において固定電極103bと接触し、図3(c)に図示したように、X方向の外力F3が印加されたとき、可動電極102は変形し、最外周よりも二つ内側の内周の一部B3において固定電極103bと接触する。このとき、外力Fは、F1<F2<F3である。なお、図3では、可動電極102が固定部101に接続された固定端をA1とし、可動電極102が固定電極103bに接触した接触位置をB1〜B3として図示している。   As shown in FIG. 3A, when the external force F1 in the X direction is applied, the movable electrode 102 is deformed and comes into contact with the fixed electrode 103b in the outermost part B1, and is shown in FIG. 3B. As described above, when the external force F2 in the X direction is applied, the movable electrode 102 is deformed and comes into contact with the fixed electrode 103b in a part B2 of the inner circumference one inside from the outermost circumference, as shown in FIG. As shown in the figure, when the external force F3 in the X direction is applied, the movable electrode 102 is deformed and comes into contact with the fixed electrode 103b at a part B3 of the inner periphery two more inside than the outermost periphery. At this time, the external force F is F1 <F2 <F3. In FIG. 3, the fixed end where the movable electrode 102 is connected to the fixed portion 101 is indicated as A1, and the contact positions where the movable electrode 102 contacts the fixed electrode 103b are indicated as B1 to B3.

図4(a)に図示したように、X方向の外力F1が印加されたとき、固定端A1から接触位置B1までの可動電極102の長さをL1とし、図4(b)に図示したように、X方向の外力F2が印加されたとき、固定端A1から接触位置B2までの可動電極102の長さをL2とし、図4(c)に図示したように、X方向の外力F3が印加されたとき、固定端A1から接触位置B3までの可動電極102の長さをL3とする。図4に示したように、固定端A1から接触位置B1〜B3までの長さLは、L1>L2>L3である。また、可動電極102の電気抵抗率を、ρ(Ω・cm)とすると、図4(a)に図示した固定端A1から接触位置B1までの電気抵抗値R1は、R1∝L1・ρである。同様に、図4(b)に図示した固定端A1から接触位置B2までの電気抵抗値R2は、R2∝L2・ρであり、図4(c)に図示した固定端A1から接触位置B3までの電気抵抗値R3は、R3∝L3・ρである。従って、印加される外力FがF1<F2<F3と大きくなるにつれ、電気抵抗値Rは、L1・ρ>L2・ρ>L3・ρと小さくなり、外力の大きさに応じて可動電極102の抵抗値Rが変化することがわかる。   As shown in FIG. 4A, when an external force F1 in the X direction is applied, the length of the movable electrode 102 from the fixed end A1 to the contact position B1 is L1, and as shown in FIG. When the external force F2 in the X direction is applied, the length of the movable electrode 102 from the fixed end A1 to the contact position B2 is L2, and the external force F3 in the X direction is applied as shown in FIG. In this case, the length of the movable electrode 102 from the fixed end A1 to the contact position B3 is L3. As shown in FIG. 4, the length L from the fixed end A1 to the contact positions B1 to B3 is L1> L2> L3. When the electric resistivity of the movable electrode 102 is ρ (Ω · cm), the electric resistance value R1 from the fixed end A1 to the contact position B1 shown in FIG. 4A is R1∝L1 · ρ. . Similarly, the electrical resistance value R2 from the fixed end A1 to the contact position B2 illustrated in FIG. 4B is R2∝L2 · ρ, and from the fixed end A1 to the contact position B3 illustrated in FIG. 4C. The electrical resistance value R3 of R3∝L3 · ρ. Therefore, as the applied external force F increases as F1 <F2 <F3, the electric resistance value R decreases as L1 · ρ> L2 · ρ> L3 · ρ, and the movable electrode 102 has a resistance corresponding to the magnitude of the external force. It can be seen that the resistance value R changes.

さらに、力学量センサ100を加速度センサとして用いる場合は、加速度の作用に起因して生じる可動電極102の抵抗値Rの時間当たりの変位を検出すればよい。X、Y軸方向の加速度は、可動電極102の変位による抵抗値の変化を時間軸で測定することにより検出可能である。   Furthermore, when the mechanical quantity sensor 100 is used as an acceleration sensor, the displacement per time of the resistance value R of the movable electrode 102 caused by the action of acceleration may be detected. The acceleration in the X and Y axis directions can be detected by measuring the change in resistance value due to the displacement of the movable electrode 102 on the time axis.

また、力学量センサ100は、可動電極102の周囲に配置された固定電極103a〜103dのいずれかに可動電極102が接触したかを検出することにより、外力の方向を検出することもできる。例えば、図3(a)〜(c)に図示したように、固定電極103bに可動電極102が接触した場合には、力学量センサ100に対して、X方向の外力F1〜F3が印加されたことがわかる。また、固定電極103a〜103dの数をさらに増やして配置することにより、外力の検出方向分解能を高めることができる。例えば、固定電極の数を8個に増やして、固定部101を挟んで上下左右(X,Y方向)にそれぞれ2個ずつ配置することにより、外力が印加される方向を検出する検出方向分解能を高めることができる。なお、固定電極の数は限定されるものではなく、要求される仕様に応じて適宜変更され得る。   Further, the mechanical quantity sensor 100 can detect the direction of the external force by detecting whether the movable electrode 102 is in contact with any of the fixed electrodes 103a to 103d arranged around the movable electrode 102. For example, as illustrated in FIGS. 3A to 3C, when the movable electrode 102 is in contact with the fixed electrode 103 b, external forces F 1 to F 3 in the X direction are applied to the mechanical quantity sensor 100. I understand that. Further, by further increasing the number of fixed electrodes 103a to 103d, the resolution in the detection direction of the external force can be increased. For example, the number of fixed electrodes is increased to eight, and two fixed electrodes 101 are arranged on the top, bottom, left, and right (X and Y directions), so that the detection direction resolution for detecting the direction in which the external force is applied is improved. Can be increased. The number of fixed electrodes is not limited and can be changed as appropriate according to the required specifications.

本発明の第1の実施形態に係る力学量センサ100によれば、外力の変化を、抵抗値の変化として検出できるため、従来のピエゾ抵抗素子を利用したタイプのセンサや、静電容量型のセンサと比べて、検出信号レベルを高くすることができる。これにより、増幅回路が不要となり、製造コストを低減させることができる。また、固定電極103a〜103dを可動電極の周囲に複数配置することにより、外力の方向を検出することもできる。さらに、従来の力学量センサと比べ、構造を簡単なものにすることができるため、製造が容易な力学量センサを実現できる。   According to the mechanical quantity sensor 100 according to the first embodiment of the present invention, since a change in external force can be detected as a change in resistance value, a sensor of a type using a conventional piezoresistive element or a capacitance type sensor can be used. The detection signal level can be increased compared to the sensor. This eliminates the need for an amplifier circuit and can reduce manufacturing costs. In addition, the direction of the external force can be detected by arranging a plurality of fixed electrodes 103a to 103d around the movable electrode. Furthermore, since the structure can be simplified as compared with the conventional mechanical quantity sensor, a mechanical quantity sensor that is easy to manufacture can be realized.

(第2の実施形態)
<力学量センサの製造方法>
第2の実施形態に係る力学量センサ200の製造方法について、図5(A)〜(C)、図6、及び図7を参照して説明する。図5(A)〜(C)及び図6は、力学量センサ200の断面の概略構造を示した製造工程を説明するための図であり、図7は、図6の力学量センサ200の第2半導体基板207を上面から見たときの概略構造を示す平面図である。なお、図6は、図7に示した力学量センサ200をB−B´線から見た断面を示す。
(Second Embodiment)
<Method of manufacturing mechanical quantity sensor>
A method for manufacturing the mechanical quantity sensor 200 according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. FIGS. 5A to 5C and FIG. 6 are diagrams for explaining a manufacturing process showing a schematic structure of a cross section of the mechanical quantity sensor 200, and FIG. 2 is a plan view showing a schematic structure when a semiconductor substrate 207 is viewed from above. FIG. 6 shows a cross section of the mechanical quantity sensor 200 shown in FIG. 7 as seen from the line BB ′.

(1)半導体基板Wの準備(図5(A)参照)
シリコン膜206、BOX層205、シリコン基板204を積層してなる半導体基板(SOI基板)Wを用意する。シリコン膜206、BOX層205、シリコン基板204は、その外周が例えば1.55mm×1.55mmの略正方形状であり、これらのZ方向の高さはそれぞれ50μm、0.5μm、400μmである。これらの外形、高さは一例であり、上記に限定されるものではない。シリコン膜206は、力学量センサ200の固定部201、可動電極202、および固定電極203a〜203hを構成する層である。BOX層205は、シリコン膜206とシリコン基板204とを接合する層であり、かつエッチングストッパ層として機能する層である。シリコン基板204は、力学量センサ200の第1半導体基板204を構成する。半導体基板Wは、SIMOXないし、貼り合せ法等により作製される。
(1) Preparation of semiconductor substrate W (see FIG. 5A)
A semiconductor substrate (SOI substrate) W formed by laminating a silicon film 206, a BOX layer 205, and a silicon substrate 204 is prepared. The outer periphery of the silicon film 206, the BOX layer 205, and the silicon substrate 204 has a substantially square shape of 1.55 mm × 1.55 mm, for example, and the heights in the Z direction are 50 μm, 0.5 μm, and 400 μm, respectively. These external shapes and heights are examples, and are not limited to the above. The silicon film 206 is a layer constituting the fixed portion 201, the movable electrode 202, and the fixed electrodes 203a to 203h of the mechanical quantity sensor 200. The BOX layer 205 is a layer that joins the silicon film 206 and the silicon substrate 204 and functions as an etching stopper layer. The silicon substrate 204 constitutes the first semiconductor substrate 204 of the mechanical quantity sensor 200. The semiconductor substrate W is manufactured by SIMOX or a bonding method.

(2)シリコン膜206の加工(図5(B)参照)
固定部201、可動電極202、および固定電極203a〜203hを加工するためのマスク(図示せず)を形成し、該マスクを介してシリコン膜206をエッチングすることにより、固定部201、可動電極202、および固定電極203a〜203hが形成される位置を除いた凹部206aを形成する。エッチング方法として、DRIE(Deep Reactive Ion Etching)を用いることができる。
(2) Processing of the silicon film 206 (see FIG. 5B)
A mask (not shown) for processing the fixed portion 201, the movable electrode 202, and the fixed electrodes 203a to 203h is formed, and the silicon film 206 is etched through the mask, whereby the fixed portion 201 and the movable electrode 202 are etched. , And a recess 206a excluding the position where the fixed electrodes 203a to 203h are formed. As an etching method, DRIE (Deep Reactive Ion Etching) can be used.

(3)BOX層205の加工(図5(C)参照)
BOX層205をサイドエッチングすることにより、可動電極202が形成される位置のシリコン膜206と接していたBOX層205が除去され、第1半導体基板204から離隔された可動電極202が形成される。このとき、固定部201および固定電極203a〜203hと第1半導体基板204との間にのみ必要なBOX層205a〜205i(図6参照)が残される。図5(B)に図示したように、固定部201および固定電極203a〜203hが形成される位置に対応するシリコン膜206は、BOX層205と接している面積が、可動電極202が形成される位置のBOX層205と接している面積よりも大きいため、BOX層205a〜205iを一部残して、固定部201および固定電極203a〜203hを第1半導体基板204から離隔させずに形成することができる。なお、エッチング方法として、HF希釈(例えば、50%HFを10%に希釈する)をエッチング液として用いるウェットエッチングを挙げることができる。また、CFガスとOガスとの混合ガスを用いたRIE法によるドライエッチングも適用可能である。
(3) Processing of the BOX layer 205 (see FIG. 5C)
By side-etching the BOX layer 205, the BOX layer 205 in contact with the silicon film 206 at the position where the movable electrode 202 is formed is removed, and the movable electrode 202 separated from the first semiconductor substrate 204 is formed. At this time, necessary BOX layers 205a to 205i (see FIG. 6) are left only between the fixed portion 201 and the fixed electrodes 203a to 203h and the first semiconductor substrate 204. As shown in FIG. 5B, the silicon film 206 corresponding to the position where the fixed portion 201 and the fixed electrodes 203a to 203h are formed has an area in contact with the BOX layer 205 so that the movable electrode 202 is formed. Since the area is larger than the area in contact with the BOX layer 205, the fixed portion 201 and the fixed electrodes 203 a to 203 h can be formed without being separated from the first semiconductor substrate 204 while leaving a part of the BOX layers 205 a to 205 i. it can. As an etching method, wet etching using HF dilution (for example, diluting 50% HF to 10%) as an etchant can be given. Further, dry etching by the RIE method using a mixed gas of CF 4 gas and O 2 gas is also applicable.

(4)第2半導体基板207の形成(図6、図7参照)
図6及び図7に図示した第2半導体基板207は、ガラス材料、半導体、金属材料、絶縁性樹脂材料のいずれかにより構成される。以下では、第2半導体基板207としてガラス材料を用いる場合について説明する。可動イオンを含むガラス基板(例えばテンパックス(登録商標)ガラス)を用いてもよい。図6に図示するように、第2半導体基板207には、エッチングあるいはサンドブラストにより、第1半導体基板204の可動電極202と対向する位置に対応させて、凹部207aを形成する。
(4) Formation of the second semiconductor substrate 207 (see FIGS. 6 and 7)
The second semiconductor substrate 207 illustrated in FIGS. 6 and 7 is made of any one of a glass material, a semiconductor, a metal material, and an insulating resin material. Hereinafter, a case where a glass material is used as the second semiconductor substrate 207 will be described. You may use the glass substrate (for example, Tempax (trademark) glass) containing a movable ion. As shown in FIG. 6, a recess 207a is formed in the second semiconductor substrate 207 by etching or sandblasting so as to correspond to the position facing the movable electrode 202 of the first semiconductor substrate 204.

(5)貫通電極208a〜208iの形成(図6、図7参照)
第2半導体基板207には、図6に図示するように、上下に貫通した貫通電極208a〜208iが形成される。貫通電極208a〜208iは、後述する製造工程において、第1半導体基板204と第2半導体基板207とが接合されると、第1半導体基板204の固定部201および固定電極203a〜203hにそれぞれ電気的に接続されるため、固定部201および固定電極203a〜203hと対向する位置にそれぞれ形成される。所定のマスクが形成された第2半導体基板207をサンドブラストにより、貫通電極208a〜208iの各形成位置に貫通孔(図示せず)を形成する。この貫通孔の内部に、導電性ペースト充填(スクリーン印刷)、CVD(Chemical Vapaor Deposition)法あるいは電解めっき法等を用いて導電性を有する導電材を配置することにより、貫通電極208a〜208iを形成する。例えば、CVD法により、貫通孔の内壁に多結晶シリコン(Poly−Si)からなる導電層を堆積させて、貫通電極208a〜208iを形成してもよい。導電層としては、多結晶シリコン以外に、例えば、金属材料(Ti,Cuなど)を用いてもよい。
(5) Formation of through electrodes 208a to 208i (see FIGS. 6 and 7)
In the second semiconductor substrate 207, through electrodes 208a to 208i penetrating vertically are formed as shown in FIG. The through electrodes 208a to 208i are electrically connected to the fixed portion 201 and the fixed electrodes 203a to 203h of the first semiconductor substrate 204 when the first semiconductor substrate 204 and the second semiconductor substrate 207 are bonded in a manufacturing process described later. Are formed at positions facing the fixed portion 201 and the fixed electrodes 203a to 203h, respectively. Through holes (not shown) are formed in the respective formation positions of the through electrodes 208a to 208i by sand blasting the second semiconductor substrate 207 on which a predetermined mask is formed. Through electrodes 208a to 208i are formed by disposing a conductive material having conductivity using a conductive paste filling (screen printing), a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, an electrolytic plating method, or the like inside the through hole. To do. For example, the through electrodes 208a to 208i may be formed by depositing a conductive layer made of polycrystalline silicon (Poly-Si) on the inner wall of the through hole by a CVD method. As the conductive layer, for example, a metal material (Ti, Cu, etc.) may be used in addition to polycrystalline silicon.

(6)第1半導体基板204と第2半導体基板207の接合(図6参照)
第1半導体基板204と第2半導体基板207とを、陽極接合等により接合する。このとき、図6に図示したように、第2半導体基板207に形成された貫通電極208a〜208iと、第1半導体基板204に形成された固定部201および固定電極203a〜203hとがそれぞれ電気的に接続されるように接合される。また、第2半導体基板207に形成された凹部207aと、第1半導体基板204に形成された可動電極202とが対向した位置で接合される。なお、図6に示すように、可動電極202が接触される固定電極203a〜203hの各端部から、貫通電極208a〜208hの接続部までの距離d1を、それぞれ同じ距離とする。また、固定電極203a〜203hは、固定部201から一定距離d2に配置される。これにより、可動電極202が固定電極203a〜203hに接触するときの接触位置の違いによる抵抗値の差を低減することができる。
(6) Bonding of the first semiconductor substrate 204 and the second semiconductor substrate 207 (see FIG. 6)
The first semiconductor substrate 204 and the second semiconductor substrate 207 are bonded by anodic bonding or the like. At this time, as illustrated in FIG. 6, the through electrodes 208 a to 208 i formed on the second semiconductor substrate 207 and the fixed portion 201 and the fixed electrodes 203 a to 203 h formed on the first semiconductor substrate 204 are electrically connected to each other. To be connected to each other. In addition, the concave portion 207 a formed in the second semiconductor substrate 207 and the movable electrode 202 formed in the first semiconductor substrate 204 are joined at a position facing each other. As shown in FIG. 6, the distances d1 from the end portions of the fixed electrodes 203a to 203h to which the movable electrode 202 is in contact to the connection portions of the through electrodes 208a to 208h are the same distance. The fixed electrodes 203a to 203h are arranged at a fixed distance d2 from the fixed portion 201. Thereby, the difference in resistance value due to the difference in the contact position when the movable electrode 202 contacts the fixed electrodes 203a to 203h can be reduced.

(7)配線用端子208a´〜208i´の形成(図6、図7参照)
図7は、図6に示した第2半導体基板207の上面の一例を示した平面図である。図6及び図7に図示するように、第2半導体基板207の上面には、配線用端子208a´〜208i´が、貫通電極208a〜208iが露出する上面部に対応させて、貫通電極208a〜208iと電気的に接続されるように、例えば、Alからなるパターンによって形成されてもよい。これらの配線用端子208a´〜208i´は、力学量センサ200が実装される電子機器内の力学量検出信号を処理する回路に接続される。なお、固定部201に接続される貫通電極208i及び配線用端子208i´が上述した第1端子として機能し、固定電極203a〜203hに接続される貫通電極208a〜208h及び配線用端子208a´〜208h´が上述した第2端子として機能する。配線用端子208a´〜208i´は、第1半導体基板204と第2半導体基板207との接合前に、第2半導体基板207に形成されてもよい。
(7) Formation of wiring terminals 208a ′ to 208i ′ (see FIGS. 6 and 7)
FIG. 7 is a plan view showing an example of the upper surface of the second semiconductor substrate 207 shown in FIG. As shown in FIGS. 6 and 7, wiring terminals 208 a ′ to 208 i ′ are formed on the upper surface of the second semiconductor substrate 207 so as to correspond to the upper surface portions from which the through electrodes 208 a to 208 i are exposed. For example, a pattern made of Al may be formed so as to be electrically connected to 208i. These wiring terminals 208 a ′ to 208 i ′ are connected to a circuit that processes a mechanical quantity detection signal in an electronic device in which the mechanical quantity sensor 200 is mounted. Note that the through electrode 208i and the wiring terminal 208i ′ connected to the fixed portion 201 function as the first terminal described above, and the through electrodes 208a to 208h and the wiring terminals 208a ′ to 208h connected to the fixed electrodes 203a to 203h. 'Functions as the second terminal described above. The wiring terminals 208 a ′ to 208 i ′ may be formed on the second semiconductor substrate 207 before bonding the first semiconductor substrate 204 and the second semiconductor substrate 207.

以上の工程により、本発明の第2の実施形態に係る力学量センサ200が形成される。   Through the above steps, the mechanical quantity sensor 200 according to the second embodiment of the present invention is formed.

なお、本発明の第2の実施形態に係る力学量センサ200は、図7に示した第2半導体基板207の構成に限定されるものではなく、例えば、図8に示すような構成としてもよい。   Note that the mechanical quantity sensor 200 according to the second embodiment of the present invention is not limited to the configuration of the second semiconductor substrate 207 illustrated in FIG. 7, and may be configured as illustrated in FIG. 8, for example. .

図8は、第2半導体基板207の他の実施形態を図示しており、配線用端子208a´〜208i´が形成された第2半導体基板207を上面から見た平面図である。図8に図示するように、第2半導体基板207の上面の一側端部近傍(図中の第2半導体基板207の右辺)に、配線用端子208a´〜208i´に接続された配線用端子208a´´〜208i´´が形成されてもよい。配線用端子208a´〜208i´、208a´´〜208i´´は、いずれも、例えば、Cr層、Au層の順に金属層を蒸着法やスパッタ法等により形成し、不要な金属層をエッチングにより除去して形成してもよい。   FIG. 8 illustrates another embodiment of the second semiconductor substrate 207, and is a plan view of the second semiconductor substrate 207 on which wiring terminals 208a ′ to 208i ′ are formed as viewed from above. As shown in FIG. 8, wiring terminals connected to wiring terminals 208 a ′ to 208 i ′ near one end of the upper surface of the second semiconductor substrate 207 (the right side of the second semiconductor substrate 207 in the drawing). 208a ″ to 208i ″ may be formed. For the wiring terminals 208a ′ to 208i ′ and 208a ″ to 208i ″, for example, a metal layer is formed in the order of Cr layer and Au layer by vapor deposition or sputtering, and unnecessary metal layers are etched. It may be formed by removing.

本発明の第2の実施形態に係る力学量センサ200によれば、印加される外力により可動電極202が変位し、周囲に配置された固定電極203a〜203hのいずれかに可動電極202の一部が接触する。このとき、可動電極202の抵抗体としての長さが、固定部201に接続された一端部から接触部までの長さとなり、印加される外力の大きさに応じて抵抗値が変化する。この抵抗値の変化に応じた検出信号を、力学量センサ200に接続された処理回路によって検出することにより、外力の大きさを検出することができる。また、本発明の第2の実施形態に係る力学量センサ200は、従来のピエゾ抵抗素子を利用したタイプのセンサや、静電容量型のセンサと比べ、構造が単純なものとなる。従って、製造工程を削減でき、製造コストを低減することができる。   According to the mechanical quantity sensor 200 according to the second embodiment of the present invention, the movable electrode 202 is displaced by an applied external force, and a part of the movable electrode 202 is moved to any one of the fixed electrodes 203a to 203h arranged around. Touch. At this time, the length of the movable electrode 202 as a resistor is the length from one end connected to the fixed portion 201 to the contact portion, and the resistance value changes according to the magnitude of the applied external force. The magnitude of the external force can be detected by detecting a detection signal corresponding to the change in the resistance value by a processing circuit connected to the mechanical quantity sensor 200. Further, the mechanical quantity sensor 200 according to the second embodiment of the present invention has a simple structure as compared with a sensor of a type using a conventional piezoresistive element or a capacitive sensor. Therefore, the manufacturing process can be reduced and the manufacturing cost can be reduced.

(第3の実施形態)
<力学量センサの製造方法>
次に、図9及び図10を参照して、本発明の第3の実施形態に係る力学量センサ300の製造方法を説明する。図9は、力学量センサ300の断面の概略構造を示し、図10は、力学量センサ300の第2半導体基板307を底面から見たときの概略構造を示す。なお、図9は、図10に示した力学量センサ300をC−C´線から見た断面を示す。
(Third embodiment)
<Method of manufacturing mechanical quantity sensor>
Next, with reference to FIG.9 and FIG.10, the manufacturing method of the dynamic quantity sensor 300 which concerns on the 3rd Embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 9 shows a schematic structure of a cross section of the mechanical quantity sensor 300, and FIG. 10 shows a schematic structure when the second semiconductor substrate 307 of the mechanical quantity sensor 300 is viewed from the bottom. FIG. 9 shows a cross section of the mechanical quantity sensor 300 shown in FIG. 10 as seen from the line CC ′.

図9に図示したように、本発明の第3の実施形態に係る力学量センサ300は、第1半導体基板304上に、図5(A)〜(C)に示した製造工程と同様の工程を経て、固定部301、可動電極302、固定電極303a〜303hが形成される。また、固定電極303a〜303hと同様の製造工程を経て、固定部301と電気的に接続される固定部電極303jが形成される。   As illustrated in FIG. 9, the mechanical quantity sensor 300 according to the third embodiment of the present invention is formed on the first semiconductor substrate 304 in the same process as the manufacturing process illustrated in FIGS. After that, a fixed portion 301, a movable electrode 302, and fixed electrodes 303a to 303h are formed. Further, through the same manufacturing process as the fixed electrodes 303a to 303h, a fixed portion electrode 303j that is electrically connected to the fixed portion 301 is formed.

第2半導体基板307は、図6に示した力学量センサ200の第2半導体基板207と同様に、ガラス基板を用いてもよい。第2半導体基板307は、エッチングあるいはサンドブラストにより、第1半導体基板304の可動電極302と対向する位置に対応させて、凹部307aが形成される。   As the second semiconductor substrate 307, a glass substrate may be used in the same manner as the second semiconductor substrate 207 of the mechanical quantity sensor 200 shown in FIG. In the second semiconductor substrate 307, a recess 307a is formed by etching or sandblasting so as to correspond to the position facing the movable electrode 302 of the first semiconductor substrate 304.

凹部307aが形成された第2半導体基板307の面(図9では下面)上には、図10に示す電極309a〜309iの各形成位置に合わせて、絶縁層308が、パターニングすることにより形成され、絶縁層308の上には、電極309a〜309iが形成される。電極309a〜309iは、第1半導体基板304の固定部301及び固定電極303a〜303hとそれぞれ電気的に接続され、上述した第1端子及び第2端子として機能するため、固定部301および固定電極303a〜303hと対向する位置にそれぞれパターニングすることにより形成される。   On the surface (the lower surface in FIG. 9) of the second semiconductor substrate 307 in which the recess 307a is formed, the insulating layer 308 is formed by patterning in accordance with the formation positions of the electrodes 309a to 309i shown in FIG. Electrodes 309a to 309i are formed on the insulating layer 308. The electrodes 309a to 309i are electrically connected to the fixed portion 301 and the fixed electrodes 303a to 303h of the first semiconductor substrate 304, respectively, and function as the first terminal and the second terminal described above, and thus the fixed portion 301 and the fixed electrode 303a. It is formed by patterning each at a position opposite to ˜303h.

絶縁層308は、例えば、シリコン酸化物、シリコン窒化物等の無機絶縁層からなる。シリコン酸化物の場合には、熱酸化法、CVD(Chemiclal Vapaor Deposition)法を用いて形成してもよい。また、シリコン窒化物の場合にはCVD法を用いて形成してもよい。電極309a〜309iは、金属あるいは多結晶シリコン等の材料からなり、その材料は接合される第1半導体基板304及び第2半導体基板307の材料や接合方法等により適宜選択することが可能である。   The insulating layer 308 is made of an inorganic insulating layer such as silicon oxide or silicon nitride, for example. In the case of silicon oxide, it may be formed using a thermal oxidation method or a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. In the case of silicon nitride, it may be formed using a CVD method. The electrodes 309a to 309i are made of a material such as metal or polycrystalline silicon, and the material can be appropriately selected depending on the materials of the first semiconductor substrate 304 and the second semiconductor substrate 307 to be bonded, the bonding method, and the like.

なお、第2半導体基板307全体の大きさは、第1半導体基板304全体の大きさより小さいため、第2半導体基板307は、第1半導体基板304と接合されるとき、第1半導体基板304の外周領域を露出するように接合される。このとき、第2半導体基板307は、第1半導体基板304上に形成された固定電極303a〜303h及び固定部電極303jの端部近傍の一部を露出するように接合される。   Since the entire size of the second semiconductor substrate 307 is smaller than the entire size of the first semiconductor substrate 304, when the second semiconductor substrate 307 is bonded to the first semiconductor substrate 304, the outer circumference of the first semiconductor substrate 304 is increased. Bonded to expose the area. At this time, the second semiconductor substrate 307 is bonded so as to expose part of the fixed electrodes 303a to 303h and the fixed portion electrode 303j near the end portions formed on the first semiconductor substrate 304.

第1半導体基板304と第2半導体基板307とが接合されると、第1半導体基板304に形成された固定部301及び固定電極303a〜303hは、第2半導体基板207の電極309a〜309iにそれぞれ電気的に接続される。なお、図9に示すように、可動電極302が接触される固定電極303a〜303hの各端部から、電極309a〜309hの接続部までの距離d1を、それぞれ同じ距離とする。また、固定電極303a〜303hは、固定部301から一定距離d2に配置される。これにより、可動電極302が固定電極303a〜303hに接触するときの接触位置の違いによる抵抗値の差を低減することができる。   When the first semiconductor substrate 304 and the second semiconductor substrate 307 are joined, the fixed portion 301 and the fixed electrodes 303a to 303h formed on the first semiconductor substrate 304 are respectively connected to the electrodes 309a to 309i of the second semiconductor substrate 207. Electrically connected. As shown in FIG. 9, the distances d1 from the end portions of the fixed electrodes 303a to 303h with which the movable electrode 302 is brought into contact to the connection portions of the electrodes 309a to 309h are the same distance. Further, the fixed electrodes 303a to 303h are arranged at a fixed distance d2 from the fixed portion 301. Thereby, the difference in resistance value due to the difference in the contact position when the movable electrode 302 contacts the fixed electrodes 303a to 303h can be reduced.

図10は、力学量センサ300の、電極309a〜309iが形成された第2半導体基板307を底面から見た平面図である。なお、図10には、第1半導体基板304が接合されたときに、第1半導体基板304、固定電極303a〜303h、及び固定部301が配置される位置を点線で示している。また、図示していないが、電極309a〜309iと第2半導体基板307との間には、絶縁層308が形成されている。   FIG. 10 is a plan view of the second semiconductor substrate 307 formed with the electrodes 309a to 309i of the mechanical quantity sensor 300 as viewed from the bottom. In FIG. 10, when the first semiconductor substrate 304 is bonded, the positions where the first semiconductor substrate 304, the fixed electrodes 303a to 303h, and the fixed portion 301 are arranged are indicated by dotted lines. Although not shown, an insulating layer 308 is formed between the electrodes 309 a to 309 i and the second semiconductor substrate 307.

図10に図示するように、固定部301と電気的に接続される電極309iは、第1半導体基板304に形成された固定部電極303jと電気的に接続される。図示していないが、固定電極303a〜303h及び固定部電極303jの、第2半導体基板307より外側に露出された領域には、ワイヤボンディング等の方法によって配線が接続される。これらの配線は、力学量センサ300が実装される電子機器内の力学量検出信号を処理する回路に接続される。   As shown in FIG. 10, the electrode 309 i that is electrically connected to the fixed portion 301 is electrically connected to the fixed portion electrode 303 j formed on the first semiconductor substrate 304. Although not shown, wirings are connected to regions of the fixed electrodes 303a to 303h and the fixed portion electrode 303j that are exposed outside the second semiconductor substrate 307 by a method such as wire bonding. These wirings are connected to a circuit that processes a mechanical quantity detection signal in an electronic device in which the mechanical quantity sensor 300 is mounted.

以上の工程により、本発明の第3の実施形態に係る力学量センサ300が形成される。   Through the above steps, the mechanical quantity sensor 300 according to the third embodiment of the present invention is formed.

なお、本発明の第3の実施形態に係る力学量センサ300は、図10に示した第2半導体基板307の構成に限定されるものではなく、例えば、図11に示すような構成としてもよい。   Note that the mechanical quantity sensor 300 according to the third embodiment of the present invention is not limited to the configuration of the second semiconductor substrate 307 illustrated in FIG. 10, and may be configured as illustrated in FIG. 11, for example. .

図11は、第2半導体基板307の他の実施形態を図示しており、電極309a〜309iが形成された第2半導体基板307を底面から見た平面図である。図11は、第2半導体基板307の外周領域にダミー端子310jを形成して、第1半導体基板304との接合時のバランスを図るようにした例を示す。   FIG. 11 illustrates another embodiment of the second semiconductor substrate 307, and is a plan view of the second semiconductor substrate 307 on which the electrodes 309a to 309i are formed as viewed from the bottom. FIG. 11 shows an example in which dummy terminals 310j are formed in the outer peripheral region of the second semiconductor substrate 307 so as to achieve a balance when bonded to the first semiconductor substrate 304.

図11に図示するように、第2半導体基板307には、電極309a〜309iが電気的に接続される配線パターン309a´〜309i´が形成され、第1半導体基板304の一側端部近傍(図中の第1半導体基板304の右辺)に形成された配線用端子310a〜310iに、それぞれ接続されるように形成されてもよい。なお、図11には、第1半導体基板304が接合されるときに、第1半導体基板304、固定電極303a〜303h、固定部301、配線用端子310a〜310i、及び複数のダミー端子310jが配置される位置を点線で示している。なお、図示していないが、電極309a〜309i及び配線パターン309a´〜309iと、第2半導体基板307との間には、絶縁層が形成される。   As shown in FIG. 11, wiring patterns 309 a ′ to 309 i ′ to which the electrodes 309 a to 309 i are electrically connected are formed on the second semiconductor substrate 307, and near one side end of the first semiconductor substrate 304 ( It may be formed so as to be connected to wiring terminals 310a to 310i formed on the right side of the first semiconductor substrate 304 in the drawing. In FIG. 11, when the first semiconductor substrate 304 is bonded, the first semiconductor substrate 304, the fixed electrodes 303a to 303h, the fixed portion 301, the wiring terminals 310a to 310i, and the plurality of dummy terminals 310j are arranged. The position to be performed is indicated by a dotted line. Although not shown, an insulating layer is formed between the electrodes 309 a to 309 i and the wiring patterns 309 a ′ to 309 i and the second semiconductor substrate 307.

ダミー端子310jは、配線用端子310a〜310iが形成された一側端部近傍を除く第1半導体基板304の外周領域の端部近傍に形成される。ダミー端子310jは、第1半導体基板304と第2半導体基板307とが接合されるとき、第1半導体基板304の一側端部のみに形成された配線用端子310a〜310iにより、安定的に接合されなくなることを防ぎ、第1半導体基板304の外周全体と第2半導体基板307の外周全体が接合されるように形成される。このため、各ダミー端子310jの形状は、配線用端子310a〜310iのそれぞれと同じ形状であることが望ましい。図11に図示した第2半導体基板307は、配線用端子310a〜310iの一部と重なり、一部を露出するように接合される。図示していないが、配線用端子310a〜310iの第2半導体基板307より外側に露出された領域は、ワイヤボンディング等によって、外部回路と接続されてもよい。   The dummy terminal 310j is formed in the vicinity of the end portion of the outer peripheral region of the first semiconductor substrate 304 excluding the vicinity of one end portion where the wiring terminals 310a to 310i are formed. When the first semiconductor substrate 304 and the second semiconductor substrate 307 are bonded, the dummy terminal 310j is stably bonded by the wiring terminals 310a to 310i formed only at one end of the first semiconductor substrate 304. In other words, the entire outer periphery of the first semiconductor substrate 304 and the entire outer periphery of the second semiconductor substrate 307 are bonded to each other. For this reason, the shape of each dummy terminal 310j is desirably the same as that of each of the wiring terminals 310a to 310i. The second semiconductor substrate 307 illustrated in FIG. 11 overlaps with a part of the wiring terminals 310a to 310i and is joined so as to expose a part. Although not shown, the regions exposed to the outside of the second semiconductor substrate 307 of the wiring terminals 310a to 310i may be connected to an external circuit by wire bonding or the like.

以上の工程により製造された本発明の第3の実施形態に係る力学量センサ300は、第2の実施形態に係る力学量センサ200と同様に、2軸方向(X方向、Y方向)の外力の大きさを検知することができる。また、従来のピエゾ抵抗素子を利用したタイプのセンサや、静電容量型のセンサと比べ、構造が単純なものとなる。従って、製造工程を削減でき、製造コストを低減することができる。   The mechanical quantity sensor 300 according to the third embodiment of the present invention manufactured through the above steps is an external force in the biaxial direction (X direction, Y direction), similarly to the mechanical quantity sensor 200 according to the second embodiment. Can be detected. In addition, the structure is simple compared to a conventional sensor using a piezoresistive element or a capacitive sensor. Therefore, the manufacturing process can be reduced and the manufacturing cost can be reduced.

(第4の実施形態)
<力学量センサの製造方法>
さらに、3軸方向(X方向、Y方向、Z方向)の外力の大きさ及び方向並びに加速度を検知することのできる力学量センサ400の構成及び製造方法について、図12及び図13を参照して述べる。
(Fourth embodiment)
<Method of manufacturing mechanical quantity sensor>
Furthermore, with reference to FIG. 12 and FIG. 13, the configuration and manufacturing method of the mechanical quantity sensor 400 capable of detecting the magnitude and direction of external force in the three-axis directions (X direction, Y direction, and Z direction) and acceleration. State.

図12は、本発明の第4の実施形態に係る力学量センサ400を示す断面図である。図13は、図12に示した力学量センサ400の第2半導体基板407を底面から見た平面図である。なお、図12は、図13に示した力学量センサ400をD−D´線から見た断面を示す。   FIG. 12 is a cross-sectional view showing a mechanical quantity sensor 400 according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 13 is a plan view of the second semiconductor substrate 407 of the mechanical quantity sensor 400 shown in FIG. 12 as viewed from the bottom. FIG. 12 shows a cross section of the mechanical quantity sensor 400 shown in FIG. 13 as seen from the line DD ′.

力学量センサ400は、第3の実施形態に係る力学量センサ300と同様の製造工程を経て、第1半導体基板404に、固定部401、可動電極402、固定電極403a〜403h、及び固定部電極403jが形成され、第2半導体基板407に、凹部407a、絶縁層408、及び電極409a〜409iが形成される。   The mechanical quantity sensor 400 is subjected to the same manufacturing process as the mechanical quantity sensor 300 according to the third embodiment, and the first semiconductor substrate 404 is fixed to the fixed portion 401, the movable electrode 402, the fixed electrodes 403a to 403h, and the fixed portion electrode. 403j is formed, and a recess 407a, an insulating layer 408, and electrodes 409a to 409i are formed in the second semiconductor substrate 407.

また、力学量センサ400は、第3の実施形態に係る力学量センサ300とは異なり、Z方向の外力の大きさ及び方向並びに加速度を検知するために、第2半導体基板407に、固定電極403a〜403hと同様の機能を有する電極409kが、電極409a〜409iと同様の製造工程を経て形成される。また、第1半導体基板404には、電極409kに電気的に接続される固定電極403kが、固定電極403a〜403hと同様の製造工程を経て形成される。   Further, unlike the mechanical quantity sensor 300 according to the third embodiment, the mechanical quantity sensor 400 has a fixed electrode 403a on the second semiconductor substrate 407 in order to detect the magnitude and direction of the external force in the Z direction and acceleration. The electrode 409k having the same function as ˜403h is formed through the same manufacturing process as the electrodes 409a to 409i. In addition, a fixed electrode 403k electrically connected to the electrode 409k is formed on the first semiconductor substrate 404 through the same manufacturing process as the fixed electrodes 403a to 403h.

電極409kは、可動電極402と対向した位置にある第2半導体基板407の凹部407aに形成され、Z方向の外力によって変形した可動電極402が接触される位置に配置される。図12に示すように、第2半導体基板407の凹部407aには、絶縁層408が、電極409kの形成位置に合わせてパターニングすることにより形成され、絶縁層408の上に、電極409kがパターニングすることにより形成される。なお、図12及び図13には、Z方向の外力を検知する電極409kを一つだけ図示しているが、これに限定されず、仕様に応じて複数の電極を形成してもよい。検出方向に応じて固定電極409kを複数配置することにより、Z方向の外力の検出方向分解能を高めることができる。   The electrode 409k is formed in the concave portion 407a of the second semiconductor substrate 407 at a position facing the movable electrode 402, and is disposed at a position where the movable electrode 402 deformed by an external force in the Z direction comes into contact. As shown in FIG. 12, an insulating layer 408 is formed in the recess 407a of the second semiconductor substrate 407 by patterning in accordance with the formation position of the electrode 409k, and the electrode 409k is patterned on the insulating layer 408. Is formed. 12 and 13 show only one electrode 409k for detecting an external force in the Z direction, but the present invention is not limited to this, and a plurality of electrodes may be formed according to specifications. By disposing a plurality of fixed electrodes 409k according to the detection direction, it is possible to increase the detection direction resolution of the external force in the Z direction.

また、図12に図示した第1及び第3の実施形態に係る力学量センサ200、300と同様に、力学量センサ400においても、可動電極402が接触される固定電極403a〜403hの各端部から、電極409a〜409hの接続部までの距離d1は、それぞれ同じ距離とする。また、固定電極403a〜403hは、固定部401から一定距離d2に配置される。これにより、可動電極402が固定電極403a〜403hに接触するときの接触位置の違いによる抵抗値の差を低減することができる。   Similarly to the mechanical quantity sensors 200 and 300 according to the first and third embodiments illustrated in FIG. 12, each end part of the fixed electrodes 403 a to 403 h with which the movable electrode 402 is contacted also in the mechanical quantity sensor 400. The distances d1 from the connecting portions of the electrodes 409a to 409h to the connecting portions are the same. Further, the fixed electrodes 403a to 403h are arranged at a fixed distance d2 from the fixed portion 401. Thereby, the difference in resistance value due to the difference in the contact position when the movable electrode 402 contacts the fixed electrodes 403a to 403h can be reduced.

固定電極403a〜403h、403k、及び固定部電極403jの、第2半導体基板407より外側に露出された部分には、ワイヤボンディング等によって力学量検出信号を処理する外部回路と接続されてもよい。これにより、力学量センサ400は、Z方向の外力の印加により、可動電極102が電極409kに接触されたときに、抵抗値の変化を検出することができるため、Z方向の外力の大きさを検出することが可能となる。   The portions of the fixed electrodes 403a to 403h and 403k and the fixed portion electrode 403j that are exposed outside the second semiconductor substrate 407 may be connected to an external circuit that processes the mechanical quantity detection signal by wire bonding or the like. Accordingly, the mechanical quantity sensor 400 can detect a change in resistance value when the movable electrode 102 is brought into contact with the electrode 409k by applying an external force in the Z direction. It becomes possible to detect.

以上の工程により製造された本発明の第4の実施形態に係る力学量センサ400によれば、3軸方向(X方向、Y方向、Z方向)の外力の大きさ及び方向並びに加速度を検知することができる。また、従来のピエゾ抵抗素子を利用したタイプのセンサや、静電容量型のセンサと比べ、構造が単純なものとなる。従って、製造工程を削減でき、製造コストを低減することができる。   According to the mechanical quantity sensor 400 according to the fourth embodiment of the present invention manufactured through the above steps, the magnitude and direction of the external force in the three axial directions (X direction, Y direction, Z direction) and acceleration are detected. be able to. In addition, the structure is simple compared to a conventional sensor using a piezoresistive element or a capacitive sensor. Therefore, the manufacturing process can be reduced and the manufacturing cost can be reduced.

(第5の実施形態)
<力学量センサの製造方法>
以下、さらに、図14〜図16を参照して、本発明の第5の実施形態に係る力学量センサ500の製造方法を説明する。図14(A)〜(C)及び図15(A)、(B)は、力学量センサ500の断面の概略構造を示した製造工程を説明するための図であり、図16は、力学量センサ500のガラス基板504を上面から見たときの概略構造を示す平面図である。なお、図15(B)は、図16に示した力学量センサ500をE−E´線から見た断面を示す。
(Fifth embodiment)
<Method of manufacturing mechanical quantity sensor>
Hereinafter, with reference to FIGS. 14-16, the manufacturing method of the dynamic quantity sensor 500 which concerns on the 5th Embodiment of this invention is demonstrated. FIGS. 14A to 14C and FIGS. 15A and 15B are diagrams for explaining a manufacturing process showing a schematic structure of a cross section of the mechanical quantity sensor 500, and FIG. It is a top view which shows schematic structure when the glass substrate 504 of the sensor 500 is seen from the upper surface. FIG. 15B shows a cross section of the mechanical quantity sensor 500 shown in FIG. 16 as seen from the line EE ′.

(1)ガラス基板504の形成(図14(A),(B)参照)
ガラス基板504は、可動イオンを含むガラス基板(例えばテンパックス(登録商標)ガラス)を用いてもよい。図14(B)に図示したように、エッチングあるいはサンドブラストにより、ガラス基板504に、凹部504aを形成する。凹部504aは、後述する工程において、ガラス基板504と接合される半導体基板506に形成された可動電極502の形成位置に対応させて形成される。
(1) Formation of glass substrate 504 (see FIGS. 14A and 14B)
As the glass substrate 504, a glass substrate containing movable ions (for example, Tempax (registered trademark) glass) may be used. As shown in FIG. 14B, a recess 504a is formed in the glass substrate 504 by etching or sandblasting. The concave portion 504a is formed corresponding to the position where the movable electrode 502 formed on the semiconductor substrate 506 bonded to the glass substrate 504 is formed in a process described later.

(2)配線用端子505a〜505e、505a´〜505e´の形成(図14(C)及び図16参照)
凹部504aの形成された側のガラス基板504の面上に、図14(C)及び図16に図示するように、配線用端子505a〜505e、505a´〜505e´を形成する。配線用端子505a〜505e、505a´〜505e´は、例えば、Cr層、Au層の順に金属層を蒸着法やスパッタ法等により形成し、不要な金属層をエッチングにより除去して形成してもよい。配線用端子505a〜505eは、後述する工程において、ガラス基板504と半導体基板506とが接合されると、半導体基板506に形成される固定部501及び固定電極503a〜503dにそれぞれ電気的に接続されるように、固定部501及び固定電極503a〜503dと対向する位置に形成される。配線用端子505a´〜505e´は、配線用端子505a〜505eに接続され、図16に図示するように、凹部504aの形成された側のガラス基板504の面上の一側端部近傍(図中のガラス基板504の上辺)に形成されてもよい。
(2) Formation of wiring terminals 505a to 505e and 505a ′ to 505e ′ (see FIG. 14C and FIG. 16)
Wiring terminals 505a to 505e and 505a ′ to 505e ′ are formed on the surface of the glass substrate 504 on the side where the recesses 504a are formed, as shown in FIGS. The wiring terminals 505a to 505e and 505a ′ to 505e ′ may be formed by, for example, forming a metal layer in the order of Cr layer and Au layer by vapor deposition or sputtering, and removing unnecessary metal layers by etching. Good. The wiring terminals 505a to 505e are electrically connected to the fixed portion 501 and the fixed electrodes 503a to 503d formed on the semiconductor substrate 506, respectively, when the glass substrate 504 and the semiconductor substrate 506 are bonded in a process described later. In this way, it is formed at a position facing the fixed portion 501 and the fixed electrodes 503a to 503d. The wiring terminals 505a ′ to 505e ′ are connected to the wiring terminals 505a to 505e, and as shown in FIG. 16, in the vicinity of one end on the surface of the glass substrate 504 on the side where the recesses 504a are formed (see FIG. It may be formed on the upper side of the glass substrate 504 inside.

(3)ガラス基板504と半導体基板506との接合(図15(A)参照)
ガラス基板504と半導体基板506とを、陽極接合等により接合する。半導体基板506は、所望の抵抗率を有するように不純物が拡散された半導体基板である。図15(A)に図示したように、半導体基板506は、配線用端子505a〜505e、505a´〜505e´が形成された側のガラス基板504の面上に接合される。
(3) Bonding between the glass substrate 504 and the semiconductor substrate 506 (see FIG. 15A)
The glass substrate 504 and the semiconductor substrate 506 are bonded by anodic bonding or the like. The semiconductor substrate 506 is a semiconductor substrate in which impurities are diffused so as to have a desired resistivity. As shown in FIG. 15A, the semiconductor substrate 506 is bonded onto the surface of the glass substrate 504 on the side where the wiring terminals 505a to 505e and 505a ′ to 505e ′ are formed.

(4)半導体基板506の加工(図15(B)参照)
固定部501、可動電極502、および固定電極503a〜503dを加工するためのマスク(図示せず)を形成し、該マスクを介して半導体基板506をエッチングすることにより、固定部501、可動電極502、および固定電極503a〜503dが形成される位置を除いた凹部506aが形成される。これにより、ガラス基板504上には、配線用端子505a〜505eに電気的に接続された固定部501、可動電極502、および固定電極503a〜503dが形成される。エッチング方法として、DRIE(Deep Reactive Ion Etching)を用いることができる。
(4) Processing of semiconductor substrate 506 (see FIG. 15B)
A mask (not shown) for processing the fixed portion 501, the movable electrode 502, and the fixed electrodes 503a to 503d is formed, and the semiconductor substrate 506 is etched through the mask, whereby the fixed portion 501 and the movable electrode 502 are etched. , And a recess 506a excluding the position where the fixed electrodes 503a to 503d are formed. Thereby, on the glass substrate 504, the fixed part 501, the movable electrode 502, and the fixed electrodes 503a to 503d electrically connected to the wiring terminals 505a to 505e are formed. As an etching method, DRIE (Deep Reactive Ion Etching) can be used.

以上の工程により製造された本発明の第5の実施形態に係る力学量センサ500によれば、第1及び第3の実施形態に係る力学量センサ200、300と同様に、2軸方向(X方向、Y方向)の外力の大きさを検知することができる。また、従来のピエゾ抵抗素子を利用したタイプのセンサや、静電容量型のセンサと比べ、構造が単純なものとなる。従って、製造工程を削減でき、製造コストを低減することができる。   According to the mechanical quantity sensor 500 according to the fifth embodiment of the present invention manufactured through the above steps, the biaxial direction (X) as in the mechanical quantity sensors 200 and 300 according to the first and third embodiments. Direction, Y direction) can be detected. In addition, the structure is simple compared to a conventional sensor using a piezoresistive element or a capacitive sensor. Therefore, the manufacturing process can be reduced and the manufacturing cost can be reduced.

上述したように、本発明の第1乃至第5の実施形態に係る力学量センサ200〜500は、2層または3層からなる基板を用いて、従来のエッチング方法やパターニング方法によって形成されるため、製造工程が簡易なものとなる。これにより、製造コストを増加させることなく、低コストに力学量センサ200〜500を製造することが可能となる。   As described above, the mechanical quantity sensors 200 to 500 according to the first to fifth embodiments of the present invention are formed by a conventional etching method or patterning method using a substrate having two or three layers. The manufacturing process is simplified. Thereby, it becomes possible to manufacture the mechanical quantity sensors 200 to 500 at a low cost without increasing the manufacturing cost.

(変形例)
次に、以下では、図17〜図21を参照して、力学量センサの変形例について述べる。図17〜図21は、本発明の一実施形態に係る力学量センサ600〜1000の概略構造を示した平面図である。
(Modification)
Next, modified examples of the mechanical quantity sensor will be described below with reference to FIGS. 17 to 21 are plan views showing a schematic structure of mechanical quantity sensors 600 to 1000 according to an embodiment of the present invention.

図17に図示したように、力学量センサ600は、可動電極602の内周側の渦巻きの間隔が広く、可動電極602の外周側の渦巻きの間隔が狭く形成されてもよい。これにより、外力が印加された際に、可動電極602の外周側の重みにより、固定電極603a〜603dと接触しやすくなる為、印加される外力が小さい場合であっても、抵抗値の変化として検出でき、外力の検出感度を向上させることができる。   As illustrated in FIG. 17, the mechanical quantity sensor 600 may be formed such that the interval between the spirals on the inner peripheral side of the movable electrode 602 is wide and the interval between the spirals on the outer peripheral side of the movable electrode 602 is narrow. As a result, when an external force is applied, it becomes easy to come into contact with the fixed electrodes 603a to 603d due to the weight on the outer peripheral side of the movable electrode 602. Therefore, even when the applied external force is small, the resistance value changes. It can be detected, and the detection sensitivity of external force can be improved.

また、図18に図示したように、力学量センサ700は、可動電極702の最外周の、固定電極703a〜703dと対向する位置に、突起部702a〜702dを形成してもよい。突起部702a〜702dは、可動電極702の一部として形成され、可動電極702の製造工程と同じ製造工程により、同じ半導体基板をエッチングすることにより形成される。突起部702a〜702dを有することにより、外力が印加された際に、可動電極702は外周側に重みが付加され、且つ突起部702a〜702dが固定電極703a〜703dと接触しやすくなる為、外力の検出感度を向上させることができる。なお、図18には、矩形形状の突起部702a〜702dを図示しているが、この形状に限定されず、円形や三角形状であってもよい。突起部702a〜702dの厚みについても、仕様に応じて適宜変更される。また、突起部702a〜702dの数についても、図18に図示された数に限定されず、固定電極703a〜703dに対応させて複数配置することにより、外力の方位に対する解像度を向上させることができるため、仕様に応じて適宜変更される。   In addition, as illustrated in FIG. 18, the mechanical quantity sensor 700 may form protrusions 702 a to 702 d at positions on the outermost periphery of the movable electrode 702 facing the fixed electrodes 703 a to 703 d. The protrusions 702a to 702d are formed as part of the movable electrode 702, and are formed by etching the same semiconductor substrate in the same manufacturing process as the manufacturing process of the movable electrode 702. By having the protrusions 702a to 702d, when an external force is applied, the movable electrode 702 is weighted on the outer peripheral side, and the protrusions 702a to 702d easily come into contact with the fixed electrodes 703a to 703d. Detection sensitivity can be improved. In addition, in FIG. 18, although the rectangular-shaped protrusion parts 702a-702d are illustrated, it is not limited to this shape, A circular shape or a triangular shape may be sufficient. The thicknesses of the protrusions 702a to 702d are also changed as appropriate according to the specifications. Further, the number of the protrusions 702a to 702d is not limited to the number illustrated in FIG. 18, and the resolution with respect to the direction of the external force can be improved by arranging a plurality of protrusions 702a to 702d corresponding to the fixed electrodes 703a to 703d. Therefore, it is appropriately changed according to the specification.

さらに、図19に図示したように、力学量センサ800は、可動電極802の幅が、内周から外周に巻回するにつれて大きくなるように形成してもよい。図19には、可動電極802の最外周から三周内側の部分より外周に向かうにつれ、徐々に幅が大きくなる形状を図示している。可動電極802の幅を外周近傍ほど大きく形成することにより、外力が印加された際に、可動電極802の外周側の重みにより、固定電極803a〜803dと接触しやすくなる為、印加される外力が小さい場合であっても、抵抗値の変化として検出でき、外力の検出感度を向上させることができる。   Furthermore, as illustrated in FIG. 19, the mechanical quantity sensor 800 may be formed such that the width of the movable electrode 802 increases as it winds from the inner periphery to the outer periphery. FIG. 19 illustrates a shape in which the width gradually increases from the outermost periphery of the movable electrode 802 toward the outer periphery from the inner portion of the third periphery. By forming the width of the movable electrode 802 so as to be closer to the outer periphery, when an external force is applied, it becomes easier to come into contact with the fixed electrodes 803a to 803d due to the weight on the outer peripheral side of the movable electrode 802. Even if it is small, it can be detected as a change in resistance value, and the external force detection sensitivity can be improved.

また、図20に図示したように、力学量センサ900は、可動電極902の幅が、最外周よりも内側の内周において最も大きくなるように形成してもよい。例えば、図20に図示したように、可動電極902の最外周から三周内側の部分を、幅が最も大きくなるように形成することにより、最外周から二周内側までの可動電極902が、三周内側の部分の重みにより、固定電極903a〜903dと接触しやすくなる。これにより、印加される外力が小さい場合であっても、抵抗値の変化として検出できる。また、幅の最も大きい部分よりも外側の複数巻回している部分が固定電極903a〜903dと接触しやすくなることから、外力に対する抵抗値の変化を大きくすることができる。従って、外力の検出感度を向上させることができる。なお、図20には、最外周から三周内側の部分の幅が最も大きくなる構造を図示したが、この形状に限定されず、可動電極902は、最外周よりも内側の部分に、幅の大きな箇所を複数有してもよい。   Further, as illustrated in FIG. 20, the mechanical quantity sensor 900 may be formed such that the width of the movable electrode 902 is the largest on the inner circumference inside the outermost circumference. For example, as shown in FIG. 20, by forming the innermost part of the movable electrode 902 from the outermost periphery to the innermost part of the circumference, the movable electrode 902 from the outermost periphery to the innermost part of the outer periphery is formed into three parts. It becomes easy to contact the fixed electrodes 903a to 903d due to the weight of the inner portion of the circumference. Thereby, even if the applied external force is small, it can be detected as a change in resistance value. In addition, since a plurality of winding portions outside the portion with the largest width can easily come into contact with the fixed electrodes 903a to 903d, a change in resistance value with respect to an external force can be increased. Therefore, the external force detection sensitivity can be improved. Note that FIG. 20 illustrates a structure in which the width of the innermost part of the three circumferences from the outermost circumference is the largest. However, the shape is not limited to this shape, and the movable electrode 902 has a width on the inner side of the outermost circumference. You may have two or more big places.

また、図21に図示したように、力学量センサ1000は、可動電極1002の最外周よりも内側に、リング状の可動電極1002rを有してもよい。例えば、図21に図示したように、可動電極1002は、リング状の可動電極1002rの内周面に接続される第1可動電極1002aと、リング状の可動電極1002rの外周面に接続される第2可動電極1002bとを有し、可動電極1002の最外周から三周内側に、第1可動電極1002a及び第2可動電極1002bの各幅よりも厚い幅を有するリング状の可動電極1002rを有してもよい。第1可動電極1002a、リング状の可動電極1002r、及び第2可動電極1002bは、それぞれ第1基板1004から離隔して配置され、第1可動電極1002a及び第2可動電極1002bは、リング状の可動電極1002rの内側と外側に、それぞれ渦巻き状に配置される。   Further, as illustrated in FIG. 21, the mechanical quantity sensor 1000 may include a ring-shaped movable electrode 1002 r on the inner side of the outermost periphery of the movable electrode 1002. For example, as shown in FIG. 21, the movable electrode 1002 includes a first movable electrode 1002a connected to the inner peripheral surface of the ring-shaped movable electrode 1002r and a first electrode connected to the outer peripheral surface of the ring-shaped movable electrode 1002r. A ring-shaped movable electrode 1002r having a width larger than the width of each of the first movable electrode 1002a and the second movable electrode 1002b, on the inner side of the third circumference from the outermost periphery of the movable electrode 1002. May be. The first movable electrode 1002a, the ring-shaped movable electrode 1002r, and the second movable electrode 1002b are spaced apart from the first substrate 1004, respectively, and the first movable electrode 1002a and the second movable electrode 1002b are ring-shaped movable. The electrodes 1002r are respectively arranged in a spiral shape on the inner side and the outer side.

第1可動電極1002a、リング状の可動電極1002r、及び第2可動電極1002bのZ方向の高さは、それぞれ50μmであってもよい。第1可動電極1002a及び第2可動電極1002bの幅は、例えば、15μmであってもよく、リング状の可動電極1002rの幅は、例えば、100μmであってもよい。リング状の可動電極1002rの幅を第1可動電極1002a及び第2可動電極1002bの幅より大きくすることにより、リング状の可動電極1002rの外側に配置された第2可動電極1002bは、固定電極1003a〜1003dと接触しやすくなる。また、第1可動電極1002aの渦巻きの間隔を50μmとし、第2可動電極1002bの渦巻きの間隔を15μmとしてもよい。リング状の可動電極1002rの外側に配置された第2可動電極1002bの間隔を、内側に配置された第1可動電極1002aの間隔よりも狭くすることにより、第2可動電極1002bが固定電極1003a〜1003dと接触しやすくなる。このような構成により、図20に図示した力学量センサ900と同様に、図21に図示した力学量センサ1000は、印加される外力が小さい場合であっても、抵抗値の変化として検出でき、外力に対する抵抗値の変化を大きくすることができる。従って、外力の検出感度を向上させることができる。なお、図21には、最外周から三周内側にリング状の可動電極1002rを有する形状を図示したが、この形状に限定されず、最外周よりも内側にリング状の可動電極1002rを複数有する形状であってもよい。   Each of the first movable electrode 1002a, the ring-shaped movable electrode 1002r, and the second movable electrode 1002b may have a height in the Z direction of 50 μm. The width of the first movable electrode 1002a and the second movable electrode 1002b may be 15 μm, for example, and the width of the ring-shaped movable electrode 1002r may be 100 μm, for example. By making the width of the ring-shaped movable electrode 1002r larger than the width of the first movable electrode 1002a and the second movable electrode 1002b, the second movable electrode 1002b disposed outside the ring-shaped movable electrode 1002r is fixed to the fixed electrode 1003a. It becomes easy to contact with 1003d. Further, the spiral interval of the first movable electrode 1002a may be 50 μm, and the spiral interval of the second movable electrode 1002b may be 15 μm. By making the interval between the second movable electrodes 1002b arranged outside the ring-shaped movable electrode 1002r smaller than the interval between the first movable electrodes 1002a arranged inside, the second movable electrode 1002b is fixed to the fixed electrodes 1003a to 1003a. It becomes easy to contact 1003d. With such a configuration, like the mechanical quantity sensor 900 shown in FIG. 20, the mechanical quantity sensor 1000 shown in FIG. 21 can detect a change in resistance value even when the applied external force is small. The change of the resistance value with respect to the external force can be increased. Therefore, the external force detection sensitivity can be improved. FIG. 21 illustrates the shape having the ring-shaped movable electrode 1002r on the inner side of the outer periphery three times. However, the shape is not limited to this shape, and a plurality of ring-shaped movable electrodes 1002r are provided on the inner side of the outermost periphery. It may be a shape.

以上のように、本発明の実施形態に係る力学量センサ600〜1000は、可動電極602〜1002の形状を変化させることにより、外力の検出感度を高めることができる。   As described above, the mechanical quantity sensors 600 to 1000 according to the embodiment of the present invention can increase the external force detection sensitivity by changing the shapes of the movable electrodes 602 to 1002.

次に、力学量センサ100〜1100により検出される各力学量検出信号を処理する処理回路1110の構成例について、図22を参照して説明する。   Next, a configuration example of the processing circuit 1110 that processes each mechanical quantity detection signal detected by the mechanical quantity sensors 100 to 1100 will be described with reference to FIG.

<処理回路>
図22は、処理回路1110の回路構成を示す図である。図22において、処理回路1110は、フィルタ回路1101から構成される。フィルタ回路1101の入力段には、力学量センサ1100が接続される。
<Processing circuit>
FIG. 22 is a diagram illustrating a circuit configuration of the processing circuit 1110. In FIG. 22, the processing circuit 1110 includes a filter circuit 1101. A mechanical quantity sensor 1100 is connected to the input stage of the filter circuit 1101.

力学量センサ1100は、図22に図示したように、一端部には電源電圧Vccが接続され、他端部は接地される。力学量センサ1100は、可変抵抗回路として示している。フィルタ回路1101は、電源電圧VccとGNDに接続され、その入力段には、力学量センサ1100の可変抵抗値を検出する検出ラインLsが接続されている。   As shown in FIG. 22, the mechanical quantity sensor 1100 has one end connected to the power supply voltage Vcc and the other end grounded. The mechanical quantity sensor 1100 is shown as a variable resistance circuit. The filter circuit 1101 is connected to the power supply voltages Vcc and GND, and a detection line Ls for detecting the variable resistance value of the mechanical quantity sensor 1100 is connected to the input stage.

力学量センサ1100は、印加される外力の大きさによって、抵抗値が変化すると、検出ラインLsとGNDとの間の検出電圧Vsが変化し、その検出電圧Vsに応じた検出信号が、フィルタ回路1101に入力される。フィルタ回路1101は、検出信号のノイズ成分を除去して、検出出力信号Voutとして外部に出力する。   The mechanical quantity sensor 1100 changes the detection voltage Vs between the detection lines Ls and GND when the resistance value changes according to the magnitude of the applied external force, and the detection signal corresponding to the detection voltage Vs is converted into a filter circuit. 1101 is input. The filter circuit 1101 removes the noise component of the detection signal and outputs it as a detection output signal Vout to the outside.

なお、処理回路1110から出力される検出信号は、印加される外力の大きさに応じて電圧値が変化する信号である。このため、処理回路1110から出力される検出信号の電圧値と外力の大きさの値を対応付けて記憶するメモリを用意しておき、このメモリから検出信号に対応する外力の大きさ示す値を出力させるようにしてもよい。   Note that the detection signal output from the processing circuit 1110 is a signal whose voltage value changes in accordance with the magnitude of the applied external force. Therefore, a memory for storing the voltage value of the detection signal output from the processing circuit 1110 and the value of the external force in association with each other is prepared, and a value indicating the magnitude of the external force corresponding to the detection signal is prepared from this memory. You may make it output.

図22に図示したように、本発明の実施形態に係る力学量センサ1100によれば、増幅回路等を用いる必要がない。従って、周辺回路を簡易な構成とすることができる。これにより、電子機器に力学量センサ1100を実装するときにスペースができるため、スペースを有効に活用することもできる。また、処理回路1110の製造コストを低減することができる。   As illustrated in FIG. 22, according to the mechanical quantity sensor 1100 according to the embodiment of the present invention, it is not necessary to use an amplifier circuit or the like. Therefore, the peripheral circuit can be simplified. Thereby, since a space is created when the mechanical quantity sensor 1100 is mounted on the electronic device, the space can be effectively utilized. In addition, the manufacturing cost of the processing circuit 1110 can be reduced.

上述した本発明の実施の形態に係る力学量センサ100〜1100は、例えば、IC等の能動素子を搭載する回路基板上に実装され、ワイヤボンディング接続等の周知の方法および材料によって配線用端子と、電子回路基板もしくはIC等の能動素子とを接続することにより、力学量センサと電子回路とを1つの電子部品として提供することができる。この電子部品は、例えば、ゲーム機、携帯電話等のモバイル端末機等に搭載されて市場に流通することが可能である。   The above-described mechanical quantity sensors 100 to 1100 according to the embodiments of the present invention are mounted on a circuit board on which an active element such as an IC is mounted, for example, and are connected to the wiring terminals by a known method and material such as wire bonding connection. By connecting an active element such as an electronic circuit board or IC, the mechanical quantity sensor and the electronic circuit can be provided as one electronic component. This electronic component can be distributed in the market by being mounted on a mobile terminal such as a game machine or a mobile phone.

力学量センサ…100、固定部…101、可動電極…102、固定電極…103a,103b,103c,103d、半導体基板・・・104   Mechanical quantity sensor ... 100, fixed part ... 101, movable electrode ... 102, fixed electrode ... 103a, 103b, 103c, 103d, semiconductor substrate ... 104

Claims (1)

固定部と、A fixed part;
前記固定部から離間して配置された固定電極と、A fixed electrode disposed apart from the fixed part;
前記固定部に一端部が支持され、前記固定部及び前記固定電極に対して変位可能な可動電極と、を備え、One end portion is supported by the fixed portion, and includes a movable electrode that is displaceable with respect to the fixed portion and the fixed electrode,
前記可動電極は印加される外力により変形されて前記固定電極の一部と接触し、The movable electrode is deformed by an applied external force and contacts a part of the fixed electrode;
前記可動電極が前記固定電極に接触した際の前記固定部と前記固定電極との間の電気抵抗値の変化に基づいて前記外力の大きさを検出することを特徴とする力学量センサ。A mechanical quantity sensor that detects the magnitude of the external force based on a change in electric resistance value between the fixed portion and the fixed electrode when the movable electrode contacts the fixed electrode.
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