JP6028677B2 - Force sensing element - Google Patents

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Description

本明細書で開示される技術は、半導体結晶のピエゾ抵抗効果を利用する力検知素子に関する。   The technology disclosed in the present specification relates to a force sensing element that utilizes the piezoresistance effect of a semiconductor crystal.

半導体結晶のピエゾ抵抗効果を利用する力検知素子が開発されている。図5に、特許文献1に開示される技術を適用した力検知素子100を例示する。力検知素子100は、半導体基板110、一対の電極配座部122,124及び力伝達ブロック130を備えている。半導体基板110の表面には溝112A,112Bが形成されており、その溝112A,112Bを横断してメサ段差113が伸びている。メサ段差113を含む半導体基板110の表面には、p型の不純物が導入されたゲージ部114が形成されている。ゲージ部114は、一端が第1電極配座部122の貫通孔122aに露出しており、他端が第2電極配座部124の貫通孔124aに露出している。第1電極配座部122の表面に形成される電極(図示省略)は、貫通孔122aを介してゲージ部114の一端に電気的に接続される。第2電極配座部124の表面に形成される電極(図示省略)は、貫通孔124aを介してゲージ部114の他端に電気的に接続される。力伝達ブロック130は、メサ段差113の頂面と溝112A,112Bの周縁部115の表面に接触するように接合される。   Force sensing elements utilizing the piezoresistance effect of semiconductor crystals have been developed. FIG. 5 illustrates a force detection element 100 to which the technique disclosed in Patent Document 1 is applied. The force detection element 100 includes a semiconductor substrate 110, a pair of electrode constellations 122 and 124, and a force transmission block 130. Grooves 112A and 112B are formed on the surface of the semiconductor substrate 110, and a mesa step 113 extends across the grooves 112A and 112B. On the surface of the semiconductor substrate 110 including the mesa step 113, a gauge portion 114 into which p-type impurities are introduced is formed. One end of the gauge portion 114 is exposed in the through hole 122 a of the first electrode constellation portion 122, and the other end is exposed in the through hole 124 a of the second electrode constellation portion 124. An electrode (not shown) formed on the surface of the first electrode constellation portion 122 is electrically connected to one end of the gauge portion 114 through the through hole 122a. An electrode (not shown) formed on the surface of the second electrode constellation portion 124 is electrically connected to the other end of the gauge portion 114 through the through hole 124a. The force transmission block 130 is joined so as to come into contact with the top surface of the mesa step 113 and the surface of the peripheral edge 115 of the grooves 112A and 112B.

力検知素子100では、力伝達ブロック130を介してメサ段差113に圧縮応力が加わると、メサ段差113に形成されているゲージ部114の電気抵抗がピエゾ抵抗効果によって変化する。このため、一対の電極配座部122,124に形成される電極を介してゲージ部114に一定電流を通電するか一定電圧を印加しておくことによって、圧縮応力に応じた出力信号を得られる。   In the force detection element 100, when compressive stress is applied to the mesa step 113 via the force transmission block 130, the electrical resistance of the gauge portion 114 formed on the mesa step 113 changes due to the piezoresistance effect. Therefore, an output signal corresponding to the compressive stress can be obtained by applying a constant current or applying a constant voltage to the gauge portion 114 via the electrodes formed on the pair of electrode constellation portions 122 and 124. .

特開2004−132811号公報JP 2004-132911 A

図6に、メサ段差113に加わる圧縮応力の長手方向の分布を示す。このように、メサ段差113に加わる圧縮応力は、メサ段差113が溝112A,112Bの周縁部115に接続する端部で小さく、中心部で大きい分布となる。メサ段差113の破壊強度は、メサ段差113に加わる最大の圧縮応力に依存する。一方、力検知素子100の感度は、メサ段差113に加わる圧縮応力の平均値に依存する。このため、図6に示すように、メサ段差113に加わる最大圧縮応力と最小圧縮応力の差が大きいと、メサ段差113に加わる最大圧縮応力と平均値の差も大きくなり、力検知素子100の信頼性と感度の間にトレードオフの関係が問題となる。   FIG. 6 shows a longitudinal distribution of compressive stress applied to the mesa step 113. As described above, the compressive stress applied to the mesa step 113 is small at the end where the mesa step 113 is connected to the peripheral edge 115 of the grooves 112A and 112B and has a large distribution at the center. The breaking strength of the mesa step 113 depends on the maximum compressive stress applied to the mesa step 113. On the other hand, the sensitivity of the force detection element 100 depends on the average value of the compressive stress applied to the mesa step 113. Therefore, as shown in FIG. 6, if the difference between the maximum compressive stress and the minimum compressive stress applied to the mesa step 113 is large, the difference between the maximum compressive stress applied to the mesa step 113 and the average value also increases, and the force sensing element 100 The trade-off relationship between reliability and sensitivity becomes a problem.

本明細書で開示される技術は、メサ段差に加わる圧縮応力の長手方向の分布を均一化し、力検知素子の信頼性と感度の間のトレードオフの関係を改善することを目的としている。   The technology disclosed in the present specification aims to make the longitudinal distribution of the compressive stress applied to the mesa step uniform and improve the trade-off relationship between the reliability and sensitivity of the force detection element.

本明細書で開示される力検知素子の一実施形態は、溝を横断して伸びているメサ段差に形成されているゲージ部を有する半導体基板、及びメサ段差の頂面と溝の周縁部の表面に接触する力伝達ブロックを備えている。メサ段差は、溝の周縁部に接続する第1端部と溝の周縁部に接続する第2端部の間を第1方向に沿って伸びている。第1方向に直交する第2方向に沿って計測したときに、第1端部から溝の周縁部までの距離を第1距離とし、第2端部から溝の周縁部までの距離を第2距離とし、第1端部と第2端部の間の中間部から溝の周縁部までの距離を第3距離とすると、第3距離は第1距離及び第2距離よりも短い。   One embodiment of the force sensing element disclosed in this specification includes a semiconductor substrate having a gauge portion formed in a mesa step extending across a groove, and a top surface of the mesa step and a peripheral portion of the groove. It has a force transmission block that contacts the surface. The mesa step extends along the first direction between the first end connected to the peripheral edge of the groove and the second end connected to the peripheral edge of the groove. When measured along a second direction orthogonal to the first direction, the distance from the first end to the peripheral edge of the groove is the first distance, and the distance from the second end to the peripheral edge of the groove is the second. The third distance is shorter than the first distance and the second distance, where the distance from the intermediate portion between the first end and the second end to the peripheral edge of the groove is the third distance.

上記形態の力検知素子では、メサ段差に加わる圧縮応力の長手方向の分布が均一化される。これにより、上記形態の力検知素子では、信頼性と感度の間のトレードオフの関係が改善される。   In the force detection element of the above form, the distribution in the longitudinal direction of the compressive stress applied to the mesa step is made uniform. Thereby, in the force detection element of the said form, the trade-off relationship between reliability and a sensitivity is improved.

図1は、実施例の力検知素子の斜視図を模式的に示す。FIG. 1 schematically shows a perspective view of the force detection element of the embodiment. 図2は、実施例の力検知素子において、図1のII-II線に対応した断面図を模式的に示す。FIG. 2 schematically shows a cross-sectional view corresponding to the line II-II in FIG. 1 in the force detection element of the embodiment. 図3は、実施例の力検知素子の平面図を模式的に示す。FIG. 3 schematically shows a plan view of the force detection element of the embodiment. 図4は、実施例の力検知素子の変形例の一例の平面図を模式的に示す。FIG. 4 schematically shows a plan view of an example of a modification of the force detection element of the embodiment. 図5は、従来の力検知素子の斜視図を模式的に示す。FIG. 5 schematically shows a perspective view of a conventional force detection element. 図6は、従来の力検知素子の平面図及びメサ段差に加わる圧縮応力の分布を示す。FIG. 6 shows a plan view of a conventional force detection element and a distribution of compressive stress applied to a mesa step.

以下、本明細書で開示される技術の特徴を整理する。なお、以下に記す事項は、各々単独で技術的な有用性を有している。
(特徴1)本明細書で開示される力検知素子の一実施形態は、半導体基板と力伝達ブロックを備えていてもよい。半導体基板は、溝を横断して伸びているメサ段差に形成されているゲージ部を有してもよい。力伝達ブロックは、メサ段差の頂面と溝の周縁部の表面に接触してもよい。メサ段差は、溝の周縁部に接続する第1端部と溝の周縁部に接続する第2端部の間を第1方向に沿って伸びていてもよい。このように、力検知素子のゲージ部は、単軸で構成されていてもよい。第1方向に直交する第2方向に沿って計測したときに、第1端部から溝の周縁部までの距離を第1距離とし、第2端部から溝の周縁部までの距離を第2距離とし、第1端部と第2端部の中間部から溝の周縁部までの距離を第3距離とすると、第3距離は第1距離及び第2距離よりも短くてもよい。
(特徴2)第2方向に沿って計測したときに、メサ段差から溝の周縁部まで距離のうちの最短の距離が、第3距離であってもよい。この実施形態によると、メサ段差に加わる圧縮応力の長手方向の分布が良好に均一化され、力検知素子の信頼性と感度の間のトレードオフの関係が改善される。
(特徴3)第2方向に沿って計測したときに、メサ段差から溝の周縁部まで距離のうちの最長の距離が、第1距離及び第2距離であってもよい。この実施形態によると、メサ段差に加わる圧縮応力の長手方向の分布が良好に均一化され、力検知素子の信頼性と感度の間のトレードオフの関係が改善される。
(特徴4)メサ段差の第2方向における幅が、第1端部及び第2端部よりも中間部で広くてもよい。メサ段差の第2方向における幅のうちの最大の幅が、中間部に形成されていてもよい。メサ段差の第2方向における幅のうちの最小の幅が、第1端部及び第2端部に形成されていてもよい。
(特徴5)メサ段差の第2方向における幅は、第1端部と中間部の間において、漸次増加してもよく、非連続的に増加してもよい。同様に、メサ段差の第2方向における幅は、第2端部と中間部の間において、漸次増加してもよく、非連続的に増加してもよい。メサ段差の第2方向における幅は、メサ段差に加わる圧縮応力の長手方向の分布が均一化されるように、適宜に調整されていればよい。
(特徴6)メサ段差から第2方向に離れて存在する溝の周縁部が、メサ段差に向けて凸状に突出していてもよい。凸状の周縁部の頂部(極大値となる部位ともいえる)は、第2方向に沿って観測したときに、メサ段差の中間部に対応して配置されていてもよい。
The technical features disclosed in this specification will be summarized below. The items described below have technical usefulness independently.
(Feature 1) One embodiment of the force detection element disclosed in the present specification may include a semiconductor substrate and a force transmission block. The semiconductor substrate may have a gauge portion formed at a mesa step extending across the groove. The force transmission block may contact the top surface of the mesa step and the surface of the peripheral edge of the groove. The mesa step may extend along the first direction between the first end connected to the peripheral edge of the groove and the second end connected to the peripheral edge of the groove. Thus, the gauge part of a force detection element may be comprised by the uniaxial. When measured along a second direction orthogonal to the first direction, the distance from the first end to the peripheral edge of the groove is the first distance, and the distance from the second end to the peripheral edge of the groove is the second. The third distance may be shorter than the first distance and the second distance, where the distance is the third distance from the intermediate portion between the first end and the second end to the peripheral edge of the groove.
(Feature 2) The third distance may be the shortest distance from the mesa step to the peripheral edge of the groove when measured along the second direction. According to this embodiment, the longitudinal distribution of the compressive stress applied to the mesa step is satisfactorily uniform, and the trade-off relationship between the reliability and sensitivity of the force detection element is improved.
(Feature 3) When measured along the second direction, the longest distance of the distance from the mesa step to the peripheral edge of the groove may be the first distance and the second distance. According to this embodiment, the longitudinal distribution of the compressive stress applied to the mesa step is satisfactorily uniform, and the trade-off relationship between the reliability and sensitivity of the force detection element is improved.
(Feature 4) The width of the mesa step in the second direction may be wider at the intermediate portion than at the first end and the second end. The maximum width of the mesa steps in the second direction may be formed in the intermediate portion. The minimum width of the mesa steps in the second direction may be formed at the first end and the second end.
(Feature 5) The width of the mesa step in the second direction may gradually increase or discontinuously increase between the first end portion and the intermediate portion. Similarly, the width of the mesa step in the second direction may gradually increase or discontinuously increase between the second end portion and the intermediate portion. The width of the mesa step in the second direction may be adjusted as appropriate so that the longitudinal distribution of the compressive stress applied to the mesa step is made uniform.
(Characteristic 6) The peripheral edge portion of the groove existing away from the mesa step in the second direction may protrude in a convex shape toward the mesa step. The top part of the convex peripheral part (which can also be said to be a local maximum) may be arranged corresponding to the intermediate part of the mesa step when observed along the second direction.

図1〜3に示されるように、力検知素子1は、半導体基板10、一対の電極配座部22,24及び力伝達ブロック30を備えている。   As shown in FIGS. 1 to 3, the force detection element 1 includes a semiconductor substrate 10, a pair of electrode constellations 22 and 24, and a force transmission block 30.

半導体基板10は、n型の単結晶シリコンであり、その表面が(110)結晶面である。半導体基板10の表面には、概ね矩形状の溝12A,12Bが形成されている。溝12A,12Bは、一対の第1周縁部15aと一対の第2周縁部15bで画定されている。一対の第1周縁部15aは、第1方向(半導体基板10の<110>方向であり、以下、長手方向という)に対して平行に伸びている。一対の第2周縁部15bは、第1方向に直交する第2方向(半導体基板10の<100>方向であり、以下、幅方向という)に対して平行に伸びている。半導体基板10の表面にはさらに、溝12A,12Bの第2周縁部15bの間を長手方向に沿って伸びているメサ段差13が形成されている。便宜上、メサ段差13によって分割された溝12A,12Bの一方を「12A」とし、他方を「12B」とする。   The semiconductor substrate 10 is n-type single crystal silicon, and the surface thereof is a (110) crystal plane. On the surface of the semiconductor substrate 10, substantially rectangular grooves 12A and 12B are formed. The grooves 12A and 12B are defined by a pair of first peripheral edge portions 15a and a pair of second peripheral edge portions 15b. The pair of first peripheral edge portions 15a extends in parallel to the first direction (the <110> direction of the semiconductor substrate 10, hereinafter referred to as the longitudinal direction). The pair of second peripheral edge portions 15b extends in parallel to a second direction (a <100> direction of the semiconductor substrate 10 and hereinafter referred to as a width direction) orthogonal to the first direction. Further, a mesa step 13 extending along the longitudinal direction between the second peripheral edge portions 15b of the grooves 12A and 12B is formed on the surface of the semiconductor substrate 10. For convenience, one of the grooves 12A and 12B divided by the mesa step 13 will be referred to as “12A” and the other as “12B”.

メサ段差13は、溝12A,12Bの底面からメサ状に突出しており、その高さは約0.5〜5μmである。メサ段差13の頂面は、溝12A,12Bの周縁部15の表面と同一面に位置している。即ち、メサ段差13は、例えばドライエッチング技術を利用して、半導体基板10の表面に溝12A,12Bを形成した残部として形成される。メサ段差13を含む半導体基板10の表面には、p型不純物が導入されたゲージ部14が形成されている。ゲージ部14の不純物濃度は、約1×1018〜1×1021cm−3である。ゲージ部14は、pn接合によって、n型の半導体基板10から実質的に絶縁されている。 The mesa step 13 protrudes in a mesa shape from the bottom surface of the grooves 12A and 12B, and its height is about 0.5 to 5 μm. The top surface of the mesa step 13 is located on the same plane as the surface of the peripheral edge 15 of the grooves 12A and 12B. In other words, the mesa step 13 is formed as a remaining portion in which the grooves 12A and 12B are formed on the surface of the semiconductor substrate 10 by using, for example, a dry etching technique. On the surface of the semiconductor substrate 10 including the mesa step 13, a gauge portion 14 into which p-type impurities are introduced is formed. The impurity concentration of the gauge part 14 is about 1 × 10 18 to 1 × 10 21 cm −3 . The gauge portion 14 is substantially insulated from the n-type semiconductor substrate 10 by a pn junction.

一対の電極配座部22,24は、溝12A,12Bを間に置いて半導体基板10の表面に配置されており、力伝達ブロック30の配置範囲以外の位置に配置されている。一対の電極配座部22,24の材料には、絶縁体が用いられており、一例では酸化膜が用いられる。第1電極配座部22には、貫通孔22aが形成されている。ゲージ部14の一端は、メサ段差13から長手方向に沿って第1電極配座部22の下方の半導体基板10の表面を伸びて形成されており、貫通孔22aから露出している。第1電極配座部22の表面に形成される電極(図示省略)は、貫通孔22aを介してゲージ部14の一端に接続される。第2電極配座部24には、貫通孔24aが形成されている。ゲージ部14の他端は、メサ段差13から長手方向に沿って第2電極配座部24の下方の半導体基板10の表面を伸びて形成されており、貫通孔24aから露出している。第2電極配座部24の表面に形成される電極(図示省略)は、貫通孔24aを介してゲージ部14の他端に接続される。   The pair of electrode constellations 22 and 24 are disposed on the surface of the semiconductor substrate 10 with the grooves 12A and 12B interposed therebetween, and are disposed at positions other than the range in which the force transmission block 30 is disposed. An insulator is used as the material of the pair of electrode constellations 22 and 24. In one example, an oxide film is used. A through hole 22 a is formed in the first electrode constellation 22. One end of the gauge portion 14 is formed to extend from the mesa step 13 along the longitudinal direction of the surface of the semiconductor substrate 10 below the first electrode constellation portion 22 and is exposed from the through hole 22a. An electrode (not shown) formed on the surface of the first electrode constellation portion 22 is connected to one end of the gauge portion 14 through the through hole 22a. A through hole 24 a is formed in the second electrode constellation portion 24. The other end of the gauge portion 14 is formed by extending the surface of the semiconductor substrate 10 below the second electrode constellation portion 24 along the longitudinal direction from the mesa step 13, and is exposed from the through hole 24a. An electrode (not shown) formed on the surface of the second electrode constellation portion 24 is connected to the other end of the gauge portion 14 through the through hole 24a.

力伝達ブロック30は、直方体形状を有しており、その材料にはガラスが用いられている。力伝達ブロック30の下側表面は、例えば静電接合を利用して、メサ段差13の頂面と溝12A,12Bの周縁部15の表面に接合されている。力伝達ブロック30は、溝12A,12Bの周縁部15の全周に亘って周縁部15に接合している。このため、溝12A,12B及びメサ段差13は、力伝達ブロック30によって封止される。   The force transmission block 30 has a rectangular parallelepiped shape, and glass is used as the material thereof. The lower surface of the force transmission block 30 is bonded to the top surface of the mesa level difference 13 and the surface of the peripheral edge portion 15 of the grooves 12A and 12B by using, for example, electrostatic bonding. The force transmission block 30 is joined to the peripheral edge 15 over the entire periphery of the peripheral edge 15 of the grooves 12A and 12B. For this reason, the grooves 12 </ b> A and 12 </ b> B and the mesa step 13 are sealed by the force transmission block 30.

力検知素子1では、力伝達ブロック30を介してメサ段差13に圧縮応力が加わると、メサ段差13に形成されているゲージ部14の電気抵抗がピエゾ抵抗効果によって変化する。このため、一対の電極配座部22,24に形成される電極を介してゲージ部14に一定電流を通電するか一定電圧を印加しておくことによって、圧縮応力に応じた出力信号を得られる。   In the force detection element 1, when compressive stress is applied to the mesa step 13 via the force transmission block 30, the electrical resistance of the gauge portion 14 formed on the mesa step 13 changes due to the piezoresistance effect. Therefore, an output signal corresponding to the compressive stress can be obtained by applying a constant current or applying a constant voltage to the gauge portion 14 via the electrodes formed on the pair of electrode constellations 22 and 24. .

図3に示されるように、メサ段差13では、幅方向の幅が、長手方向に沿って変化していることを特徴としている。ここで、メサ段差13が第2周縁部15bに接続する一方の端部を第1端部13aといい、メサ段差13が第2周縁部15bに接続する他方の端部を第2端部13bという。また、長手方向に沿って計測したときに、第1端部13aからの距離と第2端部13bからの距離が等しいメサ段差13の部位を中間部13cという。力検知素子1では、メサ段差13の中間部13cに対して点対称な形態を有している。このため、以下、第1端部13aについての説明は、等価な第2端部13bについての説明も兼ねていることに留意されたい。   As shown in FIG. 3, the mesa step 13 is characterized in that the width in the width direction changes along the longitudinal direction. Here, one end portion where the mesa step 13 is connected to the second peripheral portion 15b is referred to as a first end portion 13a, and the other end portion where the mesa step 13 is connected to the second peripheral portion 15b is referred to as a second end portion 13b. That's it. Further, when measured along the longitudinal direction, a portion of the mesa step 13 where the distance from the first end portion 13a is equal to the distance from the second end portion 13b is referred to as an intermediate portion 13c. The force detection element 1 has a point-symmetric form with respect to the intermediate portion 13 c of the mesa step 13. For this reason, in the following, it should be noted that the description of the first end portion 13a also serves as the description of the equivalent second end portion 13b.

図3に示されるように、力検知素子1では、メサ段差13の幅について、中間部13cの幅W13cが第1端部13aの幅W13aよりも広く構成されている。さらに、この例では、中間部13cの幅W13cが最大であり、第1端部13aの幅W13aが最小である。メサ段差13の幅は、第1端部13aから中間部13cに向けて漸次増加している。例えば、メサ段差13の幅は、メサ段差の幅が一定の場合(図5及び図6参照)の応力分に基づいて設定されるのが望ましい。具体的には、メサ段差の幅が一定の場合(図5及び図6参照)において、メサ段差の中間部に加わる圧縮応力(図6の応力分布の左端に対応)をP1とし、メサ段差の端部に加わる圧縮応力(図6の応力分布の右端に対応)をP2としたときに、本実施例のメサ段差13の中間部13cの幅W13cと第1端部13aの幅W13aは、P1:P2=W13c:W13aに設定されるのが望ましい。メサ段差13の中間部13cと第1端部13aの間の幅においても同様に設定されるのが望ましい。   As shown in FIG. 3, in the force detection element 1, the width W13c of the intermediate portion 13c is configured to be wider than the width W13a of the first end portion 13a. Further, in this example, the width W13c of the intermediate portion 13c is the maximum, and the width W13a of the first end portion 13a is the minimum. The width of the mesa step 13 gradually increases from the first end portion 13a toward the intermediate portion 13c. For example, the width of the mesa step 13 is preferably set based on the stress when the width of the mesa step is constant (see FIGS. 5 and 6). Specifically, when the width of the mesa step is constant (see FIGS. 5 and 6), the compressive stress applied to the middle part of the mesa step (corresponding to the left end of the stress distribution in FIG. 6) is P1, and the mesa step When the compressive stress applied to the end portion (corresponding to the right end of the stress distribution in FIG. 6) is P2, the width W13c of the intermediate portion 13c and the width W13a of the first end portion 13a of the mesa step 13 of this embodiment are P1. : P2 = W13c: It is desirable to set W13a. It is desirable that the width between the intermediate portion 13c and the first end portion 13a of the mesa step 13 is set similarly.

このため、力検知素子1では、幅方向に計測したときに、メサ段差13と第1周縁部15aの間の距離について、中間部13cと第1周縁部15aの間の距離W12cが、第1端部13aと第1周縁部15aの間の距離W12aよりも短く構成されている。さらに、この例では、中間部13cと第1周縁部15aの間の距離W12cが最小であり、第1端部13aと第1周縁部15aの間の距離W12aが最大である。なお、中間部13cと第1周縁部15aの間の距離W12cは、メサ段差13の中央線と第1周縁部15aの間の距離をWoとしたときに、Wo−W13c/2と評価することができる。同様に、第1端部13aと第1周縁部15aの間の距離W12aは、Wo−W13a/2と評価することができる。   For this reason, in the force detection element 1, when measured in the width direction, the distance W12c between the intermediate portion 13c and the first peripheral portion 15a is the first distance between the mesa step 13 and the first peripheral portion 15a. It is configured to be shorter than the distance W12a between the end portion 13a and the first peripheral edge portion 15a. Further, in this example, the distance W12c between the intermediate portion 13c and the first peripheral portion 15a is the minimum, and the distance W12a between the first end portion 13a and the first peripheral portion 15a is the maximum. The distance W12c between the intermediate portion 13c and the first peripheral edge portion 15a is evaluated as Wo−W13c / 2 when the distance between the center line of the mesa step 13 and the first peripheral edge portion 15a is Wo. Can do. Similarly, the distance W12a between the first end portion 13a and the first peripheral edge portion 15a can be evaluated as Wo−W13a / 2.

このような形態であると、メサ段差の幅が一定の場合(図5及び図6参照)と比較すると、メサ段差13の中間部13cに加わる圧縮応力と第1端部13aに加わる圧縮応力の差が小さくなる。これにより、メサ段差13に加わる圧縮応力が長手方向において均一化され、メサ段差13に加わる最大圧縮応力と圧縮応力の平均値の差が小さくなる。この結果、力検知素子1の信頼性と感度の間のトレードオフの関係が改善される。   With such a configuration, the compressive stress applied to the intermediate portion 13c of the mesa step 13 and the compressive stress applied to the first end portion 13a are compared with the case where the width of the mesa step is constant (see FIGS. 5 and 6). The difference becomes smaller. Thereby, the compressive stress applied to the mesa step 13 is made uniform in the longitudinal direction, and the difference between the maximum compressive stress applied to the mesa step 13 and the average value of the compressive stress is reduced. As a result, the trade-off relationship between the reliability and sensitivity of the force detection element 1 is improved.

図4に示される変形例の力検知素子2では、メサ段差13の幅が長手方向に沿って一定である。一方、第1周縁部15aは、メサ段差13に向けて凸状に突出している。第1周縁部15aの頂部は、幅方向に観測したときに、メサ段差13の中間部13cに対応した位置に形成されている。この例でも、メサ段差13の中間部13cと第1周縁部15aの間の距離が、メサ段差13の第1端部13aと第1周縁部15aの間の距離よりも短い関係が得られる。このため、メサ段差13に加わる圧縮応力が長手方向において均一化され、メサ段差13に加わる最大圧縮応力と圧縮応力の平均値の差が小さくなる。この結果、力検知素子2の信頼性と感度の間のトレードオフの関係が改善される。なお、力検知素子2においても、力検知素子1のように、メサ段差13の幅が長手方向に沿って変化していてもよい。   In the modified force detection element 2 shown in FIG. 4, the width of the mesa step 13 is constant along the longitudinal direction. On the other hand, the first peripheral edge 15 a protrudes in a convex shape toward the mesa step 13. The top portion of the first peripheral edge portion 15a is formed at a position corresponding to the intermediate portion 13c of the mesa step 13 when observed in the width direction. Also in this example, the distance between the intermediate portion 13c of the mesa step 13 and the first peripheral portion 15a is shorter than the distance between the first end portion 13a of the mesa step 13 and the first peripheral portion 15a. For this reason, the compressive stress applied to the mesa step 13 is made uniform in the longitudinal direction, and the difference between the maximum compressive stress applied to the mesa step 13 and the average value of the compressive stress is reduced. As a result, the trade-off relationship between the reliability and sensitivity of the force detection element 2 is improved. In the force detection element 2 as well, like the force detection element 1, the width of the mesa step 13 may change along the longitudinal direction.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。   Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.

10:半導体基板
12A,12B:溝
13:メサ段差
14:ゲージ部
15:周縁部
22,24:電極配座部
30:力伝達ブロック
10: Semiconductor substrate 12A, 12B: Groove 13: Mesa step 14: Gauge part 15: Peripheral part 22, 24: Electrode constellation part 30: Force transmission block

Claims (3)

溝を横断して伸びているメサ段差に形成されているゲージ部を有する半導体基板と、
前記メサ段差の頂面と前記溝の周縁部の表面に接触する力伝達ブロックと、を備えており、
前記メサ段差は、前記溝の前記周縁部に接続する第1端部と前記溝の前記周縁部に接続する第2端部の間を第1方向に沿って伸びており、
前記第1方向に直交する第2方向に沿って計測したときに、前記第1端部から前記溝の前記周縁部までの距離を第1距離とし、前記第2端部から前記溝の前記周縁部までの距離を第2距離とし、前記第1端部と前記第2端部の間の中間部から前記溝の前記周縁部までの距離を第3距離とすると、前記第3距離は前記第1距離及び第2距離よりも短い力検知素子。
A semiconductor substrate having a gauge portion formed in a mesa step extending across the groove;
A force transmission block that contacts the top surface of the mesa step and the peripheral surface of the groove;
The mesa step extends along a first direction between a first end connected to the peripheral edge of the groove and a second end connected to the peripheral edge of the groove;
When measured along a second direction orthogonal to the first direction, the distance from the first end to the peripheral edge of the groove is defined as a first distance, and the peripheral edge of the groove from the second end The second distance is the distance to the portion, and the third distance is the distance from the intermediate portion between the first end portion and the second end portion to the peripheral edge portion of the groove. A force sensing element shorter than the first distance and the second distance.
前記メサ段差の前記第2方向における幅が、前記第1端部及び前記第2端部よりも前記中間部で広い請求項1に記載の力検知素子。   The force detection element according to claim 1, wherein a width of the mesa step in the second direction is wider at the intermediate portion than at the first end portion and the second end portion. 前記メサ段差から前記第2方向に離れて存在する前記溝の前記周縁部が、前記メサ段差に向けて凸状に突出している請求項1又は2に記載の力検知素子。   The force detection element according to claim 1, wherein the peripheral edge portion of the groove that is separated from the mesa step in the second direction protrudes in a convex shape toward the mesa step.
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