JP6098398B2

JP6098398B2 - 加速度センサおよびその製造方法

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Publication number: JP6098398B2
Application number: JP2013137167A
Authority: JP
Inventors: 克己細谷; 多田羅　佳孝; 佳孝多田羅; 孝明宮地; 佑将中河
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2013-06-28
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2017-03-22
Anticipated expiration: 2033-06-28
Also published as: JP2015010954A

Description

本発明は、加速度を検出する加速度センサ、特に半導体微細加工プロセスにより形成されるＭＥＭＳ（Micro electro mechanical System）技術を用いた加速度センサに関する。

従来、ＭＥＭＳ技術を用いた片持ち梁構造や両持ち梁構造の加速度センサが、例えば、次のような文献等に開示されている。

特許文献１には、錘部の上下に錘部の所定の大きさ以上の変位を制限するストッパ部材が別途取り付けられた、片持ち梁構造の加速度センサの技術が開示されている。この加速度センサは、図８に示すように、半導体基板からなるフレーム１０１の内側に加速度の作用により変位する錘部１０２が配置されている。錘部１０２は、ビーム１０３にて片持ち梁構造でフレーム１０１の内側面に連結されている。ビーム１０３には、錘部１０２に加速度が作用したときの錘部１０２の変位によりビーム１０３に生じる応力を抵抗値変化として検出するピエゾ抵抗１０４が形成され、フレーム１０１には、ピエゾ抵抗１０４からの信号を取り出す電極１０５が配置されている。さらに、フレーム１０１の厚み方向の両端面には、錘部１０２の所定の大きさ以上の変位を制限するストッパ部材１０７，１０８が陽極接合されている。この加速度センサでは、ストッパ部材１０７，１０８を設けることにより、錘部１０２が上下方向へ遊動することを制限することができる。

非特許文献１には、錘部の所定の大きさ以上の変位を制限するストッパ部材を、半導体基板におけるビームとなるＳｉ層にて構成した片持ち梁構造の加速度センサの技術が開示されている。この加速度センサは、図９に示すように、半導体基板２１０からなるフレーム２０１の内側に、加速度の作用により変位する錘部２０２が配置されている。錘部２０２は、ビーム２０３にて片持ち梁構造で支持されている。半導体基板２１０は、Ｓｉ支持基板２１１/ＳｉＯ_２層２１２/Ｓｉ活性層２１３よりなり、ビーム２０３はＳｉ活性層２１３より形成されている。錘部２０２の上部におけるビーム２０３とは反対側には、Ｓｉ層２１１よりなる、錘部２０２の所定の大きさ以上の変位を制限するストッパ部２０４が設けられ、フレーム２０１におけるストッパ部材２０４が当接する部分は、ＳｉＯ_２層２１２およびＳｉ活性層２１３が除去されている。この加速度センサでは、ストッパ部２０４が、フレーム２０１におけるＳｉＯ_２層２１２およびＳｉ活性層２１３を除去した部分に当接することで、錘部２０２が必要以上に変位することを制限することができる。

特開２００４−３５４０７３号公報

Silicon accelerometer with new thermal self-test mechanism Solid-State Sensor and Actuator Workshop, 1992. 5th Technical Digest., IEEE P123

しかしながら、上述のような従来の加速度センサでは、次のような課題がある。

特許文献１に開示された片持梁構造の加速度センサでは、錘部１０２の上下に配置したストッパ部材１０７，１０８が、梁部１０２やフレーム１０１を構成する半導体基板とは異なる部材よりなる。そのため、必然的に加速度センサの厚みが増し、また、材料コストも嵩む。

非特許文献１に開示された片持梁構造の加速度センサでは、ストッパ部２０４が半導体基板２１０の一部より構成されている。したがって、加速度センサの厚みが増すことはなく、材料コストが嵩むこともない。しかしながら、半導体基板のＳｉ活性層２１３から形成したストッパ部材２０４は強度的に弱く、フレーム２０１に当接（接触）したときに破損する恐れがある。また、厚みの薄いＳｉ活性層２１３を利用しているため、形状設計の自由度が低い。

本発明は、前記課題に鑑みなされたものであって、その目的は、厚みが増したり、材料コストが嵩んだりすることなく衝撃に強いストッパ構造を実現して高感度化も図れる加速度センサおよびその製造方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の加速度センサは、それぞれ半導体基板からなるフレーム、該フレームの内側に離間して配置された錘部、および前記フレームと前記錘部とを可撓的に接続する梁部を有し、前記梁部に、前記錘部の変位により当該梁部に生じる応力を抵抗値変化として検出するピエゾ抵抗が設けられ、前記フレームにおける前記梁部が連結される部分に、前記ピエゾ抵抗からの信号を取り出す電極が配置されている加速度センサであって、前記フレームの内周部および前記錘部の外周部に、相互に係合する係合部からなり、前記錘部が所定の大きさ以上変位することを制限するストッパ構造が設けられ、かつ、前記錘部および前記フレームにおける前記電極が配置されていない部分の肉厚が、前記フレームにおける前記電極が配置されている部分の肉厚よりも厚く形成されていることを特徴としている。

これによれば、相互に係合する係合部からなる錘部のストッパ構造が、それぞれ半導体基板からなるフレームの内周部と錘部の外周部とに設けられている。したがって、ストッパ構造を設けたが故に加速度センサの厚み（チップの厚み）が増加するといった不具合はない。また、ストッパ構造を半導体基板以外の他の材料から構成する場合のように、材料コストが嵩むこともない。

しかも、これによれば、錘部およびフレームにおける電極が配置されていない部分の肉厚が、フレームにおける電極が配置されている部分の肉厚よりも厚く形成されているので、半導体基板を利用して係合部を形成したストッパ構造であっても十分な強度を確保して、破損に強い構造とできる。また、フレームの内周部と錘部の外周部とがある程度の厚みを有することで、形状設計の自由度も高い。

さらに、錘部を肉厚としたことで、錘部の重量が増加し、加速度センサの体積比率を上げることができる。その結果、加速度センサの体積を同じとした場合、高感度化を図ることができる。

本発明の加速度センサにおいては、さらに、前記半導体基板は、Ｓｉ支持基板上にＳｉＯ_２層とＳｉ活性層とが順に積層された３層構造の第１基板に、Ｓｉ基板からなる第２基板が、前記Ｓｉ活性層と面するように結合された結合基板からなり、前記梁部は前記第１基板における前記Ｓｉ活性層からなり、前記ストッパ構造を構成する互いに係合する係合部は、前記第１基板側と前記第２基板側とに分かれて形成されている構成とすることもできる。

ストッパ構造を構成する相互に係合する係合部を錘部の外周部とフレームの内周部とに形成するには、半導体基板を基板の厚み方向ではなく、厚み方向に垂直をなす面方向にエッチングする必要がある。このような面方向へのエッチングは、半導体基板の厚みが薄い場合には可能であるが、半導体基板の厚みが厚い場合には困難である。

上記構成では、半導体基板は、第１基板と第２基板とが結合されてなり、係合部は、第１基板側と第２基板側とに分かれて形成されているので、面方向へのエッチングが必要な部分については、第１基板と第２基板とを結合する前に、各基板の表面より厚み方向にエッチングしておくことで、面方向へのエッチングを不要にできる。

つまり、上記構成により、加速度センサの製造を容易にして、製造コストを抑えることができるという効果を併せて奏する。

さらに、上記構成とすることで、梁部を錘部の厚み方向の中央部に配置することができるので、加速度センサの底面より規定した錘部の重心の高さと梁部の重心の高さとの差が小さくなり、より他軸の影響を受けない加速度検出が可能になる。

この場合、より好ましくは、第１基板の厚みに対する前記第２基板の厚みの比を０．７〜１．３とすることであり、これにより、より一層、他軸の影響を受けない加速度検出が可能になる。

上記の課題を解決するために、本発明の加速度センサの製造方法は、請求項２又は３に記載の加速度センサの製造方法であって、Ｓｉ支持基板上にＳｉＯ_２層とＳｉ活性層とが順に積層された３層構造の前記第１基板において、前記ストッパ構造の一方の係合部に相当する部分を、前記Ｓｉ活性層側からＳｉＯ_２層が露出するまで厚み方向にエッチングしてギャップを形成する第１工程と、Ｓｉ基板からなる前記第２基板において、前記ストッパ構造の他方の係合部に相当する部分を、所定量厚み方向にエッチングしてギャップを形成し、形成したギャップ面にＳｉＯ_２膜を形成する第２工程と、前記第１工程を経た前記第１基板と前記第２工程を経た前記第２基板とを、前記ストッパ構造を形成する一方および他方の係合部に相当する部分が、互いのギャップを介して向かい合うようにギャップ形成面で結合して結合基板とする第３工程と、前記結合基板における前記第１基板側から、前記錘部と前記フレームとの間の隙間となる溝を前記ＳｉＯ_２層が露出するまで厚み方向にエッチングする第４工程と、前記結合基板における前記第２基板側から、前記錘部と前記フレームとの間の隙間となる溝を前記ＳｉＯ_２膜が露出するまで厚み方向にエッチングする第５工程と、前記第５工程を経た前記結合基板における前記ＳｉＯ_２層および前記ＳｉＯ_２膜をエッチングして除去する第６工程とを有することを特徴としている。

このような手順で製造することで、本発明の加速度センサを容易に製造することができる。

本発明は、厚みが増したり、材料コストが嵩んだりすることなく衝撃に強いストッパ構造を実現して高感度化も図れる加速度センサおよびその製造方法を提供できるという効果を奏する。

本発明の第１の実施形態における加速度センサの全体斜視図である。図１に示す加速度センサの平面図と該平面図中のＸ−Ｘ線矢視断面を展開して示す説明図である。図１に示す加速度センサの図２の平面図中のＸ−Ｘ線の断面を示す一部断面斜視図である。図１に示す加速度センサの製造工程を示す説明図であり、図４の平面図中のＸ−Ｘ線矢視断面の各製造段階の様子を示す説明図である。図１に示す加速度センサの製造工程を示す説明図であり、図４の平面図中のＸ−Ｘ線矢視断面の各製造段階の様子を示す説明図である。図１に示す加速度センサの製造工程を示す説明図であり、図４の平面図中のＸ−Ｘ線矢視断面の各製造段階の様子を示す説明図である。（ａ）〜（ｅ）共に、図１に示す加速度センサの製造工程を示す説明図であり、図４の平面図中のＸ−Ｘ線矢視断面の各製造段階の様子を示す説明図である。従来の加速度センサの断面図である。他の従来の加速度センサの要部の断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。まずは、図１〜３を用いて、本発明の第１の実施形態における片持梁構造の加速度センサの構成を説明する。図１は、本発明の第１の実施形態における加速度センサの全体斜視図である。なお、本実施の形態では、片持梁構造の加速度センサを例示するが、両持梁構造の加速度センサにおいても適用できる。

図１に示すように、加速度センサ１は、例えば、上面が方形形状であって、全体がほぼ四角柱をなし、ＭＥＭＳ技術を用いて半導体基板を微細加工して形成され、下部にはカバー２５が配されている。なお、以下においては、カバー２５が取り付けられていない、半導体基板を加工して形成した加速度センサ１の本体部をチップと称することもある。

加速度センサ１は、枠状のフレーム３を有しており、該フレーム３の内側に、加速度の作用により変位する錘部２がフレーム３とは離隔して配置されている。錘部２は、一対の梁部４によりフレーム３の内側に片持梁構造で連結され、フレーム３の内側において上下方向への変位が可能となっている。図示してはいないが、前記カバー２５における錘部２の対向する部分には、凹部が形成されており、フレーム３の下面よりも下方へ変位した錘部２を受け入れる空間が確保されている。

梁部４は、フレーム３の四辺のうちの一辺に相当する固定部３ａにおいてフレーム３と連結されている。梁部４には、錘部２に加速度が作用したときの錘部２の変位により梁部４に生じる応力を抵抗値変化として検出するピエゾ抵抗５が設けられている。ピエゾ抵抗５は、半導体不純物拡散技術により梁部４に設けられている。また、固定部３ａには、ピエゾ抵抗５からの信号を取り出す電極６およびピエゾ抵抗５と電極６とを繋ぐ配線パターン７が形成されている。

これらフレーム３、錘部２および一対の梁部４は、半導体基板を微細加工して分離することで形成されている。詳細については後述するが、本実施の形態では、半導体基板として、Ｓｉ支持基板上にＳｉＯ_２層とＳｉ活性層とが順に積層された３層構造の第１ウエハ（第１基板）４０と、Ｓｉ基板である１層構造の第２ウエハ（第２基板）５０とを積層させて用いている。錘部２が変位する上下方向は、半導体基板の厚み方向である。

このうち、フレーム３および錘部２は、第１ウエハ４０および第２ウエ５０が積層された部分からなる。したがって、フレーム３および錘部２は、第１ウエハ４０に相当する１枚の半導体基板を微細加工して形成される従来の加速度センサよりも肉厚に設けられている。一方、梁部４が連結されて電極６や配線パターンが形成される固定部３ａは、第１ウエハ４０のみからなり、梁部４と共にその上面は、第１ウエハ４０のＳｉ活性層表面である。したがって、固定部３ａは、錘部２やフレーム３の他の部分よりも薄く、１枚の半導体基板を微細加工して形成される従来の加速度センサと同等の厚みとなっている。なお、２枚のウエハを使用する構成は必須ではない。

さらに、加速度センサ１は、錘部２が上下方向に所定の大きさ以上変位することを制限する、相互に係合する係合部からなるストッパ構造を備えている。ストッパ構造は、錘部２が上方向に所定の大きさ以上変位することを制限する上ストッパ部１１と、錘部２が下方向に所定の大きさ以上変位することを制限する下ストッパ部１４と有する。本実施の形態における加速度センサ１においては、このストッパ構造が、固定部３ａよりも肉厚に形成されたフレーム３の内周部および錘部２の外周部に設けられている。

以下、加速度センサ１に設けられたストッパ構造について詳細に説明する。図２は、図１に示す加速度センサの平面図と該平面図中のＸ−Ｘ線矢視断面を展開して示す（Ｘ-Ｘ線を左右に伸ばした状態で示す）説明図である。また、図３は、図１に示す加速度センサの、図２の平面図中のＸ−Ｘ線の断面を示す一部断面斜視図である。

図１、図２に示すように、フレーム３と錘部２とは、固定部３ａ側を除く三方が、半導体基板（第１ウエハ４０および第２ウエハ５０）の厚み方向に貫通する平面視において略コ字形状をなす貫通孔９によって分離されている。なお、本実施の形態における加速度センサ１においては、フレーム３の内周部および錘部２の外周部にストッパ構造を設けたため、貫通孔９は、半導体基板の厚み方向に真っ直ぐ貫通する部分だけではなく、該厚み方向と垂直をなす方向（半導体基板の面に水平な方向）に延びる部分もある。一方、固定部３ａ側においては、フレーム３と錘部２とは、梁部４を除いて半導体基板の厚み方向に貫通する平面視において矩形形状の貫通孔１０によって分離されている。

また、図２に示すように、第１ウエハ４０は、Ｓｉ支持基板４１／ＳｉＯ_２層４２／Ｓｉ活性層４３よりなる３層構造であり、第２ウエハ５０はＳｉ基板のみからなる１層構造である。

図２、図３に示すように、上ストッパ部１１は、フレーム３の内周部における上層の第２ウエハ５０に設けられた上凸部（係合部）１２と、錘部２の外周部における下層の第１ウエハ４０に設けられた当接部（係合部）１３とからなり、錘部２が所定の大きさ上方向に変位すると上凸部１２の下面１２ａに当接部１３の上面１３ａが当接して、錘部２の変位が制限される。

加速度センサ１は、加速度がかかっていない状態では、錘部２の下面とフレーム３の下面とは高さ的に揃うように設計されている。したがって、図２に示す上凸部１２の下面１２ａと当接部１３の上面１３ａとの間に形成されているギャップＧの間隔（半導体基板の厚み方向の寸法）が、錘部２の上方向への変位の許容範囲となり、前記ギャップＧの間隔を調整することで、錘部２の上方向への変位の許容範囲を変えることができる。

このような上ストッパ部１１は、平面視において方形形状をなす錘部２の四隅にそれぞれ設けられている。図２において右側に示す開放端側に設けられた上ストッパ部１１は、錘部２の変位量が大きいため、図２において左側に示す固定部３ａ側（固定端側）の上ストッパ部１１よりも上凸部１２の下面１２ａと当接部１３の上面１３ａとの間に形成されるギャップＧの間隔が大きい。

具体的には、開放端側と固定部３ａ側との間で、フレーム３側に設けられた上凸部１２の下面１２ａの高さは同じとし、錘部２側に設けられた当接部１３の上面１３ａの高さを異ならせている。図２の断面図に示すように、固定部３ａ側の上ストッパ部１１では、当接部１３の上面１３ａを第１ウエハ４０のＳｉ活性層４３の表面とし、開放端側の上ストッパ部１１では、当接部１３の上面１３ａを第１ウエハ４０のＳｉ支持基板４１の表面としている。

また、ここでは、当接部１３は、方形形状をなす錘部２の四隅において、上凸部１２と対向する部分を除去することで構成されており、切除後の残余の部分が当接部１３となっている。

一方、下ストッパ部１４は、フレーム３の内周部における下層の第１ウエハ４０に設けられた下凸部（係合部）１５と、錘部２の外周部における上層の第２ウエハ５０に設けられた当接部（係合部）１６とからなり、錘部２が所定の大きさ下方向に変位すると下凸部１５の上面１５ａに当接部１６の下面１６ａが当接して、錘部２の変位が制限される。

図２に示す下凸部１５の上面１５ａと当接部１６の下面１６ａとの間に形成されているギャップＧの間隔（半導体基板の厚み方向の寸法）が、錘部２の下方向への変位の錘部２の下方向への変位の許容範囲となり、前記ギャップＧの間隔を調整することで、許容範囲を変えることができる。

このような下ストッパ部１４は、平面視において方形形状をなす錘部２の四隅に、固定部３ａ側と開放端側とに振り分けて設けられている。図示してはいないが、開放端側に設けられた下ストッパ部１４は、錘部２の変位量が大きいため、固定部３ａ側の下ストッパ部１４よりも、下凸部１５の上面１５ａと当接部１６の下面１６ａとの間に形成されるギャップＧの間隔が大きい。

具体的には、開放端側と固定部３ａ側との間で、錘部２側に設けられた当接部１６の下面１６ａの高さを同じとし、フレーム３側に設けられた下凸部１５の上面１５ａの高さを異ならせている。図２の平面図に示すように、固定部３ａ側の下ストッパ部１４では、下凸部１５の上面１５ａを第１ウエハ４０のＳｉ活性層４３の表面とし、開放端側の下ストッパ部１４では、下凸部１５の上面１５ａを第１ウエハ４０のＳｉ支持基板４１の表面としている。

また、ここでは、四隅に形成する下ストッパ部１４を、固定部３ａ側と開放端側とに振り分けて設けたことで、錘部２の当接部１６は、錘部２の固定部３ａ側と開放端側の２辺において、下凸部１５と対向する部分を辺に沿って長手方向に一括除去することで連続して形成されており、切除後の残余の部分が当接部１６となっている。

このような構成とすることで、本実施の形態における加速度センサ１では、ストッパ構造を設けたことで、加速度センサ１の厚み（チップの厚み）が増すことはなく、また、ストッパ構造を半導体基板以外の他の材料から構成する場合のように、材料コストが嵩むこともない。しかも、これによれば、錘部２およびフレーム３における電極６が配置されていない部分である固定部３ａ以外の部分の肉厚が、フレーム３における電極６が配置されている部分である固定部３ａの肉厚よりも厚く形成されているので、半導体基板を利用して係合部となる上凸部１２，当接部１３，下凸部１５，当接部１６を形成したストッパ構造であっても十分な強度を確保でき、破損に強い構造とできる。また、フレーム３の内周部と錘部２の外周部がある程度の厚みを有することで、形状設計の自由度も高い。しかも、錘部２を肉厚としたことで、錘部２の重量が増加して加速度センサ１の体積比率が上がり、その結果、加速度センサ１の体積を同じとした場合、高感度化を図ることができる。

さらに、加速度センサ１においては、半導体基板として、第１ウエハ４０と第２ウエハ５０とを用いている。したがって、面方向へのエッチングが必要な部分については、第１ウエハ４０と第２ウエハ５０とを結合する前に表面より半導体基板の厚み方向にエッチングしておくことで、面方向へのエッチングを不要にできる。つまり、上記構成により、製造を容易にして、製造コストを抑えることができるという効果を併せて奏する。

また、このような構成とすることで、梁部４を錘部２の厚み方向の中央部に配置することができるので、加速度センサ１の底面より規定した錘部２の重心の高さと梁部４の重心の高さとの差が小さくなり、より他軸の影響を受けない加速度検出が可能になる。この場合、より好ましくは、第１ウエハ４０の厚みに対する第２ウエハ５０の厚みの比を、０．７〜１．３とすることであり、これにより、より一層、他軸の影響を受けない加速度検出が可能になる。

次に、本実施形態の加速度センサ１を製造する工程を、図４〜７を用いて説明する。図４〜図７は、図１に示す加速度センサの製造工程を示す説明図であり、図４の平面図中のＸ−Ｘ線矢視断面に相当する各製造段階の様子を示す説明図である。

図４に示すように、ここでは、半導体基板として、Ｓｉ支持基板４１/ＳｉＯ_２層４２/Ｓｉ活性層４３よりなる３層構造の第１ウエハ４０と、Ｓｉ基板のみからなる１層構造の第２ウエハ５０とを用いる。

図５に示すように、第１ウエハ４０においては、まず、Ｓｉ活性層４３側の表面にフォトリソグラフィー工程を行い、上ストッパ部１１における当接部１３、および下ストッパ部１４における下凸部１５となる部分を半導体基板の厚み方向にエッチングして除去してギャップｇ１を形成する。ギャップｇ１は、当接部１３，下凸部１５となる部分の周囲の貫通孔９,１０となる領域も含めて形成する（係合部に相当する部分）。また、上ストッパ部１１における当接部１３、および下ストッパ部１４における下凸部１５は、Ｓｉ支持基板４１を露出させる開放端側のみにギャップｇ１を形成する（第１工程）。

図６に示すように、第２ウエハ５０においては、第１ウエハ４０と貼り合わす側の表面にフォトリソグラフィー工程を行い、上ストッパ部１１における上凸部１２および下ストッパ部１４における当接部１６となる部分を半導体基板の厚み方向にエッチングして除去してギャップｇ２を形成する。ここでも、ギャップｇ２は、上凸部１２，当接部１６となる部分の周囲の貫通孔９,１０となる領域も含めて形成する。また、貼り合わせたあと、第１ウエハ４０側の固定部３ａ対向する部分についてもギャップｇ２を形成する（係合部に相当する部分）。そして、ギャップ形成後、ギャップ面にＳｉＯ_２膜５１を形成する（第２工程）。

次に、図７（ａ）に示すように、第１ウエハ４０と第２ウエハ５０とをギャップｇ１，ｇ２を形成した面同士を対向させて貼り合わせ、結合させる（第３工程：ウエハ結合）。開放端側では、当接部１３および上凸部１２となる部分のギャップｇ１，ｇ２が対向してギャップＧとなり、下凸部１５および当接部１６となる部分のギャップｇ１，ｇ２が対向してギャップＧとなる。

次に、図７（ｂ）に示すように、結合させたウエハ（結合基板）における第１ウエハ４０側の表面（Ｓｉ支持基板４１側）にフォトリソグラフィー工程を行い、第１ウエハ４０における貫通孔９、貫通孔１０となる部分をシリコンディープエッチングにて除去し、第１ウエハ４０において錘部２とフレーム３部分とを分離する。ここでは、第１ウエハ４０のＳｉ支持基板４１をＳｉＯ_２層４２が露出するまで垂直に掘り込む（第４工程）。

次に、図７（ｃ）に示すように、結合させたウエハにおける第２ウエハ５０側の表面にフォトリソグラフィー工程を行い、第２ウエハ５０における貫通孔９となる部分をシリコンディープエッチングにて除去し、第２ウエハ５０において錘部２とフレーム３部分とを分離する。ここでは、第２ウエハ５０のＳｉ基板をＳｉＯ_２膜５１が露出するまで垂直に掘り込む（第５工程）。

次に、図７（ｄ）に示すように、結合したウエハにおけるＳｉＯ_２層４２およびＳｉＯ_２膜５１をエッチングして除去し、錘部２とフレーム３部分とを完全に分離する（第６工程）。

最後に、図７（ｅ）に示すように、加速度センサ１のチップに相当する部分を切り出すダイシングを行う。

このような工程で製造することで、半導体基板の厚みの範囲内で、破損しにくい丈夫なストッパ構造が実現され、かつ、チップの体積比率が高く高感度化が図れるなどの効果を有する本実施の形態における加速度センサ１を、容易に製造することができる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

＜適用例＞
本発明は、携帯端末などの電気機器への搭載が可能であり、また建造物に与えられる様々な振動（地震によるものを含む）の検知にも利用することができる。例えば、橋脚、鉄道および道路橋梁に対して、地震モニタ、橋脚間ストレスモニタ、構造物解析、土石流、土砂崩れ監視および経年劣化モニタに利用でき、鉄塔、電波塔に対して、地震モニタ、鉄骨ストレスモニタ、構造物解析および経年劣化モニタに利用でき、ビルに対して、地震モニタ、橋脚間ストレスモニタ、構造物解析および経年劣化モニタに利用でき、マンションに対して、フロア間強度モニタ、構造物不均一診断、地震モニタ、経年劣化モニタ、地盤調査、ピロティモニタに利用でき、家屋に対して、地震モニタ、経年劣化モニタ、地盤調査に利用できる。

本発明は、携帯端末などの電気機器への搭載が可能であり、またマンションや橋脚などの建造物の振動（地震によるものを含む）の検知にも利用することができる。

１加速度センサ
２錘部
３フレーム
３ａ固定部
４梁部
５ピエゾ抵抗
６電極
９貫通孔
１０貫通孔
１１上ストッパ部
１２上凸部（係合部）
１３当接部（係合部）
１４下ストッパ部
１５下凸部（係合部）
１６当接部（係合部）
４０第１ウエハ（第１基板）
５０第２ウエハ（第２基板）

Claims

それぞれ半導体基板からなるフレーム、該フレームの内側に離間して配置された錘部、および前記フレームと前記錘部とを可撓的に接続する梁部を有し、前記梁部に、前記錘部の変位により当該梁部に生じる応力を抵抗値変化として検出するピエゾ抵抗が設けられ、前記フレームにおける前記梁部が連結される部分に、前記ピエゾ抵抗からの信号を取り出す電極が配置されている加速度センサであって、
前記フレームの内周部および前記錘部の外周部に、相互に係合する係合部からなり、前記錘部が所定の大きさ以上変位することを制限するストッパ構造が設けられ、かつ、前記錘部および前記フレームにおける前記電極が配置されていない部分の肉厚が、前記フレームにおける前記電極が配置されている部分の肉厚よりも厚く形成されていることを特徴とする加速度センサ。
前記半導体基板は、Ｓｉ支持基板上にＳｉＯ_２層とＳｉ活性層とが順に積層された３層構造の第１基板に、Ｓｉ基板からなる第２基板が、前記Ｓｉ活性層と面するように結合された結合基板からなり、
前記梁部は前記第１基板における前記Ｓｉ活性層からなり、
前記ストッパ構造を構成する互いに係合する係合部は、前記第１基板側と前記第２基板側とに分かれて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の加速度センサ。
前記第１基板の厚みに対する前記第２基板の厚みの比は、０．７〜１．３であることを特徴とする請求項２に記載の加速度センサ。
請求項２又は３に記載の加速度センサの製造方法であって、
Ｓｉ支持基板上にＳｉＯ_２層とＳｉ活性層とが順に積層された３層構造の前記第１基板において、前記ストッパ構造の一方の係合部に相当する部分を、前記Ｓｉ活性層側からＳｉＯ_２層が露出するまで厚み方向にエッチングしてギャップを形成する第１工程と、
Ｓｉ基板からなる前記第２基板において、前記ストッパ構造の他方の係合部に相当する部分を、所定量厚み方向にエッチングしてギャップを形成し、形成したギャップ面にＳｉＯ_２膜を形成する第２工程と、
前記第１工程を経た前記第１基板と前記第２工程を経た前記第２基板とを、前記ストッパ構造を形成する一方および他方の係合部に相当する部分が、互いのギャップを介して向かい合うようにギャップ形成面で結合して結合基板とする第３工程と、
前記結合基板における前記第１基板側から、前記錘部と前記フレームとの間の隙間となる溝を前記ＳｉＯ_２層が露出するまで厚み方向にエッチングする第４工程と、
前記結合基板における前記第２基板側から、前記錘部と前記フレームとの間の隙間となる溝を前記ＳｉＯ_２膜が露出するまで厚み方向にエッチングする第５工程と、
前記第５工程を経た前記結合基板における前記ＳｉＯ_２層および前記ＳｉＯ_２膜をエッチングして除去する第６工程と、
を有することを特徴とする加速度センサの製造方法。