JP6294083B2 - 電子機器 - Google Patents
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Description
特許文献1にて提案された方法では、反り防止という目的のためだけに基板の裏面に追加の膜を作製することとなるため、基板が厚くなってしまいMEMSデバイスの小型化に不利となる。圧力センサのような基板の薄さがデバイスの性能実現に重要であるような場合は、反りを低減できたとしても性能が劣化してしまうという課題がある。
本発明に係る電子機器によれば、薄膜と金属材の膨張率に差があっても、作製プロセスの途中で薄膜の反りを低減することができ、安定した機能を持つ電子機器が実現できる。
本発明に係る電子機器によれば、薄膜が大きく変化しやすいため、外部の物理量の変化に対して大きな出力を出すことができ、高感度な電子機器が実現できる。
本発明に係る電子機器によれば、薄膜の内側の状態を常に一定に維持することができるため、外部の物理量の絶対値を検出する電子機器が実現できる。
本発明に係る電子機器によれば、外部の気体の圧力が変化した際に薄膜が変形することで信号を発生させ、外部の気体の圧力を検出する電子機器が実現できる。
本発明に係る電子機器によれば、外部からかけられた加速度によって薄膜が変形することで信号を発生させ、外部からかけられた加速度を検出する電子機器が実現できる。
本発明に係る電子機器によれば、薄膜の微小な変形を電気信号の形で取り出すことができ、高感度な電子機器が実現できる。
本発明に係る電子機器によれば、電気配線のうち、薄膜の変形に伴った変形量が少ない部分を電気的に直結させることで電気配線全体の電気抵抗を低減し、薄膜の変形に伴う電気抵抗の変化を大きな変化率として取り出すことができるため、高感度な電子機器が実現できる。
本発明に係る電子機器によれば、金属層が薄膜の厚み方向において他の材質と接触する界面を持たないため、金属層と他の材質の熱膨張率が異なっていても薄膜が反ることがなく、安定した性能の電子機器が実現できる。
本発明に係る電子機器によれば、薄膜の変形によって導電材にかかる応力が一方向のみに集中されるため、わずかな薄膜の変形によっても大きな信号出力が得られ、高感度な電子機器が実現できる。
本発明に係る電子機器によれば、金属材の収縮による薄膜の反りを低減しつつ、十分な導電性を維持することができるため、安定した性能の電子機器が実現できる。
本発明に係る第1実施形態を図1から図3を用いて説明する。
図1は、本発明に係る第1実施形態の電子機器1(MEMSデバイス)が配管100内に配設された状態を示し、(a)が斜視図を、(b)が縦断面図を、それぞれ表す。本実施形態に係る電子機器1は、図1に示すように、配管100に備わる第1の圧力室101と、第2の圧力室102と、の境界を塞ぐように配置され、両圧力室間の差圧を検出する圧力センサとして機能する。
まず、図2を用いて電子機器1の全体構造について説明する。ここで、図2は電子機器1の構造を表す斜視図である。なお、便宜上図2において、電子機器1の上部側を第1の圧力室101、下部側を第2の圧力室102、とする。
配線7は、パターン配線12を介して電子機器1と、外部のブリッジ回路(図示略)とを電気的に接続する。
次いで、薄膜3の細部構造について図3及び図4を用いて説明する。ここで、図3は、図2のE部拡大図であり、電子機器1における薄膜3近傍の平面図である。また、図4(a)〜(d)はそれぞれ、図3のA−A’〜D−D’断面線に沿った縦断面図である。
薄膜3は、このような構造が図3中の上下方向に亘ってC−C’ 断面線に対して略対称に対になって形成されてなり、2つの導電材13(基部6)の間が金属材14(金属材部)によって接続されている。
次に電子機器1が圧力センサとして機能する原理を図5と図6を用いて説明する。図5は、配管100において第1の圧力室101の内圧と、第2の圧力室102の内圧と、の間に差圧が生じたときの電子機器1の状態を示す斜視図である。図6(a)〜(d)は、それぞれ、そのときの図3の断面線A−A’〜D−D’に沿った縦断面図であり、図4(a)〜(d)の断面図に相当する。なお、図5、図6の、それぞれ図2、図4との差異は、薄膜3が貫通穴4の内部方向にたわんでいる点である。
次に電子機器1の作製方法を、図7を用いて説明する。図7は、電子機器1の作製ステップであって、図4(c)に示した断面に相当する部分を表す図である。ここで、電子機器1に使用するウェハは、Si支持層21の上にSiO2層22を持ち、更にその上にSiデバイス層23を持つSOI(シリコン・オン・インシュレータ)基板である。
次に図7(b)では、Siデバイス層23全面と、Siデバイス層除去部24のうちの一部をパターニングによりレジスト膜26で覆う。この際、レジスト膜26で覆われる領域のうち図7(b)中に示す幅Dは、ギャップ5の幅と等しくなるように形成される。Siデバイス層除去部24のうちレジスト膜26で覆われていない部分は、SiO2層22が露出した露出部25となる。
最後に図7(d)では、所定領域のSi支持層21とSiO2層22を裏面側からのエッチングによって除去することで、図4(c)に示した、一対の導電材13間を接続する金属材14と、ギャップ5とを有する片持ち梁構造の薄膜3が作製される。
第1実施形態に係る電子機器1では、配管100内の圧力室間の差圧を検出する圧力センサとして機能する場合を例示したが、本第2実施形態に係る電子機器1aでは、外気圧変動を測定可能な構成とする。
キャビティ8は、例えば、基板2と同一材料からなり、平面視で外枠が基板2と同一形状である略直方体形状の部材であり、上面側より底面側に向けて窪んだ凹部9を持つ。当該凹部9は、上縁が縁部10に囲まれ、下面側が底面11からなる。また、凹部9は、平面視で外枠が貫通孔4と同一形状からなる。
次に電子機器1aが、外気圧変動を測定する圧力センサとして機能する原理を説明する。
次いで、本発明に係る第3実施形態の電子機器を、図10を用いて説明する。
図10(a)は、本発明に係る第3実施形態の電子機器31を示す斜視図である。図10(b)は、図10(a)のC−C’断面線に沿った断面図である。本実施形態に係る電子機器31は外部の大気圧の変動を検出する圧力センサとして機能する。図2に示した第1実施形態に係る圧力センサ1と同一構成には同一符号を与え説明を省略する。
本発明に係る第4実施形態の電子機器を、図11を用いて説明する。
図11は本発明に係る第4実施形態の電子機器(図示略)の縦断面図であって、(a)〜(d)それぞれが、図4(a)〜(d)に相当する断面を示す。
本発明に係る電子機器の第5実施形態を、図12と図13を用いて説明する。
図12及び図13は本発明に係る第5実施形態の電子機器(図示略)の、薄膜3の近傍の平面図である。第1実施形態と同一部分には同一符号を与え説明を省略する。
本発明に係る第6実施形態を、図14を用いて説明する。
図14は本発明に係る第5実施形態の電子機器(図示略)の、薄膜3近傍の断面図である。図14は第5実施形態の図13における各A−A’〜D−D’断面線に相当する位置における縦断面図である。本実施形態に係る電子機器の第5実施形態からの差異は、金属材14の厚さが薄膜3の厚さと略同一である点である。このような構造にすることにより、薄膜3の機械的強度が向上することと、ピエゾ抵抗効果による導電材13の電気抵抗の変化をより効率的に取り出せること、という効果を奏する。
2 基板
3 薄膜
4 貫通穴
5 ギャップ
6 基部
7 配線
8 キャビティ
9 凹部
10 縁部
11 底面
12 パターン配線
13 導電体
14 金属材
21 Si支持層
22 SiO2層
23 Siデバイス層
24 Siデバイス層除去部
25 露出部
26 レジスト膜
27 金属材
31 電子機器
32 基板
33 薄膜
41 薄膜
42 錘
50 本体部
100 配管
101 第1の圧力室
102 第2の圧力室
Claims (7)
- 基板と、該基板に一端が固定され、他端が自由端である片持ち梁形状からなる平板状の薄膜と、を有し、前記薄膜の変位を介して物理量を検出する機能を持つ電子機器において、
前記薄膜は、前記薄膜の変位によって電気抵抗が変化するピエゾ抵抗素子である半導体以上金属材未満の導電性からなる導電材を含む2つの導電体部と、前記2つの導電体部の間で電気的に接続された金属材を含む金属材部と、で電気配線を形成し、
前記金属材部は、少なくとも一部に前記薄膜の厚み方向において前記金属材の一層構造からなる金属層を有することを特徴とする電子機器。 - 前記物理量は、
外気圧の変化量であることを特徴とする請求項1に記載の電子機器。 - 前記物理量は、
前記電子機器に作用する加速度であることを特徴とする請求項1または2に記載の電子機器。 - 前記金属層は、前記電気配線のうち、前記片持ち梁構造の固定端から自由端を結ぶ方向に略直交する方向に亘って形成されることを特徴とする請求項1に記載の電子機器。
- 前記金属層は、前記片持ち梁の幅方向全体に亘って形成されることを特徴とする請求項4に記載の電子機器。
- 前記導電体部の導電材は、前記薄膜の表面から当該薄膜の厚み方向の中心線までの領域に積層されることを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載の電子機器。
- 前記金属材は、前記導電材よりも薄いことを特徴とする請求項1〜6の何れか一項に記載の電子機器。
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