JP6728491B2 - 熱対流型加速度センサ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱対流型加速度センサ及びその製造方法に関し、さらに詳しくは、下層部と上層部とに区分され、下層部に１軸または２軸の加速度を測定する構成を形成し、上層部に３軸の加速度を測定する構成を形成することにより、測定性能を向上させた熱対流型加速度センサ及びその製造方法に関する。

近年、半導体製造技術を用いて各種センサを小型化するＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）センサに関する研究が活発に進められている。

ＭＥＭＳセンサとは、半導体の微細加工技術を応用して作られたセンサのことをいう。ＭＥＭＳセンサは、従来のセンサと比較して欠点が少ない方で、扱いやすく、特性の面において潜在能力に優れるという特徴を有している。そして、従来のセンサでは実現が困難であった電子回路とのワンチップ化が可能であるので、センサ素子とセンサ素子から検出した信号を処理する電子回路を一つのチップに集積して接続配線を短くすることにより、ノイズの混入を防ぐことができる。

ＭＥＭＳセンサの代表的な例として、超小型加速度センサが挙げられ、静電容量の変化を利用する方式、ピエゾ抵抗素子を利用する方式などが用いられている。

その中でも、熱対流による温度センサの抵抗変化を利用する方式は、構造が単純であり、生産が容易であるために使用量が増大しているが、従来の熱対流型加速度センサは、平面に対する２軸加速度の測定は容易であるものの、平面に対して垂直軸を含む３軸の加速度測定では、感度が低下するといった問題がある。

特許文献１には、印加される電流によって発熱する第１の発熱点、第２の発熱点、第３の発熱点、及び第４の発熱点と、前記それぞれの発熱点の温度を測定するために、前記それぞれの発熱点と接触する熱電対接合点を有する第１の熱電対、第２の熱電対、第３の熱電対、及び第４の熱電対と、前記第１の発熱点、第２の発熱点、第３の発熱点、及び第４の発熱点の下部に流体を通過させることのできる第１の空洞が設けられている第１の基板と、前記第１の基板と平行に配置され、印加される電流によって発熱する第５の発熱点と、前記第５の発熱点の温度を測定するために、前記第５の発熱点と接触する熱電対接合点を有する第５の熱電対と、第５の発熱点の下部に流体が移動できる第２の空洞が設けられている第２の基板と、を含み、前記第１の発熱点及び前記第２の発熱点は、前記第１の軸線方向に沿って互いに離隔するように配置され、前記第３の発熱点及び前記第４の発熱点は、前記第１の軸線方向と交差する第２の軸線方向に沿って互いに離隔するように配置され、前記第５の発熱点及び前記第１の発熱点は、前記第１の基板及び前記第２の基板と交差する第３の軸線方向に沿って互いに離隔するように配置され、前記第１の発熱点と第２の発熱点との間の温度差を用いて、前記第１の軸線方向への加速度を、前記第３の発熱点と第４の発熱点との間の温度差を用いて、前記第２の軸線方向への加速度を、及び前記第５の発熱点と前記第１の発熱点との間の温度差を用いて、前記第３の軸線方向への加速度を測定する、３軸ＭＥＭＳ加速度センサが開示されている。

大韓民国登録特許第１０−０８２９１６５号

前記のような課題を解決するために、本発明は、加速度センサを下層部と上層部とに区分し、下層部に１軸または２軸の加速度を測定する構成を形成し、上層部に３軸の加速度を測定する構成を形成することにより、測定性能を向上させた加速度センサを提供することを目的とする。

本発明が解決しようとする技術的課題は、前述の技術的課題に限定されるものではなく、言及していない他の技術的課題は、以下の記載から本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に明確に理解される。

前記のような目的を達成するために、本発明は、中央にヒータが設置された下層部と、前記下層部において、前記ヒータを中心として１軸上に形成された第１の温度センサと、前記下層部において、前記ヒータを中心として２軸上に形成された第２の温度センサと、前記下層部の上面に結合し、前記下層部に向かって内部空間が形成された上層部と、その一部が前記上層部１００の内部空間に露出するように、前記上層部に形成された第３の温度センサと、を含む。

本発明の実施形態において、前記第３の温度センサは、前記上層部の内側面に形成される第３の温度センサの上層部部位、及び前記第３の温度センサの上層部部位に連結され、前記下層部の上面に形成される第３の温度センサの下層部部位を備えていてもよい。
本発明の実施形態において、前記ヒータは、前記下層部の上面の中央部に屈曲状に密集配置される金属配線を備えていてもよい。
本発明の実施形態において、前記第１の温度センサの一部は、前記上層部の内部空間内のガスと接触するように、前記ヒータと離隔して形成されてもよい。
本発明の実施形態において、前記第２の温度センサの一部は、前記上層部の内部空間内のガスと接触するように、前記ヒータと離隔して形成されてもよい。

本発明の実施形態において、前記下層部は、半導体基板と、前記半導体基板の上面に絶縁物質で形成され、前記ヒータと前記第１の温度センサと前記第２の温度センサとがその上に形成される第１の絶縁膜と、前記半導体基板の下面に絶縁物質で形成される第２の絶縁膜と、を備えていてもよい。

本発明の実施形態において、前記下層部は、上面の中心領域に溝を備える半導体基板と、前記溝を除いた前記半導体基板の上面に絶縁物質で形成され、前記ヒータの両末端と前記第１の温度センサの両末端と前記第２の温度センサの両末端とがその上に形成される第１の絶縁膜と、前記半導体基板の下面に絶縁物質で形成される第２の絶縁膜と、を備えていてもよい。

前記のような目的を達成するために、本発明は、中央にヒータが設置された下層部と、前記下層部において、前記ヒータを中心として１軸上に形成された第１の温度センサと、前記下層部において、前記ヒータを中心として２軸上に形成された第２の温度センサと、前記下層部の上面に結合し、前記下層部に向かって内部空間が形成された上層部と、その一部が前記上層部の内部空間に露出するように、前記上層部に形成された第３の温度センサと、を含み、前記上層部の上面から前記上層部の内部空間に穴が形成される。

本発明の実施形態において、前記第３の温度センサは、前記穴を埋めながら前記上層部の内部空間に露出される第３の温度センサの引込部と、前記第３の温度センサの引込部に接続され、前記上層部の上面に形成される第３の温度センサの接続部と、を備えていてもよい。

本発明の実施形態において、前記下層部は、半導体基板と、前記半導体基板の上面に絶縁物質で形成され、前記ヒータと前記第１の温度センサと前記第２の温度センサとがその上に形成される第１の絶縁膜と、前記半導体基板の下面に絶縁物質で形成される第２の絶縁膜と、を備えていてもよい。

本発明の実施形態において、前記下層部は、上面の中心領域に溝を備える半導体基板と、前記溝を除いた前記半導体基板の上面に絶縁物質で形成され、前記ヒータと前記第１の温度センサと前記第２の温度センサとがその上に形成される第１の絶縁膜と、前記半導体基板の下面に絶縁物質で形成される第２の絶縁膜と、を備えていてもよい。

前記のような目的を達成するために、本発明は、ｉ）上層部の下面に上層部絶縁膜を形成するステップと、ｉｉ）前記上層部の下面をエッチングして、内部空間を形成するステップと、ｉｉｉ）前記上層部の内側面に蒸着物質を蒸着し、第３の温度センサの上層部部位を形成するステップと、ｉｖ）下層部の上面に前記蒸着物質の薄膜を形成するステップと、ｖ）前記下層部において前記蒸着物質の薄膜をパターニングし、ヒータ、第１の温度センサ、第２の温度センサ、及び第３の温度センサの下層部部位を形成し、前記下層部に溝を形成するステップと、ｖｉ）前記上層部と前記下層部とを結合するステップと、を含む。

前記のような目的を達成するために、本発明は、ｉ）上層部の下面に上層部絶縁膜を形成するステップと、ｉｉ）前記上層部の下面をエッチングして、内部空間を形成するステップと、ｉｉｉ）蒸着物質を蒸着し、第３の温度センサの引込部の末端を前記上層部の内部空間の上部面に形成するステップと、ｉｖ）前記上層部の上面に穴を形成するステップと、ｖ）前記蒸着物質を前記上層部の上面に蒸着させ、前記上層部に形成された前記穴を埋めながら第３の温度センサの引込部の末端を含む第３の温度センサの引込部を形成し、前記蒸着物質を第３の温度センサの接続部を形成するステップと、ｖｉ）下層部の上面に前記蒸着物質の薄膜を形成するステップと、ｖｉｉ）前記下層部において前記蒸着物質の薄膜をパターニングし、ヒータ、第１の温度センサ、第２の温度センサ、及び第３の温度センサの下層部部位を形成し、前記下層部に溝を形成するステップと、ｖｉｉｉ）前記上層部と前記下層部とを結合するステップと、を含む。

本発明の実施形態において、前記上層部及び前記下層部は、エポキシ、シリコーン、及び高分子化合物からなる群から選択される１つ以上の物質によって接合されてもよい。

本発明の実施形態において、前記蒸着物質は、金属、金属ナノワイヤ、及びカーボンナノ材料からなる群から選択される１つ以上の金属で形成されてもよい。

前記のような構成を有する本発明は、上層部に形成された内部空間の熱対流によって下層部の各温度センサ及び上層部の温度センサで温度変化の検知が行われ、それにより加速度が測定されるので、下層部の上面に対して垂直な軸方向の加速度の測定性能が向上するという効果を奏する。
そして、本発明は、構造が単純であり、小型化を容易に実現でき、製造工程を短縮することができるので、生産性が向上するという効果を奏する。

本発明の効果は、前記効果に限定されるものではなく、本発明の詳細な説明または特許請求の範囲に記載されている発明の構成から推論可能なあらゆる効果が含まれる。

従来技術の熱対流型加速度センサの斜視図 本発明の一実施形態に係る熱対流型加速度センサの斜視図 本発明の一実施形態に係る熱対流型加速度センサの分離斜視図 本発明の他の実施形態に係る溝が形成された下層部の斜視図 本発明の一実施形態に係る内側面に温度センサが備えられた上層部の断面図 本発明の一実施形態に係る溝が形成されていない下層部の断面図 本発明の他の実施形態に係る溝が形成された下層部の斜視図 本発明の他の実施形態に係る熱対流型加速度センサの分離斜視図 本発明の他の実施形態に係る外側面に温度センサが備えられた上層部の断面図 本発明の熱対流型加速度センサにおける出力特性グラフ

以下、添付図面を参照して本発明について説明する。しかしながら、本発明は、様々な異なる形態で実現され得るので、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。また、図面において、本発明を明確に説明するために説明に関係のない部分は省略し、明細書全体を通して類似の部分には類似の符号を付した。

明細書全体を通して、ある一部分が他の部分と「連結（接続、接触、結合）」されているという場合、それには「直接連結」されているものだけでなく、その間にさらに他の部材を介して「間接的に連結」されているものも含まれる。また、ある一部分がある構成要素を「含む」という場合、それは特に断らない限り他の構成要素を除外するものではなく、他の構成要素をさらに備えてもよいことを意味するものである。

本発明に用いられる用語は、単に特定の実施形態について説明するために用いられるものであり、本発明を限定しようとする意図はない。単数の表現には、文脈からみて明らかに他の意味を有さない限り、複数の言い回しを含む。本発明における「含む」、「有する」などの用語は、明細書に記載されている特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはそれらの組み合わせが存在することを示すためのものであり、１つまたはそれ以上の他の特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはそれらの組み合わせの存在または付加可能性を予め排除するものではない。

以下、添付図面を参照し、本発明について詳細に説明する。
図１は、従来技術の熱対流型加速度センサの斜視図である。

図１に示すように、従来技術の加速度センサ１は、基板５０上に１軸の温度センサ１０、２軸の温度センサ２０、３軸の温度センサ３０、及びヒータ４０を設置して熱対流を検知する構成であり、このような構成の加速度センサは、１軸及び２軸に対する検知性能は保証されるものの、３軸に対する検知性能が著しく低下するという問題がある。
（ここで、１軸及び２軸は、基板上の平面に対して水平な軸を意味し、３軸は、１軸及び２軸に垂直な軸を意味してもよい。）

以下、一実施形態の上層部１００が含まれている熱対流型加速度センサについて説明する（一実施形態の上層部１００は、内側面に第３の温度センサ１１０が形成された上層部１００を意味してもよい）。

図２は、本発明の一実施形態に係る熱対流型加速度センサの斜視図であり、図３は、本発明の一実施形態に係る熱対流型加速度センサの分離斜視図であり、図４は、本発明の他の実施形態に係る溝２６０が形成された下層部２００の斜視図である。

（ここで、図３には、溝２６０が形成された下層部２００が示されており、図４には、溝２６０が形成されていない下層部２００が示されている。これは、上層部１００は、溝２６０が形成された下層部２００または溝２６０が形成されていない下層部２００と結合できることを示してもよい。）

図２ないし図３に示すように、本発明の熱対流型加速度センサは、中央にヒータ２３０が設置された下層部２００と、下層部２００において、ヒータ２３０を中心として１軸上に形成された第１の温度センサ２１０と、下層部２００において、ヒータ２３０を中心として２軸上に形成された第２の温度センサ２２０と、下層部２００の上面に結合し、下層部２００の上部に向かって内部空間が形成された上層部１００と、その一部が上層部１００の内部空間に露出するように、上層部１００に形成された第３の温度センサ１１０と、を含んでもよい。

ここで、１軸及び２軸は、下層部２００の上面に対して水平な軸を意味し、３軸は、１軸及び２軸に垂直な軸を意味してもよい。具体的な実施形態として、１軸はｘ軸であり、２軸はｙ軸であり、３軸はｚ軸であってもよい。

図４に示すように、第１の温度センサ２１０が１軸方向にヒータ２３０と離隔され、第２の温度センサ２２０が２軸方向にヒータ２３０と離隔され、第３の温度センサ１１０が３軸方向にヒータ２３０と離隔されて設置されてもよい。このとき、第１の温度センサ２１０は、一対で形成され、それぞれの第１の温度センサ２１０が互いに対向するように設置されてもよい。同様に、第２の温度センサ２２０も一対で形成され、それぞれの第２の温度センサ２２０が互いに対向するように設置されてもよい。

前記のような構成により、第１の温度センサ２１０、第２の温度センサ２２０または第３の温度センサ１１０は、ヒータ２３０によって加熱されたガスの温度変化、具体的には、上層部１００の内部空間内のガスの傾きによって変化する温度の変化を検知し、本発明の熱対流型加速度センサが加速度を測定することができる。

図５は、本発明の一実施形態に係る内側面に温度センサ付き上層部１００の断面図である。図５は、図３の上層部１００におけるＡ−Ａ´線に沿った断面図である。

図５に示すように、第３の温度センサ１１０は、上層部１００の内側面に形成される第３の温度センサの上層部部位１１１、及び第３の温度センサの上層部部位１１１に連結され、下層部２００の上面に形成される第３の温度センサの下層部部位１１２を備えていてもよい。
第３の温度センサの上層部部位１１１が備えられる上層部１００の内側面部は、上層部１００の下面から上層部１００の上面に傾斜して形成されてもよい。

第３の温度センサの上層部部位１１１は、両端が角を有するように曲げられて形成されてもよく、一方の端は、内部空間の上部方向に位置し、他方の端は、第３の温度センサの下層部部位１１２と接触するように上層部１００の下面に位置してもよい。

第３の温度センサの下層部部位１１２は、下層部２００の上面において第３の温度センサの上層部部位１１１と接触することができる位置に形成され、具体的には、下層部２００の上面の頂点部に形成されてもよいが、必ずしもこれに限定されるものではない。
第１の温度センサ２１０または第２の温度センサ２２０と同様に、第３の温度センサ１１０も一対で形成され、互いに対向する方向に形成されてもよい。

前記のような構造により、上層部１００の内部空間を流動するガスが３軸方向に移動する際に、上層部１００の内部空間内のガスと接触する第３の温度センサ１１０は、容易に温度の変化を検知することができる。
ヒータ２３０は、下層部２００の上面の中央部に屈曲状に密集配置される金属配線を備えていてもよい。

ヒータ２３０は、発熱をして上層部１００の内部空間のガスを加熱する機能を果たすことができ、そのために、下層部２００の上面の中央部に密集するように金属配線が屈曲して形成されてもよい。それにより、内部空間の中央部に対する集中的な加熱が行える。

ヒータ２３０は、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、及びパラジウム（Ｐｄ）からなる群から選択される１つ以上の金属で形成されてもよい。
ヒータ２３０の両末端は、外部基板の電源供給用リード板と接続され、外部から電気が供給されて発熱を行うことができる。

第１の温度センサ２１０の一部は、上層部１００の内部空間内のガスと接触するように、ヒータ２３０と離隔して形成されてもよい。また、第２の温度センサ２２０の一部は、上層部１００の内部空間内のガスと接触するように、ヒータ２３０と離隔して形成されてもよい。

上層部１００と下層部２００との接合層に位置することになる第１の温度センサ２１０の両末端は、ガスと接触することができないので、第１の温度センサ２１０の一部は、内部空間に向かって露出するように形成されてもよい。そして、第１の温度センサ２１０の両末端は、上層部１００と下層部２００との接合層に完全に引き込まれることなく、外部基板と接続するように外部に露出される部位を有していてもよい。それにより、上層部１００よりも下層部２００の大きさが大きくなる場合がある。

第２の温度センサ２２０は、第１の温度センサ２１０と同じ形状で形成されてもよく、第２の温度センサ２２０の両末端及び第２の温度センサ２２０の両末端を除く第２の温度センサ２２０の一部に関する事項は、第１の温度センサ２１０に関する事項と同じであってもよい。

図６は、本発明の一実施形態に係る溝２６０が形成されていない下層部２００の断面図である。図６は、図３の下層部２００におけるＣ−Ｃ´線に沿った断面図である。

図６に示すように、下層部２００に対する一実施形態として、下層部２００は、半導体基板２４０と、半導体基板２４０の上面に絶縁物質で形成され、ヒータ２３０と第１の温度センサ２１０と第２の温度センサ２２０とがその上に形成される第１の絶縁膜２５１と、半導体基板２４０の下面に絶縁物質で形成される第２の絶縁膜２５２と、を備えていてもよい。

半導体基板２４０は、ケイ素（Ｓｉ）で形成されてもよい。

第１の絶縁膜２５１は、第１の温度センサ２１０または第２の温度センサ２２０が半導体基板２４０の温度による影響を受けないように防止する機能を果たしてもよい。
第２の絶縁膜２５２は、半導体基板２４０が外部基板の温度による影響を受けないように防止する機能を果たしてもよい。

絶縁物質は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、ガラス（Ｇｌａｓｓ）またはＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）で形成されてもよい。

図７は、本発明の他の実施形態に係る溝２６０が形成された下層部２００の斜視図である。図７は、図４の下層部２００におけるＤ−Ｄ´線に沿った断面図である。

図７に示すように、下層部２００の他の実施形態として、下層部２００は、上面の中心領域に溝２６０を備える半導体基板２４０と、溝２６０を除いた半導体基板２４０の上面に絶縁物質で形成され、ヒータ２３０の両末端と第１の温度センサ２１０の両末端と第２の温度センサ２２０の両末端とがその上に形成される第１の絶縁膜２５１と、半導体基板２４０の下面に絶縁物質で形成される第２の絶縁膜２５２と、を備えていてもよい。
半導体基板２４０は、ケイ素（Ｓｉ）で形成されてもよい。

第１の絶縁膜２５１は、第１の温度センサ２１０または第２の温度センサ２２０が半導体基板２４０の温度による影響を受けないように防止する機能を果たしてもよい。また、下層部２００の上面の中心領域に溝２６０が備えられ、ヒータ２３０のうち、金属配線が密集している部位と、第１の温度センサ２１０の一部及び第２の温度センサ２２０の一部とが溝２６０による空間に露出するように形成され、半導体基板２４０の温度の影響を最小限に抑え、溝２６０による空間内のガスも加熱されて対流を形成することにより、温度検知による加速度の測定性能を向上することができる。

第２の絶縁膜２５２は、半導体基板２４０が外部基板の温度による影響を受けないように防止する機能を果たしてもよい。
絶縁物質は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、ガラス（Ｇｌａｓｓ）またはＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）で形成されてもよい。

以下、他の実施形態の上層部１００が含まれている熱対流型加速度センサについて説明する（ここで、他の実施形態の上層部１００は、外側面に第３の温度センサ１１０が形成された上層部１００を意味してもよい）。

図８は、本発明の他の実施形態に係る熱対流型加速度センサの分離斜視図であり、図９は、本発明の他の実施形態に係る外側面に温度センサが備えられた上層部１００の断面図である。図９は、図８の上層部１００におけるＢ−Ｂ´線に沿った断面図である。

ここで、図８には、溝２６０が形成された下層部２００が示されているが、図３及び図４に示すように、外側面に温度センサが備えられた上層部１００は、溝２６０が形成されていない下層部２００または溝２６０が形成された下層部２００と結合してもよく、これは、様々な実施形態を示すために、図面に示した事項である場合がある。

図８及び図９に示すように、本発明の熱対流型加速度センサは、中央にヒータ２３０が設置された下層部２００と、下層部２００において、ヒータ２３０を中心として１軸上に形成された第１の温度センサ２１０と、下層部２００において、ヒータ２３０を中心として２軸上に形成された第２の温度センサ２２０と、下層部２００の上面に結合し、下層部２００の上部に向かって内部空間が形成され、上面から内部空間に穴が形成された上層部１００と、その一部が上層部１００の内部空間に露出するように、上層部１００に形成された第３の温度センサ１１０と、を含んでもよい。

図９に示すように、第３の温度センサ１１０は、穴を埋めながら上層部１００の内部空間に露出される第３の温度センサの引込部１１３と、第３の温度センサの引込部１１３に接続され、上層部１００の上面に形成される第３の温度センサの接続部１１４と、を備えていてもよい。

前記のような構成により、第３の温度センサの引込部１１３が上層部１００の内部空間内のガスと接触することができ、それにより、第３の温度センサの引込部１１３が上層部１００の内部空間内のガスの熱対流を検知することができる。

そして、第３の温度センサの引込部１１３に接続された第３の温度センサの接続部１１４が外側面に露出され、外部基板と接続され得るので、第３の温度センサ１１０全体が上層部１００に形成されてもよい。
第１の温度センサ２１０または第２の温度センサ２２０と同様に、第３の温度センサ１１０も一対で形成され、互いに対向する方向に形成されてもよい。

前記のような構造により、上層部１００の内部空間を流動するガスが３軸方向に移動する際に、上層部１００の内部空間内のガスと接触する第３の温度センサ１１０は、容易に温度の変化を検知することができる。

下層部２００は、半導体基板２４０と、半導体基板２４０の上面に絶縁物質で形成され、ヒータ２３０と第１の温度センサ２１０と第２の温度センサ２２０とがその上に形成される第１の絶縁膜２５１と、半導体基板２４０の下面に絶縁物質で形成される第２の絶縁膜２５２と、を備えていてもよい。
半導体基板２４０は、ケイ素（Ｓｉ）で形成されてもよい。

第１の絶縁膜２５１は、第１の温度センサ２１０または第２の温度センサ２２０が半導体基板２４０の温度による影響を受けないように防止する機能を果たしてもよい。
第２の絶縁膜２５２は、半導体基板２４０が外部基板の温度による影響を受けないように防止する機能を果たしてもよい。
絶縁物質は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、ガラス（Ｇｌａｓｓ）またはＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）で形成されてもよい。

下層部２００は、上面の中心領域に溝２６０を備える半導体基板２４０と、溝２６０を除いた半導体基板２４０の上面に絶縁物質で形成され、ヒータ２３０と第１の温度センサ２１０と第２の温度センサ２２０とがその上に形成される第１の絶縁膜２５１と、半導体基板２４０の下面に絶縁物質で形成される第２の絶縁膜２５２と、を備えていてもよい。
半導体基板２４０は、ケイ素（Ｓｉ）で形成されてもよい。

第１の絶縁膜２５１は、第１の温度センサ２１０または第２の温度センサ２２０が半導体基板２４０の温度による影響を受けないように防止する機能を果たしてもよい。また、下層部２００の上面の中心領域に溝２６０が備えられ、ヒータ２３０のうち、金属配線が密集している部位と、第１の温度センサ２１０の一部及び第２の温度センサ２２０の一部とが溝２６０による空間に露出するように形成され、半導体基板２４０の温度の影響を最小限に抑え、溝２６０による空間内のガスも加熱されて対流を形成することにより、温度検知による加速度の測定性能を向上することができる。

第２の絶縁膜２５２は、半導体基板２４０が外部基板の温度による影響を受けないように防止する機能を果たしてもよい。
絶縁物質は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、ガラス（Ｇｌａｓｓ）またはＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）で形成されてもよい。

他の実施形態の上層部１００が含まれている熱対流型加速度センサにおいて、残りの事項は、前述の一実施形態の上層部１００が含まれている熱対流型加速度センサの事項と同じであってもよい。

以下、一実施形態の上層部１００を含む熱対流型加速度センサの製造方法について説明する。
（ここで、下層部２００は、溝２６０が形成されたもので製造してもよい。）
第１のステップでは、上層部１００の下面に上層部絶縁膜１２０を形成してもよい。

ここで、ケイ素ウエハ（Ｓｉ ｗａｆｅｒ）で上層部１００を形成し、上層部絶縁膜１２０は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、ガラス（Ｇｌａｓｓ）またはＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）で形成されてもよい。上層部絶縁膜１２０は、蒸着によって形成されてもよい。

第２のステップでは、上層部１００の下面をエッチングし、内部空間を形成してもよい。

エッチングは、ウェットエッチング法またはレーザーエッチング法で行われ、上層部１００の内部空間を形成してもよい。上層部絶縁膜１２０は、エッチングによって一部だけが残ってもよい。

第３のステップでは、上層部１００の内側面に蒸着物質を蒸着し、第３の温度センサの上層部部位１１１を形成してもよい。
そのとき、シャドウマスク（ｓｈａｄｏｗ ｍａｓｋ）法で第３の温度センサの上層部部位１１１を形成してもよい。

第４のステップでは、下層部２００の上面に蒸着物質の薄膜を形成してもよい。
そのとき、第１の絶縁膜２５１の上面に蒸着物質を蒸着させ、蒸着物質の薄膜を形成してもよい。

第５のステップでは、下層部２００において蒸着物質の薄膜をパターニングし、ヒータ２３０、第１の温度センサ２１０、第２の温度センサ２２０、及び第３の温度センサの下層部部位１１２を形成し、下層部２００に溝２６０を形成してもよい。

ここで、下層部２００の第１の絶縁膜２５１上に蒸着物質の薄膜に対するパターニングを行い、ヒータ２３０、第１の温度センサ２１０、第２の温度センサ２２０、及び第３の温度センサの下層部部位１１２を形成してもよい。また、ヒータ２３０、第１の温度センサ２１０、及び第２の温度センサ２２０をマスクにしてエッチングを行い、下層部２００に溝２６０を形成してもよい。そのとき、エッチング法は、ウェットエッチング法またはドライエッチング法を用いてもよい。

第６のステップでは、上層部１００と下層部２００とを結合してもよい。
そのとき、第３の温度センサの上層部部位１１１と第３の温度センサの下層部部位１１２とが接合されてもよい。

以下、他の実施形態の上層部１００を含む熱対流型加速度センサの製造方法について説明する。
（ここで、下層部２００は、溝２６０が形成されたもので製造してもよい。）
第１のステップでは、上層部１００の下面に上層部絶縁膜１２０を形成してもよい。

ここで、ケイ素ウエハ（Ｓｉ ｗａｆｅｒ）で上層部１００を形成し、上層部絶縁膜１２０は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、ガラス（Ｇｌａｓｓ）またはＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）で形成されてもよい。上層部絶縁膜１２０は、蒸着によって形成されてもよい。

第２のステップでは、上層部１００の下面をエッチングし、内部空間を形成してもよい。

エッチングは、ウェットエッチング法またはレーザーエッチング法で行われ、上層部１００の内部空間を形成してもよい。上層部絶縁膜１２０は、エッチングによって一部だけが残ってもよい。

第３のステップでは、第３の温度センサの引込部１１３の末端を上層部１００の内部空間の上部面に形成してもよい。

そのとき、上層部１００の内部空間の上部面に対してシャドウマスク（ｓｈａｄｏｗ ｍａｓｋ）法で上層部１００の内部空間の上部面に蒸着物質を蒸着し、第３の温度センサの引込部１１３の末端を形成してもよい。

第４のステップでは、上層部１００の上面に穴を形成してもよい。
ここで、精密加工用ドリルやレーザーで穴を形成してもよい。

第５のステップでは、蒸着物質を上層部１００の上面に蒸着させ、上層部１００に形成された穴を埋めながら第３の温度センサの引込部１１３の末端を含む第３の温度センサの引込部１１３を形成し、蒸着物質を第３の温度センサの接続部１１４を形成してもよい。

第６のステップでは、下層部２００の上面に蒸着物質の薄膜を形成してもよい。
そのとき、第１の絶縁膜２５１の上面に蒸着物質を蒸着させ、蒸着物質の薄膜を形成してもよい。

第７のステップでは、下層部２００において蒸着物質の薄膜をパターニングし、ヒータ２３０、第１の温度センサ２１０、第２の温度センサ２２０、及び第３の温度センサの下層部部位１１２を形成し、下層部２００に溝２６０を形成してもよい。

ここで、下層部２００の第１の絶縁膜２５１上に蒸着物質の薄膜に対するパターニングを行い、ヒータ２３０、第１の温度センサ２１０、第２の温度センサ２２０、及び第３の温度センサの下層部部位１１２を形成してもよい。また、ヒータ２３０、第１の温度センサ２１０、及び第２の温度センサ２２０をマスクにしてエッチングを行い、下層部２００に溝２６０を形成してもよい。そのとき、エッチング法は、ウェットエッチング法またはドライエッチング法を用いてもよい。
第８のステップでは、上層部１００と下層部２００とを結合してもよい。

本発明の熱対流型加速度センサの製造の際に、上層部１００及び下層部２００は、エポキシ、シリコーン、及び高分子化合物からなる群から選択される１つ以上の物質によって接合されてもよい。
本発明の実施形態では、前記のような物質によって上層部１００と下層部２００とが接合されると説明しているが、必ずしもこれに限定されるものではない。

本発明の熱対流型加速度センサの製造の際に、蒸着物質は、金属、金属ナノワイヤ、及びカーボンナノ材料からなる群から選択される１つ以上の物質で形成されてもよい。

そして、蒸着物質が金属である場合、蒸着物質は、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、及びパラジウム（Ｐｄ）からなる群から選択される１つ以上の金属で形成されてもよい。また、例えば、カーボンナノ材料は、グラフェンまたはカーボンナノチューブであってもよい。

図１０は、本発明の熱対流型加速度センサにおける出力特性グラフである。図１０のグラフに示すように、横軸の加速度（Ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ）の増加に比例し、出力電圧（Ｖｏｕｔ）が増加することが分かる。

図１０の場合、逆三角形のドットで連結されているグラフａは、本発明の熱対流型加速度センサにおいて、３軸（ｚ軸）方向の加速度による上層部１００の内部空間の熱対流により、第３の温度センサ１１０で検知された出力電圧の変化を示すものである。

そして、正方形のドットで連結されているグラフｂは、本発明の熱対流型加速度センサにおいて、１軸（ｘ軸）方向の加速度による上層部１００の内部空間の熱対流により、第１の温度センサ２１０で検知された出力電圧の変化を示し、円形のドットで連結されているグラフｃは、本発明の熱対流型加速度センサにおいて、２軸（ｙ軸）方向の加速度による上層部１００の内部空間の熱対流により、第２の温度センサ２２０で検知された出力電圧の変化を示すものである。

一方で、三角形のドットで連結されているグラフｄは、従来技術のように、１軸の温度センサ１０、２軸の温度センサ２０、及び３軸の温度センサ３０が基板５０の上面に形成された場合の加速度センサにおいて、３軸（ｚ軸）方向の加速度による熱対流により、第３の温度センサ１１０で検知された出力電圧の変化を示すものである。

図１０のグラフａ、ｂ、ｃに示すように、本発明の熱対流型加速度センサにおいて、第３の温度センサ１１０の検知性能は、第１の温度センサ２１０または第２の温度センサ２２０の検知性能と類似に形成されることを確認できた。

そして、図１０のグラフａ及びグラフｄの比較から分かるように、上層部１００を形成し、上層部１００に第３の温度センサ１１０を形成する方式である本発明の熱対流型加速度センサの３軸（ｚ軸）に対する加速度の測定性能は、図１のような従来技術の加速度センサ１の３軸（ｚ軸）に対する加速度の測定性能よりも大幅に向上されることを確認できた。

前述した本発明の説明は例示のためのものであり、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想や必須の特徴を変更することなく、他の具体的な形態に容易に変形できることを理解するであろう。よって、前述の実施形態はあくまで例示的なものであり、限定的なものでないことを理解すべきである。例えば、単一型で説明された各構成要素を分散して実施してもよく、同様に分散したものと説明された構成要素を結合された形態に実施してもよい。

本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲の意味及び範囲、並びにその均等概念から導かれるあらゆる変更または変形された形態も本発明に含まれる。

１：従来技術の加速度センサ
１０：１軸の温度センサ
２０：２軸の温度センサ
３０：３軸の温度センサ
４０：ヒータ
５０：基板
１００：上層部
１１０：第３の温度センサ
１１１：第３の温度センサの上層部部位
１１２：第３の温度センサの下層部部位
１１３：第３の温度センサの引込部
１１４：第３の温度センサの接続部
１２０：上層部絶縁膜
２００：下層部
２１０：第１の温度センサ
２２０：第２の温度センサ
２３０：ヒータ
２４０：半導体基板
２５１：第１の絶縁膜
２５２：第２の絶縁膜
２６０：溝

Claims (15)

1. 中央にヒータが設置された下層部と、
   前記下層部において、前記ヒータを中心として第１軸上に形成された第１の温度センサと、
   前記下層部において、前記ヒータを中心として第２軸上に形成された第２の温度センサと、
   前記下層部の上面に結合し、前記下層部に向かって内部空間が形成された上層部と、
   その一部が前記上層部の内部空間に露出するように、前記上層部に形成された第３の温度センサと、を含み、
   前記第１の温度センサは、一対の第１の温度センサを成し、前記下層部の前記上面に水平な第１軸上で、ヒータを中心として対称な位置に配置され、
   前記第２の温度センサは、一対の第２の温度センサを成し、前記下層部の前記上面に水平で前記第１軸とは異なる第２軸上で、ヒータを中心として対称な位置に配置され、
   第３の温度センサが、一対の第３の温度センサを成すと共に、それぞれ下層部部位と上層部部位とを備え、
   前記一対の第３の温度センサは、前記第１軸及び前記第２軸と垂直な第３軸上に配置され、
   前記第３の温度センサの一対の下層部部位は、前記下層部の前記上面に水平で前記第１軸及び前記第２軸とは異なる軸上で、ヒータを中心として対称な位置に配置され、
   前記第３の温度センサの一対の上層部部位は、上層部で、ヒータを中心として対称な位置に配置される
   ことを特徴とする熱対流型加速度センサ。
2. 前記第３の温度センサは、前記上層部の内側面に形成される第３の温度センサの上層部部位、及び前記第３の温度センサの上層部部位に連結され、前記下層部の上面に形成される第３の温度センサの下層部部位を備える
   請求項１に記載の熱対流型加速度センサ。
3. 前記ヒータは、前記下層部の上面の中央部に屈曲状に密集配置される金属配線を備える
   請求項１に記載の熱対流型加速度センサ。
4. 前記第１の温度センサの一部は、前記上層部の内部空間内のガスと接触するように、前記ヒータと離隔して形成される
   請求項１に記載の熱対流型加速度センサ。
5. 前記第２の温度センサの一部は、前記上層部の内部空間内のガスと接触するように、前記ヒータと離隔して形成される
   請求項１に記載の熱対流型加速度センサ。
6. 前記下層部は、半導体基板と、前記半導体基板の上面に絶縁物質で形成され、前記ヒータと前記第１の温度センサと前記第２の温度センサとがその上に形成される第１の絶縁膜と、前記半導体基板の下面に絶縁物質で形成される第２の絶縁膜と、を備える
   請求項１に記載の熱対流型加速度センサ。
7. 前記下層部は、上面の中心領域に溝を備える半導体基板と、前記溝を除いた前記半導体基板の上面に絶縁物質で形成され、前記ヒータの両末端と前記第１の温度センサの両末端と前記第２の温度センサの両末端とがその上に形成される第１の絶縁膜と、前記半導体基板の下面に絶縁物質で形成される第２の絶縁膜と、を備える
   請求項１に記載の熱対流型加速度センサ。
8. 中央にヒータが設置された下層部と、
   前記下層部において、前記ヒータを中心として第１軸上に形成された第１の温度センサと、
   前記下層部において、前記ヒータを中心として第２軸上に形成された第２の温度センサと、
   前記下層部の上面に結合し、前記下層部に向かって内部空間が形成された上層部と、
   その一部が前記上層部の内部空間に露出するように、前記上層部に形成された第３の温度センサと、を含み、
   前記上層部の上面から前記上層部の内部空間に穴が形成され、
   前記第１の温度センサは、一対の第１の温度センサを成し、前記下層部の前記上面に水平な第１軸上で、ヒータを中心として対称な位置に配置され、
   前記第２の温度センサは、一対の第２の温度センサを成し、前記下層部の前記上面に水平で前記第１軸とは異なる第２軸上で、ヒータを中心として対称な位置に配置され、
   第３の温度センサが、一対の第３の温度センサを成すと共に、それぞれ下層部部位と上層部部位とを備え、
   前記一対の第３の温度センサは、前記第１軸及び前記第２軸と垂直な第３軸上に配置され、
   前記第３の温度センサの一対の下層部部位は、前記下層部の前記上面に水平で前記第１軸及び前記第２軸とは異なる軸上で、ヒータを中心として対称な位置に配置され、
   前記第３の温度センサの一対の上層部部位は、上層部で、ヒータを中心として対称な位置に配置される
   ことを特徴とする熱対流型加速度センサ。
9. 前記第３の温度センサは、前記穴を埋めながら前記上層部の内部空間に露出される第３の温度センサの引込部と、前記第３の温度センサの引込部に接続され、前記上層部の上面に形成される第３の温度センサの接続部と、を備える
   請求項８に記載の熱対流型加速度センサ。
10. 前記下層部は、半導体基板と、前記半導体基板の上面に絶縁物質で形成され、前記ヒータと前記第１の温度センサと前記第２の温度センサとがその上に形成される第１の絶縁膜と、前記半導体基板の下面に絶縁物質で形成される第２の絶縁膜と、を備える
    請求項８に記載の熱対流型加速度センサ。
11. 前記下層部は、上面の中心領域に溝を備える半導体基板と、前記溝を除いた前記半導体基板の上面に絶縁物質で形成され、前記ヒータと前記第１の温度センサと前記第２の温度センサとがその上に形成される第１の絶縁膜と、前記半導体基板の下面に絶縁物質で形成される第２の絶縁膜と、を備える
    請求項８に記載の熱対流型加速度センサ。
12. 中央にヒータが設置された下層部と、
    前記下層部において、前記ヒータを中心として第１軸上に形成された第１の温度センサと、
    前記下層部において、前記ヒータを中心として第２軸上に形成された第２の温度センサと、
    前記下層部の上面に結合し、前記下層部に向かって内部空間が形成された上層部と、
    その一部が前記上層部の内部空間に露出するように、前記上層部に形成された第３の温度センサと、を含み、
    前記第１の温度センサは、一対の第１の温度センサを成し、前記下層部の前記上面に水平な第１軸上で、ヒータを中心として対称な位置に配置され、
    前記第２の温度センサは、一対の第２の温度センサを成し、前記下層部の前記上面に水平で前記第１軸とは異なる第２軸上で、ヒータを中心として対称な位置に配置され、
    第３の温度センサが、一対の第３の温度センサを成すと共に、それぞれ下層部部位と上層部部位とを備え、
    前記一対の第３の温度センサは、前記第１軸及び前記第２軸と垂直な第３軸上に配置され、
    前記第３の温度センサの一対の下層部部位は、前記下層部の前記上面に水平で前記第１軸及び前記第２軸とは異なる軸上で、ヒータを中心として対称な位置に配置され、
    前記第３の温度センサの一対の上層部部位は、上層部で、ヒータを中心として対称な位置に配置される
    熱対流型加速度センサの製造方法であって、
    ｉ）前記上層部の下面に上層部絶縁膜を形成するステップと、
    ｉｉ）前記上層部の前記下面をエッチングして、前記内部空間を形成するステップと、
    ｉｉｉ）前記上層部の内側面に蒸着物質を蒸着し、前記第３の温度センサの前記上層部部位を形成するステップと、
    ｉｖ）前記下層部の前記上面に前記蒸着物質の薄膜を形成するステップと、
    ｖ）前記下層部において前記蒸着物質の薄膜をパターニングし、前記ヒータ、前記第１の温度センサ、前記第２の温度センサ、及び前記第３の温度センサの前記下層部部位を形成し、前記下層部に溝を形成するステップと、
    ｖｉ）前記上層部と前記下層部とを結合するステップと、を含む
    ことを特徴とする熱対流型加速度センサの製造方法。
13. 中央にヒータが設置された下層部と、
    前記下層部において、前記ヒータを中心として第１軸上に形成された第１の温度センサと、
    前記下層部において、前記ヒータを中心として第２軸上に形成された第２の温度センサと、
    前記下層部の上面に結合し、前記下層部に向かって内部空間が形成された上層部と、
    その一部が前記上層部の内部空間に露出するように、前記上層部に形成された第３の温度センサと、を含み、
    前記第１の温度センサは、一対の第１の温度センサを成し、前記下層部の前記上面に水平な第１軸上で、ヒータを中心として対称な位置に配置され、
    前記第２の温度センサは、一対の第２の温度センサを成し、前記下層部の前記上面に水平で前記第１軸とは異なる第２軸上で、ヒータを中心として対称な位置に配置され、
    第３の温度センサが、一対の第３の温度センサを成すと共に、それぞれ下層部部位と上層部部位とを備え、
    前記一対の第３の温度センサは、前記第１軸及び前記第２軸と垂直な第３軸上に配置され、
    前記第３の温度センサの一対の下層部部位は、前記下層部の前記上面に水平で前記第１軸及び前記第２軸とは異なる軸上で、ヒータを中心として対称な位置に配置され、
    前記第３の温度センサの一対の上層部部位は、上層部で、ヒータを中心として対称な位置に配置される
    熱対流型加速度センサの製造方法であって、
    ｉ）前記上層部の下面に上層部絶縁膜を形成するステップと、
    ｉｉ）前記上層部の前記下面をエッチングして、前記内部空間を形成するステップと、
    ｉｉｉ）蒸着物質を蒸着し、前記第３の温度センサの引込部の末端を前記上層部の前記内部空間の上部面に形成するステップと、
    ｉｖ）前記上層部の上面に穴を形成するステップと、
    ｖ）前記蒸着物質を前記上層部の前記上面に蒸着させ、前記上層部に形成された前記穴を埋めながら前記第３の温度センサの引込部の末端を含む前記第３の温度センサの前記引込部を形成し、前記蒸着物質を前記第３の温度センサの接続部を形成するステップと、
    ｖｉ）前記下層部の前記上面に前記蒸着物質の薄膜を形成するステップと、
    ｖｉｉ）前記下層部において前記蒸着物質の薄膜をパターニングし、前記ヒータ、前記第１の温度センサ、前記第２の温度センサ、及び前記第３の温度センサの前記下層部部位を形成し、前記下層部に溝を形成するステップと、
    ｖｉｉｉ）前記上層部と前記下層部とを結合するステップと、を含む
    ことを特徴とする熱対流型加速度センサの製造方法。
14. 前記上層部及び前記下層部は、エポキシ、シリコーン、及び高分子化合物からなる群から選択される１つ以上の物質によって接合される
    請求項１２または１３に記載の熱対流型加速度センサの製造方法。
15. 前記蒸着物質は、金属、金属ナノワイヤ、及びカーボンナノ材料からなる群から選択される１つ以上の物質で形成される
    請求項１２または１３に記載の熱対流型加速度センサの製造方法。
    

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