专利名称：加速度传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于检测XYZ的3轴方向的加速度的加速度传感器。
背景技术：
根据专利文献1中记载的加速度传感器，当从加速度测定对象物传 递振动、并使安装在锤固定部上的锤部件振动时，锤固定部位移，由此， 与锤固定部相邻的梁部挠曲。并且，由于该梁部挠曲而使安装在梁部上 的电阻元件的电阻值变化，根据该电阻值的变化测定加速度测定对象物 的加速度。
这里，锤部件向下侧的位移由于该锤部件的底面碰触底板而被阻止， 并且向上侧的位移由于锤部件的上表面碰触止动部而被阻止。
这样，由于止动部阻止锤部件向上侧的位移，因而防止由过大的加 速度引起的电阻元件(加速度传感器)的破坏。
专利文献1日本特开2004—198243号公报
另一方面，近年来，对加速度传感器要求提高耐久性，然而在现有 的加速度传感器中，当锤部件强烈碰触止动部而使止动部破损时，梁部 大幅挠曲，电阻元件过大位移而受到破坏。
发明内容
本发明的课题是，考虑到上述事实，通过防止止动部破损来提高加 速度传感器的耐久性。
本发明的发明1的加速度传感器具有第1基板，其具有锤固定 部，在该锤固定部的周围隔开形成的周边固定部，将该锤固定部和该周 边固定部连接的梁部，与该锤固定部和该梁部隔开且与该周边固定部邻 接的止动器，以及划分该锤固定部、该周边固定部、该梁部和该止动器的开口部；底座部，其支撑所述周边固定部；以及锤部件，其具有固
定在所述锤固定部上的中央锤部，和从该中央锤部向四方延伸的周边锤
部，所述加速度传感器的特征在于，所述止动器具有所述周边锤部的 角部向上方过度位移时所接触的止动部，和从该止动部向所述梁部延伸 的加强部。
根据上述结构，第1基板的周边固定部被支撑在底座部上。当振动 被传递到该底座部时，锤部件振动。并且，当锤部件振动时，配备在锤 部件上的中央锤部和所固定的锤固定部位移。然后，当锤固定部位移时， 与锤固定部连接的梁部挠曲。例如，通过将电阻元件安装在梁部上，由 于梁部挠曲而使该电阻元件的电阻值变化，根据该电阻值的变化检测加
速度o
并且，在与周边固定部邻接的止动器上设置有从中央锤部向四方延 伸的周边锤部的角部向上方过度位移时所接触的止动部，止动部与周边 锤部碰触而阻止锤部件的位移，防止由过大的加速度引起的加速度传感 器的破坏。
这里，认为由于周边锤部强烈碰触止动部而使止动部破损。然而， 在止动器上设置有从止.动部向梁部延伸的加强部。该加强部缓解由于周 边锤部碰触止动部而产生的应力。由此，可防止止动部破损，可进一步 提高加速度传感器的耐久性。
本发明的发明2的加速度传感器的特征在于，在发明1中，所述加 强部的面临所述开口部的开口缘是直线形状。
根据上述结构，加强部的面临开口部的开口缘是直线形状。因此， 该直线部均等挠曲，可缓解由于锤部件碰触止动部而产生的应力。
本发明的发明3的加速度传感器的特征在于，在发明1中，所述加 强部的面临所述开口部的幵口缘是弯曲形状。
根据上述结构，加强部的面临开口部的开口缘是弯曲形状。因此， 在加强部的开口缘上没有局部的形状变化，可防止由于锤部件碰触止动 部而产生的应力局部集中。
根据本发明，通过防止止动部破损，可提高加速度传感器的耐久性。
图1是示出本发明的第1实施方式所涉及的加速度传感器的放大平 面图。
图2 (A)是示出本发明的第1实施方式所涉及的加速度传感器的平 面图。(B)示出本发明的第1实施方式所涉及的加速度传感器，是图2 (A)的B—B线截面图。(C)是示出本发明的第1实施方式所涉及的加 速度传感器的底面图。(D)示出本发明的第1实施方式所涉及的加速度 传感器，是图2 (A)的D—D线截面图。
图3 (A)、 (B)、 (C)、 (D)、 (E)、 (F)是示出本发明的第l实施方 式所涉及的加速度传感器的制造方法的工序图。
图4 (A)、 (B)、 (C)、 (D)、 (E)是示出本发明的第1实施方式所 涉及的加速度传感器的制造方法的工序图。
图5 (A)、 (B)、 (C)是示出本发明的第1实施方式所涉及的加速 度传感器的各层图形的平面图。
图6 (A)是表示本发明的第1实施方式所涉及的加速度传感器的分 析结果的立体图。(B)是示出与本发明的第1实施方式所涉及的加速度 传感器的分析结果相比较的比较例的分析结果的立体图。
图7 (A)示出本发明的第1实施方式所涉及的加速度传感器的分析 结果，是以曲线图表现止动部的等效应力(纵轴)和时间(横轴)的关 系的图。(B)示出本发明的第1实施方式所涉及的加速度传感器的分析 结果，是以曲线图表现止动部的位移(纵轴)和时间(横轴)的关系的 图。
图8 (A)示出本发明的第1实施方式所涉及的加速度传感器的分析 结果，是以曲线图表现止动部的等效应力(纵轴)和时间(横轴)的关 系的图。(B)示出本发明的第1实施方式所涉及的加速度传感器的分析 结果，是以曲线图表现止动部的位移(纵轴)和时间(横轴)的关系的 图。
图9 (A)示出本发明的第1实施方式所涉及的加速度传感器的分析
结果，是表现由设置加强部引起的止动部的最大等效应力的变化的图。
(B)示出本发明的第1实施方式所涉及的加速度传感器的分析结果，是
表现由设置加强部引起的梁部的最大等效应力的变化的图。
图10示出本发明的第1实施方式所涉及的加速度传感器的分析结 果，是以曲线图表现梁部的等效应力(纵轴)和时间(横轴)的关系的 图。
图11是示出本发明的第2实施方式所涉及的加速度传感器的放大平 面图。
标号说明
10:硅基板(第l基板)；12:开口部；14A:开口缘；16:锤固定 部；18:梁部；20:止动部；20A:开口缘；22:电阻元件；23:止动器； 24-加强部；24A:开口缘；26:加强部；26A:开口缘；32:底座部； 36:锤部件；36A:中央锤部；36B:周边锤部；100:加速度传感器。
具体实施例方式
根据图1 图10说明本发明的第1实施方式所涉及的加速度传感器 100的实施方式。
如图2 (B)所示，加速度传感器100是对将厚度5pm左右的第1 硅基板10和厚度525jLim左右的第2硅基板30经由绝缘层50贴合起来而 得到的SOI (Silicon on Insulator,绝缘体上硅)晶片实施蚀刻等处理而形 成的。
如图1和图2 (A)所示，加速度传感器100的1个硅基板10被作 成每一边是2.5mm左右的大致正方形，硅基板10的周边部被支撑在后述 的底座部32 (参照图2 (B))上。而且，通过在硅基板10的内侧设置4 个开口部12，来形成周边固定部14、锤固定部16、梁部18和止动器23
的各区域。
详细地说，在设置于硅基板10的中央侧、且1边是700pm左右的 锤固定部16上固定有锤部件36。而且，锤部件36具有与锤固定部16 对应的长方体状的中央锤部36A (参照图2 (C))，以及与中央锤部36A
的四角连接并向四方延伸配置、且处于与硅基板io非接合的状态的长方 体状的周边锤部36B。
并且，如图1所示，在锤固定部16的四方设置有开口部12，该幵 口部12对硅基板IO进行开口，保留成隐藏周边锤部36B的角部而使周 边锤部36B露出。
而且，由4个开口部12划分、且设置成在纵和横方向正交的宽度 400pm左右的4个梁部18被设置成与锤固定部16相邻。并且，在该梁 部18的表面上分别设置有2个矩形状的电阻元件22，该电阻元件22具 有由于机械应变而使电阻变化的压阻效应。
并且，在硅基板10的周边部设置有与梁部18相邻且与底座部32(参 照图2 (B))接合的宽度500(am左右的方框状的周边固定部14。
而且，周边锤部36B的角部向上方过度位移时所接触的、且配备在 止动器23上的三角形状的止动部20在开口部12的外侧与周边固定部14 邻接设置。并且，在止动部20上设置有多个小的开口部80。
而且，在止动器23上设置有从止动部20向梁部18延伸的加强部 24。并且，面临开口部12的加强部24的开口缘24A是直线形状。
另一方面，如图2 (D)所示，在硅基板30上，在与周边锤部36B 之间设置间隙34地配置有宽度500^im左右的底座部32，该底座部32与 硅基板10的周边固定部14对应地设置在周边。而且，底板90被固定在 底座部32的端部，以使底座部32由硅基板10夹住。
并且，如图2 (B)所示，在硅基板30上，硅基板10的与梁部18 对应的部位作为槽部38被去除硅。而且，锤部件36的厚度(高度)形 成为比底座部32的厚度薄出最大容许位移量(例如5pm)。
硅基板10、 30经由与周边固定部14对应而保留的绝缘层50的氧化 膜52、和与锤固定部16对应而保留的绝缘层50的氧化膜54相互连接。
另外，为了参考，图5 (A) (C)示出表示各层图形的平面图。 图5 (A)是硅基板10的平面图，图5 (B)是绝缘层50的平面图，图5 (C)是硅基板30的平面图。
下面根据图3和图4说明加速度传感器100的制造方法。
首先，如图3 (A)所示，在工序1中，例如，准备SOI晶片，该 SOI晶片是将厚度5pm且体积电阻率6 8Q/cm左右的N型硅基板10和 厚度525jim且体积电阻率16Q/cm左右的硅基板30经由厚度5pm左右 的氧化硅的绝缘层50贴合而得到的。
然后，如图3 (B)所示，在工序2中，在硅基板10的表面上，在 使用IOO(TC左右的加湿气氛的热氧化条件下，形成厚度0.4fim左右的氧 化硅的保护膜72。
然后，如图3 (C)所示，在工序3中，使用光刻技术在保护膜72 上设置开口部72A，使用硼扩散法来在硅基板10的表面上形成成为电阻 元件22等(参照图1)的P型扩散层74。并且，在扩散层74的表面上 使用CVD (Chemical Vapor Deposition:化学气相淀积)法来形成保护氧 化膜72B 。
然后，如图3 (D)所示，在工序4中，使用光刻技术在保护氧化膜 72B上开设电极取出口 72C，使用金属溅镀技术来在保护膜72上堆积铝。 并且，使用光刻技术来对铝进行蚀刻，同时形成布线76。
然后，如图3 (E)所示，在工序5中，使用PRD (PlasmaReactive Deposition:等离子体反应性淀积)法在保护膜72和形成在其上的布线 76的表面上形成保护用的硅氮化膜78。另外，在下面的工序6以后的说 明中，省略该硅氮化膜78的图示。
然后，如图3 (F)所示，在工序6中，在硅氮化膜78上形成光致 抗蚀剂，使用光刻技术来形成将梁部18和止动部20分隔的开口部12， 以及用于在后面的工序中将介于周边锤部36B和止动部20 (参照图1) 之间的绝缘层50去除的开口部80。
然后，如图4 (A)所示，在工序7中，在SOI晶片的背面，即硅基 板30的表面上使用CVD技术来形成氧化膜82。保留周围的氧化膜82 以便与底座部32对应，使用光刻技术来去除中央部的氧化膜82，形成开 口部82A。
然后，如图4 (B)所示，在工序8中，将保留在周边部的氧化膜82 用作蚀刻掩模，使用气体冲击蚀刻技术(GCET: Gas Chopping Etching
Technology,所谓Bosch法)来对硅基板30的表面进行20|Lim左右蚀刻， 形成凹部30A。
然后，如图4 (C)所示，在工序9中，使用光刻技术来形成蚀刻掩 模86，该蚀刻掩模86用于形成硅基板30的底座部32和锤部件36之间 的间隙34和槽部38。
然后，如图4 (D)所示，在工序10中，使用GCET来形成硅基板 30的间隙34和槽部38。
然后，如图4 (E)所示，在工序11中，将完成了工序10之前的处 理的SOI晶片浸渍在缓冲氟酸内，对硅基板10、 30之间的绝缘层50进 行蚀刻。此时，从设置在硅基板10上的开口部12、 80、以及硅基板30 的间隙34和槽部38流入缓冲氟酸，将介于周边锤部36B和止动部20之 间的绝缘层50去除。
之后，与通常的半导体制造方法一样，从SOI晶片切出芯片，进行 规定的布线。
下面说明加速度传感器100的动作。
如图2(B)所示，当加速度被施加给加速度传感器100时，由于惯 性力而使应力作用于锤部件36上，锤部件36位移。并且，当锤部件36 位移时，与配备在锤部件36上的中央锤部36A接合的锤固定部16位移。 然后，当锤固定部16位移时，与锤固定部16相邻的梁部18挠曲，由此， 安装在梁部18上的电阻元件22的电阻值变化，根据该电阻值的变化检 测加速度。
这里，当向下的振动被施加给锤部件36、并且锤部件36向下侧位 移时，锤部件36的底面碰触底板90，锤部件36停止，下侧的位移被阻 止。并且，当锤部件36向上侧位移时，周边锤部36B碰触止动部20 (参 照图l)，锤部件36停止，上侧的位移被阻止。
这里，当锤部件36向上侧位移时，碰触止动部20而阻止锤部件36 的位移。因此认为，当止动部20的强度低时，止动部20破损，而且， 由于止动部20破损而使梁部18大幅挠曲，电阻元件22过大位移而受到 破坏。然而，在本实施方式中，在止动部20的两侧设置有加强止动部20 的加强部24。
然后，本申请的发明人利用结构分析，确认了该加强部24的作用。
图6 (A)示出当向上侧位移的周边锤部36B (参照图1)碰触止动 部20时的应力。颜色浓的部位是应力高的地方，颜色淡的部位是应力低 的地方。并且，图6 (B)作为图6 (A)的比较例示出在止动部20上未 设置加强部24的情况。
从图6 (A)和(B)可知，沿着三角形状的止动部20的正交的2 边应力集中。并且，如图6 (B)所示，在不具有加强部24的现有结构 中，颜色变浓的应力集中部位延伸到止动部20的缘部和周边固定部14 的缘部交叉的点K。因此，在现有结构中，以该点K为起点具有发生龟 裂的可能性。然而，如图6 (A)所示，通过设置加强部24，应力集中部 位在加强部24的面内被吸收，应力集中部位不会到达缘部。这样可知， 可有效地防止从缘部产生龟裂。
并且，图7(A)以曲线图示出当向上侧位移的周边锤部36B碰触止 动部20时的止动部20的等效应力(纵轴)和时间(横轴)的关系。点 线所示是表示未设置加强部24的情况，实线所示是设置有加强部24的 本实施方式的结构。将点线和实线相比较可知，通过设置加强部24，可 减小等效应力。
而且，图7 (B)以曲线图示出当向上侧位移的锤部件36碰触止动 部20时的止动部20的位移(纵轴)和时间(横轴)的关系。点线所示
是表示未设置加强部的结构的位移和时间的关系，实线所示是设置有加 强部24的本实施方式的结构。将点线和实线相比较可知，止动部20的 位移根据加强部24的有无几乎没有变化。
并且，图8 (A)以曲线图示出当向左右方向位移的锤部件36碰触 止动部20时的止动部20的等效应力(纵轴)和时间(横轴)的关系。 点线所示是表示未设置加强部24的结构的应力和时间的关系，实线所示 是设置有加强部24的本实施方式的结构。将点线和实线相比较可知，通 过设置加强部24，可减小等效应力。
而且，图8 (B)以曲线图示出当向左右位移的锤部件36碰触止动部20时的止动部20的位移(纵轴)和时间(横轴)的关系。点线所示
是表示未设置加强部的结构的位移和时间的关系，实线所示是设置有加
强部24的本实施方式的结构。将点线和实线相比较可知，通过设置加强 部24，可减小位移。
并且，图9 (A)示出由设置加强部24引起的止动部20的最大等效 应力的变化。点线所示是当向上侧位移的锤部件36碰触止动部20时的 最大等效应力的变化，实线所示是当向左右位移的锤部件36碰触止动部 20时的最大等效应力的变化。可知，通过设置加强部24，在锤部件36 向上侧位移的情况下，最大等效应力下降13%，在锤部件36向左右位移 的情况下，最大等效应力下降10%。
而且，图9 (B)示出当向左右位移的锤部件36碰触止动部20时的 梁部18的等效应力在设置加强部24的情况下如何变化。可知，梁部18 的等效应力根据加强部24的有无没有变化。
并且，图10以曲线图示出当向左右方向位移的锤部件36碰触止动 部20时的梁部18的等效应力(纵轴)和时间(横轴)的关系。点线所 示是表示未设置加强部24的结构，实线所示是设置有加强部24的本实 施方式的结构。将点线和实线相比较可知，根据加强部24的有无几乎没 有变化。即可知，通过设置加强部24，不会改变梁部18的等效应力，可 降低止动部20的等效应力。
从以上分析结果可知，通过在止动部20的两侧设置加强部24，止 动部20的应力下降，可防止止动部20破损，由此，可提高加速度传感 器100的耐久性。
并且，通过使面临幵口部12的加强部24的开口缘24A具有直线形 状，该直线部均等挠曲，可缓解由于周边锤部36B碰触止动部20而产生 的应力。
并且，4个梁部18由开口部12划分，梁部18容易挠曲，因而可提 高加速度传感器100的灵敏度。
下面根据图11说明本发明的加速度传感器100的第2实施方式。 另外，关于与第1实施方式相同的部件，附上相同标号而省略其说 明。
如图11所示，在本实施方式中与第1实施方式不同，面临开口部12
的加强部26的开口缘26A具有弯曲形状，并设置成与止动部20的开口 缘20A和周边固定部14的开口缘14A相接。
因此，在开口缘14A、开口缘20A和开口缘26A上，没有局部的形 状变化，可防止由于周边锤部36碰触止动部20而产生的应力局部集中。
权利要求
1.一种加速度传感器，其具有第1基板，其具有锤固定部，在该锤固定部的周围隔开形成的周边固定部，将该锤固定部和该周边固定部连接的梁部，与该锤固定部和该梁部隔开且与该周边固定部邻接的止动器，以及划分该锤固定部、该周边固定部、该梁部和该止动器的开口部；底座部，其支撑所述周边固定部；以及锤部件，其具有固定在所述锤固定部上的中央锤部，和从该中央锤部向四方延伸的周边锤部，所述加速度传感器的特征在于，所述止动器具有所述周边锤部的角部向上方过度位移时所接触的止动部，和从该止动部向所述梁部延伸的加强部。
2. 根据权利要求1所述的加速度传感器，其特征在于，所述加强部 的面临所述开口部的开口缘是直线形状。
3. 根据权利要求1所述的加速度传感器，其特征在于，所述加强部 的面临所述开口部的开口缘是弯曲形状。
全文摘要
本发明提供一种通过防止止动部破损来提高耐久性的加速度传感器。当向下的振动被施加给锤部件(36)并且锤部件(36)向下侧位移时，锤部件(36)的底面碰触底板(90)，锤部件(36)停止，下侧的位移被阻止。并且，当锤部件(36)向上侧位移时，周边锤部(36B)碰触止动部(20)，锤部件(36)停止，上侧的位移被阻止。由于碰触止动部(20)而阻止锤部件(36)的位移，因而当止动部(20)的强度低时，认为止动部(20)破损。然而，由于在止动部(20)的两侧设置有加强止动部(20)的加强部(24)，因而防止止动部(20)破损，由此可提高加速度传感器(100)的耐久性。
文档编号G01P15/08GK101344534SQ20081012568
公开日2009年1月14日 申请日期2008年6月20日 优先权日2007年7月12日
发明者三木慎介 申请人:冲电气工业株式会社