加速度傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種加速度傳感器，該加速度傳感器能在可動(dòng)電極上形成多個(gè)貫通孔的同時(shí)確保剛性。包括通過在硅支承層（3）上形成氧化硅層（4）、并在該氧化硅層上形成活性硅層（5）而得到的SOI基板（2），在所述SOI基板的活性硅層上形成由彈性梁部支承的錘部所構(gòu)成的可動(dòng)電極（11）、以及與該可動(dòng)電極的周邊相對面地固定配置的固定電極(13ｘａ)，(13ｘｂ)，(14ｙａ)，(14ｙｂ)，在所述可動(dòng)電極的與所述彈性梁部（12）相連的外周部的內(nèi)側(cè)的整個(gè)面上形成在Z軸方向上貫通的貫通孔（16）。
【專利說明】加速度傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種加速度傳感器，該加速度傳感器包括在硅支承層上形成氧化硅層、并在該氧化硅層上形成活性硅層而成的SOI基板，且在該SOI基板的活性硅層上形成有可動(dòng)電極以及與其周邊相對的固定電極。
【背景技術(shù)】
[0002]作為這種加速度傳感器，提出了一種電容式半導(dǎo)體傳感器，在該電容式半導(dǎo)體傳感器中，將固定電極、和與該固定電極的里外隔開規(guī)定距離的可動(dòng)電極配置成彼此的檢測面相對，并形成從可動(dòng)電極以及固定電極的檢測面貫穿到與檢測面相反側(cè)的面的貫通孔，從而減輕可動(dòng)電極與固定電極之間產(chǎn)生的空氣阻尼(例如參照專利文獻(xiàn)I)。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn)
[0003]專利文獻(xiàn)1:日本專利特開2004 - 69541號公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0004]然而，在上述專利文獻(xiàn)I所記載的現(xiàn)有例中，將固定電極和與該固定電極的里外隔開規(guī)定距離的可動(dòng)電極配置成彼此的檢測面相對，并形成從可動(dòng)電極以及固定電極的檢測面貫穿到與檢測面相反側(cè)的面的貫通孔，從而減輕可動(dòng)電極與固定電極之間產(chǎn)生的空氣阻尼。
[0005]然而，在上述專利文獻(xiàn)I所記載的現(xiàn)有例中，雖然能利用形成在可動(dòng)電極以及固定電極上的貫通孔來減輕空氣阻尼，但存在如下未解決的問題:由于僅在中央部形成一個(gè)貫通孔，因此減輕空氣阻尼的效果較小，當(dāng)可動(dòng)電極以高頻進(jìn)行振動(dòng)時(shí)，無法獲得較大的空氣阻尼效果。此外，形成的貫通孔的數(shù)量越多，可動(dòng)電極的剛性越低，因而貫通孔的數(shù)量與可動(dòng)電極存在權(quán)衡關(guān)系。
因此，本發(fā)明著眼于上述現(xiàn)有例的未解決的問題，其目的在于提供一種能在可動(dòng)電極上形成多個(gè)貫通孔的同時(shí)確保剛性的加速度傳感器。
解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所涉及的加速度傳感器的第一方式在于，包括SOI基板，該SOI基板通過在硅支承層上形成氧化硅層，并在該氧化硅層上形成活性硅層而獲得，在所述SOI基板的活性硅層上形成有由彈性梁部支承的錘部所構(gòu)成的可動(dòng)電極、以及與該可動(dòng)電極的周邊相對面地固定配置的固定電極，所述可動(dòng)電極的與所述彈性梁部相連的外周部的內(nèi)側(cè)的整個(gè)面上形成有在Z軸方向上貫通的貫通孔。
[0007]此外，本發(fā)明所涉及的加速度傳感器的第二方式在于，所述貫通孔分割配置在塊狀區(qū)域中。
此外，本發(fā)明所涉及的加速度傳感器的第三方式在于，所述塊狀區(qū)域呈柵格狀排列。 此外，本發(fā)明所涉及的加速度傳感器的第四方式在于，所述貫通孔具有第一塊狀區(qū)域與第二塊狀區(qū)域二維地交替配置而成的結(jié)構(gòu)，該第一塊狀區(qū)域中平行地形成有規(guī)定塊數(shù)的貫通長孔，該第二塊狀區(qū)域在與該第一塊狀區(qū)域的貫通長孔正交的方向上平行地形成有規(guī)定塊數(shù)的貫通長孔。
[0008]此外，本發(fā)明所涉及的加速度傳感器的第五方式在于，所述貫通孔具有第一塊狀區(qū)域、第二塊狀區(qū)域以及第三塊狀區(qū)域二維地交替配置而成的結(jié)構(gòu)，該第一塊狀區(qū)域中平行地形成有規(guī)定塊數(shù)的貫通長孔，該第二塊狀區(qū)域在與該第一塊狀區(qū)域的貫通長孔正交的方向上平行地形成有規(guī)定塊數(shù)的貫通長孔，該第三塊狀區(qū)域中未形成貫通長孔。
[0009]此外，本發(fā)明所涉及的加速度傳感器的第六方式在于，其特征在于，所述第一塊狀區(qū)域及所述第二塊狀區(qū)域中的貫通長孔間的連接部的間隔比開口率達(dá)到50%時(shí)的間隔要大。
此外，本發(fā)明所涉及的加速度傳感器的第七方式在于，在所述可動(dòng)電極的下表面?zhèn)鹊乃鐾庵懿啃纬捎邢蛳路窖由斓闹箘?dòng)部。
發(fā)明的效果
[0010]根據(jù)本發(fā)明，由于在可動(dòng)電極的與彈性梁部相連的外周部的內(nèi)側(cè)的整個(gè)面上形成向Z軸方向貫通的貫通孔，因此能在外周部側(cè)保持剛性，同時(shí)利用多個(gè)貫通孔大幅減輕空氣阻尼。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是表示本發(fā)明所涉及的加速度傳感器的實(shí)施方式I的剖視圖。
圖2是圖1的A-A線上的端視圖。
圖3是表示實(shí)施方式I的貫通長孔間的間隔與衰減時(shí)間的關(guān)系的特性線圖。
圖4是表示本發(fā)明所涉及的加速度傳感器的實(shí)施方式2的端視圖。
圖5是圖4的B-B線上的端視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面，基于附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
圖1是表示本發(fā)明所涉及的加速度傳感器的一個(gè)示例的剖視圖，圖2是圖1的A-A線上的端視圖。
圖中，I為加速度傳感器，該加速度傳感器I形成在S0I(Silicon On Insulator:絕緣體上硅)基板2上。該SOI基板2由下層的硅支承層3、形成在該硅支承層3上的氧化硅層
4、以及形成在該氧化硅層4上的活性硅層5構(gòu)成。
并且，硅支承層3以及氧化硅層4保留外周側(cè)的方形的框狀部6，并利用刻蝕去除中央部，從而形成了空間部7。
[0013]另一方面，對于上部的活性硅層5，例如利用各向異性干刻去除其四周，并保留具有形成在中央部的方形錘部的可動(dòng)電極11、以及在對角線上從該可動(dòng)電極11的四個(gè)角向外側(cè)延伸的彈性梁部12，并進(jìn)一步保留與可動(dòng)電極11的四邊隔開規(guī)定間隙相對的X軸方向固定電極13xa、13xb、以及Y軸方向固定電極14ya、14yb。
[0014]并且，在可動(dòng)電極11的與彈性梁部12相連的外周側(cè)的方形框狀部15的內(nèi)側(cè)形成有在Z方向、即上下方向上貫通的多個(gè)貫通孔16。該貫通孔16如圖2中的放大圖所示，具有第一塊狀區(qū)域17與第二塊狀區(qū)域18在X軸方向以及Y軸方向上二維地交替排列而成的結(jié)構(gòu)，其中，該第一塊狀區(qū)域17由在X軸方向上延伸的例如四根貫通長孔17a隔開規(guī)定間隔并排形成，該第二塊狀區(qū)域17由在Y軸方向上延伸的例如四根貫通長孔18a隔開規(guī)定間隔并排形成。
[0015]此外，SOI基板2的上表面和下表面被例如由玻璃基板構(gòu)成的上部基板21和下部基板22覆蓋。并且，如圖1所示，在上部基板21上、與可動(dòng)電極11相對的位置，形成有面積比空間部7稍大的凹部23，該凹部23的底部形成有與可動(dòng)電極11相對的Z軸方向固定電極24。
[0016]接著，對上述實(shí)施方式I的動(dòng)作進(jìn)行說明。對于形成在SOI基板2的活性硅層5上的可動(dòng)電極11，從其四個(gè)角分別在對角線方向上向外側(cè)延伸的彈性梁部12固定在由硅支承層3以及氧化硅層4構(gòu)成的框狀部6的上表面。
因此，可動(dòng)電極11被四根彈性梁部12支承，因此，若對加速度傳感器I施加向X軸方向右側(cè)(或左側(cè))的加速度，則彈性梁部12彎曲，使得可動(dòng)電極11向右方(或左方)移動(dòng)。因此，可動(dòng)電極11的右端與X軸方向固定電極13xb之間的間隙變小(或變大)，兩者間的靜電電容變大(或變小)，相反，可動(dòng)電極11的左端與X軸方向固定電極13xa之間的間隙變大(或變小)，兩者間的靜電電容變小(或變大)。
[0017]因此，通過利用未圖示的靜電電容檢測電路檢測可動(dòng)電極11和X軸方向固定電極13xa之間、與可動(dòng)電極11和X軸方向固定電極13Xb之間的靜電電容的差，從而能獲得與加速度相對應(yīng)的正負(fù)的加速度檢測信號。
同樣，對于向加速度傳感器I施加Y軸方向的加速度的情況也類似，在圖2中觀察，可動(dòng)電極11向前后移動(dòng)，使得可動(dòng)電極11和Y軸方向固定電極14ya之間、以及可動(dòng)電極11和Y軸方向固定電極14yb之間某一方的靜電電容減小，另一方的靜電電容增大。因此，通過同樣地利用靜電電容檢測電路計(jì)算靜電電容的差，從而能獲得正負(fù)的加速度檢測信號。
[0018]另外，在向加速度傳感器I施加Z軸方向的加速度的情況下，由于僅在該Z方向的上方具有一個(gè)Z軸方向固定電極24，因此通過利用例如使用了虛擬電容的靜電電容檢測電路對該Z軸方向固定電極24與可動(dòng)電極11之間的靜電電容進(jìn)行檢測，從而能獲得Z軸方向的加速度檢測信號。
由此，當(dāng)可動(dòng)電極11在Z軸方向上移動(dòng)時(shí)，因彈性梁部12的彈性形變引起的彎曲和伸長使得可動(dòng)電極11上下移動(dòng)。此時(shí)，若可動(dòng)電極11向上方或下方移動(dòng)，則該可動(dòng)電極11與Z軸方向固定電極24之間的空間部比較狹窄，可能會在可動(dòng)電極11向Z軸方向移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生空氣阻尼。
[0019]然而，本實(shí)施方式中，第一塊狀區(qū)域17與第二塊狀區(qū)域18以兩者間至少隔開貫通長孔17a間的連接部的寬度以上的規(guī)定間隔的方式，在XY方向上二維地交替配置，其中，該第一塊狀區(qū)域17通過由可動(dòng)電極11的外周部的框狀部15以外的內(nèi)側(cè)的整個(gè)區(qū)域中沿X軸方向延伸的貫通長孔17a隔開規(guī)定間隔平行排列而形成，該第二塊狀區(qū)域18通過由沿Y軸方向延伸的貫通長孔18a隔開規(guī)定間隔平行排列而形成。因此，可動(dòng)電極11表里的空氣能通過貫通長孔17a及18a來流動(dòng)，從而能可靠地抑制空氣阻尼。因此，即使在Z方向上輸入高頻的加速度，也能防止頻率特性因空氣阻尼而下降。[0020]而且，由于在二維方向上交替配置第一塊狀區(qū)域17和第二塊狀區(qū)域18，因此與在一個(gè)方向上排列形成貫通長孔的情況相比，能提高可動(dòng)電極11的剛性。因此能承受長期的使用，能提高加速度傳感器I的可靠性。
[0021]此外，通過在二維方向上交替配置第一塊狀區(qū)域17和第二塊狀區(qū)域18，并在可動(dòng)電極11的外周部的框狀部15以外的內(nèi)側(cè)的整個(gè)區(qū)域中呈柵格狀地配置第一塊狀區(qū)域17和第二塊狀區(qū)域18，由此，相鄰的第一塊狀區(qū)域17與第二塊狀區(qū)域18之間的邊界部分上的未形成貫通孔的區(qū)域在可動(dòng)電極11的外周部的框狀部15以外的內(nèi)側(cè)的整個(gè)區(qū)域中呈柵格狀地連接，形成柵格狀的結(jié)構(gòu)體，使得可動(dòng)電極11的剛性更高。
[0022]并且，若使上述未形成貫通孔的區(qū)域的寬度大于第一塊狀區(qū)域17中的貫通長孔17a之間的連接部的寬度、以及第二塊狀區(qū)域18中的貫通長孔18a之間的連接部的寬度，則能進(jìn)一步提聞可動(dòng)電極11的剛性。
這里，圖3示出了第一塊狀區(qū)域17的貫通長孔17a之間的連接部的寬度以及第二塊狀區(qū)域18的貫通長孔18a之間的連接部的寬度，是將貫通長孔18a的寬度設(shè)為5 μ m時(shí)、改變貫通長孔17a與18a之間的連接部的寬度W來進(jìn)行仿真的結(jié)果。在該圖3中，對未在可動(dòng)電極11形成貫通孔16的情況、以及貫通長孔17a以及18a間的連接部的寬度W為25 μπ^Ρ50μ m的情況進(jìn)行了模擬。 [0023]該仿真結(jié)果取橫軸為時(shí)間〔S e c〕，取縱軸為力〔N〕。在未設(shè)置貫通孔16的情況下，如特性曲線LI所示，在施加力之后到衰減為止的時(shí)間變長。與此相對，在貫通長孔17a以及18a之間的連接部的寬度W為50 μ m的情況下，如特性曲線L2所示，在施加力以后，在比特性曲線LI要快的時(shí)間內(nèi)衰減。另外，當(dāng)貫通長孔17a以及18a間的連接部的寬度W為25μ m的情況下，如特性曲線L3所示，在比特性曲線L2更快的時(shí)間內(nèi)衰減。
[0024]由該仿真結(jié)果可知，貫通長孔17a及18a間的連接部的寬度W比50 μ m越窄,施加力時(shí)的衰減時(shí)間越短。然而，若減小貫通長孔17a以及18a的連接部的寬度W，則剛性會降低，并且作為錘部的作用也會下降，因此使貫通長孔17a以及18a的連接部的寬度W比使開口率為50%時(shí)的連接部的寬度W要大，從而能在提高頻率特性的同時(shí)確保剛性。
[0025]接著，使用圖4和圖5對本發(fā)明的實(shí)施方式2進(jìn)行說明。
在該實(shí)施方式2中，對可動(dòng)電極11的過度移位進(jìn)行抑制。
即，在實(shí)施方式2中，如圖4及圖5所示，與實(shí)施方式I的結(jié)構(gòu)的不同之處在于，在可動(dòng)電極11的下表面?zhèn)扰c框狀部15相對的位置上，不進(jìn)行刻蝕從而保留向下方延伸的方框形狀的止動(dòng)部31，其他結(jié)構(gòu)與上述實(shí)施方式I相同，對與圖1和圖2對應(yīng)的部分標(biāo)注相同的標(biāo)號并省略其詳細(xì)說明。另外，在與止動(dòng)部31相對的下部基板22上形成有與硅支承層3以及氧化硅層4的空間部7相對應(yīng)、且深度與可動(dòng)電極11的允許位移相對應(yīng)的凹部32。
[0026]根據(jù)該實(shí)施方式2，在可動(dòng)電極11的下表面上、與未形成第一塊狀區(qū)域17及第二塊狀區(qū)域18的外周側(cè)的框狀部15相對應(yīng)的位置上設(shè)置了止動(dòng)部31。因此，若對加速度傳感器I施加較大的加速度導(dǎo)致可動(dòng)電極11的位移量極大，則止動(dòng)部31會與下部基板22的凹部32的底面相抵接，從而阻止可動(dòng)電極11進(jìn)一步下降。因此，能可靠地防止可動(dòng)電極11過度位移，從而能防止可動(dòng)電極11以及彈性梁部12的破損。因此能耐受加速度傳感器I的長期使用，能提高可靠性。
[0027]另外，在上述實(shí)施方式2中，對止動(dòng)部31形成為方框形狀的情況進(jìn)行了說明，但并不限于此，可以不將止動(dòng)部31形成為環(huán)狀，而分割形成，也可以進(jìn)一步形成為多個(gè)柱狀。
[0028]此外，在上述第一及第二實(shí)施方式中，對第一及第二塊狀區(qū)域17及18的貫通長孔17a及18a的延伸方向設(shè)為X軸方向及Y軸方向的情況進(jìn)行了說明。然而，本發(fā)明并不限于上述結(jié)構(gòu)，也可以例如使第一塊狀區(qū)域17的貫通長孔17a的延伸方向以相對于X軸呈例如45°的角度傾斜延伸，并使第二塊狀區(qū)域18的貫通長孔18a的延伸方向以相對于X軸呈例如-45°的角度傾斜延伸。簡而言之，只要考慮剛性，將第一塊狀區(qū)域17的貫通長孔17a的延伸方向與第二塊狀區(qū)域18的貫通長孔18a的延伸方向正交或相交即可。
[0029]此外，在上述第一及第二實(shí)施方式中，對第一塊狀區(qū)域17與第二塊狀區(qū)域18呈二維地交替配置的情況進(jìn)行了說明，但并不限于此，也可以在第一塊狀區(qū)域17與第二塊狀區(qū)域18之間設(shè)置未形成貫通孔的第三塊狀區(qū)域。
[0030]此外，在上述第一及第二實(shí)施方式中，對第一塊狀區(qū)域17與第二塊狀區(qū)域18的貫通長孔17a及18a的寬度及數(shù)量與連接部的寬度相等的情況進(jìn)行了說明。然而，本發(fā)明并不限于上述結(jié)構(gòu)，也可以在第一及第二塊狀區(qū)域17及18中使貫通長孔17a及18a的寬度、連接部的寬度不同。另外，也可以在第一塊狀區(qū)域17以及第二塊狀區(qū)域中形成為越靠近中心部，開口率越大。
[0031]此外，在上述第一及第二實(shí)施方式中，對在第一塊狀區(qū)域17及第二塊狀區(qū)域18中形成貫通長孔17a及18a的情況進(jìn)行了說明，但并不限于此，也可以將形成有任意形狀的一個(gè)貫通孔的塊狀區(qū)域排列成柵格狀，而非貫通長孔。此外，由于將形成有一個(gè)貫通孔的塊狀區(qū)域排列成柵格狀，從而能增大塊狀區(qū)域間的連接部的寬度。因此，能進(jìn)一步提高可動(dòng)電極11的剛性。
工業(yè)上的實(shí)用性
[0032]根據(jù)本發(fā)明，能提供一種加速度傳感器，該加速度傳感器能在可動(dòng)電極上形成多個(gè)貫通孔的同時(shí)確保剛性。
標(biāo)號說明
[0033]I…加速度傳感器、2…S O I基板、3…娃支承層、4…氧化娃層、5…活性娃層、6…框狀部、7…空間部、11...可動(dòng)電極、12...彈性梁部、13 X a ,13 X b…X軸方向固定電極、14 y a , 14 y b…Y軸方向固定電極、17...第一塊狀區(qū)域、17 a…貫通長孔、18...第二塊狀區(qū)域、18 a…貫通長孔、21...上部基板、22...下部基板、23...凹部、24...Z軸方向固定電極、31…止動(dòng)部。
【權(quán)利要求】
1.一種加速度傳感器，其特征在于，包括SOI基板，該SOI基板通過在硅支承層上形成氧化硅層，并在該氧化硅層上形成活性硅層而獲得， 在所述SOI基板的活性硅層上形成有由彈性梁部支承的錘部所構(gòu)成的可動(dòng)電極、以及與該可動(dòng)電極的周邊相對面地固定配置的固定電極， 所述可動(dòng)電極的與所述彈性梁部相連的外周部的內(nèi)側(cè)的整個(gè)面上形成有在Z軸方向上貫通的貫通孔。
2.如權(quán)利要求1所述的加速度傳感器，其特征在于，所述貫通孔分割配置在塊狀區(qū)域。
3.如權(quán)利要求2所述的加速度傳感器，其特征在于，所述塊狀區(qū)域呈柵格狀排列。
4.如權(quán)利要求2或3所述的加速度傳感器，其特征在于，所述貫通孔具有將第一塊狀區(qū)域與第二塊狀區(qū)域二維地交替配置而成的結(jié)構(gòu)，該第一塊狀區(qū)域中平行地形成有規(guī)定塊數(shù)的貫通長孔，該第二塊狀區(qū)域在與該第一塊狀區(qū)域的貫通長孔正交的方向上平行地形成有規(guī)定塊數(shù)的貫通長孔。
5.如權(quán)利要求2或3所述的加速度傳感器，其特征在于，所述貫通孔具有將第一塊狀區(qū)域、第二塊狀區(qū)域以及第三塊狀區(qū)域二維地交替配置而成的結(jié)構(gòu)，該第一塊狀區(qū)域中平行地形成有規(guī)定塊數(shù)的貫通長孔，該第二塊狀區(qū)域在與該第一塊狀區(qū)域的貫通長孔正交的方向上平行地形成有規(guī)定塊數(shù)的貫通長孔，該第三塊狀區(qū)域中未形成貫通長孔。
6.如權(quán)利要求3至5的任一項(xiàng)所述的加速度傳感器，其特征在于，所述第一塊狀區(qū)域及所述第二塊狀區(qū)域中的貫通長孔間的連接部的寬度比開口率達(dá)到50%時(shí)的寬度要寬。
7.如權(quán)利要求1至6的任一項(xiàng)所述的加速度傳感器，其特征在于，在所述可動(dòng)電極的下表面?zhèn)鹊乃鐾庵懿啃纬捎邢蛳路窖由斓闹箘?dòng)部。
【文檔編號】H01L29/84GK103842830SQ201280049163
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月14日
【發(fā)明者】坂上智, 矢尾博信, 木代雅巳, 鈴木健 申請人:富士電機(jī)株式會社