(57)【要約】【課題】ストッパー構造を有する加速度センサ、特に微細加工プロセスによって製造されるストッパー構造を有する加速度センサにおいて、錘とストッパー部とが接着してしまう不具合を解消することが可能となる加速度センサ及び加速度センサの製造方法を提供する。【解決手段】本発明は、錘固定部と、該錘固定部を離間して囲む台座固定部と、該錘固定部と該台座固定部とを可撓的に接続する梁部と、該錘固定部及び該梁部と離間して該台座固定部に接続されるストッパー部とを有する第１の基板と、前記錘固定部に第１の接続層を介して接続され、前記ストッパー部と離間して重なる錘部と、前記錘部と離間して、前記台座固定部に第２の接続層を介して接続される台座部と、前記ストッパー部と離間して、該ストッパー部と前記錘部との間の該錘部に形成される突起部とを有することを特徴とする加速度センサを提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
錘固定部と、該錘固定部を離間して囲む台座固定部と、該錘固定部と該台座固定部とを可撓的に接続する梁部と、該錘固定部及び該梁部と離間して該台座固定部に接続されるストッパー部とを有する第１の基板と、
前記錘固定部に第１の接続層を介して接続され、前記ストッパー部と離間して重なる錘部と、
前記錘部と離間して、前記台座固定部に第２の接続層を介して接続される台座部と、
前記ストッパー部と離間して、該ストッパー部と前記錘部との間の該錘部に形成される突起部と
を有することを特徴とする加速度センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の加速度センサにおいて、
前記第１の接続層と前記第２の接続層と前記突起部とは同一の材料からなることを特徴とする加速度センサ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の加速度センサにおいて、
前記ストッパー部は複数の貫通孔を有し、前記突起部は前記錘部の該複数の貫通孔に対応する複数の領域の間に配置されるように複数形成されることを特徴とする加速度センサ。
【請求項４】
請求項３に記載の加速度センサにおいて、
前記突起部は該突起部の周囲に配置される前記複数の領域の数に対応した多角錐であることを特徴とする加速度センサ。
【請求項５】
請求項４に記載の加速度センサにおいて、
前記突起部は四角錐であることを特徴とする加速度センサ。
【請求項６】
第１の基板と、接続層を介して接続される第２の基板とからなる積層基板を準備する第１の工程と、
前記第１の基板に、錘固定部と該錘固定部を離間して囲む台座固定部と該錘固定部と該台座固定部とを接続する梁部と該錘固定部及び該梁部と離間して該台座固定部に接続されるストッパー部とを画成する第１の溝部を形成する第２の工程と、
前記第２の基板に、前記ストッパー部と離間して重なる錘部及び該錘部と離間する台座部とを画成する第２の溝部を形成する第３の工程と、
前記接続層を、前記錘固定部と前記錘部とを接続する第１の接続層、前記台座固定部と前記台座部とを接続する第２の接続層及び前記ストッパー部と離間して該ストッパー部と該錘部との間の該錘部に形成される突起部が形成されるように除去する第４の工程と
を有することを特徴とする加速度センサの製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の加速度センサの製造方法において、
前記第４の工程は、ウェットエッチングによって行われることを特徴とする加速度センサの製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の加速度センサの製造方法において、
前記第２の工程は、ストッパー部に複数の貫通孔を形成する工程を含み、
前記第４の工程は、前記突起部が前記錘部の前記複数の貫通孔に対応する領域間に複数形成される工程であることを特徴とする加速度センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速度センサに関するものであり、特に微細加工プロセスによって製造される加速度センサにおいて製造時の不具合を解消するとともに、形成された加速度センサの耐衝撃性の向上を可能にする技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、従来の三次元加速度センサは、外部の基板等に固定する台座部と、錘部と、加速度を検知する検知部が設けられるとともに錘部及び台座部を可撓的に接続する梁部とにより構成される。また、従来の三次元加速度センサは、大別すると台座部、錘部、梁部等が形成された複数の層を張り合わせることにより形成される積層構造体からなる加速度センサと、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）等の予め積層されている積層基板に微細加工プロセスによって錘部等を加工することにより形成される積層構造体からなる加速度センサとがある。
【０００３】
本発明は、積層基板に微細加工プロセスを行うことによって形成される三次元加速度センサの構造及びその製造方法に関するものである。
【０００４】
従来の加速度センサの構造及び製造方法について、図７〜図１２を用いて説明する。
【０００５】
図７は従来の加速度センサの斜視図であり、図８は図７の上面図である。
【０００６】
図７に示すように、従来の加速度センサは３層からなる積層基板に微細加工プロセスを行うことによって形成される。ここでは、説明の便宜上、上の層からそれぞれ第１の層７０１、接続層７０２、第２の層７０３として説明する。なお、以下の説明において「上」は第２の層側から第１の層側、「下」は第１の層側から第２の層側へ向かう方向を表現するものとし、上面及び下面は各層の上の面及び下の面を表現するものとする。また、以下の説明において「垂直方向」及び「平行な面」という表現を用いるが、これは複数の層を貼り合わせるときの接合面に対して垂直の方向及び平行な面を意味している。
【０００７】
図８に示すように、この加速度センサの構造は、枠状の台座７１０と、台座７１０各辺の中央部に接続される梁部７２０と、梁部７２０に接続される錘７３０と、錘７３０を覆うストッパー部７４０とを有している。なお、図８では、ストッパー部７４０に隠れてしまう部分を破線によって補足している。
【０００８】
次に図７、図９〜図１２を用いて従来の加速度センサの製造方法について説明する。図１０（ａ）、図１１（ａ）及び図１２（ａ）は、各工程における図７のＡ−Ａ´での断面図である。図１０（ｂ）、図１１（ｂ）及び図１２（ｂ）は、各工程における図７のＢ−Ｂ´での断面図である。図１０（ｃ）、図１１（ｃ）及び図１２（ｃ）は、各工程における第１の層、接続層または第２の層の上面図である。この加速度センサの製造方法は、第１の層７０１、接続層７０２及び第２の層７０３の３層からなる積層基板を準備する（図９）。次に最上面の梁部となる部分にピエゾ抵抗素子を形成し、その後第１の層を図１０（ｃ）に示すような形状にパターニングすることによって、台座７１０の一部、梁部７２０、錘７３０の一部及びストッパー部７４０を画成する。このときＡ−Ａ´断面及びＢ−Ｂ´断面はそれぞれ図１０（ａ）及び図１０（ｂ）となる。次に下側から第２の層を図１１（ｃ）に示すような形状にパターニングすることによって、台座７１０の一部及び錘７３０の一部を画成する。このときＡ−Ａ´断面及びＢ−Ｂ´断面はそれぞれ図１１（ａ）及び図１１（ｂ）となる。最後に第２の層を図１２（ｃ）に示すような形状にパターニングすることによって、台座７１０及び錘７３０が形成される。このときＡ−Ａ´断面及びＢ−Ｂ´断面はそれぞれ図１２（ａ）及び図１２（ｂ）となる。これら工程を経て従来の加速度センサが完成する。
【０００９】
このような工程を用いて積層基板に微細加工プロセスによって形成される加速度センサとして、たとえば特許文献１がある。
【００１０】
また、固定電極と可動電極の間の容量に基づいて加速度を検出する加速度センサにおいて、可動電極と固定電極が形成される基板との接着を防止することを開示するものとして、例えば特許文献２がある。
【特許文献１】特開２００４−１９８２４３
【特許文献２】特開２００４−２９４４０１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ストッパー部を一体形成する加速度センサにおいて、錘とストッパー部とを離間する場合、ウェットエッチングを行い錘とストッパー部の間に存在する物質を除去することが必要である。
【００１２】
しかし、微細化が進む今日にあっては錘とストッパー部との間隔が狭いため、ウェットエッチングに用いた薬液の洗浄を行ったときに錘とストッパー部との間に洗浄液が残ってしまう場合がある。そのため、残った洗浄液を乾燥させるときに、洗浄液の表面張力によって錘とストッパー部とが接着してしまう、所謂スティッキング効果が発生することによって加速度センサの製造時に不具合が発生することがあった。
【００１３】
また、特許文献２には可動電極と基板との間にエッチング残しを形成することが開示されているが、ストッパー部を一体形成する加速度センサにおいては、錘の質量を大きくするために台座と錘の間隔が小さく、特許文献２に記載されるような凸部を設けることによってエッチング残しを形成する方法を本発明で適用することはできない。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものである。上記課題を解決するにあたり本発明の加速度センサ及びその製造方法は、下記のような特徴を有している。
【００１５】
本発明の加速度センサは、錘固定部と、該錘固定部を離間して囲む台座固定部と、該錘固定部と該台座固定部とを可撓的に接続する梁部と、該錘固定部及び該梁部と離間して該台座固定部に接続されるストッパー部とを有する第１の基板と、前記錘固定部に第１の接続層を介して接続され、前記ストッパー部と離間して重なる錘部と、前記錘部と離間して、前記台座固定部に第２の接続層を介して接続される台座部と、前記ストッパー部と離間して、該ストッパー部と前記錘部との間の該錘部に形成される突起部とを有している。
【００１６】
本発明の加速度センサの製造方法は、第１の基板と、接続層を介して接続される第２の基板とからなる積層基板を準備する第１の工程と、前記第１の基板に、錘固定部と該錘固定部を離間して囲む台座固定部と該錘固定部と該台座固定部とを接続する梁部と該錘固定部及び該梁部と離間して該台座固定部に接続されるストッパー部とを画成する第１の溝部を形成する第２の工程と、前記第２の基板に、前記ストッパー部と離間して重なる錘部及び該錘部と離間する台座部とを画成する第２の溝部を形成する第３の工程と、前記接続層を、前記錘固定部と前記錘部とを接続する第１の接続層、前記台座固定部と前記台座部とを接続する第２の接続層及び前記ストッパー部と離間して該ストッパー部と該錘部との間の該錘部に形成される突起部が形成されるように除去する第４の工程とを有している。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の加速度センサによれば、ストッパー部と錘部の間の錘部側に突起部が形成されることによって、加速度センサを製造するときのスティッキング効果を防ぎ、ストッパー部と錘部が接合する不具合を解消することができる。また、工程数を増やすことなく、突起部以外に付加的形状を追加させることなく形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態につき説明する。なお、この発明の加速度センサ及びその製造方法に関して、シリコン基板等の従来公知の材料やエッチング等の従来公知の手段を用いる場合があるが、この場合は、これら材料及び手段の詳細な説明を省略する場合がある。
【実施例１】
【００１９】
以下、図１〜図６を用いて、本発明の実施例１に関する加速度センサについて説明する。
【００２０】
［構造］
以下、図１〜図４を用いて、本発明の実施例１に関する加速度センサの構造について説明する。
【００２１】
図１は、本発明の実施例１における加速度センサの斜視図である。図２は、図１に示す本発明の実施例１における加速度センサの上面図である。図３は、図１に示す本発明の実施例１における加速度センサの断面図および部分拡大図を示すものであって、図３（ａ）は、図１のＡ−Ａ′における断面図であり、図３（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ′における断面図であり、図３（ｃ）は、図１のＣにおける部分拡大図である。また、図４は図１に示す本発明の加速度センサを構成する各層の上面図であり、図４（ａ）は最上層である第１の層１０１の上面図、図４（ｂ）は第１の層１０１の下方に位置する接続層１０２の上面図、および図４（ｃ）は接続層１０２の下方に位置する第２の層１０３の上面図である。
【００２２】
本発明の実施例１に関する加速度センサは、図１に示すとおり、第１の層１０１、接続層１０２及び第２の層１０３がこの順番に積層され、かつ、各々の各上面が同一方向になるように積層された、３層からなる積層基板により構成される。また、本発明の実施例１に関する加速度センサは、台座１１０と、梁部１２０と、錘１３０と、ストッパー部１４０と、突起部１５０とを有している。
【００２３】
台座１１０は、第１の層１０１に形成される台座固定部１１１と、接続層１０２に形成される台座接続部１１２（第２の接続層）と、第２の層１０３に形成される台座部１１３とにより構成される積層構造体である。また、台座１１０は、上面及び下面を有する方形状の積層基板の上面と下面とに亘って貫通孔が形成された形状を有する。換言すれば、台座１１０は貫通孔を画成する内壁が形成された形状を有する。台座１１０の最上層である台座固定部１１１は、後述する梁部１２０の第１の端部１２１と接続される。
【００２４】
梁部１２０は、台座固定部１１１の内壁に接続される第１の端部１２１と、後述する錘１３０に接続される第２の端部１２２とを有する。さらに、梁部１２０は、可撓性を有し、梁部１２０上には加速度によって梁部１２０が歪んだときに梁部１２０の歪みを検知するピエゾ抵抗素子が形成される（図示せず）。
【００２５】
錘１３０は、第１の層１０１に形成される錘固定部１３１と、接続層１０２に形成される錘接続部１３２（第１の接続層）と、第２の層１０３に形成される錘部１３３とにより構成される積層構造体である。錘固定部１３１は、前述した梁部１２０の第２の端部１２２が接続される部分を含む。
【００２６】
ストッパー部１４０は、台座固定部１１１の内壁であって前述した梁部１２０の第１の端部と接続される部分とは離間した部分に形成される。ここでストッパー部１４０には複数の貫通孔１４１が形成される。
【００２７】
突起部１５０は、ストッパー部１４０と錘部１３３の間であって錘部１３３上に形成される。突起部１５０はストッパー部１４０側に先端を有する四角錐状に形成される。突起部１５０がストッパー部１４０に衝突することにより錘１３０の変位量を制御することができる。
【００２８】
図２は、図１に示す本発明の加速度センサの上面図である。図２に示すとおり、第１の層１０１と接続層１０２と第２の層１０３とに形成された錘１０３と、ストッパー部１４０とは上面側から見ると重なり合っている。ここでは説明の便宜上、第１の層１０１によって隠れてしまう部分に関して破線によって補足しているところもある。
【００２９】
錘１３０を構成する錘接続部１３２は、錘接続部１３２の上面の形状が錘固定部１３１の上面の形状と同一の形状となるように形成される。錘部１３３は、錘部１３３を上面側から見た場合の面積のほうが錘固定部１３１を上面側から見た場合の面積よりも大きくなるように形成される。このとき錘固定部１３１と錘部１３３を上面側から重ねると錘固定部１３１は錘部１３３に完全に重なるように形成される部分と錘部１３３のみの部分とから構成される。さらに錘１３０は、梁部１２０の周辺に梁部１２０とは離間し、台座１１０に向かって突出した部分を有する。すなわち、錘１３０は、梁部１２０の第１の端部１２１と第２の端部１２２との距離を大きくするために、第１の端部１２１が接続される台座１１０と第２の端部１２２が接続される錘１３０との距離を可能な限り大きくするとともに、錘１３０の質量を大きくするために、台座１１０と梁部１２０とによって囲まれる空間内に台座１１０及び梁部１２０に離間して、台座１１０方向へ可能な限り突出させるように形成される。
【００３０】
ストッパー部１４０は、方形状の台座固定部１１１の隣接する二辺に亘って形成され、上面側から見た場合に錘１３０の錘固定部１３１と錘部１３３が重なる部分から離間して錘部１３３のみの部分と重なるように形成される。本発明の実施例１における加速度センサに関してはストッパー部１４０が台座固定部１１１の隣接する二辺を含む三角形状に形成されているが、錘部１３３と重なり合う形状であればストッパー部１４０の形状はこれに限定されない。また、ストッパー部１４０は４ヶ所に形成され、各ストッパー部には複数の貫通孔１４１が形成されている。
【００３１】
突起部１５０は、上面側から見てストッパー部１４０に形成される複数の貫通孔１４１の間に形成されるようにする。これによって突起部１５０の先端がストッパー部１４０に接触可能となる。したがって、突起部１５０の高さを調節することにより錘１３０の変位量を制御することができ、過大な加速度によって梁部が破損することを防ぐことができる。
【００３２】
図３（ａ）は、図１に示す本発明の加速度センサのＡ−Ａ′における断面図であり、Ａ−Ａ′断面においては台座１１０と、梁部１２０と、錘部１３３と、ストッパー部１４０と、突起部１５０とが示されている。図３（ａ）に示すように、台座１１０は、台座固定部１１１と台座接続部１１２と台座部１１３とにより構成される。錘部１３３は台座１１０から離間して台座１１０内に配置される。また、台座部１１３の厚さよりも錘部１１３の厚さの方が８〜１５μｍ薄く形成されている。これは、錘１３０の垂直方向への変位量を確保するために設定するものであって、必要に応じて適宜設定される。ストッパー部１４０は、錘部１３３の一部を覆うように台座固定部１１１から梁部１２０に向かって張り出した形状となる。突起部１５０は錘部１３３のストッパー部１４０に覆われた部分に形成される。
【００３３】
図３（ｂ）は、図１に示す本発明の加速度センサのＢ−Ｂ′における断面図であり、Ｂ−Ｂ′断面においては台座１１０と、梁部１２０と、錘１３０とが示されている。図３（ｂ）に示すように、台座１１０は、台座固定部１１１と台座接続部１１２と台座部１１３とにより構成される。錘１３０は、錘固定部１３１と錘接続部１３２と錘部１３３とにより構成される。梁部１２０は台座固定部１１１の内壁に接続する第２の端部と錘固定部１３１に接続する第１の端部とにより構成される。
【００３４】
図３（ｃ）は、図１に示す本発明の加速度センサのＣにおける部分拡大図であり、錘１３０と突起部１５０とが示されている。図３（ｃ）に示すように、突起部１５０は、錘１３０の錘固定部１３１および錘接続部１３２とは重ならない部分の錘部１３３に形成される。また、図３（ｃ）に示す直線の破線部１５１は、その直上にストッパー部１４０の端部が形成されることを示している。錘部１３３において、錘固定部１３１および錘接続部１３２とはかさならない部分であって直線状の破線部１５１より突起部１５０が形成される側の上方は、ストッパー部１４０によって覆われている。さらに、図３（ｃ）に示す円形の破線部１５２は、ストッパー部１４０に形成された貫通孔１４１に対応する領域を示すものである。すなわち、円形の破線部１５２は、その直上にストッパー部１４０に形成された貫通孔１４１が配置されることを示している。図３（ｃ）に示すように、本願発明の実施例１に関する加速度センサにおいて、突起部１５０は、ストッパー部１４０の貫通孔１４１に対応する複数の円形の破線部１５２に囲まれるように配置される。また、本願発明の実施例１において、突起部１５０は四角錐であり、それぞれ４つの円形状の破線部１５２に囲まれている。
【００３５】
図４は図１に示す本発明の加速度センサを構成する各層の上面図であり、図４（ａ）は最上層である第１の層１０１の上面図を示す。図４（ａ）に示す本発明の実施例１に関する加速度センサの第１の層１０１は、シリコンを材料とする厚さ３〜８μｍの基板である。第１の層１０１は、台座１１０の台座固定部１１１と、梁部１２０と、錘１３０の錘固定部１３１と、ストッパー部１４０とによって構成される。また、台座固定部１１１と、梁部１２０と、錘固定部１３１と、ストッパー部１４０とは、第１の層１０１に幅１０〜２５μｍの第１の溝部４０１を形成することによって画成されるとも言い換えられる。すなわち、実際にはこれらに明確な境界線は存在せず、説明の便宜上それぞれの機能によって第１の層１０１をそれぞれの部分に分けているのである。つまり、台座固定部１１１は第１の層１０１において、台座接続部１１２を介して台座部１１３を接続している部分、錘固定部１３１は第１の層１０１において、錘接続部１３２を介して錘部１３３を接続している部分、梁部１２０は第１の層１０１において、加速度に応じて撓む機能を有する部分、ストッパー部１４０は第１の層１０１において、錘１３０の垂直方向への変位量を制限する機能を有する部分をそれぞれ指しているのである。
【００３６】
図４（ｂ）は第１の層１０１の下方に位置する接続層１０２の上面図を示す。図４（ｂ）に示す本発明の実施例１に関する加速度センサの接続層１０２は、厚さ１〜３μｍのシリコン酸化膜である。接続層１０２は、台座１１０の台座接続部１１２と、錘１３０の錘接続部１３２と、突起部１５０とによって構成される。台座接続部１１２は台座固定部１１１と台座部１１３とを接続するものであり、錘接続部１３２は錘固定部１３１と錘部１３３とを接続するものである。突起部１５０は、錘固定部１３１および錘接続部１３２と重ならない部分の錘部１３３上に形成されている。本発明の実施例１に関する加速度センサにおいては、錘固定部１３１および錘接続部１３２と重ならない部分が４ヶ所あり、それぞれに複数個の突起部１５０が形成されている。本願発明の加速度センサは錘１３０が３次元的に変位するため、単数である場合には４ヶ所のうち１ヵ所がストッパー部１４０と衝突する状況も考えられ、１つの突起部１５０に応力が集中してしまう場合にはストッパー部１４０が破損することが考えられる。ストッパー部１４０が破損した場合には、錘１３０の変位量に制限がなくなるため過度の加速度が加わった場合に過度の変位によって梁部１２０が破損してしまう不具合が発生する場合がある。そのため、突起部１５０は応力を分散させるために１ヵ所に複数形成することが好適である。なお、特許文献２においては、上面側から見た平面図において一組の凸部を面積が広がる方向に設けている。これによって、平面的に広がった凸部が形成された部分に、平面に対して垂直な方向に突出する一つのエッチング残しを形成する構成となっている。しかしながら、図７に記載の加速度センサの構造に新たに上面側から見た平面図において複数の凸部を面積が広がる方向に設けるには、錘の面積を小さく変更して形成しなくてはならない。即ち、錘の重量を減らし感度を犠牲にしなくては達成できないためこのような構成を取ることは困難である。このように、図７に記載の加速度センサの構造にあっては、平面図において面積が広がる方向に凸部を形成することによって平面に対して垂直な方向に複数の突起部１５０を形成することは困難である。本発明においては、凸部のような新たな構成を増やすことなく複数の突起部１５０を形成することが可能である。また、上面側から見た平面図において、突起部１５０は錘１３０に形成される位置と同位置となるストッパー部１４０には形成されないことが好ましい。これは、それぞれの突起部１５０の先端同士が接触してしまうこととなり、垂直方向の加速度が与えられた場合にはそれぞれの突起部１５０が先端からずれるように変位してしまうためである。これによって、錘１３０の変位が加速度以外の要因により起こるため正確な加速度の測定に支障をきたす虞が生じてしまう。よって、突起部１５０は、錘１３０に形成される突起部１５０と平面図において同位置のストッパー部１４０には形成されないことが好適である。これは、上述の虞が生じない程度のエッチング残しがストッパー部１４０に形成されることを妨げるものではない。さらに、突起部１５０が錘１３０に形成されず、ストッパー部１４０に形成されても良い。この場合であっても工程数を増���すことなく突起部１５０を形成することができる。
【００３７】
図４（ｃ）は接続層１０２の下方に位置する第２の層１０３の上面図を示す。図４（ｃ）に示す本発明の実施例１に関する加速度センサの第２の層１０３は、シリコンを材料とする厚さ２００〜４００μｍの基板である。第２の層１０３は、台座１１０の台座部１１３と、錘１３０の錘部１３３とによって構成されるが、前述のように台座部１１３の厚さよりも錘部１３３の厚さの方が１〜１５μm薄く形成されているため、第２の層１０３の厚さは台座部１１３の厚さに等しい。
【００３８】
本発明の実施例１における加速度センサは図４（ａ）〜図４（ｃ）に示す第１の層１０１、接続層１０２及び第２の層１０３の各層を積層した構造となっている。台座１１０は、第１の層１０１の台座固定部１１１と接続層１０２の台座接続部１１２と第２の層１０３の台座部１１３とによって構成され、錘１３０は、第１の層の錘固定部１３１と接続層１０２の錘接続部１３２と第２の層１０３の錘部１３３とによって構成されている。また、梁部１２０は台座１１０の台座固定部１１１と錘１３０の錘固定部１３１とを可撓的に接続し、ストッパー部１４０は、錘１３０の錘部１３３の一部を覆うように形成される。突起部１５０は、ストッパー部１４０に覆われた錘部１３３上に形成される。
【００３９】
本発明の実施例１における加速度センサによれば、ストッパー部１４０に覆われる錘部１３３上に突起部１５０を有するため、ストッパー部１４０に対して点で接することができるためスティッキング効果を防ぎ、ストッパー部１４０と錘１３０とが接合してしまう不具合を解消することができる。また、複数の突起部１５０を形成することにより、ストッパー部１４０と突起部１５０が衝突する際に応力を分散することができるためストッパー部１４０が破損することがなく、耐衝撃性を低下させることはない。さらに突起部１５０の高さを調節することによって錘１３０の垂直方向への変位量を調整することができる。
【００４０】
［製造方法］
以下、図４〜図６を用いて本発明の実施例１における加速度センサの製造方法について説明する。
【００４１】
本実施例では、図５（ａ）に示すように、第１の層１０１、接続層１０２、第２の層１０３を積層したＳＯＩ基板を用いる。第１の層１０１、接続層１０２、第２の層１０３はそれぞれ上面及び下面を有し、各々の上面が同一方向で積層される。図５（ｂ）〜図５（ｅ）は、図１のＡ−Ａ´断面における形成工程を示す。図６（ａ）〜図６（ｄ）は、後述する貫通孔１４１のレイアウト及び形成される突起部１５０の形状を示す。
【００４２】
図５（ｂ）に示すように、第１の層１０１において半導体回路形成プロセスを用いて梁部上に配置されるようにピエゾ抵抗素子を形成し（図示せず）、第１の層１０１の上面図が図４（ａ）となるように第１の溝部４０１を形成する。第１の溝部４０１は、異方性エッチングによって形成され、台座固定部１１１、梁部１２０、錘固定部１３１、ストッパー部１４０が画成されるように形成される。ここで、第１の溝部４０１を形成すると同時にストッパー部１４０に複数の貫通孔１４１を形成する。本発明の実施例１における加速度センサには４つのストッパー部１４０が形成されるが、そのそれぞれに複数の貫通孔１４１を形成することによって、複数の突起部１５０が形成される。複数の貫通孔１４１は、ストッパー部１４０の直下に形成される接続層１０２を効率よくエッチングするために形成されるが、この貫通孔１４１の配置を変更すること、またはエッチング条件を変更することによって突起部１５０が形成される。
【００４３】
次に図５（ｃ）に示すように、第２の層１０３の下面に段差５０１を形成する。段差５０１は深さが８〜１５μｍに設定され、錘部１３３の厚さを台座部１１３の厚さよりも薄くする目的で形成される。したがって、第２の層１０３に形成される段差５０１の一部が錘部１３３となり、第２の層１０３の段差５０１が形成されない部分が台座部１１３となる。この工程は、本願発明の加速度センサを搭載する部材の構造によっては省略可能である。すなわち、加速度センサを搭載する部材において、例えば錘１３０の直下に窪みが形成されている構造であればこの工程を行わなくとも錘１３０が下方へ変位可能となる。このように加速度センサが搭載される部材の構造によって錘１３０が下方へ変位することが可能な場合には本工程を省略することが可能である。
【００４４】
次に図５（ｄ）に示すように、第２の層１０３の上面図が図４（ｃ）となるように第２の溝部５０２を形成する。第２の溝部５０２は、異方性エッチングによって形成され、台座部１１３と錘部１３３とが画成されるように形成される。
【００４５】
次に図５（ｅ）に示すように、接続層１０２を、台座固定部１１１と台座部１１３とを接続する台座接続部１１２（第２の接続層）、錘固定部１３１と錘部１３３とを接続する錘接続部１３２（第１の接続層）及びストッパー部１４０と離間してストッパー部１４０と錘部１３３との間の錘部１３３に形成される突起部１５０が形成されるように除去する。台座接続部１１２と錘接続部１３２と突起部１５０とを形成する工程はウェットエッチングによって形成され、ウェットエッチングに用いられるエッチング液が第１の溝部４０１、第２の溝部５０２及び貫通孔１４１を介して接続層１０２に到達し、接続層１０２が除去される。このときウェットエッチングは等方性エッチングであることから、エッチング液が接した部分から全方向にかつ等距離に接続層１０２を除去していくため複数の貫通孔１４１からの距離が遠い部分となる複数の貫通孔１４１間の錘部１３３側に突起部１５０が形成されることとなる。これによって突起部１５０は貫通孔１４１の直下に形成されないため、垂直方向へ錘１３０が変位した場合に突起部１５０はストッパー部１４０に接触することとなる。また、ウェットエッチングを調節することによって突起部１５０の高さを調節することができるため、接続層１０２の厚さに関わらず垂直方向への変位量を調整することができる。エッチング条件については、薬液は、接続層１０２はシリコン酸化膜によって形成されるため酸化膜に選択比を有するものを適宜選択する。本発明の実施例１における加速度センサの接続層１０２は１〜３μｍであり、ウェットエッチングの時間を約７０分と設定することで突起部１５０が形成された加速度センサを得ることができる。ここで比較として従来の加速度センサの製造方法ではウェットエッチングの時間を約８０分とすると突起部１５０が形成されない加速度センサを形成することができる。すなわち、突起部１５０が形成されない加速度センサを形成するためのウェットエッチングの時間よりも約１０〜１３％の時間を短縮することによって突起部１５０が形成される。なお、エッチング時間は総時間を示したものであり、複数回のウェットエッチングによって形成される場合であってもよい。複数回のウェットエッチングに工程を分けることによって、除去されたシリコン酸化膜を取り除くと共に反応した薬液を取り替えることによりウェットエッチングが促進される。さらに、各ウェットエッチングの工程前に界面活性剤に浸す工程を追加しても良い。界面活性剤に浸すことによって薬液及び洗浄液の表面張力を低減させ、微細な部分にも効率よく薬液を行き届かせると共に、微細な部分の洗浄を効率的に行うことができる。
【００４６】
以上の工程により本発明の加速度センサが完成する。さらに、図６において貫通孔１４１のレイアウトについて説明する。ストッパー部１４０に形成される貫通孔１４１は、その配置によって形成される突起部１５０の位置及び形状が変化する。本発明の実施例１において形成される突起部１５０は、図６（ａ）に示される貫通孔１４１のレイアウトによって形成される。これは貫通孔１４１の配置を四角形の各々の角に対応する位置に等間隔となるように配列したものである。このとき、貫通孔１４１の径の大きさは３〜４μｍに設定され、貫通孔同士の間隔は５．５〜４．５μｍに設定される。本発明の実施例１における貫通孔１４１のレイアウトは、貫通孔の径の大きさと貫通孔同士の間隔との合計が８．５μｍに設定されている。全体のレイアウトは、任意に二つの貫通孔を設定し、これらを結ぶ第１の仮想直線に対して二つの貫通孔の一方を９０度の角度をもって通過する第２の仮想直線を想定し、第２の仮想直線上に新たな貫通孔を設定する。このとき新たな貫通孔もまた、貫通孔の径の大きさと貫通孔同士の間隔との合計が一定となるように設定される。これらの手順を繰り返すことによって全体のレイアウトが完成する。これによって突起部１５０は四角錐形状で形成される。図６（ｂ）〜図６（ｄ）に関しては図６（ａ）を応用したものであって、図６（ｂ）は貫通孔１４１の配置を三角形の等間隔となるように配列したものであり、図６（ｃ）は貫通孔１４１の配置を六角形となるように配置したものであり、図６（ｄ）は貫通孔１４１の配置を八角形となるように配置したものである。図６（ａ）では、第１の仮想直線と第２の仮想直線の成す角度が９０度であったが、例えば図６（ｂ）では６０度に、図６（ｃ）では１２０度に、図６（ｄ）では１３５度に設定して貫通孔のレイアウトを行えば良い。これによって、突起部１５０は、図６（ｂ）では三角錐形状で、図６（ｃ）では六角錐形状で、図６（ｄ）では八角錐形状で形成される。このように、貫通孔５０２のレイアウトを変更することで突起部１５０の形状を制御することができる。なお、ここでは図示していないが、貫通孔１４１のレイアウトによってさらに円錐に近い形状にすることも可能である。また、図６（ａ）〜図６（ｄ）に図示する部分Ａは、突起部１５０が形成される最小単位の貫通孔１４１群を示すものであり、図６（ａ）〜図６（ｄ）に示すように錘部１３３の全面に形成されるものではなく、局所的に最小単位の貫通孔１４１群Ａを適宜選択した位置に形成しても良い。さらに、突起部１５０の形状は、側面が多い形状であるほど、貫通孔１４１が多いためエッチング速度が速く、効率的にエッチングを行えるが、貫通孔１４１が多いためにストッパー部１４０の耐衝撃性が低くなる。突起部１５０の形状は、側面の数が少ない形状であるほど、貫通孔１４１が少ないためストッパー部１４０の耐衝撃性が低くなることはないが、エッチング速度が遅くなってしまう。これらの長短を鑑みて突起部１５０の形状は四角錐形状であることが好ましい。
【００４７】
本発明の実施例１における加速度センサの製造方法によれば、複数の貫通孔１４１間の錘部１３３側に複数の突起部１５０が形成されることによって、ウェットエッチングに用いた薬液の洗浄を行った後に乾燥させるときに、錘１３０とストッパー部１４０とが接着してしまうことを防ぐことができる。また、複数の突起部１５０が形成されることによって接続層１０２の膜厚に依らずに錘１３０の垂直方向への変位量を調整することができる。
【００４８】
以上、本発明について実施例を用いて説明したが、本発明は実施例の範囲に限定されるものではなく、各請求項に記載された技術的思想の範囲内において、適宜変更可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施例１における加速度センサの斜視図。
【図２】本発明の実施例１における加速度センサの上面図。
【図３】同図（ａ）は図１でのＡ−Ａ'断面図、同図（ｂ）は図１でのＢ−Ｂ'断面図、同図（ｃ）は図１でのＣの部分拡大図。
【図４】同図（ａ）は本発明の実施例１における加速度センサの第１の層１０１の上面図、同図（ｂ）は本発明の実施例１における加速度センサの接続層１０２の上面図、同図（ｃ）は本発明の実施例１における加速度センサの第２の層１０３の上面図。
【図５】本発明の実施例１における加速度センサの製造方法を説明する図。
【図６】本発明の実施例１における加速度センサの貫通孔５０２のレイアウトを説明する図。
【図７】従来における加速度センサの斜視図
【図８】従来における加速度センサの上面図
【図９】従来における加速度センサの製造方法を説明する図
【図１０】従来における加速度センサの製造方法を説明する図
【図１１】従来における加速度センサの製造方法を説明する図
【図１２】従来における加速度センサの製造方法を説明する図
【符号の説明】
【００５０】
１０１  …  第１の層
１０２  …  接続層
１０３  …  第２の層
１１０  …  台座
１１１  …  台座固定部
１１２  …  台座接続部
１１３  …  台座部
１２０  …  梁部
１２１  …  第１の端部
１２０  …  第２の端部
１３０  …  錘
１３１  …  錘固定部
１３２  …  錘接続部
１３３  …  錘部
１４０  …  ストッパー部
１４１  …  貫通孔
１５０  …  突起部
１５１  …  破線
１５２  …  破線
４０１  …  第１の溝部
５０１  …  段差
５０２  …  第２の溝部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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