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JPH09211020A - 加速度センサー - Google Patents

加速度センサー

Info

Publication number
JPH09211020A
JPH09211020A JP8019595A JP1959596A JPH09211020A JP H09211020 A JPH09211020 A JP H09211020A JP 8019595 A JP8019595 A JP 8019595A JP 1959596 A JP1959596 A JP 1959596A JP H09211020 A JPH09211020 A JP H09211020A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
acceleration
support beam
piezoelectric element
resonator
acceleration sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP8019595A
Other languages
English (en)
Inventor
Noritomo Shimizu
紀智 清水
Ushio Sagawa
潮 寒川
Shiyuuko Maeda
修子 前田
Toshiyuki Iwazawa
利幸 岩澤
Masayoshi Miura
眞芳 三浦
Takeo Sato
健夫 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP8019595A priority Critical patent/JPH09211020A/ja
Publication of JPH09211020A publication Critical patent/JPH09211020A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
    • G01P2015/0822—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
    • G01P2015/0825—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass
    • G01P2015/0828—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass the mass being of the paddle type being suspended at one of its longitudinal ends

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  • Pressure Sensors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体プロセスが適用可能で、温度変化、雑
音混入等による影響がなく高精度の共振型加速度センサ
ーを提供する。 【解決手段】 加速度により移動可能な慣性体２と、慣
性体２を支持しその移動時に変形する支持梁３と、支持
梁３に隣接して設置された圧電素子の励振部４と圧電素
子の受信部５と伝播部６とを有する共振体７を備え、加
速度が印加された際、支持梁３の変形に対応した共振体
７の変形により生じるその振動状態の変化を励振部４へ
の入力信号と受信部５よりの出力信号により検出して、
印加された加速度を測定する加速度センサーであって、
支持梁３及びその近傍上に形成された共振体７へ連絡す
る配線パターンが対称形を有する構成に代表される加速
度センサーである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両等の加速度を
検出・測定するための加速度センサーに関し、特に、小
型でかつ高精度のシリコン基板を用いた高精度の加速度
センサーを良く作製するための構造ならびに製造方法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、加速度センサーの開発が盛んとな
っており、様々な種類の加速度センサーが提案されてい
る。
【０００３】この中で、直流成分の加速度を正確に検出
する加速度センサーとして、梁のたわみによる張力を利
用し、励振側で発生した振動の共振周波数の変化を受信
するいわゆる共振型加速度センサーが注目されてきてい
る。
【０００４】以下、図面を参照しながら、従来の共振型
加速度センサーの構造について説明する。
【０００５】図１３は、従来の共振型加速度センサーの
構成図であり、図１３（ａ）は、従来の共振型加速度セ
ンサーの平面図、及び図１３（ｂ）は、そのＡ−Ａ断面
図である。
【０００６】図１３において、２００は振動体、２０１
は慣性体であり、振動体２００は、励振部２０２、受信
部２０３及び伝搬部２０４から構成されている。
【０００７】また、慣性体２０１は、車両体側に支持梁
２０５で連結されている。このような構成において、加
速度が印加されると、慣性体２０１が上下して支持梁２
０５がたわむと共に振動体２００は伸び縮みする。
【０００８】そのため、加速度が変化した際には振動体
２００の共振周波数が変化することになり、この周波数
変化を検出することにより加速度を測定することが可能
となる。
【０００９】このような構成の場合、振動体２００の伸
縮は振動体２００への張力と関連しており、加速度に対
する方向性を示さないようにするためには、振動体２０
０が支持梁２０５の変形のみにより張力を受ける必要が
ある。
【００１０】また、従来、単結晶シリコン基板を用い加
工する場合、ｐ型ドーパントであるボロンを不純物拡散
し、基板導電体によりエッチングレートの異なるエッチ
ャント、たとえばエチレンジアミンピロカテコール（Ｅ
ＤＰ）やＫＯＨ水溶液を用い基板の加工を行っていた。
【００１１】このようにして、シリコン基板を加工した
ものとしては、例えばセンサーズ・アンド・アクチュエ
ーターズ（Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒ
ｓＢ，ｐ．２１２，（１９９３））に記載されているも
のがある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成の共振型加速度センサーでは、加速度センサー
の小型化に伴いシリコンＬＳＩ形成プロセスを利用した
場合、微細化に伴い従来問題とならなかった部分の精密
な制御が必要となってくる。
【００１３】とりわけ、各構造物の膜厚が薄くなるに伴
いプロセス過程において発生する熱履歴がストレスを発
生し、その結果、支持梁へ不均一な応力が加わり、正確
な加速度の検出が不可能になってしまう。
【００１４】このような熱履歴によるストレスは、配線
パターンからの応力が支持梁に不均一に伝えられた場
合、支持梁にねじれ等の変形を引き起こしてしまう。
【００１５】ねじれた構造の支持梁を有する加速度セン
サーにおいては加速度を与えた場合、加速度に対する方
向性を持った出力信号が発生してしまうことになる。
【００１６】さらに、センサー自体の微細化が行われた
場合、信号検出領域も微細化され出力信号の強度自体も
小さくなってしまう。
【００１７】その結果、出力信号に対して寄生配線間容
量が大きくなることで、出力信号に対して雑音が大きく
なり、つまり、出力信号が、寄生配線間容量によって減
衰してしまい出力信号を正確に伝達することができなく
なってしまう。
【００１８】また、この配線間容量は、出力信号線どう
しの寄生配線容量だけでなく、出力信号線とシリコン基
板間の寄生配線容量に関しても発生する。
【００１９】一方、シリコンＬＳＩ形成プロセスを用い
て共振型加速度センサーを形成する場合、通常配線材料
はスッパッタデポジションにより形成される。
【００２０】スパッタデポジションにより配線を形成す
る場合、スパッタ工程のでポジションレートは大きくす
ることができないため、工程上配線の膜厚は厚くするこ
とが不可能となってしまうが、薄い膜厚の配線を用いた
場合、段差上での配線が切れてしまい配線不良を引き起
こしてしまう。
【００２１】また、シリコンＬＳＩ形成プロセスを用い
る場合、多数の共振型加速度センサーが同一基板内に形
成されるため、特性のそろった加速度センサーを形成す
る場合、共振周波数特性がウエハー内でそろったものを
形成する必要があるが、この共振周波数は共振体の膜厚
に依存する。
【００２２】そして、加速度に対する感度は、支持梁の
曲がり量に依存するため、支持梁の膜厚によっても感度
が変化する。
【００２３】従って、２種類の膜厚の異なる領域を、ウ
エハー内に、制御性良く形成する必要がある。
【００２４】しかしながら、エッチャントを用いたエッ
チングによるシリコン基板の加工としては、所望の領域
を残すことに応用されていたが、エッチングレートがば
らついてしまうことから、膜厚の正確な制御を目的に用
いられることはなかった。
【００２５】また、共振型加速度センサーにおいては、
環境温度の変化により共振体が熱膨脹を起こし、その結
果共振体の張力の変化が発生する共振体の張力変化は共
振周波数の変化を引き起こす。
【００２６】例えば、共振周波数が、温度変化１℃につ
き、８００Ｈｚの変動をもたらすということが知られて
いる。
【００２７】この温度による共振周波数の変化が発生し
た場合、加速度による共振周波数の変化と分離して測定
することが不可能となり、正確な加速度の測定ができな
くなるという課題を有していた。
【００２８】本発明は、上記のような課題を解決するた
めになされたものであり、共振型加速度センサーにさら
に改良を加え、シリコンＬＳＩ形成プロセスを用い形成
することが容易であって、小型で感度の良い加速度セン
サーを提供することにある。
【００２９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の加速度センサーは、加速度により移動可能
な慣性体と、慣性体を支持し慣性体の移動時に変形する
支持梁と、支持梁に隣接して設置された圧電素子からな
る励振部と圧電素子からなる受信部と伝播部とを有する
共振体を備え、加速度が印加された際、支持梁の変形に
対応した共振体の変形により生じる共振体の振動状態の
変化を励振部への入力信号と受信部よりの出力信号によ
り検出して、印加された加速度を測定する共振型加速度
センサーを基本構成とし、以下の特徴的構成を、単独
で、又は任意に組み合わせて有するものである。
【００３０】まず、支持梁及びその近傍上に形成された
共振部へ連絡する配線パターンが対称形を有する加速度
センサーである。
【００３１】次に、共振部へ連絡する配線パターンと基
板との間に不純物拡散領域を有する加速度センサーであ
る。
【００３２】次に、受信部の圧電素子に連絡された一対
の配線パターン間における静電容量の内、圧電素子に対
応した領域以外の層間絶縁膜に起因した静電容量が、受
信側圧電素子に対応した領域の層間絶縁膜の静電容量の
１／１０以下である加速度センサーである。
【００３３】次に、共振部へ連絡する配線パターンの
内、圧電素子により形成される段差を通過する部分の配
線パターンは、平坦領域上の配線パターンよりも幅が広
い加速度センサーである。
【００３４】次に、環境変化には対応するが加速度変化
には対応しない出力信号を出力する温度補償用センサー
を有する加速度センサーである。
【００３５】次に、共振部へ連絡する配線パターンは、
支持梁を第１の方向に変形させる力を印加する構成要素
と、第１の方向の反対方向に変形させる力を印加する構
成要素とを有する加速度センサーである。
【００３６】最後に、伝搬部と慣性体は、基板に形成さ
れた不純物拡散領域を利用して形成された加速度センサ
ーである。
【００３７】以上の構成により、シリコンＬＳＩ形成プ
ロセスを用い形成することが容易であって、小型で感度
の良い加速度センサーを提供する。
【００３８】
【発明の実施の形態】まず、請求項１に記載された本発
明は、加速度により移動可能な慣性体と、前記慣性体を
支持し慣性体の移動時に変形する支持梁と、前記支持梁
に隣接して設置された圧電素子からなる励振部と圧電素
子からなる受信部と伝播部とを有する共振体を備え、加
速度が印加された際、前記支持梁の変形に対応した共振
体の変形により生じる共振体の振動状態の変化を前記励
振部への入力信号と受信部よりの出力信号により検出し
て、印加された加速度を測定する加速度センサーであっ
て、前記支持梁及びその近傍上に形成された前記共振部
へ連絡する配線パターンが対称形を有する加速度センサ
ーである。
【００３９】ここで、請求項２記載のように、加速度セ
ンサーは、単一の基板を利用して形成され、前記基板全
体上で配線パターンが対称形を有していてもよい。
【００４０】このような構成により、加速度センサー形
成プロセス中の熱履歴により支持梁へ応力を与えた場合
においても支持梁にねじれを発生させることがないた
め、加速度に対し方向性を持った出力信号とならず、正
確な加速度を検出することが可能となる。
【００４１】また、請求項３記載の本発明は、加速度に
より移動可能な慣性体と、前記慣性体を支持し慣性体の
移動時に変形する支持梁と、前記支持梁に隣接して設置
された圧電素子からなる励振部と圧電素子からなる受信
部と伝播部とを有する共振体を備え、加速度が印加され
た際、前記支持梁の変形に対応した共振体の変形により
生じる共振体の振動状態の変化を前記励振部への入力信
号と受信部よりの出力信号により検出して、印加された
加速度を測定する加速度センサーであって、基板はシリ
コン製であり、前記共振部へ連絡する配線パターンと前
記基板との間に不純物拡散領域を有する加速度センサー
である。
【００４２】ここで、請求項４記載のように、不純物拡
散領域が、０電位側信号線として機能していてもよい。
【００４３】このような構成により、励振側や受信側の
共通信号線と基板間で、寄生容量が発生して、出力信号
が減衰することがなくなる。
【００４４】また、請求項５記載の本発明は、加速度に
より移動可能な慣性体と、前記慣性体を支持し慣性体の
移動時に変形する支持梁と、前記支持梁に隣接して設置
された圧電素子からなる励振部と圧電素子からなる受信
部と伝播部とを有する共振体を備え、加速度が印加され
た際、前記支持梁の変形に対応した共振体の変形により
生じる共振体の振動状態の変化を前記励振部への入力信
号と受信部よりの出力信号により検出して、印加された
加速度を測定する加速度センサーであって、受信部の圧
電素子に連絡された一対の配線パターン間における静電
容量の内、前記圧電素子に対応した領域以外の層間絶縁
膜に起因した静電容量が、前記圧電素子に対応した領域
の層間絶縁膜に起因した静電容量の１／１０以下である
加速度センサーである。
【００４５】このような構成により、センサーの微細化
に伴う信号検出領域の微細化による出力信号の減少が発
生した場合においても、出力信号に対して雑音成分が大
きくなったり、出力信号が寄生配線間容量によって減衰
してしまい出力信号を正確に伝達することができなくな
ってしまうことがない。
【００４６】また、請求項６記載の本発明は、加速度に
より移動可能な慣性体と、前記慣性体を支持し慣性体の
移動時に変形する支持梁と、前記支持梁に隣接して設置
された圧電素子からなる励振部と圧電素子からなる受信
部と伝播部とを有する共振体を備え、加速度が印加され
た際、前記支持梁の変形に対応した共振体の変形により
生じる共振体の振動状態の変化を前記励振部への入力信
号と受信部よりの出力信号により検出して、印加された
加速度を測定する加速度センサーであって、前記共振部
へ連絡する配線パターンの内、前記圧電素子により形成
される段差を通過する部分の配線パターンは、平坦領域
上の配線パターンよりも幅が広い加速度センサーであ
る。
【００４７】このような構成により、配線材料のカバレ
ッジが悪いもしくは薄い膜厚の配線を用いた場合に高段
差上を配線材料が乗り越えた場合においても、段差上で
の配線が切れてしまい配線不良を引き起こすことはな
く、さらに、平坦領域上では配線の面積を小さくするこ
とが可能となり、配線の寄生容量を減少させることが可
能となる。
【００４８】また、請求項７記載の本発明は、加速度に
より移動可能な慣性体と、前記慣性体を支持し慣性体の
移動時に変形する支持梁と、前記支持梁に隣接して設置
された圧電素子からなる励振部と圧電素子からなる受信
部と伝播部とを有する共振体を備え、加速度が印加され
た際、前記支持梁の変形に対応した共振体の変形により
生じる共振体の振動状態の変化を前記励振部への入力信
号と受信部よりの出力信号により検出して、印加された
加速度を測定する加速度センサーであって、更に、環境
変化には対応するが加速度変化には対応しない出力信号
を出力する温度補償用センサーを有する加速度センサー
である。
【００４９】ここで、請求項８記載のように、温度補償
用センサーは、温度変化時に変形する支持梁と、前記支
持梁に隣接して設置された圧電素子からなる励振部と圧
電素子からなる受信部と伝播部とを有する共振体を備
え、温度が変化した際、前記支持梁の変形に対応した共
振体の変形により生じる共振体の振動状態の変化を前記
励振部への入力信号と受信部よりの出力信号により検出
して、温度変化を測定してもよい。
【００５０】このような構成により、環境温度の変化に
より、共振体が熱膨脹を起こして果共振体の張力変化が
発生し、共振周波数の変化を引き起して加速度測定の誤
差を引き起こすことを防ぐことが可能となる。
【００５１】また、請求項９記載の本発明は、加速度に
より移動可能な慣性体と、前記慣性体を支持し慣性体の
移動時に変形する支持梁と、前記支持梁に隣接して設置
された圧電素子からなる励振部と圧電素子からなる受信
部と伝播部とを有する共振体を備え、加速度が印加され
た際、前記支持梁の変形に対応した共振体の変形により
生じる共振体の振動状態の変化を前記励振部への入力信
号と受信部よりの出力信号により検出して、印加された
加速度を測定する加速度センサーであって、前記共振部
へ連絡する配線パターンは、前記支持梁を第１の方向に
変形させる力を印加する構成要素と、前記第１の方向の
反対方向に変形させる力を印加する構成要素とを有する
加速度センサーである。
【００５２】このような構成により、配線パターンの構
成材料が異なったものを用いた場合でも、加速度センサ
ー形成プロセス中の熱履歴により支持梁に印加される応
力を互いにキャンセルすることができ、支持梁にねじれ
を発生させることがないため、加速度に対し方向性を持
った出力信号とならず、正確な加速度を検出することが
可能となる。
【００５３】以上の構成において、請求項１０記載のよ
うに、伝搬部と慣性体は、基板に形成された不純物拡散
領域を利用して形成されていてもよい。
【００５４】ここで、請求項１１記載のように、シリコ
ン基板内の不純物拡散領域の異なる拡散深さをストップ
層として利用したエッチング加工により、互いに厚さの
異なる支持梁と伝播部とを形成してもよい。
【００５５】このような構成により、エッチングレート
に依存することなく、不純物拡散層の不純物濃度によ
り、一括して制御性良く支持梁ならびに伝搬部の異なる
膜厚の領域を形成することが可能となる。
【００５６】（実施の形態１）以下、本発明の加速度セ
ンサーの実施の形態１について、図面を参照しながら詳
細に説明をする。
【００５７】図１（ａ）は、本実施例における加速度セ
ンサーの平面図であり、図１（ｂ）は、同加速度センサ
ーの要部を示す斜視図である。
【００５８】図１において、１はシリコン基板、２は慣
性体、３は支持梁、４は励振部、５は受信部、６は伝搬
部、７は主として励振部４、受信部５、伝搬部６から構
成された共振体、８は入力信号線、９は入力側共通信号
線、１０は出力信号線、１１は出力側共通信号線、１２
は励振側圧電素子、１３は受信側圧電素子、１４は共振
体７をシリコン基板１から分離する共振体貫通穴、１５
は慣性体をシリコン基板１から分離する慣性体貫通穴で
ある。なお、入力側共通信号線９と出力側共通信号線１
１は、０電位を付与するためのものであるので、相互に
結合した一体構造として簡便化している。
【００５９】図２は、本実施例における加速度センサー
の断面図であり、図２（ａ）は図１のＡ−Ａ’断面図
を、図２（ｂ）は図１のＢ−Ｂ’断面図を各々示す。
【００６０】図２において、更に、１６は層間絶縁膜、
１７は保護膜、１８は不純物拡散層を示すが、図１にお
いてはこれらの記載を省略し、シリコン基板１を示した
ものである。
【００６１】ここで、入力信号線８、入力側共通信号線
９、出力信号線１０、出力側共通信号配線１０の配線パ
ターンは、Ａ−Ａ’面に対し対称形状である。これらの
パターンは、後述する作製工程上の熱履歴の影響を抑制
するためにシリコン基板１上で全体的に対称であれば好
ましいが、更に支持梁３上ではこの支持梁３がたわむた
め、均等なたわみを発生するように支持梁３上とその近
傍では対称形状であることが重要である。
【００６２】以上の構成の加速度センサーの作製方法に
ついて、以下具体的に説明をする。図３は、本実施例の
加速度センサーの断面図を用いた作製工程を示す説明図
である。
【００６３】図３において、図１、２と同じ部材には同
様の番号を付した他、３２はシリコン窒化膜、３３は窒
化膜マスク、３４はボロン含有拡散剤、３５はボロン不
純物拡散層、３６はシリコン窒化膜マスク、３７はボロ
ン含有拡散剤、３８は裏面エッチングマスクである。な
お、ボロン不純物拡散層３５は、図１、２に示した不純
物拡散層１８にボロンを用いたものである。
【００６４】まず、図３（ａ）に示すように、（１１
０）の基板面方位を持つシリコン基板１上に、減圧ＣＶ
Ｄ法にてシリコン窒化膜３２を形成する。この場合の形
成条件は、ＣＶＤ駆動出力（ＲＦ Ｐｏｗｅｒ）：２０
０Ｗ、反応ガス流量比：ＳｉＨ 4／ＮＨｔ3／Ｎ2＝１０
／３０／１００ｓｃｃｍ、真空度：１００Ｐａ、基板温
度３００℃の条件によりプラズマＣＶＤ法にてシリコン
窒化膜３２を２μｍの膜厚に形成する。
【００６５】次に、この上に、スピンコーターにてフォ
トレジストを１．５μｍの膜厚でスピンコートする。
【００６６】しかる後、ボロン拡散を行う領域が開口す
るように、フォトレジストをフォトマスクを用い露光、
現像する。
【００６７】そして、新たにフォトレジストをマスクと
し、リン酸をエッチャントに用いてエッチング除去し、
フォトレジストの開口部に対応した領域のシリコン窒化
膜３２を開口することで、シリコン窒化膜マスク３３を
形成する。
【００６８】その後、図３（ｂ）に示すように、ボロン
含有拡散剤３４（東京応化製：商品名ＰＢＦ）をスピン
コートし、シリコン基板１や窒化膜マスク３３上に膜形
成をする。
【００６９】そして、図３（ｃ）に示すように、窒素雰
囲気中１１５５℃で２５時間熱処理を行ない、ボロン不
純物拡散層３５ａを形成する。
【００７０】次に、ボロン含有拡散剤３４をＨＦ：ＮＨ
4Ｆ＝１：５の濃度のバッファード弗酸を用いウェット
エッチングを行い、さらにシリコン窒化膜マスク３３を
リン酸を用いウェットエッチングにより除去した後、図
３（ａ）と同様にシリコン基板１上にシリコン窒化膜を
形成し再度ボロン拡散領域に対応した部分を開口して残
余にシリコン窒化膜マスク３６を形成する。
【００７１】その後、ボロン含有拡散剤３７を図３
（ｂ）と同様にスピンコートし、窒素雰囲気中１１５５
℃で５時間の熱処理を行い、図３（ｃ）よりも浅いボロ
ン不純物拡散層３５ｂを形成する。
【００７２】その結果、シリコン基板１中には２種類の
深さのボロン不純物拡散層３５ａ、ｂが形成されること
になる。
【００７３】そして、図３（ｄ）に示すように、ボロン
含有拡散剤３７とシリコン窒化膜マスク３６を同様にウ
ェットエッチングで除去する。
【００７４】ついで、膜厚８００ｎｍのＡｌ膜を、駆動
出力（ＲＦ Ｐｏｗｅｒ）：１ｋＷ、Ａｒガス流量：１
５ｓｃｃｍ、真空度：１８ｍＴｏｒｒの条件のスパッタ
デポジションにて堆積した後、フォトレジストをスピン
コーターにて１．５μｍの膜厚でスピンコートし、その
後所望の配線パターンが得られるようにフォトレジスト
をフォトマスクを用い露光、現像する。
【００７５】その後、フォトレジストをマスクとし、Ａ
ｌ膜をリン酸を用いウェットエッチングすることでパタ
ーンニングし、入力側と出力側共通の共通信号線９、１
１を形成する。
【００７６】そして、共通信号線９、１１上に、駆動出
力（ＲＦ Ｐｏｗｅｒ）：１００Ｗ、ガス流量：Ａｒ／
Ｏ2＝５／５ｓｃｃｍ、真空度：１００ｍＴｏｒｒ、基
板温度３００℃の条件にて膜厚１．５μｍのＺｎＯをス
パッタデポジション後、フォトレジストをスピンコータ
ーにて１．５μｍの膜厚でスピンコートし、その後所望
の圧電体パターンが得られるようにフォトレジストをフ
ォトマスクを用い露光、現像する。その後、フォトレジ
ストをマスクとし、ＺｎＯ膜を酢酸を用いウェットエッ
チングすることでパターンニングし、励振側圧電素子１
２と受信側圧電素子１３を形成する。
【００７７】引き続き、ＣＶＤ駆動出力（ＲＦ Ｐｏｗ
ｅｒ）:１００Ｗ、反応ガス：ＳｉＨ4／Ｎ2Ｏ＝１０／
１５０ｓｃｃｍ、真空度：１００Ｐａ、基板温度３００
℃の条件によりプラズマＣＶＤ法にて、膜厚１μｍのシ
リコン酸化膜を堆積し、層間絶縁膜１６を形成する。
【００７８】その後、膜厚８００ｎｍのＡｌ膜を、駆動
出力（ＲＦ Ｐｏｗｅｒ）：１ｋＷ、Ａｒガス流量：１
５ｓｃｃｍ、真空度：１８ｍＴｏｒｒの条件のスパッタ
デポジションにより堆積した後、フォトレジストをスピ
ンコーターにて１．５μｍの膜厚でスピンコートし、そ
の後所望の配線パターンが得られるようにフォトレジス
トをフォトマスクを用い露光、現像する。その後、フォ
トレジストをマスクとし、Ａｌ膜をリン酸を用いウェッ
トエッチングすることでパターンニングし、入力信号線
８と出力信号線１０とを形成する。
【００７９】そして、表面に、駆動出力（ＲＦ Ｐｏｗ
ｅｒ）：１００Ｗ、反応ガス：ＳｉＨ4／Ｎ2Ｏ＝１０／
１５０ｓｃｃｍ、真空度：１００Ｐａ、基板温度３００
℃の条件により、プラズマＣＶＤ法にて膜厚１μｍのシ
リコン酸化膜を堆積することで、図３（ｅ）に示すよう
に、保護膜１７を形成する その後、シリコン基板１の裏面に、駆動出力（ＲＦ Ｐ
ｏｗｅｒ）：２００Ｗ、反応ガス：ＳｉＨ4／ＮＨｔ3／
Ｎ2＝１０／３０／１００ｓｃｃｍ、真空度：１００Ｐ
ａ、基板温度３００℃の条件によりプラズマＣＶＤ法に
て、膜厚４μｍのシリコン酸化膜を堆積する。
【００８０】しかる後、フォトレジストを、スピンコー
ターにて、１．５μｍの膜厚でスピンコートし、その
後、所望のエッチングマスクパターンが得られるように
フォトレジストをフォトマスクを用い露光、現像する。
【００８１】その後、フォトレジストをマスクとし、シ
リコン窒化膜膜をリン酸を用いウェットエッチングする
ことでパターンニングし、図３（ｆ）で示すように、裏
面エッチングマスク３８を形成する。
【００８２】最後に、図３（ｇ）に示すように、基板を
ＫＯＨ水溶液４０ｗｔ％により７０℃にてエッチングを
行い、その結果、ボロン不純物拡散領域３５ａ、ｂはエ
ッチングレートが遅いため、拡散の深さに応じた２種類
の厚さの領域がエッチングされることなく残存し、一方
不純物拡散がなされていない領域は表面までエッチング
されるため慣性体貫通穴１５を形成することができる。
この際、共振体貫通穴１４も同様に形成されている。
【００８３】なお、シリコン基板内に異なる膜厚の領域
を形成するためには、エッチングストップ用の不純物拡
散層を用いずに、マスクを用いたドライエッチングによ
っても可能ではある。
【００８４】しかしながら、加速度センサーのような構
造では、支持梁の領域では２０μｍ程度の膜厚に、共振
体の部分では５μｍ程度の膜厚に各々加工する必要があ
るが、このような加工は、ドライエッチングよりも不純
物拡散層を用いた場合が好適である。
【００８５】例えば、ドライエッチングプロセスを用い
た場合に、４インチ基板の標準的な厚さである４００μ
ｍのシリコン基板の裏面からエッチングを行い、表面に
２０μｍのシリコン層を残すような加工を想定すると、
３８０μｍのエッチングを行う必要があるため、一般的
なエッチングばらつきを１０％と見積ると、エッチング
誤差は３８μｍとなる。
【００８６】一方、拡散温度１２００℃として、拡散に
よりエッチングストップ層を形成した場合、一般的な電
気炉の温度ばらつきは最大で±５℃程度である。簡単の
ために電気炉の温度ばらつきを±１０℃と見積ると、温
度範囲は１１９０〜１２１０℃となり、拡散係数の平方
根は１２００℃の場合、６．２５×１０-1（μ／ｈｒ
-1/2）に対して、１１９０℃では５．８７×１０-1（μ
／ｈｒ-1/2）、１２１０℃では６．９０×１０-1（μ／
ｈｒ-1/2）とばらつきを持った値となる。
【００８７】そして、拡散深さは拡散係数の平方根に比
例するため、拡散温度１２００℃で深さ２０μｍの拡散
を行った場合、電気炉の温度ばらつきが原因による拡散
深さのばらつきは温度ばらつきの拡散係数の平方根に比
例し１８．８〜２２．１μｍとなる。
【００８８】つまり、加速度センサーへの微細加工で
は、ドライエッチングよりも不純物拡散層をストップ層
としたウエットエッチングの方が好適である。
【００８９】さらに、共振体の部分を５μｍに、支持梁
の部分を２０μｍへと２種類の膜厚を形成する場合にお
いては、４インチ基板の場合の４００μｍの膜厚を持つ
シリコン基板裏面から３８０μｍのエッチングを行った
後に再度パターンを形成して１５μｍのエッチングを行
う必要がある。
【００９０】しかしながら、３８０μｍの段差上へフォ
トレジストを均一な膜厚で形成し、さらにフォトレジス
トを精度良く露光しパターンを形成することは現在の技
術では非常に困難である。一方、両面からエッチング加
工し段差を形成する方法によっても２種類の異なる膜厚
を有する構造は形成可能ではある。
【００９１】具体的には前記２０μｍと５μｍの２種類
の異なる膜厚を得るためにプロセス初期の段階で５μｍ
の膜厚を得たい領域を表面側から１５μｍの深さでエッ
チングする。
【００９２】その後、プロセスの最終段階でシリコン基
板裏面側より２０μｍと５μｍの膜厚を形成したい領域
共に４インチ基板の標準的な厚さである４００μｍから
３８０μｍのエッチングを行う。
【００９３】その結果、表面側から１５μｍのエッチン
グを裏面側から３８０μｍのエッチングを行った領域で
は膜厚が５μｍとなり、一方、表面側にはエッチングを
行わず裏面側から３８０μｍのエッチングのみを行った
領域では２０μｍの膜厚が得られることとなる。
【００９４】この方法によれば、２種類の膜厚形成のた
めのエッチングパターンは共に、段差上に形成する必要
はないが、このような方法を用いた場合においても、表
面側には１５μｍの段差が存在することになる。
【００９５】このような表面側段差上に,圧電体配線な
どの微細パターンを断線を発生させることなく形成する
ことは現在の技術では非常に困難である。
【００９６】なお、以上の作製工程において、不純物拡
散マスクとしてシリコン窒化膜を用いたが、膜厚の厚い
酸化膜を用いてもよい。
【００９７】また、この窒化膜はプラズマＣＶＤ法によ
り形成したが、熱窒化膜、ＣＶＤ窒化膜等により形成し
てもよい。
【００９８】また、共通信号線ならびに入力信号線、出
力信号線のＡｌの堆積にスパッタデポジションを用いた
が、エピタキシャル成長、蒸着等、他の堆積方法を用い
ることもできる。
【００９９】また、層間絶縁膜としてシリコン酸化膜を
用いたが、シリコン窒化膜を用いてもよい。
【０１００】また、シリコン基板のエッチャントとして
ＫＯＨ水溶液を用いたが、エチレンジアミンとピロカテ
コールと水からなるいわゆるＥＤＰエッチング液を用い
てもよい。
【０１０１】また、シリコン基板裏面のエッチングマス
クとしてシリコン窒化膜を用いたが、膜厚の厚い酸化膜
を用いてもよい。
【０１０２】また、ボロン濃度の同じ拡散ソースを用い
拡散時間により不純物拡散層の深さを制御した場合につ
いて述べたが、その他ボロン濃度の異なる拡散ソースを
用いた場合、同じ拡散時間で２種類の深さの不純物拡散
層を形成することが可能となるし、ボロン含有拡散剤の
膜厚を変化させてもボロン濃度の異なる拡散ソースを用
いた場合と同様の結果が得られる。
【０１０３】また、表面にコートした拡散ソースにより
ボロン拡散を行ったが、ガスソースを用い拡散してもよ
い。
【０１０４】さて、以上のように構成された加速度セン
サーについて、以下原理的な面も含めた動作を説明す
る。
【０１０５】まず、入力側信号線８と入力側共通信号線
９の間に交流信号を印加するとすれば、その結果、励振
側圧電体１２は、交流信号の周波数に相当する周波数を
持った振動をする。
【０１０６】ここで、励振側圧電体１２で発生した振動
が、共振体７の持つ固有共振周波数と一致した場合、励
振側圧電体１２で発生した振動は増幅され、受信側圧電
素子１３を振動させる。
【０１０７】そして、共振体７からの振動を受けた受信
側圧電素子１３は、共振体７の振動周波数に相当する周
波数の交流信号を発生させ、発生した交流信号は、出力
信号線１０並びに出力側共通信号線１１を通して、出力
信号として取り出される。
【０１０８】一方、共振体の持つ固有共振周波数と異な
った場合には、励振側圧電体１２で発生した振動は、効
率的に受信側圧電体１３に伝わらず、受信側圧電体から
の出力は実質得られない。
【０１０９】従って、入力側圧電素子へ印加する交流信
号の周波数並びに出力側圧電素子の出力を測定すること
で、共振体の共振周波数を求めることが可能となること
がわかる。
【０１１０】このような原理動作を行なう構成下で、図
１において、紙面に垂直方向に加速度が印加されると慣
性体２がその加速度方向に上下運動をする。
【０１１１】この慣性体２の運動により、支持梁３には
慣性体２側を運動端とし、その反対側を固定端としたた
わみが発生すると共に、共振体７には紙面に平行な方向
に伸縮運動が発生する。
【０１１２】この伸縮運動は共振体７に張力を与え、共
振体７は張力が増加した場合に共振周波数の増加を引き
起こし、張力が減少した場合共振周波数が減少する。
【０１１３】従って、この周波数変化を検出することに
より加速度を測定することが可能となる。
【０１１４】ここで、前述したように、入力信号線８、
入力側共通信号線９、出力信号線１０、出力側共通信号
配線１０の配線パターンは、Ａ−Ａ’面に対し、好適に
はシリコン基板１上で全体的に、または少なくとも支持
梁３上とその近傍では対称形状である。
【０１１５】よって、シリコン基板１上で全体的に対称
形状とした場合には、加速度センサー形成プロセス中の
熱履歴によっても、入力信号線８材料並びに入力側共通
信号線９材料が基板１及び支持梁３へ応力を与えること
はなく基板１及び支持梁３は変形せず、更に、少なくと
も支持梁３上で対称形状とした場合には、加速度センサ
ー形成プロセス中の熱履歴により、支持梁３自体でねじ
れを発生させることがない。
【０１１６】以上より、本実施の形態においては、加速
度に対して、方向性を持った出力信号を排除し、正確な
加速度を検出することが可能となる。
【０１１７】（実施の形態２）次に、本発明の第２の実
施の形態として、実施例１における加速度センサーの静
電容量特性について、図面を参照しながら説明をする。
【０１１８】図４（ａ）、（ｂ）は、各々、本実施例に
おける不純物拡散層の有りなしに対応した加速度センサ
ーの静電容量が発生する領域を示した模式図である。
【０１１９】図４において、図１〜３と同様の符号を付
した他、Ｃ1は入力側層間絶縁膜静電容量、Ｃ2は入力信
号線静電容量、Ｃ3は励振体静電容量、Ｃ4は出力側層間
絶縁膜静電容量、Ｃ5は出力信号線静電容量、Ｃ6は受信
体静電容量、４１は自然酸化膜である。
【０１２０】まず、実施の形態１で説明した加速度セン
サーにおいて発生する静電容量について検討すると、入
力側においては、励振側圧電素子１２に対応した領域の
層間絶縁膜１６に起因して発生する入力側層間絶縁膜静
電容量Ｃ1、励振側圧電素子１２に対応した領域以外の
領域の層間絶縁膜１６に起因して発生する入力信号線静
電容量Ｃ2、及び励振側圧電素子１２に対応して発生す
る励振体静電容量Ｃ3が考えられ、一方、出力側におい
ては、受信側圧電素子１３に対応した領域の層間絶縁膜
１６に起因して発生する出力側層間絶縁膜静電容量
Ｃ4、受信側圧電素子１３に対応した領域以外の領域の
層間絶縁膜１６に対応して発生する出力信号線静電容量
Ｃ5、及び受信側圧電素子１３に対応して発生する受信
体静電容量Ｃ6が考えられる。
【０１２１】ここで、シリコン基板１上に直接、入力、
出力側の双方を兼ねる共通信号線９、１１を形成した場
合には、共通信号線９、１１を形成するまでに、シリコ
ン基板１に酸素成分が触れてその表面上にシリコン酸化
膜領域である自然酸化膜４１が形成されることが多い。
【０１２２】このような場合、シリコン基板１と共通信
号線９、１１との間で外的な影響により電位差が発生す
ると、自然酸化膜４１が新たな静電容量成分を発生させ
る原因となってしまう。
【０１２３】つまり、シリコン基板１上に、このような
自然酸化膜の形成がなされたら、共通信号線−自然酸化
膜−単結晶シリコン基板間で部分的に寄生ＭＯＳ構造が
形成され、このようなＭＯＳ構造となった領域下のシリ
コン基板１の電位が、ノイズの混入等の外的影響により
共通信号線の電位と異なる状態になった場合、寄生容量
が新たに形成されることになる。
【０１２４】このような新たな静電容量成分が発生する
と、図４（ａ）で示すような回路が発生して励振側圧電
素子１２や受信側圧電素子１３の駆動条件等が変化し、
測定されるべき加速度に正確に対応した共振体の共振周
波数変化が得られなくなる。
【０１２５】そこで、図１〜図３及び図４（ｂ）で示す
ように、シリコン基板１と共通信号線９、１１との間
に、不純物拡散層１８（３５）を設けると、自然酸化膜
４１により新たな静電容量が発生することを効果的に抑
制できる。本願発明者の検討によると、図４（ａ）のよ
うに新たな静電容量が発生するのは、共通信号線９、１
１とシリコン基板１との抵抗値が大きく異なっているた
め、外的影響により自然酸化膜４１を挟んで電位差が発
生し、これに対応して自然酸化膜４１の静電容量成分が
顕在化するためであると考えられる。
【０１２６】よって、シリコン基板１にボロン等の適当
な不純物を拡散して不純物拡散層１８を形成し、共通信
号線９、１１の抵抗値と同等に調整することにより、共
通信号線９、１１と不純物拡散層１８とが等電位とな
り、図４（ｂ）等で示すような等価回路が形成され、自
然酸化膜４１により新たな静電容量が発生することを効
果的に抑制できるわけである。
【０１２７】例えば、本実施の形態において、実施の形
態１記載の加速度センサーの製造工程を用いたとする
と、ボロン不純物拡散層をエッチングストップ層とする
ためには、ボロン不純物濃度が１０19ｃｍ-3以上必要で
あるが、ボロン不純物濃度が１０19ｃｍ-3以上であった
場合、抵抗率は９×１０-3Ω・ｃｍ以下となり、一般の
配線材料として好適に使用できる。
【０１２８】一方、不純物拡散層を形成せず、シリコン
基板を共通信号線とした場合、通常のシリコン基板では
抵抗率は１Ω・ｃｍ程度と高いため、信号線と同等に機
能させることは実質的にできないわけである。
【０１２９】なお、不純物拡散層の効果は、入力側共通
信号線９と出力側共通信号線１１が共通でない場合であ
っても、実質的に共通電位（０電位）を与えるもので有
れば同等に発揮されるのはもちろんである。
【０１３０】次に、出力の大きさに影響を与える出力側
の静電容量間の関係について検討をする。
【０１３１】図５は、実施の形態１で説明した加速度セ
ンサーにおいて発生した各静電容量が構成する等価回路
のみを示した説明図である。なお、図５においても、０
電位は一体化された共通信号線９、１１により与えてい
る。
【０１３２】図５において、Ｖは受信側圧電素子１３の
出力信号の電圧であり、Ｖoutは出力信号線１０から実
際に得ることのできる電圧である。
【０１３３】ここで、ＶとＶoutは以下の（数１）で示
される関係にある。
【０１３４】
【数１】
【０１３５】よって、圧電素子外に形成される出力信号
線静電容量Ｃ5と、出力側圧電膜上層間絶縁膜静電容量
Ｃ4の比が出力信号の大きさを決定する。
【０１３６】この出力信号の大きさは、加速度センサー
のおかれる環境、例えば周囲からの雑音の混入の多さ、
ならびに出力信号増幅器の性能により決定されるが、本
実施の形態の構成を用いた加速度センサーの場合、受信
側圧電素子１３の出力信号の電圧Ｖは、原理的には５ｍ
Ｖ程度である。
【０１３７】一方、本実施の形態の構成の加速度センサ
ーの場合のノイズ成分は約０．１ｍＶ程度であり、一般
的に１／５程度以上のＳＮ比になった場合、フィルター
回路が必須となる。
【０１３８】しかしながら、出力信号線１０から実際に
得ることのできる電圧は、（数１）により規定されるか
ら、例えば出力信号線静電容量Ｃ5が出力側圧電膜上層
間絶縁膜静電容量Ｃ4の１０倍とした場合、出力信号線
より得られる電圧は約０．５ｍＶ程度となる。
【０１３９】つまり、出力信号線静電容量Ｃ5が出力側
圧電膜上層間絶縁膜静電容量Ｃ4の１０倍とした場合に
は、ＳＮ比が１／５であるからフィルター回路が必要と
考えられるが、これらの比を１０倍以下とした場合に
は、ＳＮ比が１／５以下となりフィルター回路を設ける
必要はないことがわかる。
【０１４０】このように、出力信号線静電容量Ｃ5を、
出力側層間絶縁膜静電容量Ｃ4の１０倍以内とすること
で、フィルター回路を用いることなく加速度センサーの
形成が可能となる。
【０１４１】以上より、本実施の形態においては、シリ
コン基板内に不純物拡散層を設けることにより、シリコ
ン基板と０電位を与える共通信号線との界面で発生する
自然酸化膜の静電容量上への影響を排除し、より正確な
加速度測定をすることができると共に、受信側圧電素子
に対応した領域以外の層間絶縁膜に起因した静電容量が
受信側圧電素子に対応した領域の層間絶縁膜の静電容量
の所定値であることで、寄生配線間容量による出力信号
の減衰の影響を効果的に排除し、正確でＳＮ比の大きい
出力信号を得ることができる。
【０１４２】特に、加速度センサーの微細化に伴う信号
検出領域の微細化により、出力信号が減少する傾向にあ
る場合においても、充分に対応が可能である。
【０１４３】（実施の形態３）次に、第３の実施の形態
として、実施の形態１における加速度センサーの配線パ
ターンの配設の仕方について、図面を参照しながら説明
をする。
【０１４４】図６は、受信側圧電素子１３用の配線パタ
ーンを代表的に示した構成図であり、Ｌ１は出力信号線
１０が受信側圧電素子１３に連絡する連絡部を示し、Ｌ
２はその内平面上に配設された部分、及びＬ３は、受信
側圧電素子１３に連絡するためにその内の上下方向に形
状が変化する部分を各々示す。
【０１４５】本実施の形態においては、出力信号線１０
及び出力側共通信号線１１は、Ａｌ用いて膜厚６００ｎ
ｍで形成し、受信側励振素子１３はＺｎＯを用いて膜厚
２μｍで形成した。
【０１４６】従って、このような膜厚構成で加速度セン
サーを形成した場合、出力信号線１０は、受信側励振素
子１３により形成される２μｍの段差を乗り越える必要
がある。
【０１４７】この２μｍの段差の存在は、Ａｌ配線の膜
厚が十分に厚い場合、例えば２μｍ以上の膜厚であった
場合や、段差部におけるカバレッジが十分である堆積方
法を用いて励振素子の側面が垂直又は順テーパーであっ
た場合には、配線の断線等の発生は起こらず問題とはな
らない。
【０１４８】しかしながら、現状のシリコンＬＳＩプロ
セスを用いた場合、スパッタデポジション法を用いてＡ
ｌをデポジションする場合、Ａｌ膜厚を厚くデポジショ
ンすることができないし、励振素子の側面を順テーパー
の形状に加工し、かつ２μmの段差をカバレッジよくデ
ポジションすることは困難であるから断線が発生し易い
傾向にある。また、断線が発生しない場合でも、段差部
では配線膜厚が薄くなってしまい、配線太さが段差部と
平坦部で同じであった場合には、配線内に流れる電流密
度は高くなり、Ａｌ配線がエレクトロマイグレーション
等を起こした場合、信号線の信頼性を低下させてしま
う。
【０１４９】そのために、本実施の形態においては、出
力信号線１０が受信側圧電素子１３に連絡する連絡部Ｌ
１中で、平面上に配設された部分Ｌ２では、電流方向に
対して線幅ｌ１とし、上下方向に形状が変化する部分Ｌ
３では、電流方向に対して線幅ｌ２をｌ１より太く設定
する。
【０１５０】以上のように、本実施の形態の構成によ
り、配線の断線や破損等の発生を防止し、信頼性を効果
的に向上することができる。
【０１５１】なお、本実施の形態では、受信側圧電素子
１３用の配線パターンについて説明をしたが、励振側圧
電素子用の配線パターンにおいても同様である。
【０１５２】また、出力信号線に限らず立体的に配線形
状が変化する場合には、同様の構成を採ることが可能で
ある。
【０１５３】（実施の形態４）次に、第４の実施の形態
として、実施の形態１の加速度センサーに温度補償機能
を付加した構成について、図面を参照しながら説明をす
る。
【０１５４】図７は、本実施の形態における加速度セン
サーの構造を示すブロック図であり、７１は加速度セン
サー、７２は温度補償用センサー、７３は演算装置、Ｓ
1は加速度センサー７１からの出力信号、Ｓ2は温度補償
センサーからの出力信号、ＳOは演算装置７３からの出
力である。
【０１５５】実施の形態１に代表されるような共振周波
数変化により加速度を検出する加速度センサーにおいて
は、温度変化に依存して共振周波数が変化する。
【０１５６】そのため、加速度センサーの出力信号に
は、加速度だけでなく温度変化の成分も含まれてしま
う。
【０１５７】そこで、本実施の形態では、温度補償用セ
ンサー７２と演算装置７３を付加した構成とし、加速度
センサー７１の出力信号Ｓ1と温度補償用センサー７２
の出力信号Ｓ2とを演算装置７３に入力し、演算装置７
３でＳO＝Ｓ1−Ｓ2の演算を実行し、ＳOを出力信号とし
て出力する。
【０１５８】よって、このように加速度センサー７１の
出力信号から温度補償センサー７２の出力信号の差分を
とることで、加速度成分のみの出力信号を得ることが可
能となる。
【０１５９】次に、温度補償センサー７２の好適な具体
的構成について説明をする。図８は、温度補償用センサ
ーの構造を示す構成図であり、図８（ａ）はその平面
図、図８（ｂ）はそのＡ−Ａ’断面図である。
【０１６０】図８において、８１はシリコン基板、８４
は励振部、８５は受信部、８６は伝搬部、８７は主とし
て励振部８４、受信部８５、伝搬部８６から構成された
共振体、８８は入力信号線、８９は入力側共通信号線、
９０は出力信号線、９１は出力側共通信号線、９２は励
振側圧電素子、９３は受信側圧電素子、９４は共振体８
７をシリコン基板８１から分離する共振体貫通穴、９６
は層間絶縁膜、９７は保護膜、９８は不純物拡散層を示
すが、図８（ａ）においてはこれらの記載を省略してあ
る。なお、入力側共通信号線と出力側共通信号線は、０
電位を付与するためのものであるので、相互に結合した
一体構造として簡便化している。
【０１６１】つまり、この温度補償用センサ７２は、実
施の形態１で詳細を示す加速度センサー７１と同様な構
造であるが、慣性体に相当する領域がシリコン基板と分
離されていない、つまり可動な慣性体がない構造を有す
る。
【０１６２】よって、このセンサーは加速度を受けても
共振体が伸び縮みすることなく加速度による共振周波数
の変化は起こらない。
【０１６３】一方、環境温度が変化した場合には、共振
体が熱膨張を起こし、共振周波数が変化する。
【０１６４】その結果、共振周波数の温度特性が温度補
償用センサー７２により得られ、加速度センサー７１と
温度補正用センサー７２との共振周波数の差分が、温度
特性を含まない実際の加速度として得られる。
【０１６５】以上の本実施の形態の構成により、温度補
償センサーを用いることにより、温度変化に依存しない
正確な加速度が測定でき、かつ温度補償センサーと加速
度センサーの基本構成が同様であるため、部材及び作製
方法の共通化による低コスト化、並びに品質の安定化を
図ることができる。
【０１６６】（実施の形態の５）次に、第５の実施の形
態として、実施の形態１の加速度センサーの配線パター
ンについて検討を加えた構成を、図面を参照しながら説
明をする。
【０１６７】図９は、本実施の形態において形成した加
速度センサーの配線パターンの模式図であり、９９は入
力、出力側共通信号線である。
【０１６８】実施の形態１において詳細に説明した構成
の加速度センサーは、入力信号を励振部４に印加するこ
とにより、励振部４で発生した振動を受信部５において
感知し、信号として出力する機能を有するものであり、
入力側、出力側の共通信号線９、１１を伝搬部６上で接
続し、一体化する構造を有するものである。
【０１６９】よって、機能的には、入力側か出力側か、
どちらか一方に配線を伸ばしていれば足り、入力側、出
力側配線共に伸ばす必要はかならずしもなく、一方のみ
を０電位に接続すべく伸ばしておけばよい。
【０１７０】具体的には、例えば、図９（ｂ）に示すよ
うに入力側の共通線の延在部は省略し、図９（ａ）に示
す出力側共通信号線１１を、入力、出力信号線９９とし
て用いればよい。もちろん、入力側共通信号線９を、入
力、出力信号線９９として用いてもよい。
【０１７１】このような入力、出力共通線９９を用いた
詳細構造を図１０に示す。図１０において、支持梁３上
の配線パーターンは片側しか形成されていないため、信
号供給の配線パターンは、Ａ−Ａ’線に対し対象形とな
っていない。
【０１７２】つまり、このように配線パターンを支持梁
３の片側のみに形成する非対象な構造においても、電気
回路的には加速度センサーを形成することは可能であ
る。
【０１７３】しかし、シリコンＬＳＩ形成プロセスを用
いスパッタデポジション法によりＡｌ、ＺｎＯを各々用
いて配線、圧電素子を形成し、プラズマＣＶＤ法により
ＳｉＯ2の保護膜、層間絶縁膜を形成した場合、各々シ
リコン基板に対し、Ａｌは圧縮応力を、ＺｎＯ及びＳｉ
Ｏ2は、引っ張り応力を与え、図１０（ｂ）に示すよう
に、支持梁３の変形が、一方は凸面、他方は凹面に反り
非対称となってしまう。
【０１７４】このような歪んだ形状の加速度センサーで
は、加速度に対する感度に方向性をもってしまい、加速
度が印加されていない方向の加速度を誤って検知する等
の事態が発生し、加速度センサーの機能低下をもたら
す。
【０１７５】この詳細な様子を、図１１（ａ）〜（ｃ）
に示す。図１１（ａ）において、１０１はシリコン基板
１上のＡｌデポジション膜を示し、このようなシリコン
基板１とＡｌデポジション膜１０１との積層構造では、
Ａｌ膜１０１がシリコン基板１に対して圧縮応力を与え
るため、シリコン基板１はＡｌデポジション膜１０１面
を凹面にするように反ってしまう。
【０１７６】一方、シリコン基板１に対し引っ張り応力
を与えるＳｉＯ2、ＺｎＯ膜の場合では、図１１
（ｂ）、（ｃ）に示すように、ＳｉＯ2膜１０２、Ｚｎ
Ｏ膜１０３面を凸面にするように反ってしまう。
【０１７７】ただし、これらデポジション膜による引っ
張り、圧縮応力は、組み合わせて積層構造とし、膜厚を
調整することで、シリコン基板１へ伝わる応力が最小と
なる点が存在する。
【０１７８】よって、この基板１への応力が最小となる
膜厚を用いて加速度センサーを形成することでシリコン
基板１に応力を与えることなく、即ちシリコン基板１が
歪んでいない状態の加速度センサーを形成することがで
きる可能となる。
【０１７９】更に、配線部により発生する応力の影響を
考慮するのであれば、構成された各膜の膜厚調整により
応力を与えないようにするに加え、配線パターンに対称
形状を付加してもよい。
【０１８０】この場合は、例えば、図１２に示すように
入力信号線１２８をＡ−Ａ’平面に対して対称に配置さ
せ、配線パターンをより対称形状にすればよい。
【０１８１】以上の本実施の形態の構成により、配線パ
ターンを非対称形状にしても、シリコン基板に与える応
力の方向の異なる材料を配線材料と組み合わせることに
より、加速度センサーの加速度を検知するために可動す
る部分を対称的に変形させることができ、より正確な加
速度の検出を可能とすることができる。
【０１８２】なお、以上の実施の形態の構成を任意に組
合わせた加速度センサーを構成できることはもちろんで
ある。
【０１８３】また、基板としては、単結晶のシリコン基
板を用いることが、素子作製上及び特性上好適である。
【０１８４】
【発明の効果】本発明は、シリコンＬＳＩ形成プロセス
を用い形成することが容易であって、小型で感度の良い
加速度センサーを実現できる。
【０１８５】具体的には、まず、加速度センサー形成プ
ロセス中の熱履歴により支持梁へ応力を与えた場合にお
いても支持梁にねじれを発生させることがないため、加
速度に対し方向性を持った出力信号とならず、正確な加
速度を検出することが可能となる。
【０１８６】または、励振側や受信側の共通信号線と基
板間で、寄生容量が発生して、出力信号が減衰すること
がなくなり、正確な加速度を検出することが可能とな
る。
【０１８７】または、センサーの微細化に伴う信号検出
領域の微細化による出力信号の減少が発生した場合にお
いても、出力信号に対して雑音成分が大きくなったり、
出力信号が寄生配線間容量によって減衰してしまい、出
力信号を正確に伝達することができなくなってしまうこ
とがなく、正確な加速度を検出することが可能となる。
【０１８８】または、配線材料のカバレッジが悪い、も
しくは薄い膜厚の配線を用いた場合に高段差上を配線材
料が乗り越えた場合においても、段差上での配線が切れ
てしまい配線不良を引き起こすことはなく、さらに、平
坦領域上では配線の面積を小さくすることが可能とな
り、配線の寄生容量を減少させることが可能となり、信
頼製が高く、正確な加速度を検出することが可能とな
る。
【０１８９】または、環境温度の変化により、共振体が
熱膨脹を起こして果共振体の張力変化が発生し、共振周
波数の変化を引き起して加速度測定の誤差を引き起こす
ことを防ぐことが可能となり、正確な加速度を検出する
ことが可能となる。
【０１９０】または、配線パターンの構成材料が異なっ
たものを用いた場合でも、加速度センサー形成プロセス
中の熱履歴により支持梁に印加される応力を互いにキャ
ンセルすることができ、支持梁にねじれを発生させるこ
とがないため、加速度に対し方向性を持った出力信号と
ならず、正確な加速度を検出することが可能となる。
【０１９１】そして、半導体プロセスを用いても、エッ
チングレートに依存することなく、不純物拡散層の不純
物濃度により、一括して制御性良く支持梁ならびに伝搬
部の異なる膜厚の領域を形成することが可能となり、得
られた加速度センサーは、正確な加速度を検出すること
が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における加速度センサー
の構成図
【図２】同加速度センサーの断面図
【図３】同加速度センサーの作製工程の説明図
【図４】本発明の実施の形態２における加速度センサー
の静電容量の説明図
【図５】同加速度センサーの静電容量の等価回路図
【図６】本発明の実施の形態３における加速度センサー
の配線パターンの部分構成図
【図７】本発明の実施の形態４における加速度センサー
のブロック構成図
【図８】同加速度センサーの温度補償用センサーの構成
図
【図９】本発明の実施の形態５における加速度センサー
の配線の説明図
【図１０】同加速度センサーの構成図
【図１１】同加速度センサーの配線の変形をキャンセル
する構成の説明図
【図１２】同加速度センサーの構成図
【図１３】従来の共振型加速度センサーの構成図
【符号の説明】
１ シリコン基板 ２ 慣性体 ３ 支持梁 ４ 励振部 ５ 受信部 ６ 伝搬部 ７ 共振体 ８ 入力信号線 ９ 入力側共通信号線 １０ 出力信号線 １１ 出力側共通信号線 １２ 励振側圧電振動子 １３ 受信側圧電振動子 １４ 共振体貫通穴 １５ 慣性体貫通穴 １６ 層間絶縁膜 １７ 保護膜 ３２ シリコン窒化膜 ３３ シリコン窒化膜マスク ３４ ボロン含有拡散剤 ３５ ボロン不純物拡散層 ３６ シリコン窒化膜マスク ３７ ボロン含有拡散剤 ３８ 裏面エッチングマスク ４１ 自然酸化膜 ７１ 加速度センサー ７２ 温度補償用センサー ７３ 演算装置 ８１ シリコン基板 ８４ 励振部 ８５ 受信部 ８６ 伝搬部 ８７ 共振体 ８８ 入力信号線 ８９ 入力側共通信号線 ９０ 出力信号線 ９１ 出力側共通信号線 ９２ 励振側圧電振動子 ９３ 受信側圧電振動子 ９４ 共振体貫通穴 ９６ 層間絶縁膜 ９７ 保護膜 ９８ 不純物拡散層 ９９ 入力、出力側共通信号線 １０１ Ａｌデポ膜 １０２ ＳｉＯ2デポ膜 １０３ ＺｎＯデポ膜 １２８ 入力信号線 ２００ 振動体 ２０１ 慣性体 ２０２ 励振部 ２０３ 受信部 ２０４ 伝搬部 ２０５ 支持梁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩澤 利幸 神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１ 号 松下技研株式会社内 (72)発明者 三浦 眞芳 神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１ 号 松下技研株式会社内 (72)発明者 佐藤 健夫 神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１ 号 松下技研株式会社内

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 加速度により移動可能な慣性体と、前記
    慣性体を支持し慣性体の移動時に変形する支持梁と、前
    記支持梁に隣接して設置された圧電素子からなる励振部
    と圧電素子からなる受信部と伝播部とを有する共振体を
    備え、加速度が印加された際、前記支持梁の変形に対応
    した共振体の変形により生じる共振体の振動状態の変化
    を前記励振部への入力信号と受信部よりの出力信号によ
    り検出して、印加された加速度を測定する加速度センサ
    ーであって、前記支持梁及びその近傍上に形成された前
    記共振部へ連絡する配線パターンが対称形を有する加速
    度センサー。
  2. 【請求項２】 加速度センサーは、単一の基板を利用し
    て形成され、前記基板上で配線パターンが対称形を有す
    る請求項１記載の加速度センサー。
  3. 【請求項３】 加速度により移動可能な慣性体と、前記
    慣性体を支持し慣性体の移動時に変形する支持梁と、前
    記支持梁に隣接して設置された圧電素子からなる励振部
    と圧電素子からなる受信部と伝播部とを有する共振体を
    備え、加速度が印加された際、前記支持梁の変形に対応
    した共振体の変形により生じる共振体の振動状態の変化
    を前記励振部への入力信号と受信部よりの出力信号によ
    り検出して、印加された加速度を測定する加速度センサ
    ーであって、基板はシリコン製であり、前記共振部へ連
    絡する配線パターンと前記基板との間に不純物拡散領域
    を有する加速度センサー。
  4. 【請求項４】 不純物拡散領域が、０電位側信号線とし
    て機能する請求項３記載の加速度センサー。
  5. 【請求項５】 加速度により移動可能な慣性体と、前記
    慣性体を支持し慣性体の移動時に変形する支持梁と、前
    記支持梁に隣接して設置された圧電素子からなる励振部
    と圧電素子からなる受信部と伝播部とを有する共振体を
    備え、加速度が印加された際、前記支持梁の変形に対応
    した共振体の変形により生じる共振体の振動状態の変化
    を前記励振部への入力信号と受信部よりの出力信号によ
    り検出して、印加された加速度を測定する加速度センサ
    ーであって、受信部の圧電素子に連絡された一対の配線
    パターン間における静電容量の内、前記圧電素子に対応
    した領域以外の層間絶縁膜に起因した静電容量が、前記
    圧電素子に対応した領域の層間絶縁膜に起因した静電容
    量の１／１０以下である加速度センサー。
  6. 【請求項６】 加速度により移動可能な慣性体と、前記
    慣性体を支持し慣性体の移動時に変形する支持梁と、前
    記支持梁に隣接して設置された圧電素子からなる励振部
    と圧電素子からなる受信部と伝播部とを有する共振体を
    備え、加速度が印加された際、前記支持梁の変形に対応
    した共振体の変形により生じる共振体の振動状態の変化
    を前記励振部への入力信号と受信部よりの出力信号によ
    り検出して、印加された加速度を測定する加速度センサ
    ーであって、前記共振部へ連絡する配線パターンの内、
    前記圧電素子により形成される段差を通過する部分の配
    線パターンは、平坦領域上の配線パターンよりも幅が広
    い加速度センサー。
  7. 【請求項７】 加速度により移動可能な慣性体と、前記
    慣性体を支持し慣性体の移動時に変形する支持梁と、前
    記支持梁に隣接して設置された圧電素子からなる励振部
    と圧電素子からなる受信部と伝播部とを有する共振体を
    備え、加速度が印加された際、前記支持梁の変形に対応
    した共振体の変形により生じる共振体の振動状態の変化
    を前記励振部への入力信号と受信部よりの出力信号によ
    り検出して、印加された加速度を測定する加速度センサ
    ーであって、更に、環境変化には対応するが加速度変化
    には対応しない出力信号を出力する温度補償用センサー
    を有する加速度センサー。
  8. 【請求項８】 温度補償用センサーは、温度変化時に変
    形する支持梁と、前記支持梁に隣接して設置された圧電
    素子からなる励振部と圧電素子からなる受信部と伝播部
    とを有する共振体を備え、温度が変化した際、前記支持
    梁の変形に対応した共振体の変形により生じる共振体の
    振動状態の変化を前記励振部への入力信号と受信部より
    の出力信号により検出して、温度変化を測定する請求項
    ７記載の加速度センサー。
  9. 【請求項９】 加速度により移動可能な慣性体と、前記
    慣性体を支持し慣性体の移動時に変形する支持梁と、前
    記支持梁に隣接して設置された圧電素子からなる励振部
    と圧電素子からなる受信部と伝播部とを有する共振体を
    備え、加速度が印加された際、前記支持梁の変形に対応
    した共振体の変形により生じる共振体の振動状態の変化
    を前記励振部への入力信号と受信部よりの出力信号によ
    り検出して、印加された加速度を測定する加速度センサ
    ーであって、前記共振部へ連絡する配線パターンは、前
    記支持梁を第１の方向に変形させる力を印加する構成要
    素と、前記第１の方向の反対方向に変形させる力を印加
    する構成要素とを有する加速度センサー。
  10. 【請求項１０】 伝搬部と慣性体は、基板に形成された
    不純物拡散領域を利用して形成された請求項１から９の
    いずれかに記載の加速度センサー。
  11. 【請求項１１】 シリコン基板内の不純物拡散領域の異
    なる拡散深さをストップ層として利用したエッチング加
    工により、互いに厚さの異なる支持梁と伝播部とを形成
    する請求項１０記載の加速度センサーの形成方法。
JP8019595A 1996-02-06 1996-02-06 加速度センサー Pending JPH09211020A (ja)

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