加速度センサ素子、加速度センサ装置及び加速度センサ素子の製造方法
【課題】重り部の強度を維持しつつ梁部を長くすることが可能な加速度センサ素子を提供する。
【解決手段】加速度センサ素子１は、開口部１３が形成された固定部３と、開口部１３内に配置される重り部７と、一方端が重り部７に連結され、他方端が固定部３に連結される梁部５と、梁部５に設けられ、梁部５の変形に伴って抵抗値が変化する抵抗素子９とを有する。重り部７は、梁部５の一方端が連結される主部１５と、主部１５に連結され、梁部５の重り部７側の端部よりも固定部３側に突出する付属部１７とを有する。付属部１７（非重なり部１９）は、開口部１３の開口方向に見て梁部５と重ならない位置において主部１５に連結されている。さらに、付属部１７（重なり部２１）は、梁部５よりも第２主面Ｓｂ側、且つ、開口方向に見て梁部５と重なる位置において主部１５に連結されている。
【解決手段】加速度センサ素子１は、開口部１３が形成された固定部３と、開口部１３内に配置される重り部７と、一方端が重り部７に連結され、他方端が固定部３に連結される梁部５と、梁部５に設けられ、梁部５の変形に伴って抵抗値が変化する抵抗素子９とを有する。重り部７は、梁部５の一方端が連結される主部１５と、主部１５に連結され、梁部５の重り部７側の端部よりも固定部３側に突出する付属部１７とを有する。付属部１７（非重なり部１９）は、開口部１３の開口方向に見て梁部５と重ならない位置において主部１５に連結されている。さらに、付属部１７（重なり部２１）は、梁部５よりも第２主面Ｓｂ側、且つ、開口方向に見て梁部５と重なる位置において主部１５に連結されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速度センサ素子、加速度センサ装置及び加速度センサ素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ピエゾ抵抗効果を利用して加速度を検出する加速度センサ素子が知られている（例えば、特許文献１）。図１０は、特許文献１等に記載された加速度センサ素子５０１の斜視図である。
【０００３】
加速度センサ素子５０１は、固定部５０３と、一端が固定部５０３に支持される梁部５０５と、梁部５０５の他端に支持される重り部５０７と、梁部５０５に設けられた抵抗素子９とを有している。加速度センサ素子５０１に加速度に比例した外力が加えられると、重り部５０７が固定部５０３に対して変位するとともに梁部５０５に曲げ変形が生じる。そして、梁部５０５とともに曲げ変形が生じた抵抗素子９の抵抗値の変化を検出することにより、加速度が検出される。
【０００４】
加速度センサ素子５０１では、重り部５０７を大きくするほど、また、梁部５０５を長くするほど、加速度に対する梁部５０５の撓みが大きくなり、加速度の検出感度が高くなる。そこで、重り部５０７は、いわゆるクローバー型に形成されている。すなわち、重り部５０７は、梁部５０５に固定される主部５１５と、主部５１５から固定部５０３側に突出する複数の付属部５１７とを有している。これにより、梁部５０５の長さを維持したまま、重り部５０７の体積が大きくなり、加速度センサ素子５０１は、感度が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１７２７４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
付属部５１７と梁部５０５とは溝部５２５により隔てられている。従って、溝部５２５を２点鎖線で示すように長くすることにより、梁部５０５を長くして感度の向上を図ることが考えられる。しかし、この場合、付属部５１７と主部５１５との連結部が縮小され、重り部５０７の強度が低下する。
【０００７】
本発明の目的は、重り部の強度を維持しつつ梁部を長くすることが可能な加速度センサ素子、加速度センサ装置及び加速度センサ素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の観点の加速度センサ素子は、開口部が形成された固定部と、前記開口部内に配置される重り部と、一方端が前記重り部に連結され、他方端が前記固定部に連結される梁部と、前記梁部に設けられ、前記梁部の変形に伴って抵抗値が変化する抵抗素子と、を有し、前記重り部は、前記梁部の前記一方端が連結される主部と、前記主部に連結され、前記梁部の前記一方端よりも前記他方端側に突出する付属部と、を有し、前記付属部は、前記開口方向に見て前記梁部と重ならない位置において前記主部に連結される非重なり部と、前記非重なり部に連結されるとともに、前記開口方向に見て前記梁部と重なる位置において前記主部に連結され、前記梁部との間に隙間を有する重なり部と、を有する。
【０００９】
本発明の第２の観点の加速度センサ素子は、積層された複数の層により構成された固定部と、前記複数の層により構成され、前記固定部に対して前記複数の層の積層方向に直交する方向において隣接する重り部と、前記複数の層の一部の層により構成され、一方端が前記重り部に連結され、他方端が前記固定部に連結される梁部と、前記梁部に設けられ、前記梁部の変形に伴って抵抗値が変化する抵抗素子と、を有し、前記重り部は、前記梁部の前記一方端が連結される主部と、前記主部に連結され、前記梁部の前記一方端よりも前記他方端側に突出する付属部と、を有し、前記付属部は、前記積層方向に見て前記梁部と重ならない位置において前記主部に連結される非重なり部と、前記非重なり部に連結されるとともに、前記積層方向に見て前記梁部と重なる位置において前記主部に連結され、前記梁部との間に隙間を有する重なり部と、を有する。
【００１０】
本発明の第３の観点の加速度センサ素子は、開口部が形成された固定部と、前記開口部内に配置される重り部と、一方端が前記重り部に連結され、他方端が前記固定部に連結される梁部と、前記梁部に設けられ、前記梁部の変形に伴って抵抗値が変化する抵抗素子と、を有し、前記重り部は、前記梁部の前記一方端が連結される主部と、前記主部に連結され、前記梁部の前記一方端よりも前記他方端側に突出する付属部と、を有し、前記付属部は、前記梁部よりも前記開口方向の一方側においてのみ設けられている。
【００１１】
本発明の加速度センサ装置は、上記のいずれか一に記載の加速度センサ素子と、前記加速度センサ素子の出力信号を信号処理するＩＣチップとを有する。
【００１２】
本発明の加速センサ素子の製造方法は、半導体基板に対して加工を行い、前記半導体基板の一方主面から他方主面に貫通する開口部が形成された固定部と、前記開口部内に配置される重り部と、一方端が前記重り部に連結され、他方端が前記固定部に連結される梁部と、前記梁部に設けられ、前記梁部の変形に伴って抵抗値が変化する抵抗素子と、を有し、前記重り部が、前記梁部の前記一方端が連結される主部と、前記主部に連結され、前記梁部の前記一方端よりも前記他方端側へ突出する付属部と、を有する加速度センサ素子を製造する方法であって、前記一方主面を構成する半導体層と、前記他方主面を構成する支持層と、前記半導体層と前記支持層との間に配置された絶縁層とを有する前記半導体基板を準備する工程と、前記一方主面側から前記半導体層に対してエッチングを行い、前記梁部の側面を形成する工程と、前記一方主面側から前記絶縁層に対して等方性エッチングを行い、前記梁部の前記他方主面側に位置する絶縁層を除去して前記梁部を形成する工程と、前記他方主面側から前記支持層に対してエッチングを行い、前記重り部と前記固定部とを隔てる溝部を形成する工程と、を有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、重り部の強度を維持しつつ梁部を長くできる。したがって破損が少なく加速度の検出感度に優れた加速度センサ素子及び加速度センサ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る加速度センサ素子の斜視図であり、（ａ）は第１主面から見た斜視図、（ｂ）は第２主面からみた斜視図である。
【図２】図１の加速度センサ素子の平面図である。
【図３】（ａ）は図２のＩＩＩａ−ＩＩＩａ線における断面図、（ｂ）は図２のＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線における断面図、（ｃ）はＩＩＩｃ−ＩＩＩｃ線における断面図である。
【図４】（ａ）は図３の領域ＩＶａ領域の拡大図、（ｂ）は図３の領域ＩＶｂの拡大図、（ｃ）は図３の領域ＩＶｃの拡大図である。
【図５】図１の加速度センサにおける絶縁層の範囲を示す平面図である。
【図６】図１のセンサ素子の製造方法を説明する断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る加速度センサ素子の斜視図である。
【図８】図７の加速度センサ素子の図３（ａ）に相当する断面図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る加速度センサ装置の構成を示す断面図である。
【図１０】従来の加速度センサ素子の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に図面を参照して、本発明に係る加速度センサ素子、加速度センサ装置及び加速度センサ素子の製造方法の実施の形態を説明する。なお、以下の実施の形態で用いられる図は模式的なものであり、図面上の寸法比率は現実のものとは必ずしも一致していない。また、以下に述べる各種の実施形態において、同様の構成については同一符号を付して説明を省略する。
【００１６】
（第１の実施形態）
図１（ａ）は、第１の実施形態に係る加速度センサ素子１を第１主面Ｓａから見た斜視図である。図１（ｂ）は、センサ素子１を第１主面Ｓａの背面側（第２主面Ｓｂ側）から見た斜視図である。なお、以下では、第１主面Ｓａの平面視を単に平面視ということがある。
【００１７】
センサ素子１は、例えば、ピエゾ抵抗効果を利用した三次元加速度センサ素子として構成されている。すなわち、センサ素子１は、３次元直交座標系における、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸方向の加速度を検出可能に構成されている。
【００１８】
センサ素子１は、センサ素子１に加えられた加速度をセンサ素子１の変形に変換するために、固定部３と、重り部７と、重り部７を固定部３に対して揺動可能に支持する梁部５（図１（ａ））とを有している。また、センサ素子１は、梁部５の変形を電気的変化に変換して出力するために、梁部５の変形に伴って抵抗値が変化する抵抗素子９（図１（ａ））と、抵抗素子９に接続され、端子として機能する電極パッド１１（図１（ａ））とを有している。
【００１９】
固定部３には、重り部７が配置される開口部１３が形成されている。より具体的には、例えば、固定部３は、平面視において概ね略正方形の枠状に形成され、開口部１３は、概ね正方形に形成されている。固定部３の平面視における一辺の長さは、例えば、０．８ｍｍ〜３．０ｍｍである。固定部３の平面視における各辺の幅は、例えば０．１ｍｍ〜１．８ｍｍである。固定部３の厚み（開口部１３の開口方向における大きさ）は、例えば、０．２ｍｍ〜０．６２５ｍｍである。
【００２０】
梁部５は、一端が重り部７に連結され、他端が固定部３に連結されることにより、重り部７を固定部３に対して揺動可能に支持している。梁部５は、例えば、Ｘ軸方向において重り部７を挟んで２本、Ｙ軸方向において重り部７を挟んで２本、合計４本設けられている。各梁部５は、開口部１３の開口方向の一方側（第１主面Ｓａ側）において設けられている。より具体的には、梁部５は、第１主面Ｓａ側の一方主面が固定部３の第１主面Ｓａと面一になるように、また梁部５の一方主面と反対側の他方主面は、固定部３の第２主面Ｓｂより第１主面Ｓａ側に位置するように形成されている。また、梁部５の厚さ（開口部１３の開口方向における大きさ）は、固定部３の厚さよりも小さい。梁部５の長さは、例えば、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍである。梁部５の平面視における幅は、例えば、０．０１ｍｍ〜０．２ｍｍである。梁部５の厚さは、例えば、５μｍ〜２０μｍである。
【００２１】
重り部７は、いわゆるクローバー型の重り部において、クローバーの葉の部分（図１０の付属部５１７を参照）が互いに連結されて一つになった形状に形成されている。重り部７は、梁部５に連結された主部１５と、主部１５の外周に連結された付属部１７とを有している。
【００２２】
主部１５は、例えば、平面視において概ね正方形の直方体状（立方体含む）に形成されている。また、主部１５は、例えば、固定部３の厚さ（開口部１３の開口方向における大きさ）と同等の厚さを有し、主部１５の第１主面Ｓａ側の面及び第２主面Ｓｂ側の面は、それぞれ固定部３の第１主面Ｓａ側の面及び第２主面Ｓｂ側の面と同一平面に収まる。主部１５の平面視における一辺の長さは、図１０に示した従来の主部５１５に比較して短くされてよい。当該一辺の長さは、例えば、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍである。また、主部１５の厚みは、例えば、０．２ｍｍ〜０．６２５ｍｍである。
【００２３】
付属部１７は、梁部５の主部１５側の端部よりも梁部５の固定部３側の端部側へ突出している。このように付属部１７が主部１５から突出することにより、梁部５が長く形成されつつ、重り部７の体積が大きくなる。付属部１７の詳細については後述する。
【００２４】
抵抗素子９は、変形に伴って抵抗値が変化するピエゾ抵抗である。抵抗素子９は、各計測方向の加速度を検出するために、適宜な位置に適宜な数で設けられる。例えば、Ｘ軸方向の加速度を検出するために、Ｘ軸方向に延びる２本の梁部５それぞれに抵抗素子９が２個ずつ設けられる。そして、その４個の抵抗素子はブリッジ回路を構成するように、第１主面Ｓａに設けられた不図示の配線により互いに接続される。ブリッジ回路の出力電圧は、梁部５の変形に伴う抵抗素子９の抵抗値の変化により変化する。なお、図１等では、３軸方向に対応する抵抗素子９を例示している。
【００２５】
電極パッド１１は、固定部３の第１主面Ｓａに設けられている。電極パッド１１は、第１主面Ｓａに形成された不図示の配線を介して、抵抗素子９を含むブリッジ回路と接続されている。抵抗素子９を含むブリッジ回路は、電極パッド１１を介して、電圧の印加がなされ、また、出力電圧を加速度センサ素子１の外部へ出力する。
【００２６】
なお、特に図示しないが、固定部３、梁部５及び重り部７の連結部分、並びに、主部１５及び付属部１７の連結部分においては、応力集中が生じないように、適宜な大きさの丸みが付与されてよい。
【００２７】
図２は、加速度センサ素子１の平面図である。図３（ａ）、図３（ｂ）及び図３（ｃ）は、それぞれ、図２のＩＩＩａ−ＩＩＩａ線、ＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線及びＩＩＩｃ−ＩＩＩｃ線における断面図である。なお、図３において電極パッド１１は省略する。
【００２８】
図１〜図３に示すように、付属部１７は、平面視において主部１５の回りに環状に形成されている。そして、付属部１７は、主部１５の全周に亘って主部１５に連結されている。なお、図１（ｂ）、図３（ｂ）及び図３（ｃ）においては、説明の便宜上、主部１５と付属部１７との境界線Ｌ１を図示している。
【００２９】
付属部１７は、例えば、平面視において概ね正方形の直方体状（立方体含む）に形成されている。付属部１７は、全体が梁部５よりも下方に位置しており、第２主面Ｓｂ側の面は、固定部３の第２主面Ｓｂ側の面と同一平面に収まっている。そして、付属部１７は、固定部３の厚さから梁部５の厚さを差し引いた厚さよりも、梁部５と付属部１７との距離Ｈ（図４（ａ）も参照）だけ小さい厚さを有している。
【００３０】
付属部１７の平面視における１辺の長さは、例えば、０．６ｍｍ〜１．２ｍｍである。付属部１７の主部１５からの梁部５の他方端側（固定部３側）への突出量は、付属部１７の外周面１７ａと固定部３の内周面３ａとを隔てる溝部１４の幅Ｗ１（符号は図２及び図３）よりも大きい。
【００３１】
付属部１７は、平面視において大きく形成されることが好ましい。換言すれば、溝部１４の幅Ｗ１は小さく設定されることが好ましい。幅Ｗ１は、種々の事情を考慮して設定される。例えば、幅Ｗ１が可能な限り狭く設定され、また、溝部１４が後述するようにエッチングによって形成される場合、幅Ｗ１は、エッチングに必要な幅によって規定され、４０〜５０μｍである。
【００３２】
なお、溝部１４は、センサ素子１の対象計測範囲内の最大加速度がセンサ素子１に加えられ、重り部７が固定部３に対して揺動したときに、重り部７が固定部３に衝突しない幅に設定される必要がある。しかし、一般に、当該幅は、エッチングに必要な幅よりも狭く、例えば、１０μｍ程度である。
【００３３】
付属部１７の外周面１７ａと固定部３の内周面３ａとは、平面視においても、また、開口部１３の開口方向に平行な断面においても、互いに平行且つ一定の距離を保っている。換言すれば、溝部１４は、一定の幅で加速度センサ素子１を貫通するとともに、平面視において一定の幅で延びている。
【００３４】
付属部１７は、平面視において梁部５と重ならない非重なり部１９と、平面視において梁部５と重なる重なり部２１とを有している。なお、図１（ｂ）及び図３（ａ）では、説明の便宜的上、非重なり部１９と重なり部２１との境界線Ｌ２を点線で示している。
【００３５】
図３に示すように、センサ素子１は、例えば、半導体基板２９に加工が施されることにより構成されている。半導体基板２９は、例えば、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板である。半導体基板２９は、第１主面Ｓａ側から順に、半導体層３１、絶縁層３３及び支持層３５が積層されて構成されている。
【００３６】
なお、半導体基板２９、半導体層３１、絶縁層３３及び支持層３５、並びに、第１主面Ｓａ及び第２主面Ｓｂは、加工前と加工後とで形状が異なるが、便宜上、加工前と加工後とで共通の符号を用いる。
【００３７】
半導体層３１及び支持層３５は、例えばシリコンにより形成されている。絶縁層３３は、例えばＳｉＯ２により形成されている。半導体層３１の厚さは、例えば、５μｍ〜２０μｍである。絶縁層３３の厚さは、例えば、０．１μｍ〜５μｍである。支持層３５の厚さは、例えば、０．２ｍｍ〜０．６ｍｍである。
【００３８】
固定部３及び主部１５は、半導体層３１、絶縁層３３及び支持層３５により構成されている。梁部５は、半導体層３１により構成されている。付属部１７は、支持層３５により構成されている。
【００３９】
梁部５は、固定部３等よりも薄く形成されることにより、固定部３等に比較して曲げ剛性が小さい。すなわち、梁部５は、可撓性を有している。
【００４０】
図４（ａ）は、図３（ａ）の領域ＩＶａの拡大図である。図３（ａ）及び図４（ａ）に示すように、梁部５は半導体層３１のみにより構成され、付属部１７（重なり部２１）は支持層３５のみにより構成されている。従って、重なり部２１の第１主面Ｓａ側の面と、梁部５の第２主面Ｓｂ側の面との間には隙間が設けられており、その距離Ｈは、絶縁層３３の厚みと同等である。
【００４１】
図４（ｂ）は、図３（ｂ）の領域ＩＶｂの拡大図である。絶縁層３３の主部１５を構成する部分の外周縁３３ａは、半導体層３１の主部１５を構成する部分の外周縁３１ａよりも内周側に位置している。なお、その差Ｄ１は、梁部５の幅の半分と同程度、若しくは、それよりも若干大きく、例えば、５μｍ〜１００μｍである。
【００４２】
図４（ｃ）は、図３（ｂ）の領域ＩＶｃの拡大図である。絶縁層３３の固定部３を構成する部分の内周縁３３ｂは、半導体層３１の固定部３を構成する部分の内周縁３１ｂよりも外周側に位置している。なお、その差Ｄ２は、差Ｄ１と同様に、梁部５の幅の半分と同程度、若しくは、それよりも若干大きく、例えば、５μｍ〜１００μｍである。
【００４３】
図５は、絶縁層３３の範囲を示す平面図である。
【００４４】
上述のように、絶縁層３３の縁部（３３ａ、３３ｂ）は、半導体層３１の縁部（３１ａ、３１ｂ）よりも奥まったところに位置している。このような絶縁層３３の縁部（３３ａ、３３ｂ）の浸食は、梁部５と主部１５との連結部分、及び、梁部５と固定部３との連結部分においても生じている。
【００４５】
一方で絶縁層３３の縁部の侵食をしないようにすることも可能である。絶縁層３３の縁部（３３ａ、３３ｂ）の侵食が生じないようにする方法としては、その縁部を含む領域に絶縁層３３を設けず半導体層３１と支持層３５とが直接接続された状態としておけばよい。例えば、半導体基板２９として、主部１５となる部分の直下領域には絶縁層３３を設けず、この領域のみ半導体層３１と支持層３５とが直に接続されているものを用いることで絶縁層３３の縁部３３ａの侵食が生じないようにすることができる。
【００４６】
なお、本願において、半導体層３１の主部１５を構成する部分の外周縁３１ａというときには、当該外周縁３１ａは、半導体層３１における主部１５と梁部５との（仮想的な）境界線を含むものとする。同様に、本願において、半導体層３１の固定部３を構成する部分の内周縁３１ｂというときには、当該内周縁３１ｂは、固定部３と梁部５との（仮想的な）境界線を含むものとする。
【００４７】
（センサ素子１の製造方法）
図６は、センサ素子１の製造方法を説明する断面図である。当該断面図は、図３（ａ）に対応する位置における断面図である。なお、図６の半導体基板２９において、梁部５や重り部７等のセンサ素子１の各部になるべき個所（形成過程の各部）に、理解を容易にするために、各部の符号を示すことがある。センサ素子１は、上述のように、半導体基板２９に対する加工により形成される。
【００４８】
図６（ａ）に示すように、半導体基板２９の加工では、まず、抵抗素子９の形成が行われる。具体的には、半導体層３１にイオン注入法により不純物を注入することでピエゾ抵抗からなる抵抗素子９が形成される。不純物としては、半導体基板２９としてｎ型のＳＯＩ基板を用いた場合にはＢ（ボロン）が例示でき、半導体基板２９としてｐ型のＳＯＩ基板を用いた場合にはＰ（リン）、Ａｓ（ヒ素）などが例示できる。
【００４９】
抵抗素子９の形成後、図６では図示を省略するが、半導体層３１には、不図示の配線及び電極パッド１１が形成される。これらは、金属スパッター、ＣＶＤ、蒸着などによりアルミなどの金属材料を成膜した後、成膜した金属材料をドライエッチング、ウェットエッチングなどによりパターニングすることにより形成される。
【００５０】
次に、第１主面Ｓａ及び第２主面Ｓｂに対してエッチングを行うことにより、固定部３、梁部５及び重り部７を形成する。エッチングは、ウェットエッチングでもよいし、ドライエッチングでもよい。好適には、エッチングは、誘導結合型プラズマ反応性イオンエッチング（Inductively Coupled Plasma Reactive Ion Etching:ICP-RIE）である。
【００５１】
具体的には、まず、図６（ｂ）に示すように、第１主面Ｓａに対するエッチングが行われる。このエッチングでは、固定部３、梁部５及び主部１５を互いに隔てる領域において半導体層３１が除去される。当該除去される領域は、図１（ａ）等から理解されるように、４つの概ね矩形状の領域である。半導体層３１の除去において、絶縁層３３は、エッチングストッパとして機能する。
【００５２】
次に、図６（ｃ）に示すように、第２主面Ｓｂに対するエッチングが行われる。このエッチングでは、固定部３及び付属部１７を互いに隔てる領域において支持層３５が除去される。当該除去される領域は、図１（ｂ）等から理解されるように、矩形の枠状である。当該枠状の領域の幅は、上述した溝部１４の説明から理解されるように、全周に亘って一定（幅Ｗ１）である。支持層３５の除去においては、絶縁層３３は、エッチングストッパとして機能する。
【００５３】
その後、既に参照した図３（ａ）に示されるように、絶縁層３３のエッチングが行われる。このエッチングでは、半導体層３１を除去した領域、並びに、平面視において梁部５と重なる領域において絶縁層３３が除去される。
【００５４】
例えば、まず、半導体層３１のエッチングのために用いられたフォトマスクと同一のフォトマスクが使用されることにより、フォトレジストのエッチングマスクが形成される。なお、半導体層３１がエッチングマスクとして使用されてもよい。
【００５５】
次に、絶縁層３３を除去する等方性エッチングが行われる。等方性エッチングが採用されることにより、梁部５の側方から梁部５と重なる領域の絶縁層３３が浸食され、半導体層３１を除去した領域だけでなく、梁部５と重なる領域においても絶縁層３３が除去される。
【００５６】
また、等方性エッチングが採用されることにより、絶縁層３３の主部１５及び固定部３における縁部（３３ａ、３３ｂ）も浸食される。これにより、当該縁部（３３ａ、３３ｂ）は、半導体層３１の主部１５及び固定部３における縁部（３１ａ、３１ｂ）よりも奥まったところに位置する。等方性エッチングとしては例えば、フッ酸を用いたウェットエッチング、あるいはフッ酸ガスを用いたドライエッチングが例示できる。
【００５７】
なお、半導体層３１よりも開口の狭いエッチングマスクを形成することにより、絶縁層３３の縁部（３３ａ、３３ｂ）と半導体層３１の縁部（３１ａ、３１ｂ）とを概ね一致させることも可能である。
【００５８】
以上の実施形態によれば、加速度センサ素子１は、開口部１３が形成された固定部３と、開口部１３内に配置される重り部７と、一方端が重り部７に連結され、他方端が固定部３に連結される梁部５と、梁部５に設けられ、梁部５の変形に伴って抵抗値が変化する抵抗素子９とを有する。重り部７は、梁部５の一方端が連結される主部１５と、主部１５に連結され、梁部５の一方端（重り部７側の端部）よりも他方端側（固定部３側）に突出する付属部１７とを有する。付属部１７（非重なり部１９）は、開口部１３の開口方向に見て梁部５と重ならない位置において主部１５に連結されている。さらに、付属部１７（重なり部２１）は、梁部５よりも開口方向の一方側（第２主面Ｓｂ側）、且つ、開口方向に見て梁部５と重なる位置において主部１５に連結されている。
【００５９】
このような構造を有する加速度センサ素子１は、図１０に示す従来の形状に比較して、付属部１７と主部１５との連結部が拡張される。従って、重り部７の強度を維持しつつ、図１０の溝部５２５を長くすることはもちろん、隣接する溝部５２５同士を主部側の端部において接続したり、本実施形態のように溝部５２５を無くしたりすることもできる。すなわち、重り部７の強度を維持しつつ、梁部５を長くして、感度を向上させることができる。さらに、梁部５の下方側領域まで重り部７が拡張されることにより、重り部７の質量が増加し、感度の向上が図られる。
【００６０】
付属部１７は、開口部１３の開口方向に見て、梁部５と重なる部分（重なり部２１）を介して梁部５の側方の一方側から梁部５の側方の他方側に亘って設けられている。従って、梁部５の下方部分が梁部５の幅方向全体に亘って有効利用され、主部１５と付属部１７との連結の強化及び重り部７の質量増大が一段と図られる。さらに、従来の図１０の付属部５１７同士が連結されることになり、重り部７の強度向上が一層図られる。
【００６１】
開口部１３（固定部３）の内周面３ａ及び付属部１７の外周面１７ａは、梁部５よりも開口方向の一方側（第２主面Ｓｂ側）において、互いの距離が開口方向の一方側の端面（第２主面Ｓｂ）まで一定である。従って、図６（ｃ）を参照して説明したように、第２主面Ｓｂに対するエッチングにより付属部１７（重り部７の梁部５よりも第２主面Ｓｂ側部分）を形成することが容易である。すなわち、第２主面Ｓｂに対するエッチングを、フォトマスクを交換しつつ行ったりする必要がない。
【００６２】
梁部５よりも開口方向の一方側（第２主面Ｓｂ側）において開口部１３の内周面３ａ及び重り部７の外周面１７ａにより形成される溝部（１４）は、開口部１３の開口方向に見て一定の幅に形成されている。ここで、例えば、プラズマエッチングを行う場合において、エッチングされる領域に、幅の広い部分と、幅の狭い部分とがあると、幅の広い部分においては幅の狭い部分よりも粒子密度が高くなる。その結果、幅の広い部分においては、幅の狭い部分よりも速くエッチングが進み、オーバーエッチングとなりやすい。しかし、本実施形態では、溝部１４の幅が一定であることから、オーバーエッチングの発生が抑制される。
【００６３】
このような開口部１３の内周面３ａ及び重り部７の外周面１７ａにより形成される溝部を一定の幅にできるのは、重り部７を梁部５と重なる位置まで拡張していることによる。例えば、図１０に示す従来のセンサ素子５０１では、梁部５０５よりも第２主面Ｓｂ側において、溝部１４の他に、２つの付属部５１７同士を隔てる溝部５１６が形成されている。一般に、溝部５１６は、溝部１４よりも広い。従って、溝部５１６においてオーバーエッチングが発生しやすい。しかし、本実施形態では、重り部７を梁部５と重なる位置まで拡張して溝部５１６を無くしていることから、第２主面Ｓｂ側において開口部１３の内周面３ａ及び重り部７の外周面１７ａにより形成される溝部（１４のみ）を一定の幅にできる。
【００６４】
付属部１７の主部１５からの梁部５の他方端側（固定部３側）への突出量は、付属部１７と固定部３との距離Ｗ１よりも大きい。上述のように、距離Ｗ１は、クローバー型のセンサ素子１において、できるだけ小さくされることが好ましく、エッチングの最小幅とされることもあり得る。従って、付属部１７の突出量が距離Ｗ１よりも大きいことは、付属部１７がエッチングの精度誤差等によって偶然に形成されたものではないことの目安となる。また、付属部１７の突出量が距離Ｗ１よりも大きいことは、付属部１７が梁部５の長さの半分以上の大きさで突出していることになるから、重り部７の質量増大の効果も非常に大きい。
【００６５】
センサ素子１は、開口部１３の開口方向において順に積層された半導体層３１、絶縁層３３及び支持層３５を有する。固定部３及び重り部７は、半導体層３１、絶縁層３３及び支持層３５により構成され、梁部５は、半導体層３１により構成されている。そして、付属部１７のうち開口方向に見て梁部５と重なる部分（重なり部２１）は、支持層３５により構成されている。従って、図６を参照して説明したように、絶縁層３３を除去する等方性エッチングの採用により、簡単に梁部５と重なり部２１との間の隙間を形成することができる。
【００６６】
絶縁層３３の主部１５を構成する部分の外周縁３３ａは、半導体層３１の主部１５を構成する部分の外周縁３１ａよりも内周側に位置している。従って、重り部７のうち支持層３５により構成される部分の半導体層３１に対する作用点は、固定部３から遠ざかる。その結果、梁部５の固定部３側に設けられた抵抗素子９に対して、梁部５が長くなることに近似した効果が期待される。
【００６７】
同様に、絶縁層３３の固定部３を構成する部分の内周縁３３ｂは、半導体層３１の固定部３を構成する部分の内周縁３１ｂよりも外周側に位置しており、梁部５が長くなることに近似した効果が期待される。
【００６８】
また、別の観点においては、本実施形態のセンサ素子１は、開口部１３が形成された固定部３と、開口部１３内に配置される重り部７と、一方端が重り部７に連結され、他方端が固定部３に連結される梁部５と、梁部５に設けられ、梁部５の変形に伴って抵抗値が変化する抵抗素子９とを有する。重り部７は、梁部５の一方端が連結される主部１５と、主部１５に連結され、梁部５の一方端（重り部７側の端部）よりも他方端側（固定部３側）に突出する付属部１７とを有する。付属部１７は、梁部５よりも開口方向の一方側においてのみ設けられている。
【００６９】
従って、付属部１７は、図９に示す従来技術のように溝部５２５と隔てられる必要はない。その結果、付属部を、図９に示す従来技術よりも梁部５に近接させたり、本実施形態のように付属部１７を梁部５と重なる位置まで拡張させたりすることができる。そして、重り部７の強度を維持しつつ、梁部５を長くして、感度を向上させることが可能となる。
【００７０】
また、本実施形態のセンサ素子１の製造方法は、第１主面Ｓａを構成する半導体層３１と、第２主面Ｓｂを構成する支持層３５と、半導体層３１と支持層３５との間に配置された絶縁層３３とを有する半導体基板２９を準備する工程（図６（ａ））を有する。また、当該製造方法は、第１主面Ｓａ側から半導体層３１に対してエッチングを行い、梁部５の側面を形成する工程（図６（ｂ））と、第２主面Ｓｂ側から支持層３５に対してエッチングを行い、重り部７と固定部３とを隔てる溝部１４を形成する工程（図６（ｃ））とを有する。さらに、当該製造方法は、第１主面Ｓａ側から絶縁層３３に対してウェットエッチングを行い、梁部５の第２主面Ｓｂ側に位置する絶縁層３３を除去して梁部５を形成する工程（図３（ａ））を有する。従って、上述のように、簡便に、梁部５よりも第２主面Ｓｂ側において、平面視において重り部７を梁部５側へ拡張することができる。
【００７１】
（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態に係る加速度センサ素子１０１の第１主面Ｓａ側から見た斜視図である。なお、センサ素子１０１を第２主面Ｓｂ側から見た斜視図は、図１（ｂ）と同様である。
【００７２】
第２の実施形態は、重り部１０７の形状が第１の実施形態の重り部７の形状と相違する。具体的には、重り部１０７の付属部１１７は、第１主面Ｓａ側の面に、梁部５の第２主面Ｓｂ側の面よりも第１主面Ｓａ側に突出する突部１２３を有している。
【００７３】
付属部１１７の非重なり部１１９は、第１の実施形態の非重なり部１９と同様の形状の垂下部１２２を有し、突部１２３は垂下部１２２上に形成されている。突部１２３は、例えば、複数の梁部５間に対応して複数（実施形態では４つ）設けられている。突部１２３は、第１主面Ｓａ側に開口する溝部１２５により、梁部５と隔てられている。
【００７４】
なお、溝部１２５は、図１０に示す従来のセンサ素子５０１における溝部５２５に対応するものである。ただし、溝部１２５は、溝部５２５よりも主部１５側に延ばされており、その突き当り部分で隣接する他の溝部１２５と接続されている。なお、溝部１２５は、溝部５２５と同様に、隣接する他の溝部１２５と非接続とされてもよい。換言すれば、突部１２３は、主部１５と連結されていてもよい。
【００７５】
溝部１２５の幅Ｗ２（符号は図８参照）は、重り部１０７の質量の増大の観点からは、できるだけ狭くされることが好ましい。幅Ｗ２は、種々の事情を考慮して設定される。幅Ｗ２は、例えば、幅Ｗ１と同様の事情から、幅Ｗ１と同様の大きさに設定される。すなわち、幅Ｗ２が可能な限り狭く設定され、また、溝部１２５がエッチングによって形成される場合、幅Ｗ２は、エッチングに必要な幅によって規定され、４０〜５０μｍである。
【００７６】
図８は、センサ素子１０１の図３（ａ）に相当する断面図である。
【００７７】
垂下部１２２は、非重なり部１９と同様に、支持層３５により構成されている。突部１２３は、絶縁層３３及び半導体層３１により構成されている。
【００７８】
第２の実施形態のセンサ素子１０１の製造方法は、第１の実施形態のセンサ素子１の製造方法と概ね同一である。ただし、センサ素子１０１の製造方法では、半導体層３１及び絶縁層３３のエッチングにおいて、第１の実施形態とは異なるフォトマスク（エッチングマスク）が用いられる。すなわち、固定部３、梁部５、主部１５及び突部１２３に相当する部分を残し、溝部１２５に相当する部分を除去可能なフォトマスクが用いられる。
【００７９】
以上の第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られる。しかも、付属部１１７は、梁部５の開口方向の一方側（第２主面Ｓｂ側）の面よりも開口方向の他方側（第１主面Ｓａ側）へ突出する突部１２３を有することから、第１の実施形態よりも重り部の質量を増大させ、感度を向上させることができる。溝部１２５の幅Ｗ２と、溝部１４の幅Ｗ１とが同一であれば、オーバーエッチングの抑制も図られる。
【００８０】
（第３の実施形態）
図９は、本発明の第３の実施形態に係る加速度センサ装置２０１の構成を示す断面図である。
【００８１】
加速度センサ装置２０１は、第１の実施形態のセンサ素子１又は第２の実施形態のセンサ素子１０１を有して構成されている。なお、以下では、加速度センサ装置２０１は、センサ素子１を有するものとして説明する。
【００８２】
加速度センサ装置２０１は、センサ素子１に加えて、センサ素子１を収容するケース２０６と、ケース２０６に保持されるＩＣ２０３とを有している。
【００８３】
ケース２０６は、例えば、複数の基板（第１基板２０７Ａ〜第５基板２０７Ｅ）が積層されて構成されている。複数の基板のうち一部の基板に孔部が形成されることにより、センサ素子１が収容される第１収容空間２２３、並びに、ＩＣ２０３が収容される第２収容空間２２４が形成されている。なお、第１収容空間２２３は、ケース２０６に取り付けられた蓋体２０５により塞がれる。ケース２０６の外部若しくは内部には、導電層（電極２１９、端子２１７等）やビア導体２２０が形成されている。
【００８４】
センサ素子１は、固定部３が接着剤２２５によりケース２０６に固定されている。また、センサ素子１の電極パッド１１は、ボンディングワイヤ２１８により電極２１９に接続されている。
【００８５】
ＩＣ２０３は、半田２２１により、ケース２０６に設けられた不図示の電極上に実装されている。そして、ＩＣ２０３は、ビア導体２２０や電極２１９等を介してセンサ素子１に接続される。
【００８６】
ケース２０６の表面には、端子２１７が設けられている。端子２１７は、ビア導体２２０等を介してＩＣ２０３に接続されている。加速度センサ装置２０１は、端子２１７が不図示の回路基板等に半田により固定されることにより、回路基板に実装される。
【００８７】
そして、ＩＣ２０３は、端子２１７からの電気信号に基づいて、センサ素子１に適宜に電圧を印加して出力値を取得し、その出力値に基づく処理を実行し、その処理結果を端子２１７に出力する。ＩＣ２０３の処理は、例えば、電極パッド１１から得られる出力値を３軸の加速度に変換する処理である。
【００８８】
本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。
【００８９】
センサ素子は、３軸の加速度を計測可能なものに限定されず、例えば、１軸の加速度を計測するものであってもよい。センサ素子は、梁部の曲げ変形を利用するものに限定されず、捩り変形を利用するものであってもよい。センサ素子は、重り部の両側に梁部が設けられるものに限定されず、重り部の片側にのみ梁部が設けられるものであってもよい。
【００９０】
付属部は、主部の回りに環状に形成されるものに限定されない。例えば、図１０に示す付属部５１７と同様にクローバー型に形成され、且つ、付属部の梁部側部分が梁部と重なる位置まで拡張されていてもよい。換言すれば、第１の実施形態又は第２の実施形態の付属部において、梁部と重なる位置に溝部が形成されていてもよい。この場合において当該溝部は付属部と固定部とを隔てる溝部と同一の幅で形成されていることが好ましい。また、例えば、片持ち梁状（梁部が１本のみ）のセンサ素子において、主部に対して梁部側にのみ付属部が設けられてもよい。また、例えば、梁部の捩りを利用するセンサ素子など、梁部が捩れてよいセンサ素子において、主部に対して梁部の側方片側のみに付属部が設けられてもよい。
【００９１】
本発明の第３の観点のセンサ素子、すなわち、固定部の開口方向の一方側のみに付属部が設けられるセンサ素子においては、付属部は平面視において梁部と重なる位置まで拡張されていなくてもよい。梁部と重なる位置まで拡張されなくても、従来よりも付属部を梁部に近づけ、ひいては、主部と付属部との連結部を拡張できる。
【００９２】
センサ素子の製造方法は、実施形態において例示した方法を適宜に変更してよい。例えば、実施形態において、半導体層３１に対するエッチングと支持層３５に対するエッチングとの順序を逆にしてもよい。実施形態において、絶縁層３３の除去が、半導体層３１に対するエッチングの直後であって支持層３５のエッチングの前に行われてもよい。このように、半導体層３１のエッチングの直後に絶縁層３３のエッチングを行うこととすると、ウェハをひっくり返す回数が減り、また、共通のエッチングマスクを使用することも可能となる。
【符号の説明】
【００９３】
１…加速度センサ素子、３…固定部、５…梁部、７…重り部、９…抵抗素子、１３…開口部、１５…主部、１７…付属部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速度センサ素子、加速度センサ装置及び加速度センサ素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ピエゾ抵抗効果を利用して加速度を検出する加速度センサ素子が知られている（例えば、特許文献１）。図１０は、特許文献１等に記載された加速度センサ素子５０１の斜視図である。
【０００３】
加速度センサ素子５０１は、固定部５０３と、一端が固定部５０３に支持される梁部５０５と、梁部５０５の他端に支持される重り部５０７と、梁部５０５に設けられた抵抗素子９とを有している。加速度センサ素子５０１に加速度に比例した外力が加えられると、重り部５０７が固定部５０３に対して変位するとともに梁部５０５に曲げ変形が生じる。そして、梁部５０５とともに曲げ変形が生じた抵抗素子９の抵抗値の変化を検出することにより、加速度が検出される。
【０００４】
加速度センサ素子５０１では、重り部５０７を大きくするほど、また、梁部５０５を長くするほど、加速度に対する梁部５０５の撓みが大きくなり、加速度の検出感度が高くなる。そこで、重り部５０７は、いわゆるクローバー型に形成されている。すなわち、重り部５０７は、梁部５０５に固定される主部５１５と、主部５１５から固定部５０３側に突出する複数の付属部５１７とを有している。これにより、梁部５０５の長さを維持したまま、重り部５０７の体積が大きくなり、加速度センサ素子５０１は、感度が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１７２７４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
付属部５１７と梁部５０５とは溝部５２５により隔てられている。従って、溝部５２５を２点鎖線で示すように長くすることにより、梁部５０５を長くして感度の向上を図ることが考えられる。しかし、この場合、付属部５１７と主部５１５との連結部が縮小され、重り部５０７の強度が低下する。
【０００７】
本発明の目的は、重り部の強度を維持しつつ梁部を長くすることが可能な加速度センサ素子、加速度センサ装置及び加速度センサ素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の観点の加速度センサ素子は、開口部が形成された固定部と、前記開口部内に配置される重り部と、一方端が前記重り部に連結され、他方端が前記固定部に連結される梁部と、前記梁部に設けられ、前記梁部の変形に伴って抵抗値が変化する抵抗素子と、を有し、前記重り部は、前記梁部の前記一方端が連結される主部と、前記主部に連結され、前記梁部の前記一方端よりも前記他方端側に突出する付属部と、を有し、前記付属部は、前記開口方向に見て前記梁部と重ならない位置において前記主部に連結される非重なり部と、前記非重なり部に連結されるとともに、前記開口方向に見て前記梁部と重なる位置において前記主部に連結され、前記梁部との間に隙間を有する重なり部と、を有する。
【０００９】
本発明の第２の観点の加速度センサ素子は、積層された複数の層により構成された固定部と、前記複数の層により構成され、前記固定部に対して前記複数の層の積層方向に直交する方向において隣接する重り部と、前記複数の層の一部の層により構成され、一方端が前記重り部に連結され、他方端が前記固定部に連結される梁部と、前記梁部に設けられ、前記梁部の変形に伴って抵抗値が変化する抵抗素子と、を有し、前記重り部は、前記梁部の前記一方端が連結される主部と、前記主部に連結され、前記梁部の前記一方端よりも前記他方端側に突出する付属部と、を有し、前記付属部は、前記積層方向に見て前記梁部と重ならない位置において前記主部に連結される非重なり部と、前記非重なり部に連結されるとともに、前記積層方向に見て前記梁部と重なる位置において前記主部に連結され、前記梁部との間に隙間を有する重なり部と、を有する。
【００１０】
本発明の第３の観点の加速度センサ素子は、開口部が形成された固定部と、前記開口部内に配置される重り部と、一方端が前記重り部に連結され、他方端が前記固定部に連結される梁部と、前記梁部に設けられ、前記梁部の変形に伴って抵抗値が変化する抵抗素子と、を有し、前記重り部は、前記梁部の前記一方端が連結される主部と、前記主部に連結され、前記梁部の前記一方端よりも前記他方端側に突出する付属部と、を有し、前記付属部は、前記梁部よりも前記開口方向の一方側においてのみ設けられている。
【００１１】
本発明の加速度センサ装置は、上記のいずれか一に記載の加速度センサ素子と、前記加速度センサ素子の出力信号を信号処理するＩＣチップとを有する。
【００１２】
本発明の加速センサ素子の製造方法は、半導体基板に対して加工を行い、前記半導体基板の一方主面から他方主面に貫通する開口部が形成された固定部と、前記開口部内に配置される重り部と、一方端が前記重り部に連結され、他方端が前記固定部に連結される梁部と、前記梁部に設けられ、前記梁部の変形に伴って抵抗値が変化する抵抗素子と、を有し、前記重り部が、前記梁部の前記一方端が連結される主部と、前記主部に連結され、前記梁部の前記一方端よりも前記他方端側へ突出する付属部と、を有する加速度センサ素子を製造する方法であって、前記一方主面を構成する半導体層と、前記他方主面を構成する支持層と、前記半導体層と前記支持層との間に配置された絶縁層とを有する前記半導体基板を準備する工程と、前記一方主面側から前記半導体層に対してエッチングを行い、前記梁部の側面を形成する工程と、前記一方主面側から前記絶縁層に対して等方性エッチングを行い、前記梁部の前記他方主面側に位置する絶縁層を除去して前記梁部を形成する工程と、前記他方主面側から前記支持層に対してエッチングを行い、前記重り部と前記固定部とを隔てる溝部を形成する工程と、を有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、重り部の強度を維持しつつ梁部を長くできる。したがって破損が少なく加速度の検出感度に優れた加速度センサ素子及び加速度センサ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る加速度センサ素子の斜視図であり、（ａ）は第１主面から見た斜視図、（ｂ）は第２主面からみた斜視図である。
【図２】図１の加速度センサ素子の平面図である。
【図３】（ａ）は図２のＩＩＩａ−ＩＩＩａ線における断面図、（ｂ）は図２のＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線における断面図、（ｃ）はＩＩＩｃ−ＩＩＩｃ線における断面図である。
【図４】（ａ）は図３の領域ＩＶａ領域の拡大図、（ｂ）は図３の領域ＩＶｂの拡大図、（ｃ）は図３の領域ＩＶｃの拡大図である。
【図５】図１の加速度センサにおける絶縁層の範囲を示す平面図である。
【図６】図１のセンサ素子の製造方法を説明する断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る加速度センサ素子の斜視図である。
【図８】図７の加速度センサ素子の図３（ａ）に相当する断面図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る加速度センサ装置の構成を示す断面図である。
【図１０】従来の加速度センサ素子の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に図面を参照して、本発明に係る加速度センサ素子、加速度センサ装置及び加速度センサ素子の製造方法の実施の形態を説明する。なお、以下の実施の形態で用いられる図は模式的なものであり、図面上の寸法比率は現実のものとは必ずしも一致していない。また、以下に述べる各種の実施形態において、同様の構成については同一符号を付して説明を省略する。
【００１６】
（第１の実施形態）
図１（ａ）は、第１の実施形態に係る加速度センサ素子１を第１主面Ｓａから見た斜視図である。図１（ｂ）は、センサ素子１を第１主面Ｓａの背面側（第２主面Ｓｂ側）から見た斜視図である。なお、以下では、第１主面Ｓａの平面視を単に平面視ということがある。
【００１７】
センサ素子１は、例えば、ピエゾ抵抗効果を利用した三次元加速度センサ素子として構成されている。すなわち、センサ素子１は、３次元直交座標系における、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸方向の加速度を検出可能に構成されている。
【００１８】
センサ素子１は、センサ素子１に加えられた加速度をセンサ素子１の変形に変換するために、固定部３と、重り部７と、重り部７を固定部３に対して揺動可能に支持する梁部５（図１（ａ））とを有している。また、センサ素子１は、梁部５の変形を電気的変化に変換して出力するために、梁部５の変形に伴って抵抗値が変化する抵抗素子９（図１（ａ））と、抵抗素子９に接続され、端子として機能する電極パッド１１（図１（ａ））とを有している。
【００１９】
固定部３には、重り部７が配置される開口部１３が形成されている。より具体的には、例えば、固定部３は、平面視において概ね略正方形の枠状に形成され、開口部１３は、概ね正方形に形成されている。固定部３の平面視における一辺の長さは、例えば、０．８ｍｍ〜３．０ｍｍである。固定部３の平面視における各辺の幅は、例えば０．１ｍｍ〜１．８ｍｍである。固定部３の厚み（開口部１３の開口方向における大きさ）は、例えば、０．２ｍｍ〜０．６２５ｍｍである。
【００２０】
梁部５は、一端が重り部７に連結され、他端が固定部３に連結されることにより、重り部７を固定部３に対して揺動可能に支持している。梁部５は、例えば、Ｘ軸方向において重り部７を挟んで２本、Ｙ軸方向において重り部７を挟んで２本、合計４本設けられている。各梁部５は、開口部１３の開口方向の一方側（第１主面Ｓａ側）において設けられている。より具体的には、梁部５は、第１主面Ｓａ側の一方主面が固定部３の第１主面Ｓａと面一になるように、また梁部５の一方主面と反対側の他方主面は、固定部３の第２主面Ｓｂより第１主面Ｓａ側に位置するように形成されている。また、梁部５の厚さ（開口部１３の開口方向における大きさ）は、固定部３の厚さよりも小さい。梁部５の長さは、例えば、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍである。梁部５の平面視における幅は、例えば、０．０１ｍｍ〜０．２ｍｍである。梁部５の厚さは、例えば、５μｍ〜２０μｍである。
【００２１】
重り部７は、いわゆるクローバー型の重り部において、クローバーの葉の部分（図１０の付属部５１７を参照）が互いに連結されて一つになった形状に形成されている。重り部７は、梁部５に連結された主部１５と、主部１５の外周に連結された付属部１７とを有している。
【００２２】
主部１５は、例えば、平面視において概ね正方形の直方体状（立方体含む）に形成されている。また、主部１５は、例えば、固定部３の厚さ（開口部１３の開口方向における大きさ）と同等の厚さを有し、主部１５の第１主面Ｓａ側の面及び第２主面Ｓｂ側の面は、それぞれ固定部３の第１主面Ｓａ側の面及び第２主面Ｓｂ側の面と同一平面に収まる。主部１５の平面視における一辺の長さは、図１０に示した従来の主部５１５に比較して短くされてよい。当該一辺の長さは、例えば、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍである。また、主部１５の厚みは、例えば、０．２ｍｍ〜０．６２５ｍｍである。
【００２３】
付属部１７は、梁部５の主部１５側の端部よりも梁部５の固定部３側の端部側へ突出している。このように付属部１７が主部１５から突出することにより、梁部５が長く形成されつつ、重り部７の体積が大きくなる。付属部１７の詳細については後述する。
【００２４】
抵抗素子９は、変形に伴って抵抗値が変化するピエゾ抵抗である。抵抗素子９は、各計測方向の加速度を検出するために、適宜な位置に適宜な数で設けられる。例えば、Ｘ軸方向の加速度を検出するために、Ｘ軸方向に延びる２本の梁部５それぞれに抵抗素子９が２個ずつ設けられる。そして、その４個の抵抗素子はブリッジ回路を構成するように、第１主面Ｓａに設けられた不図示の配線により互いに接続される。ブリッジ回路の出力電圧は、梁部５の変形に伴う抵抗素子９の抵抗値の変化により変化する。なお、図１等では、３軸方向に対応する抵抗素子９を例示している。
【００２５】
電極パッド１１は、固定部３の第１主面Ｓａに設けられている。電極パッド１１は、第１主面Ｓａに形成された不図示の配線を介して、抵抗素子９を含むブリッジ回路と接続されている。抵抗素子９を含むブリッジ回路は、電極パッド１１を介して、電圧の印加がなされ、また、出力電圧を加速度センサ素子１の外部へ出力する。
【００２６】
なお、特に図示しないが、固定部３、梁部５及び重り部７の連結部分、並びに、主部１５及び付属部１７の連結部分においては、応力集中が生じないように、適宜な大きさの丸みが付与されてよい。
【００２７】
図２は、加速度センサ素子１の平面図である。図３（ａ）、図３（ｂ）及び図３（ｃ）は、それぞれ、図２のＩＩＩａ−ＩＩＩａ線、ＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線及びＩＩＩｃ−ＩＩＩｃ線における断面図である。なお、図３において電極パッド１１は省略する。
【００２８】
図１〜図３に示すように、付属部１７は、平面視において主部１５の回りに環状に形成されている。そして、付属部１７は、主部１５の全周に亘って主部１５に連結されている。なお、図１（ｂ）、図３（ｂ）及び図３（ｃ）においては、説明の便宜上、主部１５と付属部１７との境界線Ｌ１を図示している。
【００２９】
付属部１７は、例えば、平面視において概ね正方形の直方体状（立方体含む）に形成されている。付属部１７は、全体が梁部５よりも下方に位置しており、第２主面Ｓｂ側の面は、固定部３の第２主面Ｓｂ側の面と同一平面に収まっている。そして、付属部１７は、固定部３の厚さから梁部５の厚さを差し引いた厚さよりも、梁部５と付属部１７との距離Ｈ（図４（ａ）も参照）だけ小さい厚さを有している。
【００３０】
付属部１７の平面視における１辺の長さは、例えば、０．６ｍｍ〜１．２ｍｍである。付属部１７の主部１５からの梁部５の他方端側（固定部３側）への突出量は、付属部１７の外周面１７ａと固定部３の内周面３ａとを隔てる溝部１４の幅Ｗ１（符号は図２及び図３）よりも大きい。
【００３１】
付属部１７は、平面視において大きく形成されることが好ましい。換言すれば、溝部１４の幅Ｗ１は小さく設定されることが好ましい。幅Ｗ１は、種々の事情を考慮して設定される。例えば、幅Ｗ１が可能な限り狭く設定され、また、溝部１４が後述するようにエッチングによって形成される場合、幅Ｗ１は、エッチングに必要な幅によって規定され、４０〜５０μｍである。
【００３２】
なお、溝部１４は、センサ素子１の対象計測範囲内の最大加速度がセンサ素子１に加えられ、重り部７が固定部３に対して揺動したときに、重り部７が固定部３に衝突しない幅に設定される必要がある。しかし、一般に、当該幅は、エッチングに必要な幅よりも狭く、例えば、１０μｍ程度である。
【００３３】
付属部１７の外周面１７ａと固定部３の内周面３ａとは、平面視においても、また、開口部１３の開口方向に平行な断面においても、互いに平行且つ一定の距離を保っている。換言すれば、溝部１４は、一定の幅で加速度センサ素子１を貫通するとともに、平面視において一定の幅で延びている。
【００３４】
付属部１７は、平面視において梁部５と重ならない非重なり部１９と、平面視において梁部５と重なる重なり部２１とを有している。なお、図１（ｂ）及び図３（ａ）では、説明の便宜的上、非重なり部１９と重なり部２１との境界線Ｌ２を点線で示している。
【００３５】
図３に示すように、センサ素子１は、例えば、半導体基板２９に加工が施されることにより構成されている。半導体基板２９は、例えば、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板である。半導体基板２９は、第１主面Ｓａ側から順に、半導体層３１、絶縁層３３及び支持層３５が積層されて構成されている。
【００３６】
なお、半導体基板２９、半導体層３１、絶縁層３３及び支持層３５、並びに、第１主面Ｓａ及び第２主面Ｓｂは、加工前と加工後とで形状が異なるが、便宜上、加工前と加工後とで共通の符号を用いる。
【００３７】
半導体層３１及び支持層３５は、例えばシリコンにより形成されている。絶縁層３３は、例えばＳｉＯ２により形成されている。半導体層３１の厚さは、例えば、５μｍ〜２０μｍである。絶縁層３３の厚さは、例えば、０．１μｍ〜５μｍである。支持層３５の厚さは、例えば、０．２ｍｍ〜０．６ｍｍである。
【００３８】
固定部３及び主部１５は、半導体層３１、絶縁層３３及び支持層３５により構成されている。梁部５は、半導体層３１により構成されている。付属部１７は、支持層３５により構成されている。
【００３９】
梁部５は、固定部３等よりも薄く形成されることにより、固定部３等に比較して曲げ剛性が小さい。すなわち、梁部５は、可撓性を有している。
【００４０】
図４（ａ）は、図３（ａ）の領域ＩＶａの拡大図である。図３（ａ）及び図４（ａ）に示すように、梁部５は半導体層３１のみにより構成され、付属部１７（重なり部２１）は支持層３５のみにより構成されている。従って、重なり部２１の第１主面Ｓａ側の面と、梁部５の第２主面Ｓｂ側の面との間には隙間が設けられており、その距離Ｈは、絶縁層３３の厚みと同等である。
【００４１】
図４（ｂ）は、図３（ｂ）の領域ＩＶｂの拡大図である。絶縁層３３の主部１５を構成する部分の外周縁３３ａは、半導体層３１の主部１５を構成する部分の外周縁３１ａよりも内周側に位置している。なお、その差Ｄ１は、梁部５の幅の半分と同程度、若しくは、それよりも若干大きく、例えば、５μｍ〜１００μｍである。
【００４２】
図４（ｃ）は、図３（ｂ）の領域ＩＶｃの拡大図である。絶縁層３３の固定部３を構成する部分の内周縁３３ｂは、半導体層３１の固定部３を構成する部分の内周縁３１ｂよりも外周側に位置している。なお、その差Ｄ２は、差Ｄ１と同様に、梁部５の幅の半分と同程度、若しくは、それよりも若干大きく、例えば、５μｍ〜１００μｍである。
【００４３】
図５は、絶縁層３３の範囲を示す平面図である。
【００４４】
上述のように、絶縁層３３の縁部（３３ａ、３３ｂ）は、半導体層３１の縁部（３１ａ、３１ｂ）よりも奥まったところに位置している。このような絶縁層３３の縁部（３３ａ、３３ｂ）の浸食は、梁部５と主部１５との連結部分、及び、梁部５と固定部３との連結部分においても生じている。
【００４５】
一方で絶縁層３３の縁部の侵食をしないようにすることも可能である。絶縁層３３の縁部（３３ａ、３３ｂ）の侵食が生じないようにする方法としては、その縁部を含む領域に絶縁層３３を設けず半導体層３１と支持層３５とが直接接続された状態としておけばよい。例えば、半導体基板２９として、主部１５となる部分の直下領域には絶縁層３３を設けず、この領域のみ半導体層３１と支持層３５とが直に接続されているものを用いることで絶縁層３３の縁部３３ａの侵食が生じないようにすることができる。
【００４６】
なお、本願において、半導体層３１の主部１５を構成する部分の外周縁３１ａというときには、当該外周縁３１ａは、半導体層３１における主部１５と梁部５との（仮想的な）境界線を含むものとする。同様に、本願において、半導体層３１の固定部３を構成する部分の内周縁３１ｂというときには、当該内周縁３１ｂは、固定部３と梁部５との（仮想的な）境界線を含むものとする。
【００４７】
（センサ素子１の製造方法）
図６は、センサ素子１の製造方法を説明する断面図である。当該断面図は、図３（ａ）に対応する位置における断面図である。なお、図６の半導体基板２９において、梁部５や重り部７等のセンサ素子１の各部になるべき個所（形成過程の各部）に、理解を容易にするために、各部の符号を示すことがある。センサ素子１は、上述のように、半導体基板２９に対する加工により形成される。
【００４８】
図６（ａ）に示すように、半導体基板２９の加工では、まず、抵抗素子９の形成が行われる。具体的には、半導体層３１にイオン注入法により不純物を注入することでピエゾ抵抗からなる抵抗素子９が形成される。不純物としては、半導体基板２９としてｎ型のＳＯＩ基板を用いた場合にはＢ（ボロン）が例示でき、半導体基板２９としてｐ型のＳＯＩ基板を用いた場合にはＰ（リン）、Ａｓ（ヒ素）などが例示できる。
【００４９】
抵抗素子９の形成後、図６では図示を省略するが、半導体層３１には、不図示の配線及び電極パッド１１が形成される。これらは、金属スパッター、ＣＶＤ、蒸着などによりアルミなどの金属材料を成膜した後、成膜した金属材料をドライエッチング、ウェットエッチングなどによりパターニングすることにより形成される。
【００５０】
次に、第１主面Ｓａ及び第２主面Ｓｂに対してエッチングを行うことにより、固定部３、梁部５及び重り部７を形成する。エッチングは、ウェットエッチングでもよいし、ドライエッチングでもよい。好適には、エッチングは、誘導結合型プラズマ反応性イオンエッチング（Inductively Coupled Plasma Reactive Ion Etching:ICP-RIE）である。
【００５１】
具体的には、まず、図６（ｂ）に示すように、第１主面Ｓａに対するエッチングが行われる。このエッチングでは、固定部３、梁部５及び主部１５を互いに隔てる領域において半導体層３１が除去される。当該除去される領域は、図１（ａ）等から理解されるように、４つの概ね矩形状の領域である。半導体層３１の除去において、絶縁層３３は、エッチングストッパとして機能する。
【００５２】
次に、図６（ｃ）に示すように、第２主面Ｓｂに対するエッチングが行われる。このエッチングでは、固定部３及び付属部１７を互いに隔てる領域において支持層３５が除去される。当該除去される領域は、図１（ｂ）等から理解されるように、矩形の枠状である。当該枠状の領域の幅は、上述した溝部１４の説明から理解されるように、全周に亘って一定（幅Ｗ１）である。支持層３５の除去においては、絶縁層３３は、エッチングストッパとして機能する。
【００５３】
その後、既に参照した図３（ａ）に示されるように、絶縁層３３のエッチングが行われる。このエッチングでは、半導体層３１を除去した領域、並びに、平面視において梁部５と重なる領域において絶縁層３３が除去される。
【００５４】
例えば、まず、半導体層３１のエッチングのために用いられたフォトマスクと同一のフォトマスクが使用されることにより、フォトレジストのエッチングマスクが形成される。なお、半導体層３１がエッチングマスクとして使用されてもよい。
【００５５】
次に、絶縁層３３を除去する等方性エッチングが行われる。等方性エッチングが採用されることにより、梁部５の側方から梁部５と重なる領域の絶縁層３３が浸食され、半導体層３１を除去した領域だけでなく、梁部５と重なる領域においても絶縁層３３が除去される。
【００５６】
また、等方性エッチングが採用されることにより、絶縁層３３の主部１５及び固定部３における縁部（３３ａ、３３ｂ）も浸食される。これにより、当該縁部（３３ａ、３３ｂ）は、半導体層３１の主部１５及び固定部３における縁部（３１ａ、３１ｂ）よりも奥まったところに位置する。等方性エッチングとしては例えば、フッ酸を用いたウェットエッチング、あるいはフッ酸ガスを用いたドライエッチングが例示できる。
【００５７】
なお、半導体層３１よりも開口の狭いエッチングマスクを形成することにより、絶縁層３３の縁部（３３ａ、３３ｂ）と半導体層３１の縁部（３１ａ、３１ｂ）とを概ね一致させることも可能である。
【００５８】
以上の実施形態によれば、加速度センサ素子１は、開口部１３が形成された固定部３と、開口部１３内に配置される重り部７と、一方端が重り部７に連結され、他方端が固定部３に連結される梁部５と、梁部５に設けられ、梁部５の変形に伴って抵抗値が変化する抵抗素子９とを有する。重り部７は、梁部５の一方端が連結される主部１５と、主部１５に連結され、梁部５の一方端（重り部７側の端部）よりも他方端側（固定部３側）に突出する付属部１７とを有する。付属部１７（非重なり部１９）は、開口部１３の開口方向に見て梁部５と重ならない位置において主部１５に連結されている。さらに、付属部１７（重なり部２１）は、梁部５よりも開口方向の一方側（第２主面Ｓｂ側）、且つ、開口方向に見て梁部５と重なる位置において主部１５に連結されている。
【００５９】
このような構造を有する加速度センサ素子１は、図１０に示す従来の形状に比較して、付属部１７と主部１５との連結部が拡張される。従って、重り部７の強度を維持しつつ、図１０の溝部５２５を長くすることはもちろん、隣接する溝部５２５同士を主部側の端部において接続したり、本実施形態のように溝部５２５を無くしたりすることもできる。すなわち、重り部７の強度を維持しつつ、梁部５を長くして、感度を向上させることができる。さらに、梁部５の下方側領域まで重り部７が拡張されることにより、重り部７の質量が増加し、感度の向上が図られる。
【００６０】
付属部１７は、開口部１３の開口方向に見て、梁部５と重なる部分（重なり部２１）を介して梁部５の側方の一方側から梁部５の側方の他方側に亘って設けられている。従って、梁部５の下方部分が梁部５の幅方向全体に亘って有効利用され、主部１５と付属部１７との連結の強化及び重り部７の質量増大が一段と図られる。さらに、従来の図１０の付属部５１７同士が連結されることになり、重り部７の強度向上が一層図られる。
【００６１】
開口部１３（固定部３）の内周面３ａ及び付属部１７の外周面１７ａは、梁部５よりも開口方向の一方側（第２主面Ｓｂ側）において、互いの距離が開口方向の一方側の端面（第２主面Ｓｂ）まで一定である。従って、図６（ｃ）を参照して説明したように、第２主面Ｓｂに対するエッチングにより付属部１７（重り部７の梁部５よりも第２主面Ｓｂ側部分）を形成することが容易である。すなわち、第２主面Ｓｂに対するエッチングを、フォトマスクを交換しつつ行ったりする必要がない。
【００６２】
梁部５よりも開口方向の一方側（第２主面Ｓｂ側）において開口部１３の内周面３ａ及び重り部７の外周面１７ａにより形成される溝部（１４）は、開口部１３の開口方向に見て一定の幅に形成されている。ここで、例えば、プラズマエッチングを行う場合において、エッチングされる領域に、幅の広い部分と、幅の狭い部分とがあると、幅の広い部分においては幅の狭い部分よりも粒子密度が高くなる。その結果、幅の広い部分においては、幅の狭い部分よりも速くエッチングが進み、オーバーエッチングとなりやすい。しかし、本実施形態では、溝部１４の幅が一定であることから、オーバーエッチングの発生が抑制される。
【００６３】
このような開口部１３の内周面３ａ及び重り部７の外周面１７ａにより形成される溝部を一定の幅にできるのは、重り部７を梁部５と重なる位置まで拡張していることによる。例えば、図１０に示す従来のセンサ素子５０１では、梁部５０５よりも第２主面Ｓｂ側において、溝部１４の他に、２つの付属部５１７同士を隔てる溝部５１６が形成されている。一般に、溝部５１６は、溝部１４よりも広い。従って、溝部５１６においてオーバーエッチングが発生しやすい。しかし、本実施形態では、重り部７を梁部５と重なる位置まで拡張して溝部５１６を無くしていることから、第２主面Ｓｂ側において開口部１３の内周面３ａ及び重り部７の外周面１７ａにより形成される溝部（１４のみ）を一定の幅にできる。
【００６４】
付属部１７の主部１５からの梁部５の他方端側（固定部３側）への突出量は、付属部１７と固定部３との距離Ｗ１よりも大きい。上述のように、距離Ｗ１は、クローバー型のセンサ素子１において、できるだけ小さくされることが好ましく、エッチングの最小幅とされることもあり得る。従って、付属部１７の突出量が距離Ｗ１よりも大きいことは、付属部１７がエッチングの精度誤差等によって偶然に形成されたものではないことの目安となる。また、付属部１７の突出量が距離Ｗ１よりも大きいことは、付属部１７が梁部５の長さの半分以上の大きさで突出していることになるから、重り部７の質量増大の効果も非常に大きい。
【００６５】
センサ素子１は、開口部１３の開口方向において順に積層された半導体層３１、絶縁層３３及び支持層３５を有する。固定部３及び重り部７は、半導体層３１、絶縁層３３及び支持層３５により構成され、梁部５は、半導体層３１により構成されている。そして、付属部１７のうち開口方向に見て梁部５と重なる部分（重なり部２１）は、支持層３５により構成されている。従って、図６を参照して説明したように、絶縁層３３を除去する等方性エッチングの採用により、簡単に梁部５と重なり部２１との間の隙間を形成することができる。
【００６６】
絶縁層３３の主部１５を構成する部分の外周縁３３ａは、半導体層３１の主部１５を構成する部分の外周縁３１ａよりも内周側に位置している。従って、重り部７のうち支持層３５により構成される部分の半導体層３１に対する作用点は、固定部３から遠ざかる。その結果、梁部５の固定部３側に設けられた抵抗素子９に対して、梁部５が長くなることに近似した効果が期待される。
【００６７】
同様に、絶縁層３３の固定部３を構成する部分の内周縁３３ｂは、半導体層３１の固定部３を構成する部分の内周縁３１ｂよりも外周側に位置しており、梁部５が長くなることに近似した効果が期待される。
【００６８】
また、別の観点においては、本実施形態のセンサ素子１は、開口部１３が形成された固定部３と、開口部１３内に配置される重り部７と、一方端が重り部７に連結され、他方端が固定部３に連結される梁部５と、梁部５に設けられ、梁部５の変形に伴って抵抗値が変化する抵抗素子９とを有する。重り部７は、梁部５の一方端が連結される主部１５と、主部１５に連結され、梁部５の一方端（重り部７側の端部）よりも他方端側（固定部３側）に突出する付属部１７とを有する。付属部１７は、梁部５よりも開口方向の一方側においてのみ設けられている。
【００６９】
従って、付属部１７は、図９に示す従来技術のように溝部５２５と隔てられる必要はない。その結果、付属部を、図９に示す従来技術よりも梁部５に近接させたり、本実施形態のように付属部１７を梁部５と重なる位置まで拡張させたりすることができる。そして、重り部７の強度を維持しつつ、梁部５を長くして、感度を向上させることが可能となる。
【００７０】
また、本実施形態のセンサ素子１の製造方法は、第１主面Ｓａを構成する半導体層３１と、第２主面Ｓｂを構成する支持層３５と、半導体層３１と支持層３５との間に配置された絶縁層３３とを有する半導体基板２９を準備する工程（図６（ａ））を有する。また、当該製造方法は、第１主面Ｓａ側から半導体層３１に対してエッチングを行い、梁部５の側面を形成する工程（図６（ｂ））と、第２主面Ｓｂ側から支持層３５に対してエッチングを行い、重り部７と固定部３とを隔てる溝部１４を形成する工程（図６（ｃ））とを有する。さらに、当該製造方法は、第１主面Ｓａ側から絶縁層３３に対してウェットエッチングを行い、梁部５の第２主面Ｓｂ側に位置する絶縁層３３を除去して梁部５を形成する工程（図３（ａ））を有する。従って、上述のように、簡便に、梁部５よりも第２主面Ｓｂ側において、平面視において重り部７を梁部５側へ拡張することができる。
【００７１】
（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態に係る加速度センサ素子１０１の第１主面Ｓａ側から見た斜視図である。なお、センサ素子１０１を第２主面Ｓｂ側から見た斜視図は、図１（ｂ）と同様である。
【００７２】
第２の実施形態は、重り部１０７の形状が第１の実施形態の重り部７の形状と相違する。具体的には、重り部１０７の付属部１１７は、第１主面Ｓａ側の面に、梁部５の第２主面Ｓｂ側の面よりも第１主面Ｓａ側に突出する突部１２３を有している。
【００７３】
付属部１１７の非重なり部１１９は、第１の実施形態の非重なり部１９と同様の形状の垂下部１２２を有し、突部１２３は垂下部１２２上に形成されている。突部１２３は、例えば、複数の梁部５間に対応して複数（実施形態では４つ）設けられている。突部１２３は、第１主面Ｓａ側に開口する溝部１２５により、梁部５と隔てられている。
【００７４】
なお、溝部１２５は、図１０に示す従来のセンサ素子５０１における溝部５２５に対応するものである。ただし、溝部１２５は、溝部５２５よりも主部１５側に延ばされており、その突き当り部分で隣接する他の溝部１２５と接続されている。なお、溝部１２５は、溝部５２５と同様に、隣接する他の溝部１２５と非接続とされてもよい。換言すれば、突部１２３は、主部１５と連結されていてもよい。
【００７５】
溝部１２５の幅Ｗ２（符号は図８参照）は、重り部１０７の質量の増大の観点からは、できるだけ狭くされることが好ましい。幅Ｗ２は、種々の事情を考慮して設定される。幅Ｗ２は、例えば、幅Ｗ１と同様の事情から、幅Ｗ１と同様の大きさに設定される。すなわち、幅Ｗ２が可能な限り狭く設定され、また、溝部１２５がエッチングによって形成される場合、幅Ｗ２は、エッチングに必要な幅によって規定され、４０〜５０μｍである。
【００７６】
図８は、センサ素子１０１の図３（ａ）に相当する断面図である。
【００７７】
垂下部１２２は、非重なり部１９と同様に、支持層３５により構成されている。突部１２３は、絶縁層３３及び半導体層３１により構成されている。
【００７８】
第２の実施形態のセンサ素子１０１の製造方法は、第１の実施形態のセンサ素子１の製造方法と概ね同一である。ただし、センサ素子１０１の製造方法では、半導体層３１及び絶縁層３３のエッチングにおいて、第１の実施形態とは異なるフォトマスク（エッチングマスク）が用いられる。すなわち、固定部３、梁部５、主部１５及び突部１２３に相当する部分を残し、溝部１２５に相当する部分を除去可能なフォトマスクが用いられる。
【００７９】
以上の第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られる。しかも、付属部１１７は、梁部５の開口方向の一方側（第２主面Ｓｂ側）の面よりも開口方向の他方側（第１主面Ｓａ側）へ突出する突部１２３を有することから、第１の実施形態よりも重り部の質量を増大させ、感度を向上させることができる。溝部１２５の幅Ｗ２と、溝部１４の幅Ｗ１とが同一であれば、オーバーエッチングの抑制も図られる。
【００８０】
（第３の実施形態）
図９は、本発明の第３の実施形態に係る加速度センサ装置２０１の構成を示す断面図である。
【００８１】
加速度センサ装置２０１は、第１の実施形態のセンサ素子１又は第２の実施形態のセンサ素子１０１を有して構成されている。なお、以下では、加速度センサ装置２０１は、センサ素子１を有するものとして説明する。
【００８２】
加速度センサ装置２０１は、センサ素子１に加えて、センサ素子１を収容するケース２０６と、ケース２０６に保持されるＩＣ２０３とを有している。
【００８３】
ケース２０６は、例えば、複数の基板（第１基板２０７Ａ〜第５基板２０７Ｅ）が積層されて構成されている。複数の基板のうち一部の基板に孔部が形成されることにより、センサ素子１が収容される第１収容空間２２３、並びに、ＩＣ２０３が収容される第２収容空間２２４が形成されている。なお、第１収容空間２２３は、ケース２０６に取り付けられた蓋体２０５により塞がれる。ケース２０６の外部若しくは内部には、導電層（電極２１９、端子２１７等）やビア導体２２０が形成されている。
【００８４】
センサ素子１は、固定部３が接着剤２２５によりケース２０６に固定されている。また、センサ素子１の電極パッド１１は、ボンディングワイヤ２１８により電極２１９に接続されている。
【００８５】
ＩＣ２０３は、半田２２１により、ケース２０６に設けられた不図示の電極上に実装されている。そして、ＩＣ２０３は、ビア導体２２０や電極２１９等を介してセンサ素子１に接続される。
【００８６】
ケース２０６の表面には、端子２１７が設けられている。端子２１７は、ビア導体２２０等を介してＩＣ２０３に接続されている。加速度センサ装置２０１は、端子２１７が不図示の回路基板等に半田により固定されることにより、回路基板に実装される。
【００８７】
そして、ＩＣ２０３は、端子２１７からの電気信号に基づいて、センサ素子１に適宜に電圧を印加して出力値を取得し、その出力値に基づく処理を実行し、その処理結果を端子２１７に出力する。ＩＣ２０３の処理は、例えば、電極パッド１１から得られる出力値を３軸の加速度に変換する処理である。
【００８８】
本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。
【００８９】
センサ素子は、３軸の加速度を計測可能なものに限定されず、例えば、１軸の加速度を計測するものであってもよい。センサ素子は、梁部の曲げ変形を利用するものに限定されず、捩り変形を利用するものであってもよい。センサ素子は、重り部の両側に梁部が設けられるものに限定されず、重り部の片側にのみ梁部が設けられるものであってもよい。
【００９０】
付属部は、主部の回りに環状に形成されるものに限定されない。例えば、図１０に示す付属部５１７と同様にクローバー型に形成され、且つ、付属部の梁部側部分が梁部と重なる位置まで拡張されていてもよい。換言すれば、第１の実施形態又は第２の実施形態の付属部において、梁部と重なる位置に溝部が形成されていてもよい。この場合において当該溝部は付属部と固定部とを隔てる溝部と同一の幅で形成されていることが好ましい。また、例えば、片持ち梁状（梁部が１本のみ）のセンサ素子において、主部に対して梁部側にのみ付属部が設けられてもよい。また、例えば、梁部の捩りを利用するセンサ素子など、梁部が捩れてよいセンサ素子において、主部に対して梁部の側方片側のみに付属部が設けられてもよい。
【００９１】
本発明の第３の観点のセンサ素子、すなわち、固定部の開口方向の一方側のみに付属部が設けられるセンサ素子においては、付属部は平面視において梁部と重なる位置まで拡張されていなくてもよい。梁部と重なる位置まで拡張されなくても、従来よりも付属部を梁部に近づけ、ひいては、主部と付属部との連結部を拡張できる。
【００９２】
センサ素子の製造方法は、実施形態において例示した方法を適宜に変更してよい。例えば、実施形態において、半導体層３１に対するエッチングと支持層３５に対するエッチングとの順序を逆にしてもよい。実施形態において、絶縁層３３の除去が、半導体層３１に対するエッチングの直後であって支持層３５のエッチングの前に行われてもよい。このように、半導体層３１のエッチングの直後に絶縁層３３のエッチングを行うこととすると、ウェハをひっくり返す回数が減り、また、共通のエッチングマスクを使用することも可能となる。
【符号の説明】
【００９３】
１…加速度センサ素子、３…固定部、５…梁部、７…重り部、９…抵抗素子、１３…開口部、１５…主部、１７…付属部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部が形成された固定部と、
前記開口部内に配置される重り部と、
一方端が前記重り部に連結され、他方端が前記固定部に連結される梁部と、
前記梁部に設けられ、前記梁部の変形に伴って抵抗値が変化する抵抗素子と、
を有し、
前記重り部は、
前記梁部の前記一方端が連結される主部と、
前記主部に連結され、前記梁部の前記一方端よりも前記他方端側に突出する付属部と、
を有し、
前記付属部は、
前記開口方向に見て前記梁部と重ならない位置において前記主部に連結される非重なり部と、
前記非重なり部に連結されるとともに、前記開口方向に見て前記梁部と重なる位置において前記主部に連結され、前記梁部との間に隙間を有する重なり部と、
を有する
加速度センサ素子。
【請求項２】
前記重なり部は、前記開口方向に見て、前記梁部の一方の側面から前記梁部の他方の側面に亘って設けられている
請求項１に記載の加速度センサ素子。
【請求項３】
前記固定部の内周面と前記付属部の外周面とを隔てる溝部の幅は開口方向に見て一定である
請求項２に記載の加速度センサ素子。
【請求項４】
前記付属部の前記主部からの前記梁部の前記他方端側への突出量は、前記付属部と前記固定部との距離よりも大きい
請求項１〜３のいずれか１項に記載の加速度センサ素子。
【請求項５】
前記固定部は第１主面および前記第１主面と反対側の第２主面を有し、
前記梁部は、前記第１主面と面一の一方主面および前記一方主面と反対側で、且つ前記第２主面より前記第１主面側に位置する他方主面とを有し、
前記非重なり部の前記第１主面と同じ側の面には、前記梁部の他方主面よりも前記固定部の第１主面側へ突出する突部が設けられている
請求項１〜４のいずれか１項に記載の加速度センサ素子。
【請求項６】
前記開口方向において順に積層された半導体層、絶縁層及び支持層を有し、
前記固定部及び前記重り部は、前記半導体層、前記絶縁層及び前記支持層により構成され、
前記梁部は、前記半導体層により構成され、
前記付属部のうち前記重なり部は、前記支持層により構成されている
請求項１〜５のいずれか１項に記載の加速度センサ素子。
【請求項７】
前記絶縁層の前記主部を構成する部分の外周縁は、前記半導体層の前記主部を構成する部分の外周縁よりも内周側に位置している
請求項６に記載の加速度センサ素子。
【請求項８】
前記絶縁層の前記固定部を構成する部分の内周縁は、前記半導体層の前記固定部を構成する部分の内周縁よりも外周側に位置している
請求項６又は７に記載の加速度センサ素子。
【請求項９】
積層された複数の層により構成された固定部と、
前記複数の層により構成され、前記固定部に対して前記複数の層の積層方向に直交する方向において隣接する重り部と、
前記複数の層の一部の層により構成され、一方端が前記重り部に連結され、他方端が前記固定部に連結される梁部と、
前記梁部に設けられ、前記梁部の変形に伴って抵抗値が変化する抵抗素子と、
を有し、
前記重り部は、
前記梁部の前記一方端が連結される主部と、
前記主部に連結され、前記梁部の前記一方端よりも前記他方端側に突出する付属部と、
を有し、
前記付属部は、
前記積層方向に見て前記梁部と重ならない位置において前記主部に連結される非重なり部と、
前記非重なり部に連結されるとともに、前記積層方向に見て前記梁部と重なる位置において前記主部に連結され、前記梁部との間に隙間を有する重なり部と、
を有する
加速度センサ素子。
【請求項１０】
開口部が形成された固定部と、
前記開口部内に配置される重り部と、
一方端が前記重り部に連結され、他方端が前記固定部に連結される梁部と、
前記梁部に設けられ、前記梁部の変形に伴って抵抗値が変化する抵抗素子と、
を有し、
前記重り部は、
前記梁部の前記一方端が連結される主部と、
前記主部に連結され、前記梁部の前記一方端よりも前記他方端側に突出する付属部と、
を有し、
前記付属部は、前記梁部よりも前記開口方向の一方側においてのみ設けられている
加速度センサ素子。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の加速度センサ素子と、
前記加速度センサ素子の出力信号を信号処理するＩＣチップと
を有する加速度センサ装置。
【請求項１２】
半導体基板に対して加工を行い、前記半導体基板の一方主面から他方主面に貫通する開口部が形成された固定部と、前記開口部内に配置される重り部と、一方端が前記重り部に連結され、他方端が前記固定部に連結される梁部と、前記梁部に設けられ、前記梁部の変形に伴って抵抗値が変化する抵抗素子と、を有し、前記重り部が、前記梁部の前記一方端が連結される主部と、前記主部に連結され、前記梁部の前記一方端よりも前記他方端側へ突出する付属部と、を有する加速度センサ素子を製造する方法であって、
前記一方主面を構成する半導体層と、前記他方主面を構成する支持層と、前記半導体層と前記支持層との間に配置された絶縁層とを有する前記半導体基板を準備する工程と、
前記一方主面側から前記半導体層に対してエッチングを行い、前記梁部の側面を形成する工程と、
前記一方主面側から前記絶縁層に対して等方性エッチングを行い、前記梁部の前記他方主面側に位置する絶縁層を除去して前記梁部を形成する工程と、
前記他方主面側から前記支持層に対してエッチングを行い、前記重り部と前記固定部とを隔てる溝部を形成する工程と、
を有する加速度センサ素子の製造方法。
【請求項１３】
前記開口方向に見て前記溝部の幅は一定である
請求項１２に記載の加速度センサ素子の製造方法。
【請求項１４】
前記等方性エッチングがウェットエッチングである
請求項１２又は１３に記載の加速度センサ素子の製造方法。
【請求項１】
開口部が形成された固定部と、
前記開口部内に配置される重り部と、
一方端が前記重り部に連結され、他方端が前記固定部に連結される梁部と、
前記梁部に設けられ、前記梁部の変形に伴って抵抗値が変化する抵抗素子と、
を有し、
前記重り部は、
前記梁部の前記一方端が連結される主部と、
前記主部に連結され、前記梁部の前記一方端よりも前記他方端側に突出する付属部と、
を有し、
前記付属部は、
前記開口方向に見て前記梁部と重ならない位置において前記主部に連結される非重なり部と、
前記非重なり部に連結されるとともに、前記開口方向に見て前記梁部と重なる位置において前記主部に連結され、前記梁部との間に隙間を有する重なり部と、
を有する
加速度センサ素子。
【請求項２】
前記重なり部は、前記開口方向に見て、前記梁部の一方の側面から前記梁部の他方の側面に亘って設けられている
請求項１に記載の加速度センサ素子。
【請求項３】
前記固定部の内周面と前記付属部の外周面とを隔てる溝部の幅は開口方向に見て一定である
請求項２に記載の加速度センサ素子。
【請求項４】
前記付属部の前記主部からの前記梁部の前記他方端側への突出量は、前記付属部と前記固定部との距離よりも大きい
請求項１〜３のいずれか１項に記載の加速度センサ素子。
【請求項５】
前記固定部は第１主面および前記第１主面と反対側の第２主面を有し、
前記梁部は、前記第１主面と面一の一方主面および前記一方主面と反対側で、且つ前記第２主面より前記第１主面側に位置する他方主面とを有し、
前記非重なり部の前記第１主面と同じ側の面には、前記梁部の他方主面よりも前記固定部の第１主面側へ突出する突部が設けられている
請求項１〜４のいずれか１項に記載の加速度センサ素子。
【請求項６】
前記開口方向において順に積層された半導体層、絶縁層及び支持層を有し、
前記固定部及び前記重り部は、前記半導体層、前記絶縁層及び前記支持層により構成され、
前記梁部は、前記半導体層により構成され、
前記付属部のうち前記重なり部は、前記支持層により構成されている
請求項１〜５のいずれか１項に記載の加速度センサ素子。
【請求項７】
前記絶縁層の前記主部を構成する部分の外周縁は、前記半導体層の前記主部を構成する部分の外周縁よりも内周側に位置している
請求項６に記載の加速度センサ素子。
【請求項８】
前記絶縁層の前記固定部を構成する部分の内周縁は、前記半導体層の前記固定部を構成する部分の内周縁よりも外周側に位置している
請求項６又は７に記載の加速度センサ素子。
【請求項９】
積層された複数の層により構成された固定部と、
前記複数の層により構成され、前記固定部に対して前記複数の層の積層方向に直交する方向において隣接する重り部と、
前記複数の層の一部の層により構成され、一方端が前記重り部に連結され、他方端が前記固定部に連結される梁部と、
前記梁部に設けられ、前記梁部の変形に伴って抵抗値が変化する抵抗素子と、
を有し、
前記重り部は、
前記梁部の前記一方端が連結される主部と、
前記主部に連結され、前記梁部の前記一方端よりも前記他方端側に突出する付属部と、
を有し、
前記付属部は、
前記積層方向に見て前記梁部と重ならない位置において前記主部に連結される非重なり部と、
前記非重なり部に連結されるとともに、前記積層方向に見て前記梁部と重なる位置において前記主部に連結され、前記梁部との間に隙間を有する重なり部と、
を有する
加速度センサ素子。
【請求項１０】
開口部が形成された固定部と、
前記開口部内に配置される重り部と、
一方端が前記重り部に連結され、他方端が前記固定部に連結される梁部と、
前記梁部に設けられ、前記梁部の変形に伴って抵抗値が変化する抵抗素子と、
を有し、
前記重り部は、
前記梁部の前記一方端が連結される主部と、
前記主部に連結され、前記梁部の前記一方端よりも前記他方端側に突出する付属部と、
を有し、
前記付属部は、前記梁部よりも前記開口方向の一方側においてのみ設けられている
加速度センサ素子。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の加速度センサ素子と、
前記加速度センサ素子の出力信号を信号処理するＩＣチップと
を有する加速度センサ装置。
【請求項１２】
半導体基板に対して加工を行い、前記半導体基板の一方主面から他方主面に貫通する開口部が形成された固定部と、前記開口部内に配置される重り部と、一方端が前記重り部に連結され、他方端が前記固定部に連結される梁部と、前記梁部に設けられ、前記梁部の変形に伴って抵抗値が変化する抵抗素子と、を有し、前記重り部が、前記梁部の前記一方端が連結される主部と、前記主部に連結され、前記梁部の前記一方端よりも前記他方端側へ突出する付属部と、を有する加速度センサ素子を製造する方法であって、
前記一方主面を構成する半導体層と、前記他方主面を構成する支持層と、前記半導体層と前記支持層との間に配置された絶縁層とを有する前記半導体基板を準備する工程と、
前記一方主面側から前記半導体層に対してエッチングを行い、前記梁部の側面を形成する工程と、
前記一方主面側から前記絶縁層に対して等方性エッチングを行い、前記梁部の前記他方主面側に位置する絶縁層を除去して前記梁部を形成する工程と、
前記他方主面側から前記支持層に対してエッチングを行い、前記重り部と前記固定部とを隔てる溝部を形成する工程と、
を有する加速度センサ素子の製造方法。
【請求項１３】
前記開口方向に見て前記溝部の幅は一定である
請求項１２に記載の加速度センサ素子の製造方法。
【請求項１４】
前記等方性エッチングがウェットエッチングである
請求項１２又は１３に記載の加速度センサ素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−２７６５０３（Ｐ２０１０−２７６５０３Ａ）
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３００５６（Ｐ２００９−１３００５６）
【出願日】平成２１年５月２９日（２００９．５．２９）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２９日（２００９．５．２９）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]