加速度センサ
【課題】 小型で且つ任意の方向の加速度を検出することが可能な新規な加速度センサを提供する。
【解決手段】 基板１０１と、基板１０１上に形成された少なくとも１つのセンサ部１０２ａとを備え、センサ部１０２ａは、基板１０１上に基板１０１側から順に配置された第１および第２の層（半導体層１２３および１２４）を含む積層部１０３と、少なくとも第１および第２の層が折り曲げられることによって形成された起立部１０４ａと、起立部１０４ａの傾きを検出するための検出手段（ピエゾ抵抗素子１３２）とを含む。そして、第１の層の格子定数と第２の層の格子定数とは異なり、加速度を伴うセンサ部１０２ａの移動によって起立部１０４ａが傾く。
【解決手段】 基板１０１と、基板１０１上に形成された少なくとも１つのセンサ部１０２ａとを備え、センサ部１０２ａは、基板１０１上に基板１０１側から順に配置された第１および第２の層（半導体層１２３および１２４）を含む積層部１０３と、少なくとも第１および第２の層が折り曲げられることによって形成された起立部１０４ａと、起立部１０４ａの傾きを検出するための検出手段（ピエゾ抵抗素子１３２）とを含む。そして、第１の層の格子定数と第２の層の格子定数とは異なり、加速度を伴うセンサ部１０２ａの移動によって起立部１０４ａが傾く。
【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。
【背景技術】
【０００２】
加速度センサは、自動車や航空機などの移動手段、家電製品、玩具、携帯用通信機器など、様々な分野で用いられている。小型の加速度センサとして、従来から、半導体基板を用いた加速度センサが提案されている（たとえば特許文献１および２）。
【０００３】
これらの加速度センサでは、半導体基板を用いて、可撓性を有するピエゾ抵抗素子で支えられた錘部を形成する。この錘部が移動するときのピエゾ抵抗素子の抵抗の変化を用いて、加速度が測定される。
【特許文献１】特開２００４−１８４３７３号公報
【特許文献２】特開２００４−１９８２４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の加速度センサでは、基板に対して特定の方向の加速度しか検出できなかった。また、製造工程が複雑であり、小型化にも限界があった。
【０００５】
このような状況に鑑み、本発明は、小型で且つ任意の方向の加速度を検出することが可能な新規な加速度センサを提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の第１の加速度センサは、基板と、前記基板上に形成された少なくとも１つのセンサ部とを備える加速度センサであって、前記センサ部は、前記基板上に前記基板側から順に配置された第１および第２の層を含む積層部と、少なくとも前記第１および第２の層が折り曲げられることによって形成された起立部と、前記起立部の傾きを検出するための検出手段とを含み、前記第１の層の格子定数と前記第２の層の格子定数とは異なり、加速度を伴う前記センサ部の移動によって前記起立部が傾くものである。
【０００７】
また、本発明の第２の加速度センサは、基板と、前記基板上に形成された少なくとも１つのセンサ部とを備える加速度センサであって、前記センサ部は、前記基板上に前記基板側から順に配置された第１および第２の層を含む積層部と、少なくとも前記第１および第２の層が折り曲げられることによって形成された起立部と、前記起立部から突き出すように形成された薄膜と、前記薄膜の変形を検出するための検出手段とを含み、前記第１の層の格子定数と前記第２の層の格子定数とは異なり、加速度を伴う前記センサ部の移動によって前記薄膜が変形するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、小型で且つ任意の方向の加速度を検出することが可能な加速度センサが得られる。特に、本発明によれば、２次元方向または３次元方向の加速度を検出できる加速度センサを、同一基板を用いてモノリシックに形成できる。この加速度センサは、半導体プロセスを用いて作製することができるため、複数の加速度センサを一度に製造することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下で説明する加速度センサは本発明の一例であり、本発明は以下の説明に限定されない。
【００１０】
本発明の第１の加速度センサは、基板と、基板上に形成された少なくとも１つのセンサ部とを備える加速度センサであって、センサ部は、基板上に基板側から順に配置された第１および第２の層を含む積層部と、少なくとも第１および第２の層が折り曲げられることによって形成された起立部と、起立部の傾きを検出するための検出手段とを含み、第１の層の格子定数と第２の層の格子定数とは異なり、加速度を伴うセンサ部の移動によって起立部が傾くものである。
【００１１】
起立部を形成するための層の組み合わせとしては、たとえば、III−Ｖ族化合物半導体、II−VI族化合物半導体、Ｓｉ／ＳｉＧｅ、亜鉛／カドミウム、銅／銀／金、ニッケル／パラジウム／白金、コバルト／ロジウム／イリジウム、クロム／モリブデン／タングステン、バナジウム／ニオブといった組み合わせを用いることができる（第２の加速度センサにおいても同様である）。これらの中でも、III−Ｖ族化合物半導体、II−VI族化合物半導体、Ｓｉ／ＳｉＧｅの組み合わせは、組成比を変えることによって格子定数を簡単に制御でき、また、半導体プロセスで形成・加工できるため好ましい。
【００１２】
上記第１の加速度センサでは、基板の表面に平行な方向の加速度を検出できる。また、第１の加速度センサは半導体プロセスを用いて形成できるため、小型化が可能であり、たとえば１００μｍ角（たとえば数百ｎｍ角〜１ｍｍ角の範囲）のサイズに形成することが可能である。
【００１３】
上記第１の加速度センサでは、検出手段は、第１および第２の層の折れ曲がり部に形成された歪み計測手段を含み、起立部が傾くことによって歪み計測手段の抵抗が変化するものであってもよい。この構成によれば、起立部の傾きを簡単に検出できる。なお、検出手段には他の手段を適用してもよい。たとえば、起立部と基板のそれぞれの上に、対抗するように複数の電極を形成し、その電極間の静電容量を測定することによって起立部の傾きを検出してもよい。
【００１４】
上記第１の加速度センサでは、加速度を伴うセンサ部の移動によって生じる起立部の傾きを大きくするための膜が、起立部の一部に形成されていてもよい。この構成によれば、センサの感度を変更することができる。
【００１５】
また、本発明の第２の加速度センサは、基板と、基板上に形成された少なくとも１つのセンサ部とを備える加速度センサであって、センサ部は、基板上に基板側から順に配置された第１および第２の層を含む積層部と、少なくとも第１および第２の層が折り曲げられることによって形成された起立部と、起立部から突き出すように形成された薄膜と、薄膜の変形を検出するための検出手段とを含み、第１の層の格子定数と第２の層の格子定数とは異なり、加速度を伴うセンサ部の移動によって薄膜が変形する。本発明の第２の加速度センサによれば、上記第１の加速度センサと同様の効果に加えて、繰り返しの変形に対する機械的強度が高いという効果が得られる。
【００１６】
上記第２の加速度センサでは、検出手段は、薄膜上に形成された歪み計測手段を含み、薄膜が曲がることによって歪み計測手段の抵抗が変化してもよい。この構成によれば、薄膜の曲がりを簡単に検出できる。なお、検出手段には他の検出手段を適用してもよい。たとえば、薄膜と基板のそれぞれの上に対向するように複数の電極を形成し、その電極間の静電容量を測定することによって薄膜の変形を検出してもよい。
【００１７】
上記第２の加速度センサでは、加速度を伴うセンサ部の移動によって生じる薄膜の曲がりを大きくするための膜が、薄膜の一部に形成されていてもよい。この構成によれば、センサの感度を変更することができる。
【００１８】
上記本発明の加速度センサでは、第１の層の格子定数は第２の層の格子定数よりも大きく、積層部と起立部との境界において、第１の層の格子定数と第２の層の格子定数との差によって生じる力によって第１および第２の層が第２の層側に折り曲げられていてもよい。
【００１９】
上記本発明の加速度センサでは、第１および第２のセンサ部を備え、第１のセンサ部は、第１および第２の層を第２の層側に２回折り曲げることによって形成された第１の起立部を含み、第１のセンサ部は、基板の表面に垂直な方向の加速度を検出するものであってもよい。この場合、第１および第２のセンサ部に加えて第３のセンサ部を含んでもよい。これらの構成によれば、２次元的または３次元的に加速度を検出できる。
【００２０】
上記本発明の加速度センサでは、検出する加速度の方向が異なる複数のセンサ部を備えてもよい。この場合、検出する加速度の方向が互いにほぼ直交していることが好ましい。この構成によれば、２次元的または３次元的に加速度を検出できる。
【００２１】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面を参照しながら説明する。以下の説明では、同様の部分に同一の符号を付して重複する説明を省略する場合がある。また、以下の説明ではIII−Ｖ族化合物半導体の組成比を示していない場合があるが、III族元素の組成比とＶ族元素の組成比とはほぼ等しい。
【００２２】
（実施形態１）
実施形態１では、本発明の第１の加速度センサの例を示す。実施形態１の加速度センサ１００ａの断面図を図１（ａ）に示す。
【００２３】
図１（ａ）を参照して、加速度センサ１００ａは、基板１０１と、基板１０１上に形成されたセンサ部１０２ａとを備える。センサ部１０２ａは、積層部１０３と、起立部１０４ａと、膜１３１と、起立部１０４ａの傾きを検出するためのピエゾ抵抗素子１３２とを備える。なお、図１には図示していないが、ピエゾ抵抗素子１３２には配線が接続されている。また、膜１３１は、状況に応じて省略してもよい。
【００２４】
基板１０１は、その上に半導体層を成長させることができるように、積層される半導体層に応じて選択される。基板１０１としては、たとえば、ＧａＡｓ基板や、ＩｎＰ基板、Ａｌ2Ｏ3基板、ＳｉＣ基板、Ｓｉ基板を用いることができる。
【００２５】
積層部１０３は、基板１０１上に基板１０１側から順に積層されたバッファ層１２１、層１２２、半導体層１２３〜１２５を含む多層膜で構成される。なお、積層部１０３および起立部１０４ａは、必要に応じて他の層を含んでもよい。半導体層１２３〜１２５は、内部応力によって半導体層を所定の位置で折り曲げるための層である。そのため、半導体層１２３〜１２５を構成する半導体は、半導体層１２３（第１の層）および半導体層１２５（第３の層）の格子定数が半導体層１２４（第２の層）の格子定数よりも大きくなるように選択される。
【００２６】
起立部１０４ａは、半導体層１２３および１２４を、半導体層１２４側に折り曲げることによって基板から立ち上がっている。起立部１０４ａは、基板１０１の表面に対して略垂直となるように形成されており、加速度を伴う移動によって揺動する揺動板として機能する。起立部１０４ａの先端には、膜１３１が形成されている。膜１３１は、センサ部１０２ａの移動によって生じる起立部１０４ａの傾きを大きくするための膜である。膜１３１の材料に特に限定はないが、たとえば、フォトレジスト膜（たとえばマイクロケム株式会社（ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ Ｃｏｒｐ．）のＳＵ−８）や樹脂などで形成できる。
【００２７】
積層部１０３と起立部１０４ａとの境界、すなわち、半導体層１２３および１２４の折れ曲がり部には、起立部１０４ａの傾きを検出するためのピエゾ抵抗素子１３２が形成されている。ピエゾ抵抗素子（ストレインゲージ）は、歪みによって抵抗が変化する素子である。図１（ｂ）に示すように、センサ部が矢印Ｘの方向に加速度を伴って移動すると、起立部１０４ａは、通常の位置から、矢印Ｘとは逆方向に傾く。起立部１０４ａが傾くと、ピエゾ抵抗素子１３２の抵抗が変化する。起立部１０４ａの傾きは、加速度の大きさによって変化する。その結果、ピエゾ抵抗素子１３２の抵抗をモニタしたり、ピエゾ抵抗素子１３２を流れる電流をモニタしたりすることによって、基板とほぼ平行な方向における加速度の大きさを測定できる。
【００２８】
図２に、本発明の他の加速度センサを示す。図２の加速度センサ１００ｂは、基板１０１と、基板１０１上に形成されたセンサ部１０２ｂとを備える。センサ部１０２ｂでは、起立部１０４ｂが、半導体層１２３および１２４を折れ曲がり部１３３ａおよび１３３ｂの２箇所で折り曲げることによって形成されている。各部材は、加速度センサ１００ａと同様であるため、重複する説明を省略する。
【００２９】
加速度センサ１００ｂでは、折れ曲がり部１３３ｂから先の部分が、加速度を伴う移動によって揺動する揺動板として機能する。加速度センサ１００ｂでは、折れ曲がり部１３３ｂの部分にピエゾ抵抗素子１３２が形成され、上記揺動板の傾きが検出される。なお、折れ曲がり部１３３ｂの部分に加えて、折れ曲がり部１３３ａの部分にピエゾ抵抗素子を形成してもよい。折れ曲がり部１３３ｂの部分に形成されたピエゾ抵抗素子１３２は、図２の矢印Ｚの方向、すなわち、基板１０１の表面に対してほぼ垂直な方向における加速度を検出する。
【００３０】
以下に、加速度センサ１００ｂの具体的な構成の一例およびその製造方法の一例について、図面を参照しながら説明する。なお、図３（ｂ）〜図６（ｂ）は上面図であり、図３（ａ）〜図６（ａ）は図３（ｂ）〜図６（ｂ）の点線部分における断面図である。
【００３１】
まず、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、基板１０１上に、バッファ層１２１、層１２２、半導体層１２３、半導体層１２４、半導体層１２５を含む多層膜１３０を形成する。バッファ層１２１は、結晶性が良好な半導体層を基板１０１上に形成するための層である。層１２２は、エッチングによって選択的に除去しやすい材料で形成される。
【００３２】
半導体層１２３〜１２５を構成する半導体は、半導体層１２３および１２５の格子定数が半導体層１２４の格子定数よりも大きくなるように選択される。また、実施形態１の加速度センサでは、半導体層１２３と半導体層１２５とは、ほぼ同じ組成の材料で形成することが好ましい。これらの半導体層は、化合物半導体（たとえばIII−Ｖ族化合物半導体）で形成することが好ましい。III−Ｖ族化合物半導体などの化合物半導体の格子定数は、組成によって変化させることができる。半導体層１２４／半導体層１２３（および１２５）の具体的な組み合わせとしては、たとえば、ＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ、Ｓｉ／ＳｉＧｅ、ＧａＮ／ＡｌＧａＮ、ＧａＮ／ＩｎＧａＮなどが挙げられる。これらの半導体層の組成比、厚さおよび折れ曲がり部の長さを変化させることによって、半導体層１２４が折れ曲がる角度を調節することができる。
【００３３】
なお、本発明の加速度センサは、必要に応じて、図３に図示していない層を備えてもよい（以下の実施形態においても同様である）。本発明の加速度センサで用いられる多層膜の一例の構成を表１に示す。
【００３４】
【表１】
表１の多層膜は、バッファ層１２１からキャップ層までこの順序で積層されている。エッチングストップ層〜キャップ層までが図３（ａ）の多層膜１３０に相当する。
【００３５】
半導体層１２４の折れ曲がり部の曲率半径Ｒは、通常、以下の式で表される。
Ｒ＝（ａ／Δａ）・｛（ｔ１＋ｔ２）／２｝
ここで、ａは半導体層１２４（ＧａＡｓ層）の格子定数であり、５．６５３３オングストロームである。また、Δａは、半導体層１２３（Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層）の格子定数（５．７３４３オングストローム）と半導体層１２４（ＧａＡｓ層）の格子定数との差である。また、ｔ１は半導体層１２３の厚さ（単位：オングストローム）であり、ｔ２は半導体層１２４の厚さ（単位：オングストローム）である。
【００３６】
折れ曲がり部の長さを適切な長さとすることによって、半導体層１２４は約９０°の角度に折り曲げられる。表１中、エッチングストップ層は、溝４１および４２を形成する際に、半導体層１２４の表面でエッチングを止めるために形成される。キャップ層は、ＩｎＧａＡｓ層中のＩｎの蒸発を防止するための層である。
【００３７】
上述したように、ＩｎＧａＡｓからなる半導体層１２３および１２５の格子定数は、ＧａＡｓからなる半導体層１２４の格子定数よりも大きい。ＩｎＧａＡｓ層におけるＩｎの組成比を多くするほどＧａＡｓ層との格子定数の差を大きくでき、両者の格子定数の差を７％程度とすることも可能である。
【００３８】
基板１０１上の各層は公知の方法で形成でき、たとえば、分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ法）、有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）などで形成できる。
【００３９】
次に、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィおよびエッチングによって、多層膜１３０の一部を除去して溝４１および４２を形成する。溝４１および４２は、半導体層１２３および１２４を折り曲げる部分に形成する。溝４１および４２は、半導体層１２４がエッチングされないような条件で形成することが好ましい。そのために、半導体層１２４のエッチングレートよりもエッチングストップ層のエッチングレートが高いエッチング条件でエッチングストップ層をエッチングする。エッチングは、公知の方法で行うことができ、ウエットエッチングであってもドライエッチングであってもよい。
【００４０】
次に、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、膜１３１、ピエゾ抵抗素子１３２、配線１３４および電極パッド１３５を形成する。ピエゾ抵抗素子１３２は、配線１３４によって電極パッド１３５に接続される。これらは、蒸着法、スパッタリング法、フォトリソ・エッチング法などを含む公知の方法で形成できる。膜１３１には、たとえば、フォトレジスト膜を用いることができる。膜１３１のサイズは、膜１３１が慣性質量として機能するサイズであればよい。一例では、厚さ１μｍ〜３００μｍのレジスト膜（上記ＳＵ−８）を用いることができる。配線１３４および電極パッド１３５は、導電性が高い材料で形成でき、たとえば、Ｔｉ膜とＡｕ膜との積層膜を用いることができる。
【００４１】
ピエゾ抵抗素子１３２の形成方法の一例について説明する。まず、ピエゾ抵抗素子１３２を形成する部分に、必要に応じて、ＳｉＯ2膜などの絶縁膜を形成する。その後、絶縁膜上に、ポリシリコン膜を形成し、フォトリソグラフィー・エッチング工程でポリシリコン膜をパターニングすることによってポリシリコン細線を形成する。このポリシリコン細線はピエゾ抵抗を示す。最後に、ポリシリコン細線に接続された配線および電極パッドを形成する。このようにして、ピエゾ抵抗素子１３２が形成される。なお、ピエゾ抵抗素子１３２は、ポリシリコン細線に限らず、他の材料（たとえばＣｕ−Ｎｉ系、Ｎｉ−Ｃｒ系の材料）で形成してもよい。
【００４２】
次に、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、起立部１０４ｂを形成するときに基板１０１から分離する部分に溝５１を形成する。溝５１は、溝４１とともに四角形を形成するように形成される。また、溝５１は、層１２２に到達するように形成される。溝５１は、公知のエッチング法で形成できる。溝５１によって、起立部１０４ｂの大きさが規定される。起立部１０４ｂの大きさに特に制限はなく、たとえば、１００μｍ角〜１０００μｍ角の範囲としてもよい。
【００４３】
次に、層１２２の一部をウエットエッチング法によって選択的に除去する。層１２２は、溝５１を介して除去される。この工程によって、溝４１と溝５１とで囲まれた部分に存在する層１２２を除去する。ウエットエッチングは、層１２２のエッチングレートと層１２２以外の層とのエッチングレートとが異なる条件で行う必要がある。たとえば、Ｈ3ＰＯ4：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ＝３：１：５（体積比）の割合で混合されたエッチング液を用いてエッチングを行えばよい。
【００４４】
このとき、半導体層１２３の格子定数は半導体層１２４の格子定数よりも大きいため、半導体層１２４は、多層膜１３０が除去された部分、すなわち溝４１（積層部１０３と起立部１０４ｂとの境界部分）および溝４２の部分で半導体層１２４側に折れ曲がる。一方、多層膜１３０が除去されていない部分には半導体層１２５を含む多層膜が存在するため、半導体層１２４が折れ曲がることが抑制される。その結果、図２に示すように、基板１０１から立ち上がった起立部１０４ｂが形成される。このようにして、加速度センサ１００ｂを形成できる。なお、加速度センサ１００ａは溝４１を形成しないことを除いて加速度センサ１００ｂと同様の方法で形成できる。
【００４５】
（実施形態２）
実施形態２では、本発明の第２の加速度センサの例を示す。実施形態２の加速度センサ１００ｃの斜視図を図７（ａ）に示す。
【００４６】
加速度センサ１００ｃは、基板１０１と、基板１０１上に形成されたセンサ部１０２ｃとを備える。センサ部１０２ｃは、起立部１０４ａと、起立部１０４ａから突き出すように形成された薄膜１３６とを備える。薄膜１３６は、基板の表面に対してほぼ垂直になるように形成されている。起立部１０４ａは、加速度センサ１００ａの起立部１０４ａと同様であるため、重複する説明は省略する。
【００４７】
薄膜１３６は、板バネとして機能する。薄膜１３６の材料に特に限定はないが、半導体層１２３および１２４（たとえばIII−Ｖ族化合物半導体）よりも機械的強度が大きい材料で形成することが好ましい。薄膜１３６は、たとえば、ＳｉＯ2、Ｆｅ、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｐｔおよびこれらの複合材で形成できる。薄膜１３６の厚さは、薄膜１３６の材料や加速度センサの用途によって異なるが、たとえば、数十μｍ〜数百μｍの範囲としてもよい。
【００４８】
薄膜１３６のうち、起立部１０４ａから飛び出した部分には、ピエゾ抵抗素子１３２が形成されている。薄膜１３６の先端部には、加速度を伴うセンサ部の移動によって生じる薄膜１３６の曲がりを大きくするための膜１３１が形成されている。
【００４９】
センサ部が図７（ａ）の矢印Ａの方向に加速度を伴って移動すると、薄膜１３６が曲がり、その曲がりがピエゾ抵抗素子１３２によって検出される。したがって、加速度センサ１００ｃによれば、基板の表面に平行な矢印Ａの方向の加速度を検出できる。
【００５０】
なお、実施形態２の加速度センサは、起立部１０４ａの代わりに、加速度センサ１００ｂの起立部１０４ｂを用いたものでもよい。その場合の加速度センサ１００ｄを図７（ｂ）に示す。
【００５１】
加速度センサ１００ｄは、基板１０１と、基板１０１上に形成されたセンサ部１０２ｄとを備える。センサ部１０２ｄは、起立部１０４ｂと、起立部１０４ｂの先端から突き出すように形成された薄膜１３６とを備える。薄膜１３６は、基板の表面に対してほぼ平行になるように形成されている。起立部１０４ｂは、加速度センサ１００ｂの起立部１０４ｂと同様であるため、重複する説明は省略する。
【００５２】
センサ部１０２ｄでも、センサ部１０２ｃと同様に、薄膜１３６上に、膜１３１およびピエゾ抵抗素子１３２が形成されている。センサ部が図７（ｂ）の矢印Ｂの方向に加速度を伴って移動すると、薄膜１３６が曲がり、その曲がりがピエゾ抵抗素子１３２によって検出される。したがって、加速度センサ１００ｄによれば、基板の表面に垂直な方向の加速度の大きさを測定できる。
【００５３】
薄膜１３６は、蒸着法やスパッタリング法などで形成できる。薄膜１３６は、たとえば、エッチングによって除去可能な膜の上に形成したのち、その膜を除去することによって下地層から分離できる。それ以外の部分は、実施形態１で説明した加速度センサと同様に形成できる。
【００５４】
（実施形態３）
実施形態３では、本発明の加速度センサの他の例を示す。実施形態３の加速度センサ１００ｅの斜視図を図８に示す。
【００５５】
加速度センサ１００ｅは、３つのセンサ部を備える。加速度センサ１００ｅは、基板１０１と、基板１０１上に形成されたセンサ部１０２ａ１、１０２ａ２および１０２ｂを備える。センサ部１０２ａ１および１０２ａ２は実施形態１で説明したセンサ部１０２ａと同様であり、センサ部１０２ｂ（第１のセンサ部）は実施形態１で説明したセンサ部１０２ｂと同様である。
【００５６】
センサ部１０２ａ１、１０２ａ２および１０２ｂは、起立部が傾きやすい方向が、互いに直交するように形成される。具体的には、図８に示すＸＹＺ軸を仮定したときに、センサ部１０２ａ１の起立部、センサ部１０２ａ２の起立部、およびセンサ部１０２ｂの起立部は、それぞれ、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の方向に傾きやすい。そのため、センサ部１０２ａ１は方向Ａ（Ｘ軸方向）における加速度を検出し、センサ部１０２ａ２は方向Ｂ（Ｙ軸方向）における加速度を検出し、センサ部１０２ｂは方向Ｃ（Ｚ軸方向）における加速度を検出する。このように、互いに直交する３方向の加速度を検出できる加速度センサを備える加速度センサ１００ｅによれば、加速度を３次元的に検出できる。
【００５７】
なお、本発明の加速度センサは、センサ部１０２ａ１、１０２ａ２および１０２ｂのうちのいずれか２つのみを備えるものであってもよい。この場合、加速度を２次元的に検出できる。
【００５８】
また、センサ部１０２ａ１および１０２ａ２の代わりに実施形態２で説明したセンサ部１０２ｃを用いてもよく、センサ部１０２ｂの代わりに実施形態２で説明したセンサ部１０２ｄを用いてもよい。
【００５９】
また、本発明の加速度センサは、感度が異なる複数の加速度センサを備えてもよい。加速度センサの感度は、膜１３１の位置、大きさおよび材質や、半導体層の厚さ、起立部の大きさなどによって制御できる。また、実施形態２で説明したように、バネ材として機能するプレートを用いることによって感度を変化させることも可能である。
【００６０】
以上、本発明の実施形態について例を挙げて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の技術的思想に基づいて他の実施形態に適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明の加速度センサは、加速度センサ、およびそれが用いられる様々な分野に利用できる。特に、微小なサイズに形成できるという点から、本発明の加速度センサは、携帯用通信機器、家電製品、ナビゲーションシステム、玩具などの分野に特に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の加速度センサの（ａ）一例および（ｂ）機能を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の加速度センサの他の一例を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の加速度センサの製造方法について一例の一工程を模式的に示す（ａ）断面図および（ｂ）上面図である。
【図４】図３の次の工程の一例を模式的に示す（ａ）断面図および（ｂ）上面図である。
【図５】図４の次の工程の一例を模式的に示す（ａ）断面図および（ｂ）上面図である。
【図６】図５の次の工程の一例を模式的に示す（ａ）断面図および（ｂ）上面図である。
【図７】本発明の加速度センサのその他の例を模式的に示す斜視図である。
【図８】本発明の加速度センサのその他の例を模式的に示す斜視図である。
【符号の説明】
【００６３】
１００ａ〜１００ｅ 加速度センサ
１０１ 基板
１０２ａ〜１０２ｄ センサ部
１０３ 積層部
１０４ａ、１０４ｂ 起立部
１２１ バッファ層
１２２ 層
１２３ 半導体層（第１の層）
１２４ 半導体層（第２の層）
１２５ 半導体層（第３の層）
１３０ 多層膜
１３１ 膜
１３２ ピエゾ抵抗素子（歪み計測手段）
１３３ａ、１３３ｂ 折れ曲がり部
１３６ 薄膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
加速度センサは、自動車や航空機などの移動手段、家電製品、玩具、携帯用通信機器など、様々な分野で用いられている。小型の加速度センサとして、従来から、半導体基板を用いた加速度センサが提案されている（たとえば特許文献１および２）。
【０００３】
これらの加速度センサでは、半導体基板を用いて、可撓性を有するピエゾ抵抗素子で支えられた錘部を形成する。この錘部が移動するときのピエゾ抵抗素子の抵抗の変化を用いて、加速度が測定される。
【特許文献１】特開２００４−１８４３７３号公報
【特許文献２】特開２００４−１９８２４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の加速度センサでは、基板に対して特定の方向の加速度しか検出できなかった。また、製造工程が複雑であり、小型化にも限界があった。
【０００５】
このような状況に鑑み、本発明は、小型で且つ任意の方向の加速度を検出することが可能な新規な加速度センサを提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の第１の加速度センサは、基板と、前記基板上に形成された少なくとも１つのセンサ部とを備える加速度センサであって、前記センサ部は、前記基板上に前記基板側から順に配置された第１および第２の層を含む積層部と、少なくとも前記第１および第２の層が折り曲げられることによって形成された起立部と、前記起立部の傾きを検出するための検出手段とを含み、前記第１の層の格子定数と前記第２の層の格子定数とは異なり、加速度を伴う前記センサ部の移動によって前記起立部が傾くものである。
【０００７】
また、本発明の第２の加速度センサは、基板と、前記基板上に形成された少なくとも１つのセンサ部とを備える加速度センサであって、前記センサ部は、前記基板上に前記基板側から順に配置された第１および第２の層を含む積層部と、少なくとも前記第１および第２の層が折り曲げられることによって形成された起立部と、前記起立部から突き出すように形成された薄膜と、前記薄膜の変形を検出するための検出手段とを含み、前記第１の層の格子定数と前記第２の層の格子定数とは異なり、加速度を伴う前記センサ部の移動によって前記薄膜が変形するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、小型で且つ任意の方向の加速度を検出することが可能な加速度センサが得られる。特に、本発明によれば、２次元方向または３次元方向の加速度を検出できる加速度センサを、同一基板を用いてモノリシックに形成できる。この加速度センサは、半導体プロセスを用いて作製することができるため、複数の加速度センサを一度に製造することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下で説明する加速度センサは本発明の一例であり、本発明は以下の説明に限定されない。
【００１０】
本発明の第１の加速度センサは、基板と、基板上に形成された少なくとも１つのセンサ部とを備える加速度センサであって、センサ部は、基板上に基板側から順に配置された第１および第２の層を含む積層部と、少なくとも第１および第２の層が折り曲げられることによって形成された起立部と、起立部の傾きを検出するための検出手段とを含み、第１の層の格子定数と第２の層の格子定数とは異なり、加速度を伴うセンサ部の移動によって起立部が傾くものである。
【００１１】
起立部を形成するための層の組み合わせとしては、たとえば、III−Ｖ族化合物半導体、II−VI族化合物半導体、Ｓｉ／ＳｉＧｅ、亜鉛／カドミウム、銅／銀／金、ニッケル／パラジウム／白金、コバルト／ロジウム／イリジウム、クロム／モリブデン／タングステン、バナジウム／ニオブといった組み合わせを用いることができる（第２の加速度センサにおいても同様である）。これらの中でも、III−Ｖ族化合物半導体、II−VI族化合物半導体、Ｓｉ／ＳｉＧｅの組み合わせは、組成比を変えることによって格子定数を簡単に制御でき、また、半導体プロセスで形成・加工できるため好ましい。
【００１２】
上記第１の加速度センサでは、基板の表面に平行な方向の加速度を検出できる。また、第１の加速度センサは半導体プロセスを用いて形成できるため、小型化が可能であり、たとえば１００μｍ角（たとえば数百ｎｍ角〜１ｍｍ角の範囲）のサイズに形成することが可能である。
【００１３】
上記第１の加速度センサでは、検出手段は、第１および第２の層の折れ曲がり部に形成された歪み計測手段を含み、起立部が傾くことによって歪み計測手段の抵抗が変化するものであってもよい。この構成によれば、起立部の傾きを簡単に検出できる。なお、検出手段には他の手段を適用してもよい。たとえば、起立部と基板のそれぞれの上に、対抗するように複数の電極を形成し、その電極間の静電容量を測定することによって起立部の傾きを検出してもよい。
【００１４】
上記第１の加速度センサでは、加速度を伴うセンサ部の移動によって生じる起立部の傾きを大きくするための膜が、起立部の一部に形成されていてもよい。この構成によれば、センサの感度を変更することができる。
【００１５】
また、本発明の第２の加速度センサは、基板と、基板上に形成された少なくとも１つのセンサ部とを備える加速度センサであって、センサ部は、基板上に基板側から順に配置された第１および第２の層を含む積層部と、少なくとも第１および第２の層が折り曲げられることによって形成された起立部と、起立部から突き出すように形成された薄膜と、薄膜の変形を検出するための検出手段とを含み、第１の層の格子定数と第２の層の格子定数とは異なり、加速度を伴うセンサ部の移動によって薄膜が変形する。本発明の第２の加速度センサによれば、上記第１の加速度センサと同様の効果に加えて、繰り返しの変形に対する機械的強度が高いという効果が得られる。
【００１６】
上記第２の加速度センサでは、検出手段は、薄膜上に形成された歪み計測手段を含み、薄膜が曲がることによって歪み計測手段の抵抗が変化してもよい。この構成によれば、薄膜の曲がりを簡単に検出できる。なお、検出手段には他の検出手段を適用してもよい。たとえば、薄膜と基板のそれぞれの上に対向するように複数の電極を形成し、その電極間の静電容量を測定することによって薄膜の変形を検出してもよい。
【００１７】
上記第２の加速度センサでは、加速度を伴うセンサ部の移動によって生じる薄膜の曲がりを大きくするための膜が、薄膜の一部に形成されていてもよい。この構成によれば、センサの感度を変更することができる。
【００１８】
上記本発明の加速度センサでは、第１の層の格子定数は第２の層の格子定数よりも大きく、積層部と起立部との境界において、第１の層の格子定数と第２の層の格子定数との差によって生じる力によって第１および第２の層が第２の層側に折り曲げられていてもよい。
【００１９】
上記本発明の加速度センサでは、第１および第２のセンサ部を備え、第１のセンサ部は、第１および第２の層を第２の層側に２回折り曲げることによって形成された第１の起立部を含み、第１のセンサ部は、基板の表面に垂直な方向の加速度を検出するものであってもよい。この場合、第１および第２のセンサ部に加えて第３のセンサ部を含んでもよい。これらの構成によれば、２次元的または３次元的に加速度を検出できる。
【００２０】
上記本発明の加速度センサでは、検出する加速度の方向が異なる複数のセンサ部を備えてもよい。この場合、検出する加速度の方向が互いにほぼ直交していることが好ましい。この構成によれば、２次元的または３次元的に加速度を検出できる。
【００２１】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面を参照しながら説明する。以下の説明では、同様の部分に同一の符号を付して重複する説明を省略する場合がある。また、以下の説明ではIII−Ｖ族化合物半導体の組成比を示していない場合があるが、III族元素の組成比とＶ族元素の組成比とはほぼ等しい。
【００２２】
（実施形態１）
実施形態１では、本発明の第１の加速度センサの例を示す。実施形態１の加速度センサ１００ａの断面図を図１（ａ）に示す。
【００２３】
図１（ａ）を参照して、加速度センサ１００ａは、基板１０１と、基板１０１上に形成されたセンサ部１０２ａとを備える。センサ部１０２ａは、積層部１０３と、起立部１０４ａと、膜１３１と、起立部１０４ａの傾きを検出するためのピエゾ抵抗素子１３２とを備える。なお、図１には図示していないが、ピエゾ抵抗素子１３２には配線が接続されている。また、膜１３１は、状況に応じて省略してもよい。
【００２４】
基板１０１は、その上に半導体層を成長させることができるように、積層される半導体層に応じて選択される。基板１０１としては、たとえば、ＧａＡｓ基板や、ＩｎＰ基板、Ａｌ2Ｏ3基板、ＳｉＣ基板、Ｓｉ基板を用いることができる。
【００２５】
積層部１０３は、基板１０１上に基板１０１側から順に積層されたバッファ層１２１、層１２２、半導体層１２３〜１２５を含む多層膜で構成される。なお、積層部１０３および起立部１０４ａは、必要に応じて他の層を含んでもよい。半導体層１２３〜１２５は、内部応力によって半導体層を所定の位置で折り曲げるための層である。そのため、半導体層１２３〜１２５を構成する半導体は、半導体層１２３（第１の層）および半導体層１２５（第３の層）の格子定数が半導体層１２４（第２の層）の格子定数よりも大きくなるように選択される。
【００２６】
起立部１０４ａは、半導体層１２３および１２４を、半導体層１２４側に折り曲げることによって基板から立ち上がっている。起立部１０４ａは、基板１０１の表面に対して略垂直となるように形成されており、加速度を伴う移動によって揺動する揺動板として機能する。起立部１０４ａの先端には、膜１３１が形成されている。膜１３１は、センサ部１０２ａの移動によって生じる起立部１０４ａの傾きを大きくするための膜である。膜１３１の材料に特に限定はないが、たとえば、フォトレジスト膜（たとえばマイクロケム株式会社（ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ Ｃｏｒｐ．）のＳＵ−８）や樹脂などで形成できる。
【００２７】
積層部１０３と起立部１０４ａとの境界、すなわち、半導体層１２３および１２４の折れ曲がり部には、起立部１０４ａの傾きを検出するためのピエゾ抵抗素子１３２が形成されている。ピエゾ抵抗素子（ストレインゲージ）は、歪みによって抵抗が変化する素子である。図１（ｂ）に示すように、センサ部が矢印Ｘの方向に加速度を伴って移動すると、起立部１０４ａは、通常の位置から、矢印Ｘとは逆方向に傾く。起立部１０４ａが傾くと、ピエゾ抵抗素子１３２の抵抗が変化する。起立部１０４ａの傾きは、加速度の大きさによって変化する。その結果、ピエゾ抵抗素子１３２の抵抗をモニタしたり、ピエゾ抵抗素子１３２を流れる電流をモニタしたりすることによって、基板とほぼ平行な方向における加速度の大きさを測定できる。
【００２８】
図２に、本発明の他の加速度センサを示す。図２の加速度センサ１００ｂは、基板１０１と、基板１０１上に形成されたセンサ部１０２ｂとを備える。センサ部１０２ｂでは、起立部１０４ｂが、半導体層１２３および１２４を折れ曲がり部１３３ａおよび１３３ｂの２箇所で折り曲げることによって形成されている。各部材は、加速度センサ１００ａと同様であるため、重複する説明を省略する。
【００２９】
加速度センサ１００ｂでは、折れ曲がり部１３３ｂから先の部分が、加速度を伴う移動によって揺動する揺動板として機能する。加速度センサ１００ｂでは、折れ曲がり部１３３ｂの部分にピエゾ抵抗素子１３２が形成され、上記揺動板の傾きが検出される。なお、折れ曲がり部１３３ｂの部分に加えて、折れ曲がり部１３３ａの部分にピエゾ抵抗素子を形成してもよい。折れ曲がり部１３３ｂの部分に形成されたピエゾ抵抗素子１３２は、図２の矢印Ｚの方向、すなわち、基板１０１の表面に対してほぼ垂直な方向における加速度を検出する。
【００３０】
以下に、加速度センサ１００ｂの具体的な構成の一例およびその製造方法の一例について、図面を参照しながら説明する。なお、図３（ｂ）〜図６（ｂ）は上面図であり、図３（ａ）〜図６（ａ）は図３（ｂ）〜図６（ｂ）の点線部分における断面図である。
【００３１】
まず、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、基板１０１上に、バッファ層１２１、層１２２、半導体層１２３、半導体層１２４、半導体層１２５を含む多層膜１３０を形成する。バッファ層１２１は、結晶性が良好な半導体層を基板１０１上に形成するための層である。層１２２は、エッチングによって選択的に除去しやすい材料で形成される。
【００３２】
半導体層１２３〜１２５を構成する半導体は、半導体層１２３および１２５の格子定数が半導体層１２４の格子定数よりも大きくなるように選択される。また、実施形態１の加速度センサでは、半導体層１２３と半導体層１２５とは、ほぼ同じ組成の材料で形成することが好ましい。これらの半導体層は、化合物半導体（たとえばIII−Ｖ族化合物半導体）で形成することが好ましい。III−Ｖ族化合物半導体などの化合物半導体の格子定数は、組成によって変化させることができる。半導体層１２４／半導体層１２３（および１２５）の具体的な組み合わせとしては、たとえば、ＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ、Ｓｉ／ＳｉＧｅ、ＧａＮ／ＡｌＧａＮ、ＧａＮ／ＩｎＧａＮなどが挙げられる。これらの半導体層の組成比、厚さおよび折れ曲がり部の長さを変化させることによって、半導体層１２４が折れ曲がる角度を調節することができる。
【００３３】
なお、本発明の加速度センサは、必要に応じて、図３に図示していない層を備えてもよい（以下の実施形態においても同様である）。本発明の加速度センサで用いられる多層膜の一例の構成を表１に示す。
【００３４】
【表１】
表１の多層膜は、バッファ層１２１からキャップ層までこの順序で積層されている。エッチングストップ層〜キャップ層までが図３（ａ）の多層膜１３０に相当する。
【００３５】
半導体層１２４の折れ曲がり部の曲率半径Ｒは、通常、以下の式で表される。
Ｒ＝（ａ／Δａ）・｛（ｔ１＋ｔ２）／２｝
ここで、ａは半導体層１２４（ＧａＡｓ層）の格子定数であり、５．６５３３オングストロームである。また、Δａは、半導体層１２３（Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ａｓ層）の格子定数（５．７３４３オングストローム）と半導体層１２４（ＧａＡｓ層）の格子定数との差である。また、ｔ１は半導体層１２３の厚さ（単位：オングストローム）であり、ｔ２は半導体層１２４の厚さ（単位：オングストローム）である。
【００３６】
折れ曲がり部の長さを適切な長さとすることによって、半導体層１２４は約９０°の角度に折り曲げられる。表１中、エッチングストップ層は、溝４１および４２を形成する際に、半導体層１２４の表面でエッチングを止めるために形成される。キャップ層は、ＩｎＧａＡｓ層中のＩｎの蒸発を防止するための層である。
【００３７】
上述したように、ＩｎＧａＡｓからなる半導体層１２３および１２５の格子定数は、ＧａＡｓからなる半導体層１２４の格子定数よりも大きい。ＩｎＧａＡｓ層におけるＩｎの組成比を多くするほどＧａＡｓ層との格子定数の差を大きくでき、両者の格子定数の差を７％程度とすることも可能である。
【００３８】
基板１０１上の各層は公知の方法で形成でき、たとえば、分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ法）、有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）などで形成できる。
【００３９】
次に、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィおよびエッチングによって、多層膜１３０の一部を除去して溝４１および４２を形成する。溝４１および４２は、半導体層１２３および１２４を折り曲げる部分に形成する。溝４１および４２は、半導体層１２４がエッチングされないような条件で形成することが好ましい。そのために、半導体層１２４のエッチングレートよりもエッチングストップ層のエッチングレートが高いエッチング条件でエッチングストップ層をエッチングする。エッチングは、公知の方法で行うことができ、ウエットエッチングであってもドライエッチングであってもよい。
【００４０】
次に、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、膜１３１、ピエゾ抵抗素子１３２、配線１３４および電極パッド１３５を形成する。ピエゾ抵抗素子１３２は、配線１３４によって電極パッド１３５に接続される。これらは、蒸着法、スパッタリング法、フォトリソ・エッチング法などを含む公知の方法で形成できる。膜１３１には、たとえば、フォトレジスト膜を用いることができる。膜１３１のサイズは、膜１３１が慣性質量として機能するサイズであればよい。一例では、厚さ１μｍ〜３００μｍのレジスト膜（上記ＳＵ−８）を用いることができる。配線１３４および電極パッド１３５は、導電性が高い材料で形成でき、たとえば、Ｔｉ膜とＡｕ膜との積層膜を用いることができる。
【００４１】
ピエゾ抵抗素子１３２の形成方法の一例について説明する。まず、ピエゾ抵抗素子１３２を形成する部分に、必要に応じて、ＳｉＯ2膜などの絶縁膜を形成する。その後、絶縁膜上に、ポリシリコン膜を形成し、フォトリソグラフィー・エッチング工程でポリシリコン膜をパターニングすることによってポリシリコン細線を形成する。このポリシリコン細線はピエゾ抵抗を示す。最後に、ポリシリコン細線に接続された配線および電極パッドを形成する。このようにして、ピエゾ抵抗素子１３２が形成される。なお、ピエゾ抵抗素子１３２は、ポリシリコン細線に限らず、他の材料（たとえばＣｕ−Ｎｉ系、Ｎｉ−Ｃｒ系の材料）で形成してもよい。
【００４２】
次に、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、起立部１０４ｂを形成するときに基板１０１から分離する部分に溝５１を形成する。溝５１は、溝４１とともに四角形を形成するように形成される。また、溝５１は、層１２２に到達するように形成される。溝５１は、公知のエッチング法で形成できる。溝５１によって、起立部１０４ｂの大きさが規定される。起立部１０４ｂの大きさに特に制限はなく、たとえば、１００μｍ角〜１０００μｍ角の範囲としてもよい。
【００４３】
次に、層１２２の一部をウエットエッチング法によって選択的に除去する。層１２２は、溝５１を介して除去される。この工程によって、溝４１と溝５１とで囲まれた部分に存在する層１２２を除去する。ウエットエッチングは、層１２２のエッチングレートと層１２２以外の層とのエッチングレートとが異なる条件で行う必要がある。たとえば、Ｈ3ＰＯ4：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ＝３：１：５（体積比）の割合で混合されたエッチング液を用いてエッチングを行えばよい。
【００４４】
このとき、半導体層１２３の格子定数は半導体層１２４の格子定数よりも大きいため、半導体層１２４は、多層膜１３０が除去された部分、すなわち溝４１（積層部１０３と起立部１０４ｂとの境界部分）および溝４２の部分で半導体層１２４側に折れ曲がる。一方、多層膜１３０が除去されていない部分には半導体層１２５を含む多層膜が存在するため、半導体層１２４が折れ曲がることが抑制される。その結果、図２に示すように、基板１０１から立ち上がった起立部１０４ｂが形成される。このようにして、加速度センサ１００ｂを形成できる。なお、加速度センサ１００ａは溝４１を形成しないことを除いて加速度センサ１００ｂと同様の方法で形成できる。
【００４５】
（実施形態２）
実施形態２では、本発明の第２の加速度センサの例を示す。実施形態２の加速度センサ１００ｃの斜視図を図７（ａ）に示す。
【００４６】
加速度センサ１００ｃは、基板１０１と、基板１０１上に形成されたセンサ部１０２ｃとを備える。センサ部１０２ｃは、起立部１０４ａと、起立部１０４ａから突き出すように形成された薄膜１３６とを備える。薄膜１３６は、基板の表面に対してほぼ垂直になるように形成されている。起立部１０４ａは、加速度センサ１００ａの起立部１０４ａと同様であるため、重複する説明は省略する。
【００４７】
薄膜１３６は、板バネとして機能する。薄膜１３６の材料に特に限定はないが、半導体層１２３および１２４（たとえばIII−Ｖ族化合物半導体）よりも機械的強度が大きい材料で形成することが好ましい。薄膜１３６は、たとえば、ＳｉＯ2、Ｆｅ、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｐｔおよびこれらの複合材で形成できる。薄膜１３６の厚さは、薄膜１３６の材料や加速度センサの用途によって異なるが、たとえば、数十μｍ〜数百μｍの範囲としてもよい。
【００４８】
薄膜１３６のうち、起立部１０４ａから飛び出した部分には、ピエゾ抵抗素子１３２が形成されている。薄膜１３６の先端部には、加速度を伴うセンサ部の移動によって生じる薄膜１３６の曲がりを大きくするための膜１３１が形成されている。
【００４９】
センサ部が図７（ａ）の矢印Ａの方向に加速度を伴って移動すると、薄膜１３６が曲がり、その曲がりがピエゾ抵抗素子１３２によって検出される。したがって、加速度センサ１００ｃによれば、基板の表面に平行な矢印Ａの方向の加速度を検出できる。
【００５０】
なお、実施形態２の加速度センサは、起立部１０４ａの代わりに、加速度センサ１００ｂの起立部１０４ｂを用いたものでもよい。その場合の加速度センサ１００ｄを図７（ｂ）に示す。
【００５１】
加速度センサ１００ｄは、基板１０１と、基板１０１上に形成されたセンサ部１０２ｄとを備える。センサ部１０２ｄは、起立部１０４ｂと、起立部１０４ｂの先端から突き出すように形成された薄膜１３６とを備える。薄膜１３６は、基板の表面に対してほぼ平行になるように形成されている。起立部１０４ｂは、加速度センサ１００ｂの起立部１０４ｂと同様であるため、重複する説明は省略する。
【００５２】
センサ部１０２ｄでも、センサ部１０２ｃと同様に、薄膜１３６上に、膜１３１およびピエゾ抵抗素子１３２が形成されている。センサ部が図７（ｂ）の矢印Ｂの方向に加速度を伴って移動すると、薄膜１３６が曲がり、その曲がりがピエゾ抵抗素子１３２によって検出される。したがって、加速度センサ１００ｄによれば、基板の表面に垂直な方向の加速度の大きさを測定できる。
【００５３】
薄膜１３６は、蒸着法やスパッタリング法などで形成できる。薄膜１３６は、たとえば、エッチングによって除去可能な膜の上に形成したのち、その膜を除去することによって下地層から分離できる。それ以外の部分は、実施形態１で説明した加速度センサと同様に形成できる。
【００５４】
（実施形態３）
実施形態３では、本発明の加速度センサの他の例を示す。実施形態３の加速度センサ１００ｅの斜視図を図８に示す。
【００５５】
加速度センサ１００ｅは、３つのセンサ部を備える。加速度センサ１００ｅは、基板１０１と、基板１０１上に形成されたセンサ部１０２ａ１、１０２ａ２および１０２ｂを備える。センサ部１０２ａ１および１０２ａ２は実施形態１で説明したセンサ部１０２ａと同様であり、センサ部１０２ｂ（第１のセンサ部）は実施形態１で説明したセンサ部１０２ｂと同様である。
【００５６】
センサ部１０２ａ１、１０２ａ２および１０２ｂは、起立部が傾きやすい方向が、互いに直交するように形成される。具体的には、図８に示すＸＹＺ軸を仮定したときに、センサ部１０２ａ１の起立部、センサ部１０２ａ２の起立部、およびセンサ部１０２ｂの起立部は、それぞれ、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸の方向に傾きやすい。そのため、センサ部１０２ａ１は方向Ａ（Ｘ軸方向）における加速度を検出し、センサ部１０２ａ２は方向Ｂ（Ｙ軸方向）における加速度を検出し、センサ部１０２ｂは方向Ｃ（Ｚ軸方向）における加速度を検出する。このように、互いに直交する３方向の加速度を検出できる加速度センサを備える加速度センサ１００ｅによれば、加速度を３次元的に検出できる。
【００５７】
なお、本発明の加速度センサは、センサ部１０２ａ１、１０２ａ２および１０２ｂのうちのいずれか２つのみを備えるものであってもよい。この場合、加速度を２次元的に検出できる。
【００５８】
また、センサ部１０２ａ１および１０２ａ２の代わりに実施形態２で説明したセンサ部１０２ｃを用いてもよく、センサ部１０２ｂの代わりに実施形態２で説明したセンサ部１０２ｄを用いてもよい。
【００５９】
また、本発明の加速度センサは、感度が異なる複数の加速度センサを備えてもよい。加速度センサの感度は、膜１３１の位置、大きさおよび材質や、半導体層の厚さ、起立部の大きさなどによって制御できる。また、実施形態２で説明したように、バネ材として機能するプレートを用いることによって感度を変化させることも可能である。
【００６０】
以上、本発明の実施形態について例を挙げて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の技術的思想に基づいて他の実施形態に適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明の加速度センサは、加速度センサ、およびそれが用いられる様々な分野に利用できる。特に、微小なサイズに形成できるという点から、本発明の加速度センサは、携帯用通信機器、家電製品、ナビゲーションシステム、玩具などの分野に特に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の加速度センサの（ａ）一例および（ｂ）機能を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の加速度センサの他の一例を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の加速度センサの製造方法について一例の一工程を模式的に示す（ａ）断面図および（ｂ）上面図である。
【図４】図３の次の工程の一例を模式的に示す（ａ）断面図および（ｂ）上面図である。
【図５】図４の次の工程の一例を模式的に示す（ａ）断面図および（ｂ）上面図である。
【図６】図５の次の工程の一例を模式的に示す（ａ）断面図および（ｂ）上面図である。
【図７】本発明の加速度センサのその他の例を模式的に示す斜視図である。
【図８】本発明の加速度センサのその他の例を模式的に示す斜視図である。
【符号の説明】
【００６３】
１００ａ〜１００ｅ 加速度センサ
１０１ 基板
１０２ａ〜１０２ｄ センサ部
１０３ 積層部
１０４ａ、１０４ｂ 起立部
１２１ バッファ層
１２２ 層
１２３ 半導体層（第１の層）
１２４ 半導体層（第２の層）
１２５ 半導体層（第３の層）
１３０ 多層膜
１３１ 膜
１３２ ピエゾ抵抗素子（歪み計測手段）
１３３ａ、１３３ｂ 折れ曲がり部
１３６ 薄膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板上に形成された少なくとも１つのセンサ部とを備える加速度センサであって、
前記センサ部は、前記基板上に前記基板側から順に配置された第１および第２の層を含む積層部と、少なくとも前記第１および第２の層が折り曲げられることによって形成された起立部と、前記起立部の傾きを検出するための検出手段とを含み、
前記第１の層の格子定数と前記第２の層の格子定数とは異なり、
加速度を伴う前記センサ部の移動によって前記起立部が傾く加速度センサ。
【請求項２】
前記検出手段は、前記第１および第２の層の折れ曲がり部に形成された歪み計測手段を含み、
前記起立部が傾くことによって前記歪み計測手段の抵抗が変化する請求項１に記載の加速度センサ。
【請求項３】
加速度を伴う前記センサ部の移動によって生じる前記起立部の傾きを大きくするための膜が、前記起立部の一部に形成されている請求項１または２に記載の加速度センサ。
【請求項４】
基板と、前記基板上に形成された少なくとも１つのセンサ部とを備える加速度センサであって、
前記センサ部は、前記基板上に前記基板側から順に配置された第１および第２の層を含む積層部と、少なくとも前記第１および第２の層が折り曲げられることによって形成された起立部と、前記起立部から突き出すように形成された薄膜と、前記薄膜の変形を検出するための検出手段とを含み、
前記第１の層の格子定数と前記第２の層の格子定数とは異なり、
加速度を伴う前記センサ部の移動によって前記薄膜が変形する加速度センサ。
【請求項５】
前記検出手段は、前記薄膜上に形成された歪み計測手段を含み、
前記薄膜が曲がることによって前記歪み計測手段の抵抗が変化する請求項４に記載の加速度センサ。
【請求項６】
加速度を伴う前記センサ部の移動によって生じる前記薄膜の曲がりを大きくするための膜が、前記薄膜の一部に形成されている請求項４または５に記載の加速度センサ。
【請求項７】
前記第１の層の格子定数は前記第２の層の格子定数よりも大きく、
前記積層部と前記起立部との境界において、前記第１の層の格子定数と前記第２の層の格子定数との差によって生じる力によって前記第１および第２の層が前記第２の層側に折り曲げられている請求項１〜６のいずれか１項に記載の加速度センサ。
【請求項８】
第１および第２のセンサ部を備え、前記第１のセンサ部は、前記第１および第２の層を前記第２の層側に２回折り曲げることによって形成された第１の起立部を含み、
前記第１のセンサ部は、前記基板の表面に垂直な方向の加速度を検出する請求項１〜７のいずれか１項に記載の加速度センサ。
【請求項９】
検出する加速度の方向が異なる複数のセンサ部を備える請求項１〜８のいずれか１項に記載の加速度センサ。
【請求項１】
基板と、前記基板上に形成された少なくとも１つのセンサ部とを備える加速度センサであって、
前記センサ部は、前記基板上に前記基板側から順に配置された第１および第２の層を含む積層部と、少なくとも前記第１および第２の層が折り曲げられることによって形成された起立部と、前記起立部の傾きを検出するための検出手段とを含み、
前記第１の層の格子定数と前記第２の層の格子定数とは異なり、
加速度を伴う前記センサ部の移動によって前記起立部が傾く加速度センサ。
【請求項２】
前記検出手段は、前記第１および第２の層の折れ曲がり部に形成された歪み計測手段を含み、
前記起立部が傾くことによって前記歪み計測手段の抵抗が変化する請求項１に記載の加速度センサ。
【請求項３】
加速度を伴う前記センサ部の移動によって生じる前記起立部の傾きを大きくするための膜が、前記起立部の一部に形成されている請求項１または２に記載の加速度センサ。
【請求項４】
基板と、前記基板上に形成された少なくとも１つのセンサ部とを備える加速度センサであって、
前記センサ部は、前記基板上に前記基板側から順に配置された第１および第２の層を含む積層部と、少なくとも前記第１および第２の層が折り曲げられることによって形成された起立部と、前記起立部から突き出すように形成された薄膜と、前記薄膜の変形を検出するための検出手段とを含み、
前記第１の層の格子定数と前記第２の層の格子定数とは異なり、
加速度を伴う前記センサ部の移動によって前記薄膜が変形する加速度センサ。
【請求項５】
前記検出手段は、前記薄膜上に形成された歪み計測手段を含み、
前記薄膜が曲がることによって前記歪み計測手段の抵抗が変化する請求項４に記載の加速度センサ。
【請求項６】
加速度を伴う前記センサ部の移動によって生じる前記薄膜の曲がりを大きくするための膜が、前記薄膜の一部に形成されている請求項４または５に記載の加速度センサ。
【請求項７】
前記第１の層の格子定数は前記第２の層の格子定数よりも大きく、
前記積層部と前記起立部との境界において、前記第１の層の格子定数と前記第２の層の格子定数との差によって生じる力によって前記第１および第２の層が前記第２の層側に折り曲げられている請求項１〜６のいずれか１項に記載の加速度センサ。
【請求項８】
第１および第２のセンサ部を備え、前記第１のセンサ部は、前記第１および第２の層を前記第２の層側に２回折り曲げることによって形成された第１の起立部を含み、
前記第１のセンサ部は、前記基板の表面に垂直な方向の加速度を検出する請求項１〜７のいずれか１項に記載の加速度センサ。
【請求項９】
検出する加速度の方向が異なる複数のセンサ部を備える請求項１〜８のいずれか１項に記載の加速度センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−１２６００７（Ｐ２００６−１２６００７Ａ）
【公開日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３１４５７５（Ｐ２００４−３１４５７５）
【出願日】平成１６年１０月２８日（２００４．１０．２８）
【出願人】（３９３０３１５８６）株式会社国際電気通信基礎技術研究所 (905)
【公開日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月２８日（２００４．１０．２８）
【出願人】（３９３０３１５８６）株式会社国際電気通信基礎技術研究所 (905)
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