单轴加速度传感器制造技术

一种单轴加速度传感器，包括：具有恒定厚度的半导体基板；穿过基板的平行的第二穿通沟道，该第二穿通沟道之间限定出柔性梁，第二穿通沟道具有比厚度小得多的宽度；四个压电电阻器，形成在柔性梁的四个脚部区域处；穿过基板的第一穿通沟道，与第二穿通沟道的端部连续，以限定出与柔性梁的一端连续的配重件，该配重件包括将柔性梁夹在其间的一对对称的第一部分和联接到第二部分和柔性梁的一端的第二部分，且配重件具有的中心在柔性梁纵向中心线上的一中间位置处；一层配线，形成在柔性梁上方，将在同一边缘处的压电电阻器连接，并将相互连接点沿柔性梁的纵向方向引导。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种单轴加速度传感器。
技术介绍
诸如加速度传感器、振动陀螺仪和振动传感器这样的微机电系统(MEMS)传感器 是常规已知的，这些MEMS传感器将联接到质量体的柔性梁的位移转换为电信号。硅处理技 术(silicon processing technology)已经被充分地开发出且伴有集成电路的进步，且适 用于制造MEMS。硅中的载荷子(电子、空穴)受到应力施加(stress application)的影 响。电子运动性随着沿迁移方向的拉应力的增加而增加，且随着沿迁移方向的压应力的增 加而减小。空穴运动性随沿迁移方向的压应力的增加而增加，且随沿迁移方向的拉应力的 增加而减小。在半导体层以凸面形状变形时，半导体层的表面受到拉应力，且在半导体层以 凹面形状变形时半导体层的表面受到压应力。在半导体中的载荷子可运动性的变化可以通 过在受到较强应力的硅区域中采用诸如电阻器或MOS转变器这样的半导体装置来检测。例 如，通过检测由应力引起的电阻值(压电电阻器)的变化来检测加速度。质量体联接到柔 性梁的一端，该柔性梁在另一端被支撑件等支撑。因为质量体具有惯性，所以在支撑件运动 时，柔性梁变形并接收到应力。因为柔性梁的横截面面积被制造得较小，所以每单位横截面 面积的应力变得较大且变形量变得较大。通常，压电电阻器形成在柔性梁上，以便检测加速度。考虑到制造过程的便利性， 需要的是压电电阻器和配线形成在柔性梁的前表面上。为了改善检测精度，通常通过四个 压电电阻器形成桥接电路。例如，四个压电电阻器形成在沿宽度方向的在柔性梁相对端附 近的两个边缘处。在施加某种应力时电阻值增加的电阻器和电阻值降低的电阻器被串序地 连接。两个串序连接结构在供电配线之间沿反并联的方向连接。检测相应串序连接结构中 互连点之间的电压差。存在用于检测一维方向加速度的加速度传感器和用于检测沿二维或三维方向的 加速度的加速度传感器。需要的是仅沿预定方向检测加速度而不响应其他方向加速度的一 维加速度传感器。JP-A-8-160066提出了一种悬臂式加速度传感器，包括固定部分、通过加速度可动 的配重件、连接到固定部分和配重件的柔性梁和设置在柔性梁中的电阻器元件，通过处理 硅基板形成，其中，沿垂直于硅基板厚度方向的宽度方向，柔性梁比配重件窄，且沿硅基板 的厚度方向柔性梁具有与配重件相同的厚度。配重件的重心排布在柔性梁中心线的延长线 上。柔性梁可在基板表面的平面内方向沿宽度方向变形，且因沿柔性梁的纵向方向的加速 度造成的变形受到抑制。两对电阻器元件形成在临近固定部分并临近配重件的两边缘区域 处的柔性梁表面区域中。因为柔性梁沿宽度方向弯曲和变形，所以在一个边缘处两个电阻 器元件和在另一边缘处的两个电阻器元件被拉伸。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种具有新颖结构的单轴加速度传感器。根据本专利技术的一个方面，提供一种一维加速度传感器，包括用具有恒定厚度的半导体基板制成的结构，包括用半导体基板制成的支撑件，通过第一穿通沟道构图，除了设置在第一穿通沟道 外侧且设置有连结垫的部分以外，该第一穿通沟道延伸穿过半导体基板；柔性梁，通过与第一穿通沟道的两相对端连续的一对第二穿通沟道构图，第二穿 通沟道沿一个方向在支撑件内延伸并穿过半导体基板，柔性梁具有比半导体基板的厚度小 得多的宽度，柔性梁从支撑件沿一个方向延伸，且具有设置在柔性梁近侧的两个边缘处以 及设置在柔性梁远侧的两个边缘处的四个压电电阻器；和配重件，与柔性梁的远端连续，配重件通过第一穿通沟道和第二穿通沟道构图，配 重件具有在支撑件内的一对对称的第一部分和与一对第一部分联接的第二部分，一对对称 的第一部分将柔性梁夹在它们之间，且配重件具有在柔性梁纵向中心线上并在比柔性梁的 远端更靠近近侧一位置处的重心；和其中，该一维加速度传感器还包括配线，该配线在半导体基板上方且用同一配线 层形成，配线将四个压电电阻器中的、在同一边缘处的两个压电电阻器每一个串序连接，用 四个压电电阻器形成桥接电路，且配线将压电电阻器的相互连接点引导到连结垫。附图说明图IA和IB是根据第一实施例的单轴加速度传感器的平面图和横截面视图；图IC 和ID是显示了柔性梁的结构和工作方式的示意性平面图；图IE是显示了模拟结果的视图， 且图IF和IG是压电电阻器和配线的平面图和等效电路图。图2A、2B和2C是显示了第一实施例的修改例的平面图。图3A和3B是显示了由本专利技术的专利技术人作出的分析和研究的平面图。图4A到4E是显示了根据本专利技术第一实施例的加速度传感器的制造过程的横截面图。图5A和5B是根据第二实施例的加速度传感器的横截面视图和平面图。图6A、6B和6C是显示了第二实施例的修改例的平面图。具体实施例方式现在假设例如通过使用硅基板来制造单轴加速度传感器。在硅基板平面内限定χ 轴和y轴，且沿厚度方向限定ζ轴。构造y方向单轴加速度传感器，其方式是具有比沿ζ方向 厚度小得多的沿y方向宽度的柔性梁沿χ方向延伸，并联接支撑件和配重件(质量部分)。 支撑件联接到诸如壳体这样的固定部分。柔性梁和配重件的厚度相等，且配重件的重心与 沿χ方向延伸的柔性梁的延长线对准。对χ方向加速度的反应由此基本上受到抑制，且能 降低噪声。通过使柔性梁难以沿ζ方向弯曲而对ζ方向加速度的反应进行抑制。因此，需 要的是在梁横截面区域中使得y方向的尺寸显著地小于ζ方向的尺寸(基板厚度)。柔性 梁在xy平面内的形状被选择为能确保y方向的柔性，并允许在两边缘处的相对端处制造压 电电阻器。桥接电路通过串序连接电阻器并通过反并联(antiparallel)地连接两个串序 连接结构来形成，所述电阻器在应力导致电阻值改变的情况下具有相反的极性。在配重件联接到柔性梁远端且通过加速度产生的力作用在柔性梁远端上的结构 中，当配重件被沿柔性梁的宽度方向驱动时，柔性梁以弓形形状变形。位于在弓形形状内侧 上的两个电阻器接收压应力且以一种极性改变电阻值(增加或减小)，且位于在弓形形状 外侧上的两个电阻器接收拉应力且以相反极性改变电阻值(减小或增加)。如果四个压电 电阻器用P型硅制造，则接收压应力的电阻器减小其电阻值，而接收拉应力的电阻器增加 其电阻值。现在考虑用于连接四个压电电阻器和将配线引导到连接垫的配线布置结构。假 设每条配线不是形成为骑跨在压电电阻器上。如图3A所示，四个电阻器Rl到R4形成在柔性梁FB两边缘处的近端和远端处。假 设配线Wl形成为用于将表现出以相反极性改变电阻值的电阻器Rl和R2串序连接，且用于 将串序连接结构的相对端子和电阻器的相互连接点连接到连结垫BP。电阻器Rl和R2和将 电阻器Rl和R2连接的配线Wl与柔性梁FB的整个宽度成横向。当配线W2要被形成为将 在柔性梁两边缘处的远端处的、表现出沿相反极性改变电阻值的电阻器R3和R4串序连接， 并用于将串序连接结构的相互连接点和端部端子引出到连结垫BP时，配线W2应与配线Wl 相交叉。即，需要交叉的配线。需要至少两个配线层来形成交叉配线。如果配线空间形成 在柔性梁的边缘和压电电阻器之间，则可以通过使用一个配线层来形成桥接电路。但是，当 压电电阻器从柔性梁的边缘移位离开时，最重要测量精确性会降低。替换地，当电阻器Rl 和R4以及电阻器R2和R3串本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种一维加速度传感器，包括：用具有恒定厚度的半导体基板制成的结构，包括：用半导体基板制成的支撑件，通过第一穿通沟道构图，除了设置在所述第一穿通沟道外侧且设置有连结垫的部分以外，该第一穿通沟道延伸穿过所述半导体基板；柔性梁，通过与所述第一穿通沟道的两相对端连续的一对第二穿通沟道构图，所述第二穿通沟道沿一个方向在所述支撑件内延伸并穿过所述半导体基板，所述柔性梁具有比所述半导体基板的厚度小得多的宽度，所述柔性梁从所述支撑件的所述部分沿所述一个方向延伸到远端，且具有设置在所述柔性梁近侧的两个边缘处以及设置在所述柔性梁远侧的两个边缘处的四个压电电阻器；和配重件，与所述柔性梁的远端连续，所述配重件通过所述第一穿通沟道和所述第二穿通沟道构图，所述配重件具有在所述支撑件内的一对对称的第一部分和与所述一对第一部分及所述柔性梁的远端联接的第二部分，所述一对对称的第一部分将所述柔性梁夹在它们之间，且所述配重件具有在柔性梁纵向中心线上的一位置处的重心，所述重心从所述柔性梁的所述远端朝向所述近侧移动；和配线，形成在所述半导体基板上方且用同一配线层制成，所述配线将四个压电电阻器中的、在同一边缘处的两个压电电阻器每一个串序连接，且所述配线将串序连接结构中的相互连接点引导到所述连结垫、将远侧上的两个压电电阻器的远端共同地引导到所述连结垫、和将近侧上的两个压电电阻器的近端引到所述连结垫。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：服部敦夫，松冈润弥，
申请(专利权)人：雅马哈株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]