JP2013213738A - Memsデバイス - Google Patents
Memsデバイス Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013213738A JP2013213738A JP2012084201A JP2012084201A JP2013213738A JP 2013213738 A JP2013213738 A JP 2013213738A JP 2012084201 A JP2012084201 A JP 2012084201A JP 2012084201 A JP2012084201 A JP 2012084201A JP 2013213738 A JP2013213738 A JP 2013213738A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- movable
- acceleration sensor
- fixed
- mems device
- stopper
- 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
Links
Images
Landscapes
- Micromachines (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
【課題】より衝撃耐性を高めることが可能なMEMSデバイスを提供する。
【解決手段】可動部1を備え可動部1を揺動可能に支持する支持基板2と、可動部1と間隙10cを介して対向配置し支持基板2に固定される固定部3と、可動部1側あるいは固定部3側の少なくとも一方に間隙10cを狭めるように突出する突起部4aを有するストッパ部4とを備えたMEMSデバイス10であり、ストッパ部4は、突起部4aが突出する可動部1側あるいは固定部3側における突起部4aの周部に設けられる凹部4bと、突起部4aの突出方向に沿って突起部4aに貫設され凹部4bに連通する孔部4cとを備えており、ストッパ部4は、平面視において、孔部4cの開口面積が凹部4bの開口面積よりも小さい。
【選択図】図1
【解決手段】可動部1を備え可動部1を揺動可能に支持する支持基板2と、可動部1と間隙10cを介して対向配置し支持基板2に固定される固定部3と、可動部1側あるいは固定部3側の少なくとも一方に間隙10cを狭めるように突出する突起部4aを有するストッパ部4とを備えたMEMSデバイス10であり、ストッパ部4は、突起部4aが突出する可動部1側あるいは固定部3側における突起部4aの周部に設けられる凹部4bと、突起部4aの突出方向に沿って突起部4aに貫設され凹部4bに連通する孔部4cとを備えており、ストッパ部4は、平面視において、孔部4cの開口面積が凹部4bの開口面積よりも小さい。
【選択図】図1
Description
本発明は、MEMS(Micro Electro MechanicalSystem)技術を用いたMEMSデバイスに関する。
従来より、加速度や角速度などの物理量を検出するセンサなどMEMSデバイスが用いられている。
この種のMEMSデバイスとして、図11に示す加速度センサが知られている(たとえば、特許文献1)。
特許文献1の加速度センサは、可動電極104の揺動に伴う可動電極104と固定電極120a、120bとの間の静電容量の変化を検出することにより、可動電極104に印加された加速度を検出する。加速度センサでは、可動電極104と可動電極104を揺動自在に支持するビーム部106a,106aとを備えたセンサチップが、上部固定板102aと下部固定板102bとに挟持されている。上部固定板102aは、可動電極104と対向する表面側に固定電極120a、120bを設けている。下部固定板102bは、可動電極104の裏面と対向する面側に付着防止膜123aを設けている。なお、可動電極104には、可動電極104の重心位置を所望の位置に調整するための凹部112、111b、111dが設けられている。
特許文献1の加速度センサは、可動電極104の可動制限を行うための突起部115a〜115gを可動電極104に備えている。これにより、特許文献1の加速度センサでは、突起部115a〜115gが、可動電極104と一対の固定電極120a、120bとの衝撃耐性を高めることができる、としている。
しかしながら、MEMSデバイスは、より衝撃耐性の高いものが求められており、上述の加速度センサの構造だけでは十分ではなく、更なる改良が求められている。
本発明は上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、より衝撃耐性を高めることが可能なMEMSデバイスを提供する。
本発明のMEMSデバイスは、可動部を備え該可動部を揺動可能に支持する支持基板と、上記可動部と間隙を介して対向配置し上記支持基板に固定される固定部と、上記可動部側あるいは上記固定部側の少なくとも一方に上記間隙を狭めるように突出する突起部を有するストッパ部とを備えたMEMSデバイスであって、上記ストッパ部は、上記突起部が突出する上記可動部側あるいは上記固定部側における上記突起部の周部に設けられる凹部と、上記突起部の突出方向に沿って上記突起部に貫設され上記凹部に連通する孔部とを備えており、上記ストッパ部は、平面視において、上記孔部の開口面積が上記凹部の開口面積よりも小さいことを特徴とする。
このMEMSデバイスにおいて、上記可動部は、可動電極として機能可能であり、上記固定部は、上記可動電極に対向し該可動電極と対をなす固定電極を備えていることが好ましい。
このMEMSデバイスにおいて、上記ストッパ部は、上記可動部側あるいは上記固定部側の少なくとも一方に複数個設けられていることが好ましい。
このMEMSデバイスにおいて、上記ストッパ部は、上記突起部に複数個の上記孔部を設けていることが好ましい。
本発明のMEMSデバイスは、より衝撃耐性を高めることが可能になるという効果がある。
(実施形態1)
以下、本実施形態のMEMSデバイス10を図1ないし図7に基づいて説明する。なお、図中において同じ部材に対しては、同じ番号を付している。
以下、本実施形態のMEMSデバイス10を図1ないし図7に基づいて説明する。なお、図中において同じ部材に対しては、同じ番号を付している。
本実施形態のMEMSデバイス10は、図1に示すように、可動部1を備え可動部1を揺動可能に支持する支持基板2と、可動部1と間隙10cを介して対向配置し支持基板2に固定される固定部3とを備えている。また、MEMSデバイス10は、可動部1側あるいは固定部3側の少なくとも一方に間隙10cを狭めるように突出する突起部4aを有するストッパ部4を備えている。なお、本実施形態のMEMSデバイス10では、支持基板2の可動部1側にストッパ部4を備えている(図2を参照)。
ストッパ部4は、突起部4aが突出する可動部1側あるいは固定部3側における突起部4aの周部に設けられる凹部4bと、突起部4aの突出方向に沿って突起部4aに貫設され凹部4bに連通する孔部4cとを備えている。また、ストッパ部4は、平面視において、孔部4cの開口面積が凹部4bの開口面積よりも小さい(図3を参照)。
本実施形態のMEMSデバイス10では、ビーム部1a,1bを介して支持基板2の枠状部2cに支持された可動部1の揺動により、可動部1と固定部3との間の気体が可動部1側に設けられた凹部4bを通気して孔部4cから固定部3側に噴出させる。本実施形態のMEMSデバイス10では、気体の粘性抵抗を可動部1における振動の減衰力に利用して、可動部1の振動を減衰させるダンピングを行うことが可能となる。そのため、本実施形態のMEMSデバイス10は、より衝撃耐性を高めることが可能になる。
なお、本実施形態のMEMSデバイス10では、図示していないが支持基板2の枠状部2cに支持された可動部1の揺動により、可動部1と固定部3との間の気体が固定部3側に設けられた凹部4bを通気して孔部4cから可動部1側に噴出させるものでもよい。
以下、本実施形態のMEMSデバイス10として、静電容量型センサである加速度センサ10aの例について説明する。
本実施形態の加速度センサ10aでは、図4に示すように、可動部1と、可動部1を囲む枠状部2cと、可動部1の対向する端面の中央部と枠状部2c側とを連結する一対のビーム部1a,1bとを備えた支持基板2を有している。支持基板2は、たとえば、SOI(Silicon on Insulator)基板により形成することができる。なお、一対のビーム部1a,1bは、枠状部2cから可動部1側に突出する凸部2a,2bと連結されている。
加速度センサ10aは、支持基板2の一表面側と接合され可動部1と間隙10c(以下、第1間隙10c1ともいう)を介して対向配置される固定部3(以下、第1の固定部3aともいう)を備えている。加速度センサ10aは、支持基板2の上記一表面と反対の他表面側と接合され可動部1と間隙10c(以下、第2間隙10c1ともいう)を介して対向配置される固定部3(以下、第2の固定部3bともいう)を備えている。
すなわち、加速度センサ10aは、支持基板2が第1の固定部3aと第2の固定部3bとに挟持され気密封止した構成としている。また、加速度センサ10aは、ビーム部1a,1bが、可動部1を支持基板2の枠状部2cに対して揺動自在に支持するトーションバーを構成している。
加速度センサ10aにおいて、可動部1は、可動電極として機能可能であり、第1の固定部3aは、上記可動電極に対向し可動電極と対をなす固定電極5を備えている。なお、加速度センサ10aにおいて、固定電極5は、一対設けられており、それぞれ固定電極5a,5bとして図示している。加速度センサ10aは、支持基板2側において支持基板2と離間配置された外部電極8a,8bと、支持基板2の表面に形成された接地電極8cを備えている。加速度センサ10aは、外部電極8a,8bが、一対の固定電極5a,5bと各別に電気的に接続されている。
加速度センサ10aは、外部電極8a,8bおよび接地電極8cに対応する第1の固定部3aの位置に、外部電極8a,8bおよび接地電極8cを外部に露出させるための開孔部3a1〜3a3を設けている。加速度センサ10aは、可動電極と一対の固定電極5a,5bとの間で生ずる静電容量の変化を、一対の固定電極5a,5bと各別に電気的に接続された外部電極8a,8bから検出できるように構成している。
加速度センサ10aは、加速度センサ10aに加速度が加わると加速度の大きさに応じてビーム部1a,1bが捻れる。可動電極と一対の固定電極5a,5bとは、たとえば、可動電極が一方の固定電極5aに近づくと、可動電極が他方の固定電極5bから離れる。また、可動電極と一対の固定電極5a,5bとは、たとえば、可動電極が上記他方の固定電極5bに近づくと、可動電極が上記一方の固定電極5aから離れる。加速度センサ10aは、可動電極と、固定電極5a,5bとの間で生ずる静電容量の変化を検出することで加速度を測定することが可能となる。
本実施形態の加速度センサ10aは、図2に示すように、外部電極8aと外部電極8bとの間、各外部電極8a,8bそれぞれと支持基板2との間および外部電極8a,8bと可動部1との間には、隙間13が形成されている。本実施形態の加速度センサ10aは、各外部電極8a,8bそれぞれが可動部1や支持基板2と電気的に絶縁されている。
加速度センサ10aは、可動部1における上記他表面側において、ビーム部1a,1bを結ぶ直線を境界線とした一方側に、複数個(ここでは、4個)の第1の凹部11a〜11dを備えている(図2(b)を参照)。また、加速度センサ10aは、可動部1の上記他表面のビーム部1a,1bを結ぶ直線を境界線とした他方側に、第2の凹部12を備えている。加速度センサ10aは、可動部1の重心位置を所望の位置に設定するため、第1の凹部11a〜11dおよび第2の凹部12を好適に備えている。
本実施形態の加速度センサ10aでは、第1の凹部11a〜11dおよび第2の凹部12をそれぞれ形成しているが、これだけに限られない。加速度センサ10aは、たとえば、第1の凹部11a〜11dを上記境界線を超えて他方側に拡大することにより、第1の凹部11a〜11dと第2の凹部12とを一体的に形成するものでもよい。また、加速度センサ10aは、第1の凹部11a〜11dの開口部の形状を三角形状としているが、三角形状だけに限られるものではない。加速度センサ10aは、第1の凹部11a〜11dの開口部の形状を矩形形状などとしてもよい。加速度センサ10aは、第2の凹部12の形状が矩形形状だけに限られるものではなく、三角形状などとしてもよい。
本実施形態の加速度センサ10aでは、第1の固定部3aおよび第2の固定部3bに対し対向配置される可動部1側に、複数個(ここでは、10個)のストッパ部4をそれぞれ備えている。ストッパ部4は、可動部1の一表面側から突出した突起部4aを備えている。突起部4aは、可動部1の上記一表面側に形成させたシリコン膜またはシリコン酸化膜を利用して形成することができる。ストッパ部4は、突起部4aの周部に可動部1の上記一表面から窪んだ複数個(ここでは、4個)の凹部4bを備えている(図3(a),(b)を参照)。各凹部4bは、楕円形状に形成させている。各凹部4bは、可動部1の揺動により可動部1と対向する固定部3とが近づくと、凹部4bの外部から凹部4bの内部に気体が流入(図3(b)の破線の矢印を参照)可能なものである。ストッパ部4は、突起部4aの突出方向に沿って突起部4aに貫設され凹部4bに連通し凹部4bを通気する気体を噴出可能な複数個(ここでは、4個)の孔部4cを備えている。ここで、孔部4cは、突起部4aの突出方向に直線状に貫設したものだけに限られず、孔部4cが設けられた突起部4aと対向する側に気体を噴出可能であれば、突起部4a中で孔部4cが曲がっていてもよい。ストッパ部4は、平面視において、ストッパ部4に設けられた孔部4cの開口面積が、ストッパ部4の周部に設けられ各孔部4cに対応する凹部4bの開口面積よりも小さくしている。本実施形態の加速度センサ10aでは、平面視において、楕円形状の各凹部4bの一部が突起部4aに部分的に覆われており、突起部4aと凹部4bとが重複する突起部4aの凹部4bへの投影部位に孔部4cが設けられている。
本実施形態の加速度センサ10aでは、加速度センサ10aに加速度が加わることで、枠状部2cの凸部2a,2bと連結するビーム部1a,1bが捻れ、可動部1が支持基板2の枠状部2cに対して変位する。加速度センサ10aは、可動部1の変位により、可動部1と固定部3との間隙10cが狭くなり可動部1と対向する固定部3との間の間隙10cにおける気体の一部がストッパ部4の周囲の凹部4bに流れ込む。凹部4bに流れ込んだ気体は、凹部4bと連通する孔部4cから可動部1と対向する固定部3側に噴出する。
その結果、加速度センサ10aは、加速度センサ10aの測定レンジを超える大きな加速度が加わった場合でも、可動部1と固定部3とが当接した衝撃などでストッパ部4の破壊や錘として機能する可動部1の固定部3側への固着などを抑制することが可能となる。
加速度センサ10aでは、可動部1と固定部3側との間で、ストッパ部4に設けられた孔部4cから気体を噴出することにより、ストッパ部4が可動部1のダンパーとして機能することが可能となる。加速度センサ10aは、測定レンジを超える大きな加速度が加わった場合でも、可動部1側と固定部3側とが直接衝突して支持基板2側や固定部3側が破損することを抑制可能となる。なお、本実施形態の加速度センサ10aでは、可動部1の第1の固定部3a側と対向する一表面側および第2の固定部3b側と対向する他表面側それぞれにストッパ部4を形成している。加速度センサ10aのストッパ部4は、可動部1側に設けるものだけに限られず、可動部1と対向する第1の固定部3aや第2の固定部3b側に設けてもよい。
MEMSデバイス10は、固定部3側にストッパ部4を備える場合、たとえば、図5に示すように、可動部1の揺動により可動部1が固定部3に対向して近づく位置にストッパ部4を設けることができる。すなわち、ストッパ部4は、加速度センサ10aにおいて、固定部3に設けられる固定電極5a,5bあるいは可動部1に設けられる可動電極の少なくともいずれか一方に設けることができる。
本実施形態の加速度サンサ10aでは、支持基板2、第1の固定部3aおよび第2の固定部3bとで囲まれた内部空間を気密封止している。加速度センサ10aは、気密封止した内部空間において、トーションバーとして機能するビーム部1a,1bで可動部1を支持しており、たとえば、可動部1の揺動範囲は1μm以下となる。加速度センサ10aは、加速度を加えると、可動部1が揺動し固定電極5a,5bと可動電極との間で生ずる静電容量の変化を出力することができる。加速度サンサ10aでは、ストッパ部4の構造と、加速度サンサ10aの内部空間に気密封止する気体の圧力とを適宜に調整することで、加速度サンサ10aの出力における周波数特性を設計することが可能となる。言い換えれば、MEMSデバイス10では、気密封止した気体の圧力に応じて、可動部1の揺動時におけるエアダンピング効果によりストッパ部4のダンパー特性が変化する。
図6に示すグラフは、MEMSデバイス10の内部に気密封止した気体の圧力の大きさによって、MEMSデバイス10を振動させる振動数で、MEMSデバイス10における出力減衰がどのように変化するかを、シミュレーションした結果と、実測した結果とを示している。図6に示すグラフにおいて、実線は、実測した結果を示している。実線における黒塗りの菱形印は、気体の圧力が1kPaの場合を示す。実線における黒塗りの四角印は、気体の圧力が5kPaの場合を示す。実線における図6の紙面の上方に突出する黒塗りの三角印は、気体の圧力が10kPaの場合を示す。実線における図6の紙面の右方に突出する黒塗りの三角印は、気体の圧力が30kPaの場合を示す。実線における図6の紙面の下方に突出する黒塗りの三角印は、気体の圧力が50kPaの場合を示す。実線における黒塗りの丸印は、気体の圧力が100kPaの場合を示す。同様に、図6に示すグラフにおいて、破線は、シミュレーションした結果を示している。破線における白抜きの菱形印は、気体の圧力が1kPaの場合を示す。破線における白抜きの四角印は、気体の圧力が5kPaの場合を示す。破線における図6の紙面の上方に突出する白抜きの三角印は、気体の圧力が10kPaの場合を示す。破線における図6の紙面の右方に突出する白抜きの三角印は、気体の圧力が30kPaの場合を示す。破線における図6の紙面の下方に突出する白抜きの三角印は、気体の圧力が50kPaの場合を示す。破線における白抜きの丸印は、気体の圧力が100kPaの場合を示す。図6に示すグラフからもわかるように、MEMSデバイス10は、気密封止した気体の圧力の大きさが大きくなるにつれ、ダンピングによる出力減衰の効果が大きくなり、ダンピングの効果を利用してMEMSデバイス10の損傷を抑制することが可能となる。
したがって、本実施形態の加速度センサ10aは、センサ特性と許容可能な衝撃耐性とに鑑み適宜に気密封止する気体の圧力を設定すればよい。なお、加速度センサ10aは、支持基板2と、第1の固定部3aおよび第2の固定部3bとを用いて内部空間に気体を気密封止している。加速度センサ10aは、可動部1や固定部3に設けられる固定電極5a,5bなどに曝しても実質的に影響のない気体を気密封止することが好ましい。加速度センサ10aは、支持基板2と、第1の固定部3aおよび第2の固定部3bとで囲まれた内部空間に気密封止する気体として、空気を用いてもよいし、アルゴンガスなどの希ガス、N2ガスなど不活性ガスを用いてもよい。
加速度センサ10aの第1の固定部3aは、たとえば、ガラス基板により形成することができる。第1の固定部3aは、可動部1と対向する面側にビーム部1aとビーム部1bを結ぶ直線を境界線として、一対の固定電極5a,5bを設けている。一対の固定電極5a,5bそれぞれは、たとえば、アルミニウム合金を用いて形成することができる。
同様に、加速度センサ10aの第2の固定部3bは、たとえば、ガラス基板により形成することができる。第2の固定部3bは、可動部1の他表面と対向する面側に可動部1の上記他表面に対し第2間隔10c2をあけて付着防止膜9を設けている。付着防止膜9は、アルミニウム系合金などにより形成することができる。加速度センサ10aは、付着防止膜9を設けることにより、可動部1の揺動時に、可動部1が第2の固定部3b側に付着することを抑制することが可能となる。
なお、加速度センサ10aは、突起部4aの表面をDLC(Diamond-like carbon)膜などの保護膜により被覆してもよい。加速度センサ10aは、突起部4aの表面を保護膜により被覆することで、突起部4aの機械的強度を向上させることができる。また、加速度センサ10aは、突起部4aの表面を保護膜により被覆することで、仮に、突起部4aと固定部3側とが衝突しても突起部4aが破損することを、より抑制することもできる。
本実施形態の加速度センサ10aは、加速度センサ10aの厚み方向に加速度が加わった場合、可動電極として機能する可動部1と固定電極5aとの間で生ずる静電容量に起因する電気信号と、可動部1と固定電極5bとの間で生ずる静電容量に起因する電気信号とを各別に出力する。加速度センサ10aは、たとえば、加速度センサ10aと別途に形成された加速度センサ10aと協働する信号処理用の半導体素子(図示していない)に加速度センサ10aからの電気信号が入力できるように電気的に接続する。半導体素子は、加速度センサ10aにおける可動部1と固定電極5aとの間で生ずる静電容量と、可動部1と固定電極5bとの間で生ずる静電容量との変化の差分を演算することで、加速度センサ10aの厚み方向に加えられた加速度を検出することが可能となる。
次に、本実施形態のMEMSデバイス10の加速度センサ10aの製造工程について、図7を用いて説明する。
まず最初に、たとえば、支持基板2を形成するためにベース基板20a、埋め込み酸化膜20bおよび活性層20cを備えたSOI基板を準備する(図7(a)を参照)。
次に、加速度センサ10aの製造工程では、たとえば、熱酸化法などにより、SOI基板の両面側の全面にシリコン酸化膜を形成する。加速度センサ10aの製造工程では、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して、両面側の全面に形成されたシリコン酸化膜の一部を除去してシリコン酸化膜からなるマスク21を形成する。加速度センサ10aの製造工程では、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して、ベース基板20aおよび活性層20cに、後に形成される可動部1と固定部3との間隙10cを構成する窪みを形成する窪み形成工程を行う(図7(b)を参照)。
続いて、加速度センサ10aの製造工程では、リソグラフィ技術およびイオン打ち込み技術を利用して、可動部1の基礎となる一表面側にストッパ部4の凹部4bに相当する領域にイオンを打ち込んだ後、熱処理によりイオンの拡散を行う。活性層20cには、イオンが打ち込まれ不純物濃度の異なる領域が形成される(図示していない)。続いて、加速度センサ10aの製造工程では、適宜のCVD法を利用して活性層20cの窪み上の全面にシリコン酸化膜を形成する。加速度センサ10aの製造工程では、リソグラフィ技術およびRIE法などのエッチング技術を利用して、シリコン酸化膜を貫通する孔部4cを突起部4aとなる領域に形成する。また、加速度センサ10aの製造工程では、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して、シリコン酸化膜をエッチングして所望の形状の突起部4aを形成する。その後、加速度センサ10aの製造工程では、活性層20cに形成されている不純物濃度の異なる領域を、等方性エッチングにより除去することで突起部4aの周部に凹部4bを形成する。
同様に、加速度センサ10aの製造工程では、リソグラフィ技術およびイオン打ち込み技術を利用して、可動部1の基礎となる他表面側にストッパ部4の凹部4bに相当する領域にイオンを打ち込んだ後、熱処理によりイオンの拡散を行う。ベース基板20aには、イオンが打ち込まれ不純物濃度の異なる領域が形成される(図示していない)。加速度センサ10aの製造工程では、適宜のCVD法を利用してベース基板20aの窪み上の全面にシリコン酸化膜を形成する。加速度センサ10aの製造工程では、リソグラフィ技術およびRIE法などのエッチング技術を利用して、シリコン酸化膜を貫通する孔部4cを突起部4aとなる領域に形成する。また、加速度センサ10aの製造工程では、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して、シリコン酸化膜をエッチングして所望の形状の突起部4aを形成する。その後、加速度センサ10aの製造工程では、ベース基板20aに形成されている不純物濃度の異なる領域を、等方性エッチングにより除去することで凹部4bを形成する。
また、加速度センサ10aの製造工程では、スパッタリング技術や蒸着技術を利用して、一対の固定電極5a,5bと電気的に接続される金属材料からなる外部電極8a,8bと、外部電極8a,8bと電気的に接続される金属膜8dとを形成する(図7(c)を参照)。
次に、加速度センサ10aの製造工程では、ベース基板20aおよび埋め込み酸化膜20bの順にSOI基板の他表面側をエッチングする。加速度センサ10aの製造工程では、埋め込み酸化膜20bをエッチングストッパとして、SOI基板の上記他表面側からベース基板20aをエッチングすることで、第1の凹部11a〜11dおよび第2の凹部12を形成する。また、加速度センサ10aの製造工程では、可動部1の外形形状に合わせて、SOI基板の上記他表面側からベース基板20aをエッチングしている。また、加速度センサ10aの製造工程では、可動部1の外形形状に合わせて、SOI基板の上記他表面側から埋め込み酸化膜20bをエッチングして、可動部1を形成する。加速度センサ10aの製造工程では、可動部1と第1の凹部11a〜11dおよび第2の凹部12とを形成した後、付着防止膜23が形成された表面を対向面とする第2の固定部3bをSOI基板の上記他表面側に陽極接合する陽極接合工程を行う。なお、加速度センサ10aの製造工程では、陽極接合工程に先立って、外部電極8a,8bが形成される部位の外形形状に合わせて、上記他表面側からベース基板20aをエッチングしている。さらに、加速度センサ10aの製造工程では、外部電極8a,8bが形成される部位の外形形状に合わせて、SOI基板の上記他表面側から埋め込み酸化膜20bをエッチングしている。また、加速度センサ10aの製造工程では、陽極接合工程後に、外部電極8a,8bが形成される部位の外形形状に合わせて、SOI基板の上記表面側の活性層20cをエッチングして、外部電極8a,8bが形成される部位の周りに隙間13を形成している(図7(d)を参照)。
次に、加速度センサ10aの製造工程では、外部電極8a,8bを外部と電気的に接続させるための開孔部3a1〜3a3および一対の固定電極5a,5bが形成された第1の固定部3aを支持基板2上に配置した後、支持基板2と第1の固定部3aとを加圧雰囲気下で陽極接合させる。これにより内部が気密封止された加速度センサ10aを製造することが可能となる(図7(e)を参照)。
なお、加速度センサ10aは、支持基板2と第1の固定部3aとを陽極接合により接合するだけでなく、ポリイミド樹脂などを用いた樹脂接合や金スズ半田などを用いた共晶接合を利用して支持基板2と第1の固定部3aとを接合することができる。また、加速度センサ10aは、支持基板2として、SOI基板を用いた場合だけに限られず、シリコン基板を用いて形成してもよい。さらに、加速度センサ10aは、第2の固定部3bとして、ガラス基板を用いた場合だけに限られず、シリコン基板を用いて形成してもよい。加速度センサ10aは、第1の固定部3aとして、シリコン基板を用いた場合、一対の固定電極5a,5bと第1の固定部3aとが電気的に絶縁できるように、一対の固定電極5a,5bと第1の固定部3aとの間に絶縁膜を形成することが好ましい。
また、図7に示すMEMSデバイス10の製造工程では、図示していないが、たとえば、複数個の支持基板2が形成された支持基板用ウエハと、支持基板2の各々に対応する複数個の固定部3が形成された固定部用ウエハとを接合する。次に、MEMSデバイス10は、支持基板用ウエハと固定部用ウエハとが接合されたものを分割するダイシンクを行う。これにより、MEMSデバイス10の製造工程では、複数個の図1に示すMEMSデバイス10を量産性よく形成することができる。言い換えれば、支持基板2と支持基板2が接合される固定部3とは、複数個の支持基板2が形成された支持基板用ウエハと支持基板2の各々に対応する複数個の固定部3が形成された固定部用ウエハとが接合された接合ウエハから一体として分離されている。
本実施形態のMEMSデバイス10は、ストッパ部4を備えたMEMSデバイス10として加速度センサ10aを用いて説明したが、加速度センサ10aだけに限られない。本実施形態のストッパ部4を備えたMEMSデバイス10としては、たとえば、可動部1を弁体として駆動させるアクチュエータや可動部1の揺動によって発電する振動発電装置などに利用することもできる。
(実施形態2)
本実施形態のMEMSデバイス10は、図3に示すストッパ部4を備えたMEMSデバイス10の代わりに、図8に示すストッパ部4を用いた点が主として相違する。なお、実施形態1と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略している。
本実施形態のMEMSデバイス10は、図3に示すストッパ部4を備えたMEMSデバイス10の代わりに、図8に示すストッパ部4を用いた点が主として相違する。なお、実施形態1と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略している。
本実施形態のMEMSデバイス10は、図8(a),(b),(c)に示すように、支持基板2における可動部1の一表面側から窪んだ凹部4bが設けられている。凹部4bは、一表面側から窪むにつれ開口部が徐々に小さくなる円錐台状に形成している。MEMSデバイス10におけるストッパ部4は、突起部4aの周部に設けられる凹部4bと連通し凹部4bを通気する気体を噴出可能な孔部4cを備えている。ストッパ部4は、平面視において、孔部4cの開口面積が突起部4aの周部に設けられた凹部4bにおける円環状の開口部の開口面積よりも小さくしている。また、ストッパ部4は、突起部4aの側周部に複数個のスリット4dが設けられており、スリット4dを介して、凹部4bと孔部4cとが連通している。スリット4dは、平面視において、孔部4cが設けられた突起部4aの中央部を通るように直交して設けている。
本実施形態のMEMSデバイス10たる加速度センサ10aでは、加速度センサ10aの厚み方向に加速度が加わることで、支持基板2の枠状部2cに支持される可動部1が枠状部2cに対して変位する。加速度センサ10aは、可動部1の変位により、可動部1と対向する固定部3との間の気体が突起部4aの周囲の凹部4bに流れ込む。凹部4bに流れ込んだ気体は、凹部4b、スリット4dを順に通り孔部4cから可動部1と対向する固定部3側に噴出する。加速度センサ10aでは、可動部1側と固定部3側との間において、突起部4aに設けられた孔部4cから固定部3側に気体を噴出することにより、ストッパ部4が可動部1のダンパーとして機能することが可能となる。
なお、ストッパ部4は、スリット4dの数、形状や配置によって、ダンパー特性が変化する。したがって、加速度センサ10aは、センサ特性と許容可能な衝撃耐性とに鑑み適宜にスリット4dの数、形状や配置などを設計すればよい。ストッパ部4は、可動部1の凹部4bの中央部に予め孔部4cおよびスリット4dが形成された突起部4aを固着することで形成することができる。
また、本実施形態のMEMSデバイス10は、ストッパ部4を複数個設けることができる。MEMSデバイス10は、複数個のストッパ部4を設ける場合、同一形状のストッパ部4を複数個設けてもよいし、たとえば、本実施形態のストッパ部4と実施形態1のストッパ部4とを組み合わせて設けてもよい。
(実施形態3)
本実施形態のMEMSデバイス10は、図3に示すストッパ部4を備えた実施形態1のMEMSデバイス10の代わりに、図9に示すストッパ部4を用いた点が主として相違する。なお、実施形態1と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略している。
本実施形態のMEMSデバイス10は、図3に示すストッパ部4を備えた実施形態1のMEMSデバイス10の代わりに、図9に示すストッパ部4を用いた点が主として相違する。なお、実施形態1と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略している。
本実施形態のMEMSデバイス10は、図9(a),(b),(c)に示すように、支持基板2における可動部1の一表面側から円錐台状に窪んだ凹部4bが設けられている。本実施形態のMEMSデバイス10におけるストッパ部4は、突起部4aの周部に設けられる凹部4bと連通し凹部4bを通気する気体を噴出可能な孔部4cを備えている。ストッパ部4は、平面視において、円形状の突起部4aの中央部に設けられた円形状の孔部4cの開口面積が突起部4aの周部に設けられた凹部4bの円弧状の外周と矩形状の突起部4aの外周とで構成される複数個(ここでは、4個)の開口部の開口面積よりも小さくしている。本実施形態の加速度センサ10aでは、平面視において、円形状の凹部4bの中央部が矩形状の突起部4aに覆われており、突起部4aの中央部に孔部4cが設けられている。矩形状の突起部4aは、突起部4aの隅部が可動部1側で保持されている。本実施形態のMEMSデバイス10のストッパ部4は、実施形態2のMEMSデバイス10におけるストッパ部4と比較して、孔部4cを備えた突起部4aで凹部4bを覆う比較的簡単な構成とすることができる。なお、ストッパ部4は、凹部4bの円錐台を構成する側面の傾きを調整することにより、側面に沿って流れる気体の流れを制御することが可能となる。
本実施形態のMEMSデバイス10たる加速度センサ10aでは、加速度センサ10aの厚み方向に加速度が加わることで、支持基板2の枠状部2cに支持される可動部1が枠状部2cに対して変位する。加速度センサ10aは、可動部1の変位により、可動部1と対向する固定部3との間の気体がストッパ部4の周囲の凹部4bに流れ込む。凹部4bに流れ込んだ気体は、凹部4bと連通する孔部4cから可動部1と対向する固定部3側に噴出する。加速度センサ10aでは、ストッパ部4と固定部3側との間で、ストッパ部4に設けられた孔部4cから固定部3側に気体を噴出することにより、ストッパ部4が可動部1のダンパーとして機能することが可能となる。
なお、本実施形態のMEMSデバイス10は、ストッパ部4を複数個設けることができる。MEMSデバイス10は、複数個のストッパ部4を設ける場合、同一形状のストッパ部4を複数個設けてもよいし、たとえば、本実施形態のストッパ部4と、実施形態1のストッパ部4や実施形態2のストッパ部4とを適宜に組み合わせて構成してもよい。
(実施形態4)
本実施形態のMEMSデバイス10は、図3に示すストッパ部4を備えた実施形態1のMEMSデバイス10の代わりに、図10に示すストッパ部4を用いた点が主として相違する。なお、実施形態1と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略している。
本実施形態のMEMSデバイス10は、図3に示すストッパ部4を備えた実施形態1のMEMSデバイス10の代わりに、図10に示すストッパ部4を用いた点が主として相違する。なお、実施形態1と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を適宜省略している。
本実施形態のMEMSデバイス10は、図10(a),(b),(c)に示すように、支持基板2における可動部1の一表面側から直方体状に窪んだ凹部4bが設けられている。本実施形態のMEMSデバイス10におけるストッパ部4は、突起部4aの周部に設けられる凹部4bと連通し凹部4bを通気する気体を噴出可能な孔部4cを備えている。ストッパ部4は、平面視において、円形状の突起部4aの中央部に設けられる円形状の孔部4cの開口面積が突起部4aの周部に設けられた凹部4bの矩形状の外周と円形の突起部4aの外周とで構成される複数個(ここでは、2個)の開口部の開口面積よりも小さくしている。本実施形態の加速度センサ10aでは、平面視において、矩形状の凹部4bの中央部が円形状の突起部4aに覆われており、突起部4aの中央部に孔部4cが設けられている。ストッパ部4は、円形状の突起部4aが突起部4aの周部で矩形状の凹部4bを覆って支持基板2側に保持されている。ストッパ部4は、円形の突起部4aに対し、矩形状の凹部4bにおける長手方向の長さ寸法を大きくするだけで開口部の面積を大きくすることが可能となる。そのため、MEMSデバイス10は、実施形態3のMEMSデバイス10におけるストッパ部4と比較して、開口部の面積を大きくする場合でも、突起部4aの凹部4bを覆う位置合わせをより簡単に行うことができる。
本実施形態のMEMSデバイス10たる加速度センサ10aでは、加速度センサ10aの厚み方向に加速度が加わることで、支持基板2の枠状部2cに支持される可動部1が枠状部2cに対して変位する。加速度センサ10aは、可動部1の変位により、可動部1と対向する固定部3との間の気体がストッパ部4の周囲の凹部4bに流れ込む。凹部4bに流れ込んだ気体は、凹部4bと連通する孔部4cから可動部1と対向する固定部3側に噴出する。加速度センサ10aでは、ストッパ部4と固定部3側との間で、ストッパ部4に設けられた孔部4cから固定部3側に気体を噴出することにより、ストッパ部4が可動部1のダンパーとして機能することが可能となる。
本実施形態のMEMSデバイス10は、ストッパ部4を複数個設けることができる。MEMSデバイス10は、複数個のストッパ部4を設ける場合、同一形状のストッパ部4を複数個設けてもよいし、たとえば、本実施形態のストッパ部4と、実施形態1ないし実施形態3のストッパ部4とを適宜に組み合わせて構成してもよい。
1 可動部
2 支持基板
3 固定部
4 ストッパ部
4a 突起部
4b 凹部
4c 孔部
5 固定電極
10 MEMSデバイス
10c 間隙
2 支持基板
3 固定部
4 ストッパ部
4a 突起部
4b 凹部
4c 孔部
5 固定電極
10 MEMSデバイス
10c 間隙
Claims (4)
- 可動部を備え該可動部を揺動可能に支持する支持基板と、前記可動部と間隙を介して対向配置し前記支持基板に固定される固定部と、前記可動部側あるいは前記固定部側の少なくとも一方に前記間隙を狭めるように突出する突起部を有するストッパ部とを備えたMEMSデバイスであって、
前記ストッパ部は、前記突起部が突出する前記可動部側あるいは前記固定部側における前記突起部の周部に設けられる凹部と、前記突起部の突出方向に沿って前記突起部に貫設され前記凹部に連通する孔部とを備えており、前記ストッパ部は、平面視において、前記孔部の開口面積が前記凹部の開口面積よりも小さいことを特徴とするMEMSデバイス。 - 前記可動部は、可動電極として機能可能であり、前記固定部は、前記可動電極に対向し該可動電極と対をなす固定電極を備えていることを特徴とする請求項1に記載のMEMSデバイス。
- 前記ストッパ部は、前記可動部側あるいは前記固定部側の少なくとも一方に複数個設けられていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のMEMSデバイス。
- 前記ストッパ部は、前記突起部に複数個の前記孔部を設けていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のMEMSデバイス。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012084201A JP2013213738A (ja) | 2012-04-02 | 2012-04-02 | Memsデバイス |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012084201A JP2013213738A (ja) | 2012-04-02 | 2012-04-02 | Memsデバイス |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013213738A true JP2013213738A (ja) | 2013-10-17 |
Family
ID=49587157
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012084201A Pending JP2013213738A (ja) | 2012-04-02 | 2012-04-02 | Memsデバイス |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2013213738A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105197871A (zh) * | 2015-10-26 | 2015-12-30 | 杭州士兰微电子股份有限公司 | Mems器件及其制造方法 |
-
2012
- 2012-04-02 JP JP2012084201A patent/JP2013213738A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105197871A (zh) * | 2015-10-26 | 2015-12-30 | 杭州士兰微电子股份有限公司 | Mems器件及其制造方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI663120B (zh) | Mems裝置與製程 | |
KR101729430B1 (ko) | 통합된 배면 캐비티를 갖는 mems 음향 센서 | |
US8946831B2 (en) | Low frequency response microphone diaphragm structures and methods for producing the same | |
KR101056612B1 (ko) | 마이크로메카닉 결합-구성 요소 및 상응하는 제조 방법 | |
JP6024481B2 (ja) | 半導体圧力センサ | |
KR100628813B1 (ko) | 반도체 가속센서 및 그 제조방법 | |
WO2013121640A1 (ja) | 静電容量型センサ及びその製造方法 | |
WO2010032818A1 (ja) | Memsセンサ及び検出装置 | |
JP2006029827A (ja) | 慣性センサ | |
WO2010032820A1 (ja) | Memsセンサ | |
JP5175152B2 (ja) | Memsセンサ | |
WO2010032821A1 (ja) | Memsセンサ | |
JP5121765B2 (ja) | Memsデバイスおよびその製造方法 | |
TW201805230A (zh) | 用於壓力感測器裝置的微機械構件 | |
JP5237733B2 (ja) | Memsセンサ | |
JP2004333133A (ja) | 慣性力センサ | |
KR20170004123A (ko) | 센서 소자 및 그 제조 방법 | |
JP2012027337A (ja) | Mems光スキャナ | |
JP2012002752A (ja) | 容量式慣性力センサ | |
JP2013213738A (ja) | Memsデバイス | |
JP3597806B2 (ja) | 可動構造部を有する微小構造体及びその製造方法 | |
JP5314979B2 (ja) | Memsセンサ | |
JP2010107240A (ja) | 1軸加速度センサ及びそれを用いた3軸加速度センサ | |
JP3678090B2 (ja) | 半導体加速度センサ及びその製造方法 | |
JP4020875B2 (ja) | 可動構造部を有する微小構造体及びその製造方法 |