JPH09211020A - Accelerometer - Google Patents

Accelerometer

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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
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JP
Japan
Prior art keywords
acceleration
support beam
resonator
piezoelectric element
acceleration sensor
Prior art date
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Pending
Application number
JP8019595A
Other languages
Japanese (ja)
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
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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/en
Publication of JPH09211020A publication Critical patent/JPH09211020A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring 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
    • G01P2015/0805Measuring 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
    • G01P2015/0822Measuring 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
    • G01P2015/0825Measuring 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
    • G01P2015/0828Measuring 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。
(57) [Summary] [Problem] To provide a resonance type acceleration sensor which is applicable to a semiconductor process and is not affected by temperature change, noise mixing, etc. SOLUTION: An inertial body 2 that is movable by acceleration, a support beam 3 that supports the inertial body 2 and is deformed when the inertial body 2 is moved, an excitation portion 4 of a piezoelectric element installed adjacent to the support beam 3, and a piezoelectric element. A resonator 7 having a receiver 5 and a propagator 6 is provided, and when an acceleration is applied, a change in the vibration state caused by the deformation of the resonator 7 corresponding to the deformation of the support beam 3 is input to the exciter 4. Detected by the signal and the output signal from the receiving unit 5,
An acceleration sensor for measuring the applied acceleration,
This is an acceleration sensor represented by a configuration in which the wiring pattern connecting to the support beam 3 and the resonator 7 formed on the vicinity thereof is symmetrical.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an acceleration sensor for detecting and measuring acceleration of a vehicle or the like, and more particularly to a small size and high precision accelerometer using a high precision silicon substrate. The present invention relates to a structure and a manufacturing method.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art Recently, acceleration sensors have been actively developed, and various kinds of acceleration sensors have been proposed.

【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。
Among them, as an acceleration sensor for accurately detecting the acceleration of a direct current component, a so-called resonance type acceleration sensor, which receives the change in the resonance frequency of the vibration generated on the excitation side by utilizing the tension due to the deflection of the beam, is noted. Has been done.

【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。
The structure of a conventional resonance type acceleration sensor will be described below with reference to the drawings.

【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。
FIG. 13 is a configuration diagram of a conventional resonance type acceleration sensor, FIG. 13 (a) is a plan view of the conventional resonance type acceleration sensor, and FIG. 13 (b) is a sectional view taken along line AA. Is.

【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。
In FIG. 13, reference numeral 200 denotes a vibrating body, and 201
Is an inertial body, and the vibrating body 200 is composed of an exciting unit 202, a receiving unit 203, and a propagating unit 204.

【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。
The inertial body 201 is connected to the vehicle body side by a support beam 205. In such a configuration, when acceleration is applied, the inertial body 201 moves up and down to move the support beam 2
The vibrating body 200 expands and contracts as 05 bends.

【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。
Therefore, when the acceleration changes, the resonance frequency of the vibrating body 200 changes, and it becomes possible to measure the acceleration by detecting this frequency change.

【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。
In the case of such a configuration, the expansion and contraction of the vibrating body 200 is related to the tension applied to the vibrating body 200, and in order to prevent the directionality with respect to the acceleration from being exhibited, the vibrating body 20 is prevented.
0 needs to be subjected to tension only by the deformation of the support beam 205.

【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。
Further, conventionally, when processing is performed using a single crystal silicon substrate, boron, which is a p-type dopant, is diffused as an impurity, and an etchant having a different etching rate depending on the substrate conductor, such as ethylenediaminepyrocatechol (E).
The substrate was processed using DP) or KOH aqueous solution.

【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。
As the silicon substrate processed in this way, for example, Sensors and Actuators (Sensors and Actuators) are used.
sB, p. 212, (1993)).

【0012】[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。
However, in the resonance type acceleration sensor having such a structure, when the silicon LSI forming process is used with the miniaturization of the acceleration sensor, there is a problem that the conventional problem does not occur due to miniaturization. Precise control is needed.

【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。
In particular, as the film thickness of each structure becomes thinner, thermal history generated in the process causes stress, resulting in uneven stress on the support beam, making it impossible to accurately detect acceleration. Become.

【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。
The stress due to such a thermal history causes the support beam to be deformed such as twisted when the stress from the wiring pattern is transmitted to the support beam unevenly.

【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。
When acceleration is applied to an acceleration sensor having a support beam having a twisted structure, an output signal having directionality with respect to the acceleration is generated.

【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。
Further, when the sensor itself is miniaturized, the signal detection region is also miniaturized, and the intensity of the output signal itself becomes small.

【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。
As a result, the capacitance between the parasitic wirings becomes large with respect to the output signal, so that the noise becomes large with respect to the output signal, that is, the output signal is attenuated by the capacitance between the parasitic wirings and the output signal is accurately measured. Can not be transmitted to.

【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。
Further, this inter-wiring capacitance occurs not only with respect to the parasitic wiring capacitance between the output signal lines but also with respect to the parasitic wiring capacitance between the output signal lines and the silicon substrate.

【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。
On the other hand, when the resonance type acceleration sensor is formed by using the silicon LSI forming process, the wiring material is usually formed by spatter deposition.

【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。
When the wiring is formed by sputter deposition, the position rate cannot be increased in the sputtering process, and thus it is impossible to increase the film thickness of the wiring in the process, but the wiring of a thin film thickness cannot be obtained. In the case of using, the wiring on the step is cut off, which causes wiring failure.

【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。
When a silicon LSI forming process is used, a large number of resonance type acceleration sensors are formed on the same substrate. Therefore, when forming an acceleration sensor having uniform characteristics, the resonance frequency characteristics are uniform on the wafer. However, the resonance frequency depends on the thickness of the resonator.

【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。
Since the sensitivity to acceleration depends on the bending amount of the support beam, the sensitivity also changes depending on the film thickness of the support beam.

【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。
Therefore, it is necessary to form two kinds of regions having different film thicknesses in the wafer with good controllability.

【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。
However, the processing of a silicon substrate by etching using an etchant has been applied to leave a desired region, but since the etching rate varies, it is used for the purpose of accurate control of the film thickness. I was never told.

【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。
Further, in the resonance type acceleration sensor,
A change in environmental temperature causes thermal expansion of the resonator, resulting in a change in tension of the resonator. A change in tension of the resonator causes a change in resonance frequency.

【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。
For example, it is known that the resonant frequency causes a change of 800 Hz per 1 ° C. temperature change.

【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。
When the change in the resonance frequency due to the temperature occurs, it becomes impossible to measure separately from the change in the resonance frequency due to the acceleration, which causes a problem that the accurate acceleration cannot be measured.

【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。
The present invention has been made to solve the above problems, and further improves the resonance type acceleration sensor so that it can be easily formed using a silicon LSI forming process and is small in size. The object is to provide a highly sensitive acceleration sensor.

【0029】[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。
In order to solve the above problems, an acceleration sensor according to the present invention includes an inertial body that is movable by acceleration, a support beam that supports the inertial body and is deformed when the inertial body moves, and a support beam. Deformation of the resonator corresponding to the deformation of the supporting beam when an acceleration is applied, comprising a resonator having an excitation section made of a piezoelectric element, a receiving section made of the piezoelectric element, and a propagation section installed adjacent to the beam. The resonance type acceleration sensor that measures the applied acceleration by detecting the change in the vibration state of the resonator caused by the input signal to the excitation unit and the output signal from the reception unit is used as the basic configuration. , Alone or in any combination.

【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。
First, there is an acceleration sensor in which the support beam and the wiring pattern connecting to the resonance part formed on the vicinity thereof are symmetrical.

【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。
Next, the acceleration sensor has an impurity diffusion region between the wiring pattern connecting to the resonance part and the substrate.

【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。
Next, of the electrostatic capacitance between the pair of wiring patterns connected to the piezoelectric element of the receiving section, the electrostatic capacitance due to the interlayer insulating film other than the region corresponding to the piezoelectric element is the piezoelectric element on the receiving side. The acceleration sensor has a capacitance of 1/10 or less of the capacitance of the interlayer insulating film in the region corresponding to.

【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。
Next, among the wiring patterns that connect to the resonance portion, the wiring pattern of the portion that passes through the step formed by the piezoelectric element is an acceleration sensor that is wider than the wiring pattern on the flat region.

【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。
Next, there is an acceleration sensor having a temperature compensating sensor that outputs an output signal that responds to environmental changes but does not respond to acceleration changes.

【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。
Next, the wiring pattern for connecting to the resonance part is
The acceleration sensor includes a component that applies a force that deforms the support beam in a first direction, and a component that applies a force that deforms the support beam in a direction opposite to the first direction.

【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。
Finally, the propagation section and the inertial body are acceleration sensors formed by utilizing the impurity diffusion regions formed on the substrate.

【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。
With the above configuration, an acceleration sensor that is easy to form by using the silicon LSI forming process and that is small and has high sensitivity is provided.

【0038】[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。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION First, according to the present invention described in claim 1, an inertial body movable by acceleration, a support beam that supports the inertial body and is deformed when the inertial body moves, and the support beam are provided. A resonator having an exciting section made of a piezoelectric element, a receiving section made of the piezoelectric element, and a propagating section, which are installed adjacent to each other, is provided, and when acceleration is applied, deformation of the resonator corresponding to deformation of the support beam An acceleration sensor that measures the applied acceleration by detecting a change in the vibration state of the resonator that occurs due to an input signal to the excitation unit and an output signal from the reception unit, and is formed on the support beam and its vicinity. The wiring pattern for connecting to the resonating part has a symmetrical shape.

【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。
Here, as described in claim 2, the acceleration sensor may be formed using a single substrate, and the wiring pattern may have a symmetrical shape on the entire substrate.

【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。
With this structure, even if stress is applied to the support beam due to thermal history during the acceleration sensor formation process, the support beam will not be twisted. Therefore, accurate acceleration can be detected.

【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。
According to a third aspect of the present invention, an inertial body movable by acceleration, a support beam that supports the inertial body and is deformed when the inertial body moves, and is installed adjacent to the support beam. A resonator having a resonator having an excitation section made of a piezoelectric element, a reception section made of a piezoelectric element, and a propagation section, and a vibration state of the resonator caused by deformation of the resonator corresponding to deformation of the support beam when acceleration is applied. Is a sensor for measuring the applied acceleration by detecting the change of the signal from the input signal to the excitation part and the output signal from the reception part, the substrate is made of silicon, and the wiring pattern for connecting to the resonance part And an acceleration sensor having an impurity diffusion region between the substrate and the substrate.

【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。
Here, as described in claim 4, the impurity diffusion region may function as a 0-potential side signal line.

【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。
With this configuration, parasitic capacitance is not generated between the common signal line on the excitation side or the reception side and the substrate, and the output signal is not attenuated.

【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。
According to a fifth aspect of the present invention, an inertial body movable by acceleration, a support beam that supports the inertial body and is deformed when the inertial body moves, and is installed adjacent to the support beam. A resonator having a resonator having an excitation section made of a piezoelectric element, a reception section made of a piezoelectric element, and a propagation section, and a vibration state of the resonator caused by deformation of the resonator corresponding to deformation of the support beam when acceleration is applied. Is an acceleration sensor for measuring the applied acceleration by detecting a change in the input signal to the excitation unit and an output signal from the reception unit, and between the pair of wiring patterns connected to the piezoelectric element of the reception unit. Among the capacitances, the capacitance due to the interlayer insulating film other than the region corresponding to the piezoelectric element is 1/10 or less of the capacitance due to the interlayer insulating film in the region corresponding to the piezoelectric element. With the accelerometer That.

【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。
With such a configuration, even when the output signal is reduced due to the miniaturization of the signal detection area accompanying the miniaturization of the sensor, the noise component becomes large with respect to the output signal, or the output signal is parasitic wiring. It is possible to prevent the output signal from being accurately transmitted due to the attenuation due to the inter-capacitance.

【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。
According to a sixth aspect of the present invention, an inertial body movable by acceleration, a support beam that supports the inertial body and is deformed when the inertial body moves, and is installed adjacent to the support beam. A resonator having a resonator having an excitation section made of a piezoelectric element, a reception section made of a piezoelectric element, and a propagation section, and a vibration state of the resonator caused by deformation of the resonator corresponding to deformation of the support beam when acceleration is applied. An acceleration sensor that detects a change in the input signal to the excitation unit and an output signal from the reception unit, and measures the applied acceleration, in the wiring pattern that communicates with the resonance unit, by the piezoelectric element. The wiring pattern in the portion that passes through the formed step is an acceleration sensor that is wider than the wiring pattern on the flat region.

【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。
With such a configuration, even if the wiring material has poor coverage of the wiring material or the wiring material crosses over a high step when a wiring having a thin film thickness is used, the wiring on the step is broken and the wiring is defective. In addition, the area of the wiring can be reduced on the flat region, and the parasitic capacitance of the wiring can be reduced.

【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。
Further, according to the present invention as set forth in claim 7, an inertial body movable by acceleration, a support beam that supports the inertial body and is deformed when the inertial body moves, and is installed adjacent to the support beam. A resonator having a resonator having an excitation section made of a piezoelectric element, a reception section made of a piezoelectric element, and a propagation section, and a vibration state of the resonator caused by deformation of the resonator corresponding to deformation of the support beam when acceleration is applied. Is an acceleration sensor that measures the applied acceleration by detecting a change in the signal from the input signal to the excitation unit and the output signal from the receiving unit. Further, the acceleration sensor corresponds to the environmental change but does not correspond to the acceleration change. It is an acceleration sensor having a temperature compensation sensor that outputs an output signal.

【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。
Here, as described in claim 8, the temperature compensating sensor comprises a supporting beam which is deformed when the temperature changes, an exciting portion composed of a piezoelectric element installed adjacent to the supporting beam, and a piezoelectric element. A resonator having a receiving unit and a propagating unit is provided, and when the temperature changes, a change in the vibration state of the resonator caused by the deformation of the resonator corresponding to the deformation of the support beam is received as an input signal to the excitation unit. The temperature change may be measured by detecting the output signal from the unit.

【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。
With such a structure, it is prevented that the resonator thermally expands due to the change of the environmental temperature and the tension of the resonator changes, which causes the change of the resonance frequency and the error of the acceleration measurement. It becomes possible.

【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。
According to a ninth aspect of the present invention, an inertial body that is movable by acceleration, a support beam that supports the inertial body and is deformed when the inertial body moves, and is installed adjacent to the support beam. A resonator having a resonator having an excitation section made of a piezoelectric element, a reception section made of a piezoelectric element, and a propagation section, and a vibration state of the resonator caused by deformation of the resonator corresponding to deformation of the support beam when acceleration is applied. Is an acceleration sensor that measures the applied acceleration by detecting a change in the signal from the input signal to the excitation unit and the output signal from the reception unit, and the wiring pattern that connects to the resonance unit includes The acceleration sensor includes a component that applies a force that deforms in one direction and a component that applies a force that deforms in a direction opposite to the first direction.

【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。
With such a configuration, even when different wiring pattern constituent materials are used, the stresses applied to the support beams due to thermal history during the acceleration sensor forming process can be canceled each other, and Since there is no twist in the output, the output signal does not have directionality with respect to the acceleration, and accurate acceleration can be detected.

【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。
In the above structure, as described in claim 10, the propagating portion and the inertial body may be formed by utilizing the impurity diffusion region formed in the substrate.

【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。
Here, as described in claim 11, a support beam and a propagation part having different thicknesses are formed by etching using the different diffusion depths of the impurity diffusion regions in the silicon substrate as stop layers. May be.

【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。
With such a structure, it is possible to collectively form regions having different film thicknesses of the support beam and the propagating portion with good controllability by the impurity concentration of the impurity diffusion layer without depending on the etching rate. .

【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。
(Embodiment 1) Hereinafter, Embodiment 1 of the acceleration sensor of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【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。
FIG. 1A is a plan view of the acceleration sensor according to this embodiment, and FIG. 1B is a perspective view showing a main part of the acceleration sensor.

【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。
In FIG. 1, 1 is a silicon substrate, 2 is an inertial body, 3 is a support beam, 4 is an exciting part, 5 is a receiving part, 6 is a propagating part, 7 is mainly an exciting part 4, a receiving part 5, and a propagating part. 6 is a resonator constituted by 6; 8 is an input signal line; 9 is an input side common signal line; 10 is an output signal line; 11 is an output side common signal line;
Is a piezoelectric element on the excitation side, 13 is a piezoelectric element on the receiving side, 14 is a through hole of a resonator for separating the resonator 7 from the silicon substrate 1, and 15 is a through hole.
Is an inertial body through hole for separating the inertial body from the silicon substrate 1. In addition, the input side common signal line 9 and the output side common signal line 1
Since 1 is for applying 0 potential, it is simplified as an integrated structure which is mutually connected.

【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。
2A and 2B are sectional views of the acceleration sensor according to the present embodiment. FIG. 2A is a sectional view taken along the line AA 'of FIG. 1, and FIG. 2B is a sectional view taken along the line BB' of FIG. Each figure is shown.

【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。
In FIG. 2, 16 is an interlayer insulating film.
Reference numeral 17 denotes a protective film, and 18 denotes an impurity diffusion layer. However, these are omitted in FIG. 1 and the silicon substrate 1 is shown.

【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。
Here, the wiring patterns of the input signal line 8, the input-side common signal line 9, the output signal line 10, and the output-side common signal wiring 10 are symmetrical with respect to the plane AA '. It is preferable that these patterns are entirely symmetrical on the silicon substrate 1 in order to suppress the influence of thermal history in the manufacturing process described later. However, since the support beam 3 is bent on the support beam 3, it is even. It is important that the support beam 3 and the vicinity thereof have a symmetric shape so as to generate a flexure.

【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。
A method of manufacturing the acceleration sensor having the above structure will be specifically described below. 3A to 3D are explanatory views showing a manufacturing process using a cross-sectional view of the acceleration sensor of this embodiment.

【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。
In FIG. 3, the same members as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, 32 is a silicon nitride film, 33 is a nitride film mask, 34 is a boron-containing diffusion agent, 35 is a boron impurity diffusion layer, 36 is a silicon nitride film mask, 37 is a boron-containing diffusing agent, and 38 is a backside etching mask. The boron impurity diffusion layer 35 uses boron for the impurity diffusion layer 18 shown in FIGS.

【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。
First, as shown in FIG.
0) on the silicon substrate 1 having the substrate plane orientation of 0)
The silicon nitride film 32 is formed by the D method. Shape in this case
The formation conditions are: CVD drive output (RF Power): 20
0W, reaction gas flow rate ratio: SiH Four/ NHtThree/ NTwo= 10
/ 30 / 100sccm, vacuum degree: 100Pa, substrate temperature
Silicon by plasma CVD method at a temperature of 300 ° C
The nitride film 32 is formed to a film thickness of 2 μm.

【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。
Next, a photoresist is spin-coated thereon with a film thickness of 1.5 μm by a spin coater.

【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。
Thereafter, the photoresist is exposed using a photomask so that the region where boron is diffused is opened,
develop.

【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。
Then, using the photoresist as a mask, phosphoric acid is used as an etchant for etching removal,
A silicon nitride film mask 33 is formed by opening the silicon nitride film 32 in a region corresponding to the opening of the photoresist.

【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。
Thereafter, as shown in FIG. 3B, a boron-containing diffusing agent 34 (manufactured by Tokyo Ohka: product name PBF) is spin-coated to form a film on the silicon substrate 1 and the nitride film mask 33.

【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。
Then, as shown in FIG. 3C, heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere at 1155 ° C. for 25 hours to form a boron impurity diffusion layer 35a.

【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。
Next, the boron-containing diffusing agent 34 is added to HF: NH.
4 F = 1: 5 Wet etching was performed using buffered hydrofluoric acid, and the silicon nitride film mask 33 was removed by wet etching using phosphoric acid. After that, as in FIG. Then, a silicon nitride film is formed, and a portion corresponding to the boron diffusion region is opened again to form the remaining silicon nitride film mask 36.

【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。
After that, the boron-containing diffusing agent 37 is added to FIG.
Spin coat as in (b), 1155 in nitrogen atmosphere.
Heat treatment is performed at 5 ° C. for 5 hours to form a boron impurity diffusion layer 35b shallower than that in FIG.

【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。
As a result, the boron impurity diffusion layers 35a and 35b having two kinds of depths are formed in the silicon substrate 1.

【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。
Then, as shown in FIG. 3D, the boron-containing diffusing agent 37 and the silicon nitride film mask 36 are similarly removed by wet etching.

【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。
Then, an Al film having a film thickness of 800 nm was formed by driving output (RF Power): 1 kW, Ar gas flow rate: 1
After deposition by sputter deposition under the conditions of 5 sccm and a vacuum degree of 18 mTorr, a photoresist is spin-coated with a film thickness of 1.5 μm by a spin coater, and then the photoresist is photo-coated to obtain a desired wiring pattern. Exposure and development are performed using a mask.

【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。
Then, using the photoresist as a mask, A
The I film is patterned by wet etching with phosphoric acid, and common signal lines 9 and 1 common to the input side and the output side are formed.
Form one.

【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/
2=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。
On the common signal lines 9 and 11, drive output (RF Power): 100 W, gas flow rate: Ar /
O 2 = 5/5 sccm, vacuum degree: 100 mTorr, substrate temperature 300 ° C., ZnO having a film thickness of 1.5 μm was sputter-deposited, and then photoresist was spin-coated with a film thickness of 1.5 μm by a spin coater. Then, the photoresist is exposed and developed using a photomask so that a desired piezoelectric pattern can be obtained. Then, using the photoresist as a mask, the ZnO film is patterned by wet etching using acetic acid to form the piezoelectric element 1 on the excitation side.
2 and the receiving side piezoelectric element 13 are formed.

【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。
Subsequently, the CVD drive output (RF Pow)
er): 100 W, reaction gas: SiH 4 / N 2 O = 10 /
150 sccm, vacuum degree: 100 Pa, substrate temperature 300
A silicon oxide film having a film thickness of 1 μm is deposited by a plasma CVD method under the condition of ° C. to form an interlayer insulating film 16.

【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。
After that, an Al film having a film thickness of 800 nm was formed by driving output (RF Power): 1 kW, Ar gas flow rate: 1
After depositing by sputter deposition under the conditions of 5 sccm and a vacuum degree of 18 mTorr, a photoresist is spin-coated with a spin coater to a film thickness of 1.5 μm, and then the photoresist is used as a photomask so that a desired wiring pattern can be obtained. To expose and develop. Then, using the photoresist as a mask, the Al film is patterned by wet etching with phosphoric acid to form the input signal line 8 and the output signal line 10.

【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
2=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。
Then, the drive output (RF Power
er): 100 W, reaction gas: SiH 4 / N 2 O = 10 /
150 sccm, vacuum degree: 100 Pa, substrate temperature 300
A protective film 17 is formed as shown in FIG. 3 (e) by depositing a silicon oxide film having a film thickness of 1 μm by a plasma CVD method under the condition of ° C. After that, a drive output is applied to the back surface of the silicon substrate 1. (RF P
ower): 200 W, reaction gas: SiH 4 / NHt 3 /
N 2 = 10/30/100 sccm, vacuum degree: 100P
a, a silicon oxide film having a film thickness of 4 μm is deposited by the plasma CVD method under the conditions of the substrate temperature of 300 ° C.

【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。
Then, the photoresist is spin-coated with a spin coater to a film thickness of 1.5 μm, and then the photoresist is exposed and developed using the photomask so that a desired etching mask pattern can be obtained.

【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。
Then, using the photoresist as a mask, the silicon nitride film is patterned by wet etching with phosphoric acid to form a backside etching mask 38 as shown in FIG. 3 (f).

【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。
Finally, as shown in FIG. 3 (g), the substrate is etched with KOH aqueous solution of 40 wt% at 70 ° C. As a result, the boron impurity diffusion regions 35a and 35b have a slow etching rate, so that diffusion of Inertia through-holes 15 can be formed because regions of two different thicknesses depending on the depth remain without being etched, while regions where impurity diffusion is not performed are etched to the surface.
At this time, the resonator through hole 14 is also formed in the same manner.

【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。
Incidentally, in order to form regions having different film thicknesses in the silicon substrate, dry etching using a mask is possible without using the impurity diffusion layer for the etching stop.

【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。
However, in a structure such as an acceleration sensor, it is necessary to process the support beam region to a film thickness of about 20 μm and the resonator portion to a film thickness of about 5 μm. It is preferable to use the impurity diffusion layer rather than dry etching.

【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。
For example, when the dry etching process is used, the standard thickness of the 4-inch substrate is 400 μm.
Assuming a process in which etching is performed from the back surface of a silicon substrate having a thickness of m to leave a 20 μm silicon layer on the surface,
Since it is necessary to perform etching of 380 μm, if the general etching variation is estimated to be 10%, the etching error is 38 μm.

【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。
On the other hand, when the diffusion temperature is 1200 ° C., the diffusion
If a more etching stop layer is formed, the
The maximum temperature variation in the furnace is about ± 5 ° C. Easy
Therefore, if the temperature variation of the electric furnace is estimated to be ± 10 ° C,
Degree range is 1190-1210 ℃, diffusion coefficient square
If the root is 1200 ° C, 6.25 × 10-1(Μ / hr
-1/2), At 1190 ° C 5.87 × 10-1
/ Hr-1/2), 6.90 × 10 at 1210 ° C.-1(Μ /
hr-1/2) And a value with a variation.

【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。
Since the diffusion depth is proportional to the square root of the diffusion coefficient, when diffusion is performed at a diffusion temperature of 1200 ° C. and a depth of 20 μm, the variation in the diffusion depth due to the variation in the temperature of the electric furnace causes the variation in the temperature. It is 18.8 to 22.1 μm in proportion to the square root of the diffusion coefficient.

【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。
That is, for fine processing of the acceleration sensor, wet etching using the impurity diffusion layer as a stop layer is preferable to dry etching.

【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。
Further, in the case of forming two kinds of film thicknesses of the resonator portion to 5 μm and the support beam portion to 20 μm, 380 μm from the back surface of the silicon substrate having a film thickness of 400 μm in the case of a 4-inch substrate. It is necessary to form a pattern again after performing the etching of 1 and perform etching of 15 μm.

【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。
However, it is very difficult to form a pattern by forming a photoresist with a uniform film thickness on a step of 380 μm and then exposing the photoresist with high precision to form a pattern. On the other hand, it is possible to form a structure having two different film thicknesses by a method of forming a step by etching from both sides.

【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。
Specifically, in order to obtain two different film thicknesses of 20 μm and 5 μm, 5 μm at the initial stage of the process.
The region where the film thickness is desired to be obtained is etched to a depth of 15 μm from the surface side.

【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。
Then, in the final stage of the process, etching is performed from the rear surface side of the silicon substrate to 400 μm to 380 μm, which is the standard thickness of a 4-inch substrate, in both regions where film thicknesses of 20 μm and 5 μm are desired to be formed.

【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。
As a result, the film thickness was 5 μm in the region where 15 μm was etched from the front surface side and 380 μm was etched from the back surface side, while etching was not performed on the front surface side and only 380 μm was etched from the back surface side. In the region, a film thickness of 20 μm will be obtained.

【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。
According to this method, it is not necessary to form both etching patterns for forming two kinds of film thickness on a step, but even when such a method is used, the surface side has a thickness of 15 μm. There will be a step.

【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。
It is very difficult with the current technology to form a fine pattern such as a piezoelectric wiring on such a step on the front surface side without causing disconnection.

【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。
Although the silicon nitride film is used as the impurity diffusion mask in the above manufacturing steps, a thick oxide film may be used.

【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。
Although this nitride film is formed by the plasma CVD method, it may be formed by a thermal nitride film, a CVD nitride film or the like.

【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。
Further, although sputter deposition was used for depositing Al on the common signal line, the input signal line, and the output signal line, other deposition methods such as epitaxial growth and vapor deposition may be used.

【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。
Although the silicon oxide film is used as the interlayer insulating film, a silicon nitride film may be used.

【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。
Although the KOH aqueous solution is used as the etchant for the silicon substrate, a so-called EDP etching solution containing ethylenediamine, pyrocatechol and water may be used.

【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。
Although the silicon nitride film is used as the etching mask for the back surface of the silicon substrate, a thick oxide film may be used.

【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。
The case where the diffusion source having the same boron concentration is used to control the depth of the impurity diffusion layer by the diffusion time has been described. It is possible to form an impurity diffusion layer having a depth, and even if the thickness of the boron-containing diffusing agent is changed, the same result as when using a diffusion source having a different boron concentration is obtained.

【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。
Further, although boron diffusion was performed using a diffusion source coated on the surface, it may be performed using a gas source.

【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。
Now, the operation of the acceleration sensor constructed as described above will be described below, including the principle.

【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。
First, if an AC signal is applied between the input side signal line 8 and the input side common signal line 9, as a result, the excitation side piezoelectric body 12 vibrates with a frequency corresponding to the frequency of the AC signal. do.

【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。
Here, when the vibration generated in the excitation side piezoelectric body 12 matches the natural resonance frequency of the resonator 7, the vibration generated in the excitation side piezoelectric body 12 is amplified and the reception side piezoelectric element 13 is vibrated. Let

【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。
Then, the receiving piezoelectric element 13 that receives the vibration from the resonator 7 generates an AC signal having a frequency corresponding to the vibration frequency of the resonator 7, and the generated AC signal outputs the output signal line 10 and the output signal line 10. It is taken out as an output signal through the side common signal line 11.

【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。
On the other hand, when the resonance frequency is different from the natural resonance frequency of the resonator, the vibration generated in the excitation side piezoelectric body 12 is not efficiently transmitted to the reception side piezoelectric body 13 and the output from the reception side piezoelectric body is not generated. I can't really get it.

【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。
Therefore, it is understood that the resonance frequency of the resonator can be obtained by measuring the frequency of the AC signal applied to the input side piezoelectric element and the output of the output side piezoelectric element.

【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。
In the structure for performing such a principle operation, in FIG. 1, when acceleration is applied in the direction perpendicular to the paper surface, the inertial body 2 moves up and down in the direction of acceleration.

【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。
Due to the movement of the inertial body 2, the support beam 3 is bent with the inertial body 2 side being the moving end and the opposite side being the fixed end, and the resonator 7 is moved in the direction parallel to the plane of the drawing. Stretching motion occurs.

【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。
This expansion and contraction gives tension to the resonator 7, which causes the resonance frequency to increase when the tension increases, and decreases when the tension decreases.

【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。
Therefore, the acceleration can be measured by detecting this frequency change.

【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。
Here, as described above, the input signal line 8,
The wiring patterns of the input-side common signal line 9, the output signal line 10, and the output-side common signal wiring 10 are preferably entirely on the silicon substrate 1 with respect to the AA ′ plane, or at least on the support beam 3. It has a symmetrical shape in its vicinity.

【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。
Therefore, in the case where the silicon substrate 1 is made entirely symmetrical, the input signal line 8 material and the input side common signal line 9 material are also supported by the substrate 1 and the substrate 1 due to the thermal history during the acceleration sensor forming process. The substrate 1 and the support beam 3 are not deformed without applying stress to the beam 3, and further, when at least the support beam 3 has a symmetrical shape, the support beam 3 itself is caused by the thermal history during the acceleration sensor forming process. Does not cause twisting.

【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。
As described above, in the present embodiment, it becomes possible to detect an accurate acceleration by eliminating the output signal having directionality with respect to the acceleration.

【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。
(Second Embodiment) Next, as a second embodiment of the present invention, the capacitance characteristic of the acceleration sensor in the first embodiment will be described with reference to the drawings.

【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。
FIGS. 4A and 4B are schematic diagrams showing the regions where the capacitance of the acceleration sensor corresponding to the presence or absence of the impurity diffusion layer in this embodiment is generated.

【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。
In FIG. 4, in addition to the same reference numerals as in FIGS. 1 to 3, C 1 is the input side interlayer insulating film capacitance, C 2 is the input signal line capacitance, and C 3 is the exciter capacitance. , C 4 is the output side interlayer insulating film capacitance, C 5 is the output signal line capacitance, C 6 is the receiver capacitance, and 41 is the natural oxide film.

【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
4、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
5、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。
First, considering the capacitance generated in the acceleration sensor described in the first embodiment, on the input side, the input generated due to the interlayer insulating film 16 in the region corresponding to the excitation side piezoelectric element 12 is input. Corresponding to the side interlayer insulating film capacitance C 1 , the input signal line capacitance C 2 generated due to the interlayer insulating film 16 in the region other than the region corresponding to the excitation side piezoelectric element 12, and the excitation side piezoelectric element 12. The exciter capacitance C 3 generated by the above is considered, and on the other hand, on the output side, the output side interlayer insulating film capacitance generated due to the interlayer insulating film 16 in the region corresponding to the receiving side piezoelectric element 13 is generated. C 4 , an output signal line capacitance C 5 generated corresponding to the interlayer insulating film 16 in a region other than the region corresponding to the reception side piezoelectric element 13, and a receiver static electricity generated corresponding to the reception side piezoelectric element 13. Consider the capacitance C 6 It is.

【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。
Here, input directly on the silicon substrate 1,
When the common signal lines 9 and 11 which also serve as both the output side are formed, the oxygen component comes into contact with the silicon substrate 1 by the time the common signal lines 9 and 11 are formed, and a silicon oxide film region is formed on the surface thereof. The natural oxide film 41 is often formed.

【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。
In such a case, if a potential difference occurs between the silicon substrate 1 and the common signal lines 9 and 11 due to an external influence, the natural oxide film 41 causes a new capacitance component. I will end up.

【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。
That is, when such a natural oxide film is formed on the silicon substrate 1, a parasitic MOS structure is partially formed between the common signal line, the natural oxide film, and the single crystal silicon substrate. When the potential of the silicon substrate 1 below the region having the MOS structure becomes different from the potential of the common signal line due to external influences such as the mixing of noise, a parasitic capacitance is newly formed.

【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。
When such a new capacitance component is generated, a circuit as shown in FIG. 4A is generated and the driving conditions of the excitation side piezoelectric element 12 and the reception side piezoelectric element 13 are changed,
The resonance frequency change of the resonator that exactly corresponds to the acceleration to be measured cannot be obtained.

【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。
Therefore, as shown in FIGS. 1 to 3 and FIG. 4B, if an impurity diffusion layer 18 (35) is provided between the silicon substrate 1 and the common signal lines 9 and 11, a natural oxide film is formed. 41 can effectively suppress the generation of new capacitance. According to the study by the inventor of the present application, a new capacitance is generated as shown in FIG.
1 and the silicon substrate 1 are significantly different in resistance value, a potential difference occurs due to an external influence across the natural oxide film 41, and the capacitance component of the natural oxide film 41 is correspondingly manifested. It is thought to be because of this.

【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。
Therefore, the common signal lines 9 and 11 are formed by diffusing appropriate impurities such as boron into the silicon substrate 1 to form the impurity diffusion layer 18 and adjusting the resistance values to be equal to the resistance values of the common signal lines 9 and 11. The impurity diffusion layer 18 and the impurity diffusion layer 18 become equipotential, an equivalent circuit as shown in FIG. 4B and the like is formed, and it is possible to effectively suppress the generation of new capacitance due to the natural oxide film 41. .

【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。
For example, in the present embodiment, if the manufacturing process of the acceleration sensor described in the first embodiment is used, in order to use the boron impurity diffusion layer as the etching stop layer, the boron impurity concentration is 10 19 cm −3. As described above, when the boron impurity concentration is 10 19 cm −3 or more, the resistivity becomes 9 × 10 −3 Ω · cm or less, which is suitable for use as a general wiring material.

【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。
On the other hand, when the silicon substrate is used as the common signal line without forming the impurity diffusion layer, the ordinary silicon substrate has a high resistivity of about 1 Ω · cm, so that it is practical to function as a signal line. It cannot be done.

【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。
The effect of the impurity diffusion layer is that the common potential (0 potential) is substantially provided even when the input side common signal line 9 and the output side common signal line 11 are not common. Of course, it is equally effective.

【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。
Next, the relationship between the electrostatic capacitances on the output side, which influence the magnitude of the output, will be examined.

【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。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing only an equivalent circuit formed by each capacitance generated in the acceleration sensor described in the first embodiment. In addition, in FIG.
The potential is given by the integrated common signal lines 9 and 11.

【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。
In FIG. 5, V is the voltage of the output signal of the receiving piezoelectric element 13, and Vout is the voltage that can be actually obtained from the output signal line 10.

【0133】ここで、VとVoutは以下の(数1)で示
される関係にある。
Here, V and Vout have a relationship represented by the following (Equation 1).

【0134】[0134]

【数1】 [Equation 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
4の比が出力信号の大きさを決定する。
Therefore, the ratio of the output signal line capacitance C 5 formed outside the piezoelectric element and the output side piezoelectric film interlayer insulating film capacitance C 4 determines the magnitude of the output signal.

【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。
The magnitude of this output signal depends on the environment in which the acceleration sensor is placed, for example, the amount of noise mixed in from the surroundings,
In addition, although it is determined by the performance of the output signal amplifier, in the case of the acceleration sensor using the configuration of the present embodiment, the voltage V of the output signal of the receiving side piezoelectric element 13 is 5 m in principle.
About V.

【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。
On the other hand, the noise component in the case of the acceleration sensor of the present embodiment has a noise component of about 0.1 mV. Generally, when the SN ratio is about 1/5 or more, the filter circuit is indispensable. .

【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。
However, since the voltage that can actually be obtained from the output signal line 10 is defined by (Equation 1), for example, the output signal line capacitance C 5 is the output side piezoelectric film interlayer insulating film capacitance. When it is set to 10 times C 4, the voltage obtained from the output signal line is about 0.5 mV.

【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。
That is, when the output signal line capacitance C 5 is 10 times the output side piezoelectric film interlayer insulating film capacitance C 4 , the SN ratio is 1/5, so a filter circuit is required. It is conceivable that when these ratios are set to 10 times or less, the SN ratio becomes 1/5 or less, and it is understood that it is not necessary to provide a filter circuit.

【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。
In this way, the output signal line capacitance C 5 is
By setting the capacitance on the output side interlayer insulating film C 4 within 10 times, the acceleration sensor can be formed without using a filter circuit.

【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。
As described above, in the present embodiment, by providing the impurity diffusion layer in the silicon substrate, the capacitance of the natural oxide film generated at the interface between the silicon substrate and the common signal line which gives 0 potential is transferred. It is possible to eliminate the influence of the above and to perform more accurate acceleration measurement, and the capacitance due to the interlayer insulating film other than the area corresponding to the receiving side piezoelectric element is the interlayer insulating film in the area corresponding to the receiving side piezoelectric element. Since the capacitance is a predetermined value, the influence of the attenuation of the output signal due to the capacitance between the parasitic wirings can be effectively eliminated, and an accurate output signal with a large SN ratio can be obtained.

【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。
In particular, even if the output signal tends to decrease due to the miniaturization of the signal detection area accompanying the miniaturization of the acceleration sensor, it is possible to sufficiently cope with the situation.

【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。
(Third Embodiment) Next, as a third embodiment, a method of arranging the wiring pattern of the acceleration sensor in the first embodiment will be described with reference to the drawings.

【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。
FIG. 6 is a configuration diagram representatively showing a wiring pattern for the receiving side piezoelectric element 13, and L1 shows a connecting portion where the output signal line 10 communicates with the receiving side piezoelectric element 13, and L
Reference numeral 2 denotes a portion disposed on the inner plane thereof, and L3 denotes a portion of which the shape changes in the vertical direction in order to communicate with the receiving piezoelectric element 13.

【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。
In the present embodiment, the output signal line 10
The output common signal line 11 is made of Al and has a film thickness of 600 n.
m, and the receiving side excitation element 13 was formed using ZnO to a film thickness of 2 μm.

【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。
Therefore, when the acceleration sensor is formed with such a film thickness structure, the output signal line 10 needs to overcome the step difference of 2 μm formed by the receiving side excitation element 13.

【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。
The presence of the step of 2 μm means that the Al wiring has a sufficiently thick film thickness, for example, a film thickness of 2 μm or more, or a deposition method that provides sufficient coverage in the step portion. If the side surface is vertical or has a forward taper, disconnection of the wiring does not occur and it is not a problem.

【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。
However, when the current silicon LSI process is used, the sputter deposition method is used.
When depositing l, it is difficult to deposit a thick Al film, it is difficult to process the side surface of the excitation element into a forward taper shape, and to deposit a step of 2 μm with good coverage. Tend to occur. Even when no wire breakage occurs, the wiring film thickness becomes thin at the step portion, and when the wiring thickness is the same at the step portion and the flat portion, the current density flowing in the wiring becomes high and Al When the wiring causes electromigration or the like, the reliability of the signal line is deteriorated.

【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。
Therefore, in the present embodiment, the connecting portion L for connecting the output signal line 10 to the receiving side piezoelectric element 13 is used.
1, the portion L2 arranged on the plane has a line width l1 with respect to the current direction and a portion L whose shape changes in the vertical direction.
In 3, the line width 12 is set thicker than 11 in the current direction.

【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。
As described above, with the structure of this embodiment, it is possible to prevent disconnection or breakage of the wiring and effectively improve the reliability.

【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。
In this embodiment, the wiring pattern for the receiving-side piezoelectric element 13 has been described, but the same applies to the wiring pattern for the excitation-side piezoelectric element.

【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。
When the wiring shape is not limited to the output signal line and the wiring shape changes three-dimensionally, the same configuration can be adopted.

【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。
(Fourth Embodiment) Next, as a fourth embodiment, a configuration in which a temperature compensation function is added to the acceleration sensor of the first embodiment will be described with reference to the drawings.

【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。
FIG. 7 is a block diagram showing the structure of the acceleration sensor according to the present embodiment. Reference numeral 71 is an acceleration sensor, 72 is a temperature compensation sensor, 73 is an arithmetic unit, and S
1 the output signal from the acceleration sensor 71, S 2 is the output signal from the temperature compensating sensor, the S O is the output from the arithmetic unit 73.

【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。
In the acceleration sensor typified by the first embodiment, which detects acceleration by changing the resonance frequency, the resonance frequency changes depending on the temperature change.

【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。
Therefore, the output signal of the acceleration sensor includes not only the acceleration but also the temperature change component.

【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。
Therefore, in this embodiment, the temperature compensation sensor 72 and the arithmetic unit 73 are added, and the output signal S 1 of the acceleration sensor 71 and the temperature compensation sensor 72 are added.
And the output signal S 2 of
In 3, the calculation of S O = S 1 −S 2 is executed, and S O is output as an output signal.

【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。
Therefore, by taking the difference between the output signal of the acceleration sensor 71 and the output signal of the temperature compensation sensor 72 in this way, it becomes possible to obtain the output signal of only the acceleration component.

【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。
Next, a preferred specific structure of the temperature compensation sensor 72 will be described. 8A and 8B are configuration diagrams showing the structure of the temperature compensation sensor, FIG. 8A is a plan view thereof, and FIG. 8B is a sectional view taken along the line AA '.

【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。
In FIG. 8, 81 is a silicon substrate, and 84 is
Is an exciting unit, 85 is a receiving unit, 86 is a propagating unit, 87 is a resonator mainly composed of an exciting unit 84, a receiving unit 85 and a propagating unit 86, 88 is an input signal line, 89 is an input side common signal line,
90 is an output signal line, 91 is an output side common signal line, 92 is an excitation side piezoelectric element, 93 is a reception side piezoelectric element, and 94 is a resonator 8.
A resonator through hole for separating 7 from the silicon substrate 81;
Is an interlayer insulating film, 97 is a protective film, and 98 is an impurity diffusion layer, but these are omitted in FIG. 8A. The input-side common signal line and the output-side common signal line are 0
Since it is for applying an electric potential, it is simplified as an integrated structure which is connected to each other.

【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。
That is, the temperature compensating sensor 72 has the same structure as the acceleration sensor 71 described in detail in the first embodiment, but the region corresponding to the inertial body is not separated from the silicon substrate, that is, it is movable. It has a structure without inertia.

【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。
Therefore, even if this sensor receives acceleration, the resonance body does not expand or contract, and the resonance frequency does not change due to acceleration.

【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。
On the other hand, when the environmental temperature changes, the resonator thermally expands and the resonance frequency changes.

【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。
As a result, the temperature characteristic of the resonance frequency is obtained by the temperature compensation sensor 72, and the difference in the resonance frequency between the acceleration sensor 71 and the temperature correction sensor 72 is obtained as the actual acceleration not including the temperature characteristic.

【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。
With the configuration of the present embodiment as described above, by using the temperature compensation sensor, accurate acceleration independent of temperature change can be measured, and the temperature compensation sensor and the acceleration sensor have the same basic configuration. In addition, cost reduction and quality stabilization can be achieved by using a common manufacturing method.

【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。
(Fifth Embodiment) Next, as a fifth embodiment, a configuration in which the wiring pattern of the acceleration sensor of the first embodiment is examined will be described with reference to the drawings.

【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。
FIG. 9 is a schematic diagram of the wiring pattern of the acceleration sensor formed in this embodiment, and 99 is a common signal line on the input and output sides.

【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。
The acceleration sensor having the configuration described in detail in the first embodiment has a function of applying an input signal to the exciter 4 so that the receiver 5 senses the vibration generated in the exciter 4 and outputs it as a signal. With
The common signal lines 9 and 11 on the input side and the output side are connected on the propagation section 6 and integrated.

【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。
Therefore, functionally, whether the input side or the output side is
It suffices to extend the wiring to either one, and it is not absolutely necessary to extend both the input side and output side wirings, and it is sufficient to extend only one side to connect it to 0 potential.

【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。
Specifically, for example, as shown in FIG. 9B, the extension of the input side common line is omitted, and the output side common signal line 11 shown in FIG. 9A is input and output. It may be used as the signal line 99. Of course, the input-side common signal line 9 may be used as the input / output signal line 99.

【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。
FIG. 10 shows a detailed structure using such an input / output common line 99. In FIG. 10, since the wiring pattern on the support beam 3 is formed on only one side, the wiring pattern for signal supply is not symmetrical with respect to the line AA ′.

【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。
That is, even in such an asymmetric structure in which the wiring pattern is formed only on one side of the support beam 3, it is possible to form the acceleration sensor in terms of an electric circuit.

【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
2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。
However, when the wiring and the piezoelectric element are formed by using Al and ZnO by the sputter deposition method using the silicon LSI forming process, and the SiO 2 protective film and the interlayer insulating film are formed by the plasma CVD method, respectively. Al exerts compressive stress on a silicon substrate, and ZnO and Si
O 2 gives a tensile stress, and as shown in FIG. 10 (b), the deformation of the support beam 3 warps asymmetrically into a convex surface on one side and a concave surface on the other side.

【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。
In the acceleration sensor having such a distorted shape, the sensitivity to the acceleration has a directional property, and a situation such as erroneously detecting the acceleration in the direction in which the acceleration is not applied occurs. Bring

【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。
This detailed state is shown in FIGS. 11 (a) to 11 (c).
Shown in In FIG. 11A, 101 indicates an Al deposition film on the silicon substrate 1, and in such a laminated structure of the silicon substrate 1 and the Al deposition film 101,
Since the Al film 101 gives a compressive stress to the silicon substrate 1, the silicon substrate 1 warps so that the surface of the Al deposition film 101 becomes concave.

【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。
On the other hand, in the case of the SiO 2 and ZnO films which give tensile stress to the silicon substrate 1, FIG.
As shown in (b) and (c), the SiO 2 film 102, Zn
The O film 103 is warped so that the surface thereof becomes a convex surface.

【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。
However, there is a point that the stress transmitted to the silicon substrate 1 is minimized by adjusting the film thickness by combining the tensile and compressive stresses of these deposition films into a laminated structure.

【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。
Therefore, by forming the acceleration sensor using the film thickness that minimizes the stress on the substrate 1, the acceleration sensor can be formed without applying stress to the silicon substrate 1, that is, in the state where the silicon substrate 1 is not distorted. Can be formed.

【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。
Further, if the influence of the stress generated by the wiring portion is taken into consideration, the stress is not applied by adjusting the film thickness of each of the formed films, and the wiring pattern may be provided with a symmetrical shape. Good.

【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。
In this case, for example, as shown in FIG. 12, the input signal lines 128 may be arranged symmetrically with respect to the plane AA 'to make the wiring pattern more symmetrical.

【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。
According to the structure of the present embodiment as described above, even if the wiring pattern has an asymmetrical shape, by combining the wiring material with a material having a different stress direction applied to the silicon substrate, the acceleration sensor can be moved to detect the acceleration. The portion to be deformed can be symmetrically deformed, and more accurate acceleration can be detected.

【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。
It goes without saying that an acceleration sensor can be constructed by arbitrarily combining the configurations of the above-described embodiments.

【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。
Further, it is preferable to use a single crystal silicon substrate as the substrate in terms of device fabrication and characteristics.

【0184】[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。
According to the present invention, it is possible to realize an acceleration sensor which is easy to form using a silicon LSI forming process and which is small and has high sensitivity.

【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。
Specifically, first, even when stress is applied to the support beam due to thermal history during the acceleration sensor formation process, twisting does not occur in the support beam. Accurate acceleration can be detected without a signal.

【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。
Alternatively, the parasitic capacitance is not generated between the common signal line on the excitation side or the reception side and the substrate, and the output signal is not attenuated, and the accurate acceleration can be detected.

【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。
Even when the output signal is reduced due to the miniaturization of the signal detection area accompanying the miniaturization of the sensor, the noise component becomes large with respect to the output signal,
Accurate acceleration can be detected without the output signal being attenuated by the capacitance between the parasitic wirings and the output signal not being accurately transmitted.

【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。
Alternatively, if the wiring material has poor coverage or if the wiring material crosses over a high step when a wiring having a small film thickness is used, the wiring on the step may be cut off and a wiring failure may occur. Moreover, the area of the wiring can be reduced on the flat region, the parasitic capacitance of the wiring can be reduced, the reliability is high, and accurate acceleration can be detected.

【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。
Alternatively, it is possible to prevent the resonator from thermally expanding due to a change in the ambient temperature to cause a change in the tension of the resonator, which causes a change in the resonance frequency to cause an error in acceleration measurement. It becomes possible to detect accurate acceleration.

【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。
Alternatively, even when different wiring pattern constituent materials are used, the stress applied to the support beams can be canceled by the thermal history during the acceleration sensor forming process, and the support beams are twisted. Since the output signal does not have a directionality with respect to the acceleration, it is possible to detect the accurate acceleration.

【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。
Even if a semiconductor process is used, it is possible to collectively form regions having different film thicknesses of the support beam and the propagating portion with good controllability by the impurity concentration of the impurity diffusion layer without depending on the etching rate. It becomes possible, and the obtained acceleration sensor can detect an accurate acceleration.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【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
FIG. 1 is a configuration diagram of an acceleration sensor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】同加速度センサーの断面図FIG. 2 is a sectional view of the acceleration sensor.

【図3】同加速度センサーの作製工程の説明図FIG. 3 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the acceleration sensor.

【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
FIG. 4 is an explanatory diagram of the capacitance of the acceleration sensor according to the second embodiment of the present invention.

【図5】同加速度センサーの静電容量の等価回路図FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of the capacitance of the acceleration sensor.

【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
FIG. 6 is a partial configuration diagram of a wiring pattern of an acceleration sensor according to a third embodiment of the present invention.

【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
FIG. 7 is a block configuration diagram of an acceleration sensor according to a fourth embodiment of the present invention.

【図8】同加速度センサーの温度補償用センサーの構成
FIG. 8 is a configuration diagram of a temperature compensation sensor of the acceleration sensor.

【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
FIG. 9 is an explanatory diagram of wiring of the acceleration sensor according to the fifth embodiment of the present invention.

【図10】同加速度センサーの構成図FIG. 10 is a configuration diagram of the acceleration sensor.

【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
FIG. 11 is an explanatory diagram of a configuration for canceling the deformation of the wiring of the acceleration sensor.

【図12】同加速度センサーの構成図FIG. 12 is a configuration diagram of the acceleration sensor.

【図13】従来の共振型加速度センサーの構成図FIG. 13 is a configuration diagram of a conventional resonance type acceleration sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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1 Silicon Substrate 2 Inertial Body 3 Support Beam 4 Excitation Section 5 Reception Section 6 Propagation Section 7 Resonator 8 Input Signal Line 9 Input Side Common Signal Line 10 Output Signal Line 11 Output Side Common Signal Line 12 Excitation Side Piezoelectric Vibrator 13 Reception Side Piezoelectric vibrator 14 Resonator through hole 15 Inertial through hole 16 Interlayer insulating film 17 Protective film 32 Silicon nitride film 33 Silicon nitride film mask 34 Boron-containing diffusing agent 35 Boron impurity diffusion layer 36 Silicon nitride film mask 37 Boron-containing diffusing agent 38 Backside etching mask 41 Natural oxide film 71 Acceleration sensor 72 Temperature compensation sensor 73 Computing device 81 Silicon substrate 84 Excitation unit 85 Reception unit 86 Propagation unit 87 Resonator 88 Input signal line 89 Input side common signal line 90 Output signal line 91 Output side Common signal line 92 Excitation side piezoelectric vibrator 93 Reception side piezoelectric vibrator 94 Resonator Through hole 96 Interlayer insulating film 97 Protective film 98 Impurity diffusion layer 99 Input / output side common signal line 101 Al deposition film 102 SiO 2 deposition film 103 ZnO deposition film 128 Input signal line 200 Vibratory body 201 Inertial body 202 Excitation section 203 Reception section 204 Propagation unit 205 Support beam

───────────────────────────────────────────────────── 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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Toshiyuki Iwasawa 3-10-1 Higashisanda, Tama-ku, Kawasaki City, Kanagawa Matsushita Giken Co., Ltd. Matsushita Giken Co., Ltd., 10-10-1 (72) Inventor Takeo Sato 3-101-1 Higashisanda, Tama-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Matsushita Giken Co., Ltd.

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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。
1. An inertial body that is movable by acceleration, a support beam that supports the inertial body and is deformed when the inertial body moves, and an excitation unit and a piezoelectric element that are provided adjacent to the support beam and that include a piezoelectric element. A resonator having a receiving part and a propagating part, and when an acceleration is applied, a change in the vibration state of the resonator caused by the deformation of the resonator corresponding to the deformation of the support beam is input to the excitation part. An acceleration sensor for detecting an applied acceleration by detecting a signal and an output signal from a receiving unit, wherein a wiring pattern for connecting to the supporting beam and the resonance unit formed in the vicinity thereof has a symmetrical shape. Accelerometer.
【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。
2. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the acceleration sensor is formed using a single substrate, and the wiring pattern has a symmetrical shape on the substrate.
【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。
3. An inertial body that is movable by acceleration, a support beam that supports the inertial body and is deformed when the inertial body moves, and an excitation unit including a piezoelectric element that is installed adjacent to the support beam, and a piezoelectric element. A resonator having a receiving part and a propagating part, and when an acceleration is applied, a change in the vibration state of the resonator caused by the deformation of the resonator corresponding to the deformation of the support beam is input to the excitation part. An acceleration sensor that measures an applied acceleration by detecting a signal and an output signal from a receiving unit, wherein the substrate is made of silicon, and an impurity diffused between the wiring pattern communicating with the resonance unit and the substrate. Accelerometer with area.
【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。
4. The acceleration sensor according to claim 3, wherein the impurity diffusion region functions as a zero potential side signal line.
【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。
5. An inertial body that is movable by acceleration, a support beam that supports the inertial body and is deformed when the inertial body moves, and an excitation unit and a piezoelectric element that are provided adjacent to the support beam and that include a piezoelectric element. A resonator having a receiving part and a propagating part, and when an acceleration is applied, a change in the vibration state of the resonator caused by the deformation of the resonator corresponding to the deformation of the support beam is input to the excitation part. An acceleration sensor that measures an applied acceleration by detecting a signal and an output signal from a receiving unit, wherein the piezoelectric element is included in a capacitance between a pair of wiring patterns connected to the piezoelectric element of the receiving unit. An acceleration sensor in which the electrostatic capacitance due to the interlayer insulating film other than the region corresponding to is less than 1/10 of the electrostatic capacitance due to the interlayer insulating film in the region corresponding to the piezoelectric element.
【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。
6. An inertial body that is movable by acceleration, a support beam that supports the inertial body and is deformed when the inertial body moves, and an excitation unit and a piezoelectric element that are provided adjacent to the support beam and that include a piezoelectric element. A resonator having a receiving part and a propagating part, and when an acceleration is applied, a change in the vibration state of the resonator caused by the deformation of the resonator corresponding to the deformation of the support beam is input to the excitation part. A signal and an output signal from the receiving unit, which is an acceleration sensor that measures the applied acceleration, of the wiring pattern that communicates with the resonance unit,
The wiring pattern of a portion that passes through the step formed by the piezoelectric element is wider than the wiring pattern on the flat area.
【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。
7. An inertial body that is movable by acceleration, a support beam that supports the inertial body and is deformed when the inertial body moves, and an excitation unit and a piezoelectric element that are provided adjacent to the support beam and that include a piezoelectric element. A resonator having a receiving part and a propagating part, and when an acceleration is applied, a change in the vibration state of the resonator caused by the deformation of the resonator corresponding to the deformation of the support beam is input to the excitation part. An acceleration sensor that measures the applied acceleration by detecting the signal and the output signal from the receiving unit, and further outputs an output signal that corresponds to environmental changes but does not correspond to acceleration changes. Acceleration sensor having.
【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。
8. A resonance sensor having a temperature compensating sensor, which has a support beam that is deformed when the temperature changes, an exciting unit made of a piezoelectric element, a receiving unit made of the piezoelectric element, and a propagating unit that are installed adjacent to the support beam. When the temperature changes, a change in the vibration state of the resonator caused by the deformation of the resonator corresponding to the deformation of the support beam is detected by the input signal to the excitation unit and the output signal from the reception unit. The acceleration sensor according to claim 7, which measures a temperature change.
【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。
9. An inertial body that is movable by acceleration, a support beam that supports the inertial body and is deformed when the inertial body moves, and an excitation unit including a piezoelectric element that is installed adjacent to the support beam, and a piezoelectric element. A resonator having a receiving part and a propagating part, and when an acceleration is applied, a change in the vibration state of the resonator caused by the deformation of the resonator corresponding to the deformation of the support beam is input to the excitation part. An acceleration sensor that measures an applied acceleration by detecting a signal and an output signal from a reception unit, wherein a wiring pattern that communicates with the resonance unit applies a force that deforms the support beam in a first direction. And an element that applies a force that deforms in a direction opposite to the first direction.
【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。
10. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the propagating portion and the inertial body are formed by utilizing an impurity diffusion region formed on the substrate.
【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。
11. The formation of an acceleration sensor according to claim 10, wherein the support beam and the propagation portion having different thicknesses are formed by an etching process using different diffusion depths of impurity diffusion regions in the silicon substrate as stop layers. Method.
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