功能元件、加速度傳感器和開(kāi)關(guān)的制作方法
【專利說(shuō)明】功能元件、加速度傳感器和開(kāi)關(guān)
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考
[0002]本申請(qǐng)要求享有于2013年12月26日提交的日本在先專利申請(qǐng)JP2013-268870的權(quán)益，其全部?jī)?nèi)容以引用的方式并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開(kāi)涉及一種例如利用MEMS (微型機(jī)電系統(tǒng))技術(shù)的功能元件以及使用這種功能元件的加速度傳感器和開(kāi)關(guān)。
【背景技術(shù)】
[0004]作為實(shí)現(xiàn)諸如加速度傳感器和高頻開(kāi)關(guān)等半導(dǎo)體器件的小型化和高功能化的基本技術(shù)，MEMS引起了人們的重視。MEMS是通過(guò)硅加工技術(shù)將微機(jī)械元件和電子電路元件融合構(gòu)成的系統(tǒng)。當(dāng)向MEMS施加外部沖擊力時(shí)，應(yīng)力會(huì)損壞MEMS的可動(dòng)部而導(dǎo)致機(jī)械故障?？紤]到這一點(diǎn)，提出了使用所謂的機(jī)械止動(dòng)件的元件構(gòu)造(例如，日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)(PCT申請(qǐng)的公開(kāi)的日譯文)N0.2012-528305)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]然而，在使用上述MEMS的半導(dǎo)體器件中，強(qiáng)烈要求小型化或以低電壓驅(qū)動(dòng)(電壓降低)，并且元件構(gòu)造趨向于進(jìn)一步小型化。希望實(shí)現(xiàn)能夠響應(yīng)這種要求的耐沖擊性。
[0006]希望提供一種能夠在確保耐沖擊性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)小型化和電壓降低的功能元件以及使用這種功能元件的加速度傳感器和開(kāi)關(guān)。
[0007]根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施方案，提供了一種功能元件，包括:基板；和可動(dòng)部，所述可動(dòng)部構(gòu)造成由所述基板保持并可沿著在所述基板的面內(nèi)的第一方向移動(dòng)，其中所述可動(dòng)部包括具有相對(duì)較高剛性的多個(gè)第一軸部，所述多個(gè)第一軸部以沿著第一方向延伸且彼此線對(duì)稱的方式并排配置，以及在第一軸部的大致延長(zhǎng)線上設(shè)置構(gòu)造成對(duì)所述可動(dòng)部進(jìn)行制動(dòng)的突起。
[0008]在根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施方案的功能元件中，構(gòu)造成可沿著在基板的面內(nèi)的第一方向移動(dòng)的可動(dòng)部包括具有相對(duì)較高剛性的多個(gè)第一軸部，并且多個(gè)第一軸部以沿著第一方向延伸且彼此線對(duì)稱的方式并排配置。當(dāng)向功能元件施加外部沖擊時(shí)，在可動(dòng)部中，在第一軸部中的移動(dòng)量較大；因此，可能發(fā)生可動(dòng)部的微小變形而導(dǎo)致局部過(guò)量移動(dòng)。然而，在第一軸部的延長(zhǎng)線上設(shè)置有突起；因此，可以有效地抑制這種過(guò)量移動(dòng)。
[0009]根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施方案，提供了一種設(shè)置有功能元件的加速度傳感器，所述功能元件包括:基板；和可動(dòng)部，所述可動(dòng)部構(gòu)造成由所述基板保持并可沿著在所述基板的面內(nèi)的第一方向移動(dòng)，其中所述可動(dòng)部包括具有相對(duì)較高剛性的多個(gè)第一軸部，所述多個(gè)第一軸部以沿著第一方向延伸且彼此線對(duì)稱的方式并排配置，以及在第一軸部的大致延長(zhǎng)線上設(shè)置構(gòu)造成對(duì)所述可動(dòng)部進(jìn)行制動(dòng)的突起。
[0010]根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施方案，提供了一種設(shè)置有功能元件的開(kāi)關(guān)，所述功能元件包括:基板；和可動(dòng)部，所述可動(dòng)部構(gòu)造成由所述基板保持并可沿著在所述基板的面內(nèi)的第一方向移動(dòng)，其中所述可動(dòng)部包括具有相對(duì)較高剛性的多個(gè)第一軸部，所述多個(gè)第一軸部以沿著第一方向延伸且彼此線對(duì)稱的方式并排配置，以及在第一軸部的大致延長(zhǎng)線上設(shè)置構(gòu)造成對(duì)所述可動(dòng)部進(jìn)行制動(dòng)的突起。
[0011]在根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施方案的功能元件、加速度傳感器和開(kāi)關(guān)中，構(gòu)造成可沿著在基板的面內(nèi)的第一方向移動(dòng)的可動(dòng)部包括具有相對(duì)較高剛性的多個(gè)第一軸部，并且多個(gè)第一軸部以沿著第一方向延伸且彼此線對(duì)稱的方式并排配置。在這種構(gòu)成中，在第一軸部的延長(zhǎng)線上設(shè)置有突起；因此，可以有效地抑制在施加沖擊時(shí)可動(dòng)部的局部過(guò)量移動(dòng)。因此，即使在使可動(dòng)部的構(gòu)造進(jìn)一步小型化以實(shí)現(xiàn)小型化或電壓降低的情況下，也可以抑制電極破壞的發(fā)生。因此，在確保耐沖擊性的同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)小型化和電壓降低。
[0012]需要指出的是，以上說(shuō)明僅僅是本公開(kāi)實(shí)施方案的例子。本公開(kāi)實(shí)施方案的效果不限于這里所述的效果，可以不同于這里所述的效果或還可以包括任意其他效果。
[0013]應(yīng)當(dāng)理解的是，不論上述概括說(shuō)明還是以下詳細(xì)說(shuō)明都是示例性的，并且旨在提供對(duì)所請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)的進(jìn)一步說(shuō)明。
【附圖說(shuō)明】
[0014]所包含的附圖是為了提供對(duì)本技術(shù)的進(jìn)一步理解，其包含在本說(shuō)明書(shū)中并構(gòu)成本說(shuō)明書(shū)的一部分。附圖示出了實(shí)施方案并與說(shuō)明書(shū)一起用來(lái)解釋本技術(shù)的原理。
[0015]圖1是示出根據(jù)本公開(kāi)第一實(shí)施方案的功能元件(MEMS器件)的構(gòu)成的平面示意圖。
[0016]圖2A是示出圖1中所示的第一軸部和第二軸部的構(gòu)成例(大致剛性體)的示意圖。
[0017]圖2B是示出圖1中所示的第一軸部和第二軸部的構(gòu)成例(大致剛性體)的示意圖。
[0018]圖2C是示出圖1中所示的第一軸部和第二軸部的構(gòu)成例(大致剛性體)的示意圖。
[0019]圖2D是示出圖1中所示的第一軸部和第二軸部的構(gòu)成例(大致剛性體)的示意圖。
[0020]圖3是示出圖2A?2D中所示的第一軸部和第二軸部的單位構(gòu)成的示意圖。
[0021]圖4是示出彈性體的構(gòu)成例的示意圖。
[0022]圖5A是用于說(shuō)明圖1中所示的固定電極和可動(dòng)電極的具體構(gòu)成的平面示意圖。
[0023]圖5B是用于說(shuō)明圖1中所示的固定電極和可動(dòng)電極的具體構(gòu)成的平面示意圖。
[0024]圖5C是用于說(shuō)明圖1中所示的固定電極和可動(dòng)電極的具體構(gòu)成的平面示意圖。
[0025]圖6A是沿著圖1的A-A’線的斷面圖。
[0026]圖6B是沿著圖1的B-B’線的斷面圖。
[0027]圖7是示出圖1中所示的突起的周邊部的放大示意圖。
[0028]圖8A是不出突起的另一個(gè)布局例的不意性斷面圖。
[0029]圖8B是示出突起的另一個(gè)形狀例的示意性斷面圖。
[0030]圖8C是示出突起的另一個(gè)形狀例的示意性斷面圖。
[0031]圖8D是示出突起的另一個(gè)形狀例的示意性斷面圖。
[0032]圖8E是示出突起的另一個(gè)形狀例的示意性斷面圖。
[0033]圖9是用于說(shuō)明在其額定值內(nèi)操作時(shí)可動(dòng)電極的狀態(tài)的示意圖。
[0034]圖1OA是用于說(shuō)明在施加沖擊力時(shí)(在容許范圍內(nèi))可動(dòng)電極的狀態(tài)的示意圖。
[0035]圖1OB是用于說(shuō)明在施加沖擊力時(shí)(超出容許范圍)可動(dòng)電極的狀態(tài)的示意圖。
[0036]圖1lA是示出由根據(jù)比較例1-1的突起的配置進(jìn)行的制動(dòng)操作的示意圖。
[0037]圖1lB是示出由根據(jù)比較例1-2的突起的配置進(jìn)行的制動(dòng)操作的示意圖。
[0038]圖12A是示出根據(jù)比較例2的制動(dòng)系統(tǒng)的示意圖。
[0039]圖12B是圖12A中所示的制動(dòng)系統(tǒng)的一部分的放大圖。
[0040]圖13A是用于說(shuō)明由圖1中所示的突起進(jìn)行可動(dòng)部的制動(dòng)操作的示意圖。
[0041]圖13B是用于說(shuō)明由圖1中所示的突起進(jìn)行可動(dòng)部的制動(dòng)操作的示意圖。
[0042]圖13C是用于說(shuō)明由圖1中所示的突起進(jìn)行可動(dòng)部的制動(dòng)操作的示意圖。
[0043]圖14是示出根據(jù)本公開(kāi)第二實(shí)施方案的功能元件(MEMS器件)的構(gòu)成的平面示意圖。
[0044]圖15是圖14中所示的止動(dòng)器附近的放大示意圖。
[0045]圖16A是沿著圖14的A_A’線的斷面圖。
[0046]圖16B是沿著圖14的B_B’線的斷面圖。
[0047]圖17是示出圖15中所示的板簧的例子的立體圖。
[0048]圖18是用于說(shuō)明圖14中所示的MEMS器件的效果的示意圖。
[0049]圖19是示出根據(jù)本公開(kāi)第三實(shí)施方案的功能元件(MEMS器件)的構(gòu)成的平面示意圖。
[0050]圖20A是沿著圖19的A-A’線的斷面圖。
[0051]圖20B是沿著圖19的B-B’線的斷面圖。
[0052]圖21是示出根據(jù)本公開(kāi)第四實(shí)施方案的加速度傳感器的構(gòu)成的平面示意圖。
[0053]圖22是示出根據(jù)本公開(kāi)第五實(shí)施方案的開(kāi)關(guān)的構(gòu)成的平面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0054]下面參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本公開(kāi)的一些實(shí)施方案。需要指出的是，按以下順序進(jìn)行說(shuō)明。
[0055]1.第一實(shí)施方案(其中對(duì)向可動(dòng)部的第一軸部設(shè)置突起的MEMS器件的例子)
[0056]2.第二實(shí)施方案(其中對(duì)向可動(dòng)部的第一軸部設(shè)置突起和彈簧的MEMS器件的例子)
[0057]3.第三實(shí)施方案(其中對(duì)向可動(dòng)部的第一軸部設(shè)置覆蓋有有機(jī)膜的突起的MEMS器件的例子)
[0058]4.第四實(shí)施方案(適用任意的MEMS器件的加速度傳感器的例子)
[0059]5.第五實(shí)施方案(適用任意的MEMS器件的開(kāi)關(guān)的例子)
[0060](第一實(shí)施方案)
[0061][構(gòu)成]
[0062]圖1示出了根據(jù)本公開(kāi)第一實(shí)施方案的功能元件(MEMS器件I)的XY平面構(gòu)成。例如，MEMS器件I是包括下述的機(jī)械元件和電氣元件的微結(jié)構(gòu)，并可以適合用于例如后述的加速度傳感器和開(kāi)關(guān)等。
[0063]例如，在MEMS器件I中，在基板10的空腔1A(凹部)內(nèi)懸置可動(dòng)部12。作用在基板10的可動(dòng)部12上的部分是固定部11。固定部11和可動(dòng)部12通過(guò)利用光刻技術(shù)對(duì)基板10的表面進(jìn)行三維微細(xì)加工而一起形成。另外，可動(dòng)部12形成為包括后述的第一軸部12A、第二軸部12B、第三軸部12C和可動(dòng)電極12al的全部的一體結(jié)構(gòu)。
[0064]例如，基板10可以由諸如硅(Si)、碳化硅(SiC)、硅鍺(SiGe)和硅-鍺-碳(SiGeC)等Si系半導(dǎo)體制成。可選擇地，可以使用諸如玻璃、樹(shù)脂和塑料等非硅系材料。另夕卜，作為基板10，可以使用SOI (絕緣體上硅)基板等。
[0065]例如，空腔