專利名稱：：加速度傳感器的制作方法加速度傳感器相關申請的交叉參考引用本申請基于并要求2008年5月13日提交的在先日本專利申請第2008-125674號的優(yōu)先權權益，該申請的全部內(nèi)容以參考方式引用并入本文。
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種加速度傳感器，具體地涉及一種即使^皮施加過度加速時仍耐損的加速度傳感器。
背景技術：
：最近由于使用了MEMS(MicroElectromechanicalSystems,樣爻電子#幾械系統(tǒng))技術的小型傳感器的發(fā)展，用于感應加速度的傳感器^f皮用在各種儀器中，比如蜂窩電話或游戲機，或者以下回顧的其使用。例如，這種加速度傳感器通過使用三層結構的SOI(SiliconOnInsulator,硅絕緣體)晶片進行制備，該三層結構包括硅層、氧化硅層以及硅層。這種類型的傳感器包括具有形成穿過SOI晶片的開口的框架，以及通過多個梁支撐在框架上的重物，當外力作用在重物上時，重物可^C替代。當重物通過作用在其上的外力(加速度)被替代時，該替代^皮感知，從而測量加速度。(參見專利文獻1和2。)通過感知替代將測量加速度的傳感器分為壓敏電阻型傳感器，其中壓敏電阻布置在梁上并對由梁的應變而致的電阻變化進行探測；以及電容型傳感器，其中根據(jù)重物的替代探測電容變化。JP2003-329702AJP2004-144598A在上述的加速度傳感器中，存在這樣的可能性，即當過度加速作用于重物時，梁被過度替代，這樣就將梁和/或重物破壞了。為此，用于蜂窩電話等里面的加速度傳感器需要具有抵抗3000G的耐沖擊力。這是因為當加速度傳感器由重力從一米高的位置跌向著木質(zhì)板時，作用于具有100mm厚的木制板的沖擊值為1500到2000G。但是，鑒于其上安裝有加速度傳感器的儀器的廣泛多樣性，現(xiàn)在需要加速度傳感器能夠具有5000G或更高的耐沖擊力，但是目前還沒有獲得這樣的具有高耐沖擊力的加速度傳感器。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的。本發(fā)明的目的是提供一種具有高耐沖擊力的加速度傳感器，其在被施加過度加速時不會被破壞，然而能夠穩(wěn)定發(fā)揮傳感性能。本發(fā)明是由三層結構的SOI村底形成的加速度傳感器，該三層結構包括硅層(活性層)、氧化硅層以及硅層(襯底硅)，該加速度傳感器包括框架部分；多個梁部分，梁部分從框架部分向內(nèi)伸出；以及由梁部分支撐的重物部分；其中梁部分的每一部分設有應變(Strain)感應部分；以及梁部分的每一部分的寬度W，梁部分的每一部分的長度I和框架部分的內(nèi)部框架長度L滿足表達式(1)和(2)的下述關系.-2<〃/^2.82表達式(1)表達式(2)本發(fā)明為加速度傳感器，其中//『為3.1或者更大。本發(fā)明為加速度傳感器，其中丄〃為2.4或者更大。本發(fā)明為加速度傳感器，其中梁部分的寬度從框架部分向著重物部分而不同，并且梁部分的每個梁的最小寬度4^f見為寬度W。本發(fā)明為加速度傳感器，其中梁部分的每部分的厚度介于3jxm到10fxm之間。本發(fā)明為加速度傳感器，其中重物部分包括與梁部分形成整體的重物結合部分；和具有重物基部部分的重物，所述基部部分由重物結合部分支撐；和從重物基部部分向外伸出的突出部分；以及重物厚度介于300jim到800pm5之間，并且突出部分和框架部分之間的間距介于70|um到110jxm。本發(fā)明為加速度傳感器，其中重物部分包括與梁部分形成整體的重物結合部分;和具有重物基部部分的重物，所述基部部分由重物結合部分支撐；和從重物基部部分向外伸出的突出部分；以及由所述一個框架部分和所述梁部分限定的窗口，每個窗口在其轉(zhuǎn)角處設有停止器以用于限制突出部分的過度運動。在本發(fā)明的加速度傳感器中，梁部分的每一部分的寬度W、梁部分的每一部分的長度I以及框架部分的每一部分的內(nèi)部框架長度L滿足預定的關系。因而，即使當高達10000G的過度加速施加給加速度傳感器時，能夠可靠地防止梁部分和重力部分被損壞或者破壞。因而，產(chǎn)生了加速度傳感器能夠具有高可靠性的效果。除了該效果之外，當//『的商數(shù)為3.1或者更大時，加速度傳感器能夠具有顯著的卓越靈敏度，例如，0.3mV/g/v或者更大的靈敏度。圖1是示出了本發(fā)明的加速度傳感器一個實施方案的平面圖。圖2是圖1所示的加速度傳感器沿著線A-A的剖視圖。圖3是圖1所示的加速度傳感器沿著線B-B的剖視圖。圖4是圖1所示的加速度傳感器的透視圖。圖5是圖1所示的加速度傳感器的透視圖，其中氧化硅層和硅層(襯底硅)彼此分開，并且支撐襯底和硅層(村底硅)相互分開。圖6(A)到圖6(D)是用于解釋梁部分的形狀的視圖。圖7是示出了本發(fā)明的加速度傳感器另一個實施方案的平面圖。圖8(A)到圖8(C)是示出了用于本發(fā)明的加速度傳感器的制備步驟的一個實施例的視圖。具體實施方式下面將參考附圖描述本發(fā)明的具體實施方案。圖1是示出了本發(fā)明的加速度傳感器一個實施方案的平面圖。圖2是圖1所示的傳感器沿著線A-A的剖視圖。圖3是圖1所示的傳感器沿著線B-B的剖視圖。圖l到圖3,加速度傳感器l包括傳感器主體2，和結合至傳感器主體2的支撐襯底3。傳感器主體2由三層結構的SOI(SiliconOnInsulator,硅絕緣體)襯底11形成，其中氧化硅層13插入石主層12(活性層硅)和硅層14(襯底硅)之間。傳感器主體2包括框架部分23和27;多個(例如，相同形狀的四個梁部分22)從框架部分23和27向內(nèi)突出的梁部分22;以及由梁部分22支撐的重物部分21。圖4是圖1所示的加速度傳感器的透視圖。圖5是圖1所示的加速度傳感器的透視圖，其中氧化硅層13和硅層14(襯底硅)彼此分開，并且支撐村底3和^圭層14(襯底硅)相互分開。如圖1到5所示，構成傳感器主體2的硅層12限定構成重物部分21的重物結合部分24、用于支撐重物結合部分24的四個梁部分22、框架部分23以及分別由梁部分22和框架部分23包圍的四個窗口25。將壓^:電阻用作應變感應部分29布置在四個梁部分22上。應變感應部分29設有四個配置為感應X軸方向的外力的壓敏電阻29x，四個配置為感應Y軸方向的外力的壓敏電阻29y，以及四個配置為感應Z軸方向的外力的壓每文電阻29z。四個壓l文電阻沿著各自軸方向相互連接，從而實現(xiàn)橋式電路。構成傳感器主體2的硅層14(襯底硅)限定構成重物部分21的重物26，并且框架部分27繞著在其間具有開口的重物26進行定位。重物26的厚度小于框架27的厚度。重物26包括基部部分26A和四個突出部分26B,該突出部分26B/人基部部分26A伸向十字型梁部分22之間(朝向窗口部分25)的空間。重物26的基部部分26A通過氧化硅層13結合至硅層12(活性層硅)的重物結合部分24。換句話i兌，重物部分21由重物結合部分24和重物26構成。構成加速度傳感器1的支撐村底3可以由例如玻璃板、硅板、SUS(硅單向開關)板、包括例如殷剛(鐵36%的鎳合金)的金屬板以及絕緣樹脂板制成。支撐襯底3的厚度可以適宜設置在大約50pm到大約1000(im的范圍。在不提供支撐襯底3的情況下，本發(fā)明的加速度傳感器可以僅由傳感器主體2構成。在這種情況下，加速度傳感器直接安裝在用于封裝的襯底上。在加速度傳感器1中，當沿著X軸、Y軸或Z軸(參見圖1)方向在由四個梁部分22支撐的重物部分21上施加外力時，重物部分21纟皮移置(displaced)。該移置壓使梁部分22發(fā)生應變，乂人而通過應變感應部分(壓敏電阻)29感應到作用在重物部分21上的外力。在本發(fā)明中，梁部分22的每一部分的寬度W、梁部分22的每一部分的長度I以及框架部分23的每一部分的內(nèi)部框架長度L有必要滿足表達式(1)和(2)的下述關系。因而，即使當高達10000G的過度加速作用時，能夠可靠地防止梁部分22和重物部分21被損壞或者破壞，從而能夠提高加速度傳感器1的可靠性。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>當丄//的商數(shù)超過2.82時，或者當//『的商數(shù)超過3.68時，不能夠獲得抵抗10000G的卓越的耐沖擊力。因為由梁部分22支撐的重物結合部分24的出現(xiàn)，L〃的商數(shù)必然大于2。優(yōu)選地，1//的商數(shù)為2.4或更大。在附圖中，盡管梁部分22的每一部分具有相同的寬度，但是本發(fā)明不受此限制。例如，如圖6(A)到6(D)所示，梁部分22可以具有區(qū)域?qū)挾缺患訉挼?圖(A)到6(C))形狀，該區(qū)域?qū)挾萟^皮結合至框架部分23?？蛇x地，梁部分22可以具有中間區(qū)域的寬度^皮加寬(圖6(D)的形狀。當梁部分22的寬度不相同時，梁部分22的寬度W纟皮視為梁部分22的最小寬度。此外，在本發(fā)明中，為了提供卓越的靈敏度，例如0.3mV/g/v或者更大的靈敏度，商數(shù)//『優(yōu)選地為3.10或者更大。此外，在本發(fā)明中，優(yōu)選地是梁部分22的厚度處于3ium到10/im的范圍內(nèi)，構成重物部分21的重物26的厚度T處于300(am到800jim之間，以及重物26的突出部分26B和框架部分27之間的間距S為70|Lim或者更大。加速度傳感器的上述實施方案僅是示例性的描述，并且本發(fā)明不限于此。例如，如圖7所示，分別由梁部分22和框架部分23包圍的四個窗口部分25可以與由硅層12(活性層硅)形成的停止器28—起設在其轉(zhuǎn)角處。在該實施方案中，當過度加速作用于重物26時，重物26的突出部分26B與停止器28接觸，從而能夠防止梁部分22的過度移置。圖8是示出了本發(fā)明的用于加速度傳感器的制備過程的實施例，其中上迷加速度傳感器1的傳感器主體2通過實施例進4亍制備。圖8示出了相應于圖3所示的截面形狀的部分。在圖8中，包括硅層12(活性層珪)、氧化硅層13和硅層14(襯底硅)的三層結構的SOI晶片ll'經(jīng)受多面處理。首先，用于形成梁部分22、框架23和重物結合部分24的區(qū)域在每個強迫處理(impositionprocess)中進行設置，并且將應變感應部分29形成于硅層12(活性層硅)的預定位置以便通過熱擴散方法或者離子實現(xiàn)方法將該應變感應部分29形成在梁部分22中。隨后，用于形成梁部分22、框架部分23和重物結合部分24的凹槽16形成于硅層12(活性層硅)中，并且用于設置重物26厚度的凹部17形成于硅層14(襯底硅)(圖8(A))中。凹槽16和凹部17通過DRIE(DeepReactiveIonEthching,深度反應離子刻蝕)方法經(jīng)過l奄才莫圖案進行刻蝕，該DRIE方法是使用等離子體的干法刻蝕方法?？蛇x地，凹槽16和凹部17可以通過噴砂、方法、濕法刻蝕方法或者飛秒激光方法形成。隨后，在每個強迫處理中，將開口18從SOI晶片11'的硅層14(襯底硅)一側(cè)(凹部17側(cè))鉆穿掩沖莫圖案31直到露出氧化硅層13，從而形成重物26(基部部分26A和突出部分26B)和框架部分27。因此，氧化硅層13曝露給開口18,并且將凹槽16去除(圖8(C))。因而，能夠獲得傳感器主體2。開口18通過DR正方法被刻蝕穿過掩才莫圖案31。此外，例如當去除氧化硅層13時，可以采用使用反應氣體的干法刻蝕方法。形成掩^t圖案31的方法沒有被具體限制。例如，掩模圖案31可以通過使用光敏抗蝕劑的光刻法形成，或者可以通過激光光束直接在樹脂層上或者金屬層上繪制圖案形成。因而，將支撐襯底3結合至傳感器主體2，乂人而能夠獲得加速度傳感器1。通過陽極鍵合、直接鍵合、熔融鍵合或者粘接鍵合將傳感器主體2和支撐襯底3相互結合在一起。實施例下面，通過示出的實施例更加詳細i也描述本發(fā)明。制備的三層結構的SOI晶片包括5pm厚的硅層(活性層硅)、2jim厚的氧化硅層和718pm厚的硅層(襯底硅)。隨后SOI晶片經(jīng)受多面處理。換句話說，在每個強迫處理中，用于形成梁部分、框架部分和重物結合部分的凹槽通過DRIE方法形成在硅層(活性硅層)中。梁部分的每一部分的寬度W值、梁部分的每一部分的長度I、框架部分每一部分的內(nèi)部框架長度L、商數(shù)丄//以及商數(shù)//『#皮設置為如表1所示的值。隨后，5ium深的凹部通過RIE方法(參見，圖8(A))形成在硅層(襯底硅)上。隨后，將開口從SOI晶片的硅層(村底硅)一側(cè)(凹部側(cè))通過DRIE方法鉆穿掩模圖案直到露出氧化硅，從而形成(參見圖8(B))重物(基部部分和四個突出部分)和框架部分。/人而形成的重物厚度為713pm,重物部分和梁部分之間的間距為10|um,并且重物和才匡架部分的突出部分的間3巨介于70pm到110fxm之間。隨后，通過使用反應氣體(見圖8(C))的干法刻蝕方法將曝露給開口的氧化硅層和凹槽進行去除。因而，獲得傳感器主體，它具有5jam厚的梁部分。因此，支撐襯底(Pyrex(注冊商標)玻璃)通過陽極鍵合結合至傳感器主體，從而制備出加速度傳感器(樣品1)。此外，加速度傳感器(樣品2到9)按照與上述樣品1同樣的方法進行制備，但是梁部分的每一部分的寬度W、梁部分的每一部分的長度I、框架部分的每一部分的內(nèi)部框架長度L、商數(shù)￡//以及商數(shù)//『被設置為如表1所示的值。在這種方式中，共有制備的九種類型的加速度傳感器(樣品1到樣品9),每一種類型的傳感器是50個單元。隨后，通過將10000G的沖擊力沿著Z軸方向作用在這些加速度傳感器上，同時使用沖擊測試儀(由AVEX公司制造，SM-10-MP)對其進行沖擊測試。對已經(jīng)經(jīng)受這些測試的加速度傳感器通過顯微鏡進行觀察，并且基于下面的標準進行評價。表l示出了沖擊測試結果。<用于沖擊測試的評<介標準>0:梁部分和重物部分均沒有裂開和/或^皮^C壞。x:梁部分和重物部分至少一種裂開和/或輛J皮壞。[表l〗<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表1明顯地示出了不滿足表達式(1)和(2)任何一個的加速度傳感器不具備4氏抗10000G的耐沖擊力。此外，按照下面描述的情形對具有卓越耐沖擊力的加速度傳感器(樣品1到4)的四種類型的靈敏度進行測量。結果為商數(shù)//『為3.1或者更高(樣品1:〃『=3.68;樣品2:/，=3.22;以及樣品3://^=3.11)的樣品1到3具有0.3mV/g/V或者更大的靈敏度(樣品l=0.44mV/g/V，樣品2=0.32mV/g/V,樣品3=0.3lmV/g/V)。但是，商數(shù)//『小于3.1(//『=2.8)的樣品4具有0.24mV/g/V的靈敏度。(靈敏度的測量條件)將加速度傳感器安裝在旋轉(zhuǎn)桿的一端。隨后，當給連接于應變感應部分的橋式電路施加電壓時，桿祐:旋轉(zhuǎn)。在這種狀態(tài)下，計算輸出電壓(mv)相對于加速度(g)的趨勢，從而測量加速度傳感器的靈敏度。本發(fā)明能夠應用于需要具有高可靠性的小尺寸加速度傳感器的各種領域。權利要求1、一種由三層結構的SOI襯底形成的加速度傳感器，所述三層結構包括硅層(活性層硅)、氧化硅層和硅層(襯底硅)，所述加速度傳感器包括框架部分；多個梁部分，所述梁部分從所述框架部分向內(nèi)伸出；以及由所述梁部分支撐的重物部分；其中所述梁部分的每一部分設有應變感應部分；以及所述梁部分的每一部分的寬度W、所述梁部分的每一部分的長度I和所述框架部分的內(nèi)部框架長度L滿足表達式(1)和(2)的下述關系2＜L/I≤2.82表達式(1)I/W≤3.68表達式(2)。2、根據(jù)權利要求1所述加速度傳感器，其中，//『為3.1或者更大。3、根據(jù)權利要求1所述加速度傳感器，其中，丄A為2.4或者更大。4、根據(jù)權利要求1所述加速度傳感器，其中，所述梁部分的每一部分的寬度不同于所述框架部分朝向所述重物部分，并且所述梁部分的每一部分的最小寬度凈皮視為所述寬度W。5、根據(jù)權利要求1所述加速度傳感器，其中，所述梁部分的每一部分的厚度t介于3|iim到10|iim之間。6、根據(jù)權利要求5所述加速度傳感器，其中，所述重物部分包括與所述梁部分形成整體的重物結合部分；且所述重物具有由所述重物結合部分支撐的重物基部部分，以及從所述重物基部部分向外伸出的的突出部分；且所述重物的厚度介于300)am到800ium之間，并且所述突出部分和所述框架部分之間的間距介于70pm到110|nm之間。7、根據(jù)權利要求1所述加速度傳感器，其中，所述重物部分包括與所述梁部分形成整體的重物結合部分；且重物具有由所述重物結合部分支撐的重物基部部分，以及從所述重物基部部分向外伸出的的突出部分；并且窗口由所述一個框架部分和所述梁部分進行限定，每個所述窗口于其拐角部分設有停止器以用于限制所述突出部分的過度運動。全文摘要本發(fā)明提供一種具有高耐沖擊力的加速度傳感器，當向加速度傳感器施加過度加速時，其不會被破壞，而是能夠展現(xiàn)穩(wěn)定的感應性能。加速度傳感器由三層結構的SOI襯底11形成，所述三層結構包括硅層12(活性層硅)、二氧化硅層13和硅層14(襯底硅)。加速度傳感器包括框架部分23和27；多個梁部分22，梁部分從框架部分向內(nèi)伸出；和由梁部分22支撐的重物部分21；以及設在梁部分2a的每一部分上的應變感應部分。梁部分22的每一部分的寬度W、梁部分22的每一部分的長度I以及框架部分23的內(nèi)部框架長度L滿足表達式(1)和(2)的下述關系2＜L/I≤2.82表達式(1)；I/W≤3.68表達式(2)。文檔編號G01P15/12GK101587131SQ20091020381公開日2009年11月25日申請日期2009年5月13日優(yōu)先權日2008年5月13日發(fā)明者前川慎志申請人:大日本印刷株式會社