物理量传感器、惯性测量装置以及制造方法与流程

1.本发明涉及物理量传感器、惯性测量装置以及制造方法等。


背景技术：

2.在专利文献1中，公开了具备至少1个转子和至少2个定子的物理量传感器。在该物理量传感器中，转子和定子的至少一部分从器件层的第一表面凹陷到至少2个不同的深度。而且，转子和定子的至少一部分从器件层的第二表面凹陷到至少2个不同的深度。
3.专利文献1：日本特表2018-515353号公报
4.根据专利文献1所公开的物理量传感器，在设置有2个以上的定子的情况下，对与各定子对应的每个转子变更转子的梳齿电极的厚度。因此，可动体相对于旋转轴的重心平衡被破坏，另一轴灵敏度有可能增加。


技术实现要素：

5.本发明的一个方式涉及一种物理量传感器，在将相互正交的方向设为第一方向、第二方向以及第三方向时，该物理量传感器检测所述第三方向上的物理量，所述物理量传感器包括：固定部，固定于基板；支承梁，一端与所述固定部连接；固定电极部，设置于基板，且包括第一固定电极组及第二固定电极组；以及可动体，具有可动电极部及框架部，所述可动电极部设置有各可动电极与所述第一固定电极组的各固定电极对置的第一可动电极组以及各可动电极与所述第二固定电极组的各固定电极对置的第二可动电极组，所述框架部将所述可动电极部和所述支承梁的另一端连结，在所述第一可动电极组设置有向所述第三方向凹陷的第一凹部，在所述第二固定电极组设置有向所述第三方向凹陷的第二凹部，在所述框架部的所述第二可动电极组侧的区域设置有向所述第三方向凹陷的第三凹部。
6.另外，本发明的其他方式涉及一种惯性测量装置，该惯性测量装置包括上述记载的物理量传感器以及根据从所述物理量传感器输出的检测信号进行控制的控制部。
7.另外，本发明的其他方式涉及一种制造方法，该制造方法是物理量传感器的制造方法，在将相互正交的3个方向设为第一方向、第二方向以及第三方向时，所述物理量传感器检测所述第三方向上的物理量，所述制造方法包括：在基板上形成固定电极部的固定电极部形成工序；以及形成可动体的可动体形成工序，所述物理量传感器包括固定于基板的固定部，支承梁的一端与所述固定部连接，所述固定电极部设置于基板，且包括第一固定电极组和第二固定电极组，所述可动体包括：可动电极部，设置有各可动电极与所述第一固定电极组的各固定电极对置的第一可动电极组以及各可动电极与所述第二固定电极组的各固定电极对置的第二可动电极组；以及框架部，将所述可动电极部和所述支承梁的另一端连结，在所述固定电极部形成工序中，以在所述第二固定电极组设置向所述第三方向凹陷的第二凹部的方式形成所述第二固定电极组，在所述可动体形成工序中，以在所述第一可动电极组设置向所述第三方向凹陷的第一凹部的方式形成所述第一可动电极组，以在所述框架部的所述第二可动电极组侧的区域设置向所述第三方向凹陷的第三凹部的方式形成
所述可动体。
附图说明
8.图1是本实施方式的物理量传感器的结构例。
9.图2是用于说明第一凹部的立体形状的立体图。
10.图3是用于说明第二凹部的立体形状的立体图。
11.图4是检测部的动作说明图。
12.图5是可动体的质量不均匀性的影响的说明图。
13.图6是可动体的质量不均匀性的影响的说明图。
14.图7是可动体的质量不均匀性的影响的说明图。
15.图8是表示物理量传感器的第一详细例的俯视图。
16.图9是表示物理量传感器的第二详细例的俯视图。
17.图10是表示物理量传感器的第二详细例的变形例的俯视图。
18.图11是表示物理量传感器具有的惯性测量装置的概略结构的分解立体图。
19.图12是惯性测量装置的电路基板的立体图。
20.图13是本实施方式的物理量传感器的俯视图。
21.图14是本实施方式的物理量传感器的制造方法的说明图。
22.图15是本实施方式的物理量传感器的制造方法的说明图。
23.图16是本实施方式的物理量传感器的制造方法的说明图。
24.图17是本实施方式的物理量传感器的制造方法的说明图。
25.图18是本实施方式的物理量传感器的制造方法的说明图。
26.图19是本实施方式的物理量传感器的制造方法的说明图。
27.图20是本实施方式的物理量传感器的制造方法的说明图。
28.图21是本实施方式的物理量传感器的制造方法的说明图。
29.图22是本实施方式的物理量传感器的制造方法的说明图。
30.附图标记说明
[0031]1…
物理量传感器，2
…
基板，10
…
固定电极部，10a
…
第一固定电极组，10b
…
第二固定电极组，11
…
固定电极，12
…
固定电极，14
…
固定电极，20
…
可动电极部，20a
…
第一可动电极组，20b
…
第二可动电极组，21
…
可动电极，22
…
可动电极，24
…
可动电极，30
…
框架部，31
…
第一部分，32
…
第二部分，40
…
固定部，42
…
支承梁，43
…
支承梁，50
…
固定电极部，50a
…
第一固定电极组，50b
…
第二固定电极组，51
…
固定电极，52
…
固定电极，60
…
可动电极部，60a
…
第一可动电极组，60b
…
第二可动电极组，61
…
可动电极，62
…
可动电极，70
…
框架部，72
…
第二部分，82
…
支承梁，83
…
支承梁，91
…
第一元件部，92
…
第二元件部，100
…
第一检测元件，200
…
硅基板，202
…
空腔，204
…
表面氧化膜，206
…
埋入绝缘膜，208
…
晶片，210
…
sio2层，214
…
光致抗蚀剂，2000
…
惯性测量装置，2100
…
外壳，2110
…
螺纹孔，2200
…
接合部件，2300
…
传感器模块，2310
…
内壳，2311
…
凹部，2312
…
开口，2320
…
电路基板，2330
…
连接器，2340x
…
角速度传感器，2340y
…
角速度传感器，2340z
…
角速度传感器，2350
…
加速度传感器单元，dr1
…
第一方向，dr2
…
第二方向，dr3
…
第三方向，dr4
…
第四方向，f1
…
惯性力，f2
…
惯性力，f3
…
惯性力，f4
…
惯性力，i
…
惯性力矩，ic2360
…
控制，lfa
…
布线，lfb
…
布线，lv
…
布线，mb
…
可动体，mb1
…
第一可动体，mb2
…
第二可动体，pfa
…
焊盘，pfb
…
焊盘，pv
…
焊盘，qv
…
差动放大电路，r1
…
第一凹部，r
20a
…
位置矢量，r
20b
…
位置矢量，r2
…
第二凹部，r3
…
第三凹部，r4
…
第一凹部，r5
…
第二凹部，r6
…
第三凹部，z
…
检测部，za
…
检测部，zb
…
检测部，ax
…
加速度，ay
…
加速度，az
…
加速度，h1
…
深度，ωx
…
角速度。
具体实施方式
[0032]
以下，对本实施方式进行说明。另外，以下说明的本实施方式并不对权利要求书的记载内容进行不当限定。另外，在本实施方式中说明的构成的全部不一定是必须构成要件。
[0033]
1.物理量传感器
[0034]
关于本实施方式的物理量传感器1的结构例，举出检测铅垂方向的加速度的加速度传感器作为一例，参照图1进行说明。图1是物理量传感器1的在与基板2正交的方向上的俯视观察时的俯视图。物理量传感器1是mems(micro electro mechanical systems：微机电系统)设备，例如是惯性传感器。
[0035]
此外，在图1、后述的图2～图10以及图13～图22中，为了便于说明，示意性地示出了各部件的尺寸、部件间的间隔等，没有示出所有的构成要素。例如对于电极布线、电极端子等，省略了图示。另外，以下，主要以物理量传感器1检测的物理量是加速度的情况为例进行说明，但物理量不限于加速度，也可以是速度、压力、位移、角速度或重力等其他的物理量，物理量传感器1也可以用作压力传感器或mems开关等。另外，在图1中，将相互正交的方向设为第一方向dr1、第二方向dr2、第三方向dr3。第一方向dr1、第二方向dr2、第三方向dr3例如分别是x轴方向、y轴方向、z轴方向，但不限于此。例如，与z轴方向对应的第三方向dr3例如是与物理量传感器1的基板2正交的方向，例如是铅垂方向。另外，第四方向dr4是第三方向dr3的相反方向，例如是z轴方向负侧的方向。与x轴方向对应的第一方向dr1、与y轴方向对应的第二方向dr2是与第三方向dr3正交的方向，沿着第一方向dr1以及第二方向dr2的面即xy平面例如沿着水平面。此外“正交”除了以90
°
相交之外，还包括以从90
°
稍微倾斜的角度相交的情况。
[0036]
基板2例如是由半导体硅构成的硅基板或硼硅酸玻璃等玻璃材料构成的玻璃基板等。但是，作为基板2的构成材料，没有特别限定，可以使用石英基板或soi(silicon on insulator：绝缘体上硅)基板等。
[0037]
而且，如图1所示，本实施方式的物理量传感器1包括固定电极部10、可动体mb、固定部40以及支承梁42、43。而且，可动体mb包括可动电极部20和框架部30，框架部30包括以第二方向dr2为长边方向延伸的2个第一部分31和以第一方向dr1为长边方向延伸的1个第二部分32。
[0038]
由这些固定电极部10、可动电极部20、框架部30、固定部40、支承梁42、43构成物理量传感器1的第一检测元件100。第一检测元件100在检测部za和检测部zb中，检测作为z轴方向的第三方向dr3上的物理量、例如加速度。
[0039]
固定电极部10包括第一固定电极组10a和第二固定电极组10b。第一固定电极组10a和第二固定电极组10b分别设置于基板2。而且，第一固定电极组10a和第二固定电极组10b分别通过固定部固定于基板2。第一固定电极组10a包括多个固定电极11，第二固定电极组10b包括多个固定电极12。这些多个固定电极11、12例如沿着作为y轴方向的第二方向dr2
延伸。即，多个固定电极11设置成梳齿状，它们构成第一固定电极组10a。同样地，多个固定电极12设置成梳齿状，它们构成第二固定电极组10b。此外，在以下的说明中，适当将第一固定电极组10a具有的固定电极11和第二固定电极组10b具有的固定电极12统称而记载为固定电极14。
[0040]
可动电极部20包括第一可动电极组20a和第二可动电极组20b。第一可动电极组20a包括多个可动电极21，第二可动电极组20b包括多个可动电极22。这些多个可动电极21、22从框架部30的第二部分32例如沿着作为y轴方向的第二方向dr2延伸。而且，多个可动电极21设置成梳齿状，它们构成第一可动电极组20a，另外，多个可动电极22设置成梳齿状，它们构成第二可动电极组20b。而且，第一可动电极组20a的各可动电极21被配置成与第一固定电极组10a的各固定电极11在作为x方向的第一方向dr1上对置。另外，第二可动电极组20b的各可动电极22被配置成与第二固定电极组10b的各固定电极12在第一方向dr1上对置。而且，固定电极11和可动电极21在第一方向dr1上对置配置的部分相当于第一检测元件100的检测部za，固定电极12和可动电极22在第一方向dr1上对置配置的部分相当于第一检测元件100的检测部zb。此外，在以下的说明中，适当将第一可动电极组20a具有的可动电极21和第二可动电极组20b具有的可动电极22统称而记载为可动电极24。
[0041]
可动体mb以沿着支承梁42、43的第一方向dr1为旋转轴进行运动。
[0042]
在此，支承梁42、43例如是扭簧，支承梁42、43各自的一端通过固定部40固定于基板2。在图1中，以从固定部40向第一方向dr1的相反侧延伸的支承梁42、从固定部40向第一方向dr1侧延伸的支承梁43的方式，设置有沿着第一方向dr1的2个支承梁42、43。而且，可动体mb的框架部30在其两端分别与支承梁42、43的另一端、即未与固定部40连接的端部连接。这样，可动体mb由框架部30的2个第一部分31和1个第二部分32形成大致
コ
字型的形状，经由支承梁42、43与固定部40连接。
[0043]
这样构成可动体mb，设计成能够绕旋转轴旋转的支承梁42、43受到第三方向dr3的力，沿着第一方向dr1的轴扭转，从而能够在第三方向dr3上摆动。而且，实现了可动体mb以固定部40为固定器摆动的、所谓的单侧跷跷板构造的第一检测元件100。
[0044]
此外，框架部30设计成前端部分、即第二部分32的质量大，以旋转轴为中心的惯性力矩i变大。
[0045]
另外，在图1所示的物理量传感器1中，在第一可动电极组20a的可动电极21设置有第一凹部r1。图2是说明第一凹部r1的立体的形状的立体图。如图2所示，可动电极21的其第三方向dr3上的厚度局部凹陷。具体而言，在第二方向dr2上，第三方向dr3上的厚度变薄了图2的a所示的范围。这样，可动电极21在从与框架部30的第二部分32的连接部起的一定的范围内，成为与框架部30的第三方向dr3上的厚度相同的厚度，但主要在与第一固定电极组10a的固定电极11对置的区域中，第三方向dr3的厚度变薄。而且，检测部za包括这样在第三方向dr3上的厚度不同的固定电极11和可动电极21。
[0046]
另外，在图1所示的物理量传感器1的第二固定电极组10b的固定电极12设置有第二凹部r2。图3是说明第二凹部r2的立体的形状的立体图。如图3所示，固定电极12其第三方向dr3上的厚度局部凹陷。具体而言，在由图3的b所示的区域中，固定电极12的第三方向dr3上的厚度与第二固定电极组10b的梳齿电极的根部部分的厚度相同。但是，固定电极12的由b所示的区域以外的第三方向dr3上的厚度比其薄。而且，检测部zb包括这样第三方向dr3上
的厚度不同的固定电极12和可动电极22。此外，固定电极11、12例如为10μm～40μm左右。
[0047]
而且，在图1所示的物理量传感器1中，在可动体mb的框架部30的第二部分32的一部分设置有第三凹部r3。具体而言，如图3的立体图所示，第三凹部r3是框架部30的第二部分32的第三方向dr3侧的一部分成为凹陷的形状的凹部。此外，将在后述的图14～图22中详细说明，但在本实施方式中，假设第一凹部r1、第二凹部r2以及第三凹部r3通过一并的蚀刻加工而形成，都成为相同的深度。
[0048]
图4是第一检测元件100中的检测部za、zb的动作说明图。图4从左起为初始状态、产生了加速度的状态，分别针对加速度的方向为第三方向dr3的情况、加速度的方向为第四方向dr4的情况，以沿着xz平面的剖视图示出了固定电极11、12和可动电极21、22的动作。此外，初始状态是指相当于第三方向dr3不产生包括重力在内的加速度的状态。
[0049]
首先，在初始状态下，检测部za，zb在第二方向dr2上的侧视观察时，可动电极21、22和固定电极11、12的第四方向dr4侧的端部的位置都一致并对齐。如上所述，由于在可动电极部20的可动电极21设置有第一凹部r1，在固定电极部10的固定电极12设置有第二凹部r2，因此如初始状态所示，在第二方向dr2上的侧视观察时，固定电极11、12和可动电极21、22的第三方向dr3侧的端部的位置以不对齐的方式配置。
[0050]
接下来，在产生了第三方向dr3的加速度的状态下，检测部za的可动电极21和检测部zb的可动电极22分别受到伴随加速度的惯性力，向第四方向dr4侧位移。此时，在检测部za中，固定电极11和可动电极21在第一方向dr1上的对置面积因可动电极21向第四方向dr4位移而减少。另一方面，在检测部zb中，固定电极12和可动电极22在第一方向dr1上的对置面积由于在可动电极22上未设置凹部，因此即使可动电极22向第四方向dr4位移也维持恒定。这样，在第三方向dr3上产生了加速度的情况下，在检测部za，对置面积减少，在检测部zb，对置面积维持不变。
[0051]
另外，在产生了第四方向dr4的加速度的状态下，检测部za的可动电极21和检测部zb的可动电极22分别受到伴随加速度的惯性力，向第三方向dr3侧位移。此时，在检测部za中，固定电极11和可动电极21在第一方向dr1上的对置面积由于在可动电极21上设置有第一凹部r1，因此维持恒定。另一方面，在检测部zb中，固定电极12和可动电极22在第一方向dr1上的对置面积因可动电极22向第四方向dr4位移而减少。这样，在第四方向dr4上产生了加速度的情况下，在检测部za，对置面积维持不变，在检测部zb，对置面积减少。
[0052]
这样，在产生了第三方向dr3的加速度时，检测部za上的固定电极11和可动电极21的对置面积减少，在产生了第四方向dr4的加速度时，检测部zb上的固定电极12和可动电极22的对置面积减少。因此，通过将检测部za，zb上的对置面积的减少检测为固定电极14与可动电极24之间的静电电容的变化，能够检测第三方向dr3及第四方向dr4的加速度。
[0053]
第一固定电极组10a的固定电极11和第一可动电极组20a的可动电极21对置设置，在检测部za形成平行平板型的电容。同样地，第二固定电极组10b的固定电极12和第二可动电极组20b的可动电极22对置设置，在检测部zb形成平行平板型的静电电容。而且，例如能够将检测部za中的静电电容的变化检测为n侧，将检测部zb中的静电电容的变化检测为p侧。
[0054]
如图4的加速度的方向为第三方向dr3的情况所示，当物理量传感器1产生第三方向dr3的加速度时，可动电极24受到惯性力而向第四方向dr4侧位移。此时，检测部zb、即p侧
的固定电极12和可动电极22的对置面积不变，因此静电电容不变化。另一方面，检测部za、即n侧的固定电极11和可动电极21的对置面积减少。因此，对于p侧和n侧的静电电容的差分，通过使用未图示的差动放大电路qv进行检测，能够得到第三方向dr3的加速度的检测信号。在产生第四方向dr4的加速度的情况下，相反，检测部zb、即p侧的固定电极12和可动电极22的对置面积减少，静电电容减少，另一方面，检测部za、即n侧的固定电极11和可动电极21的对置面积不变化，静电电容不变化。因此，通过使用差动放大电路qv进行检测，能够得到第四方向dr4的加速度的检测信号。静电电容的检测可以通过例如在未图示的差动放大电路qv上经由未图示的布线lfa和焊盘pfa连接第一固定电极组10a，并经由未图示的布线lfb和焊盘pfb连接第二固定电极组10b，并且经由未图示的布线lv和焊盘pv连接可动体mb来实现。
[0055]
在上述中，说明了通过在检测部za的可动电极21设置第一凹部r1，在检测部zb的固定电极12设置第二凹部r2，能够检测第三方向dr3以及第四方向dr4的加速度，但本实施方式的物理量传感器1不限于该结构。例如，通过在检测部za的固定电极11设置第一凹部r1，能够由检测部za检测第四方向dr4的加速度，通过在检测部zb的可动电极22设置第二凹部r2，能够由检测部zb检测第三方向dr3的加速度。
[0056]
以下，如上所述，在本实施方式中，通过在第一可动电极组20a设置第一凹部r1，在第二固定电极组10b设置第二凹部r2，能够检测第三方向dr3和第四方向dr4的加速度。在此，若着眼于可动体mb的以第一方向dr1为旋转轴的运动，则设置于可动体mb的第一可动电极组20a的第一凹部r1是否对可动体mb的运动产生影响成为问题。即，框架部30的n侧的重量减轻与第一凹部r1的体积相应的量，可动体mb的重心平衡差，因此有可能使可动体mb的运动产生不良情况。
[0057]
首先，若考虑可动体mb的绕x轴的惯性力矩i，则由于惯性力矩i是距旋转轴的距离的平方与质量的积，在不设置第一凹部r1、第三凹部r3的情况下，惯性力矩i沿着x轴变得均匀。但是，通过在第一可动电极组20a设置第一凹部r1，惯性力矩i沿着x轴变得不均匀。具体而言，在x轴上的设置有第一可动电极组20a的区域中，由于质量因第一凹部r1而减少，因此惯性力矩i减少，但在设置有第二可动电极组20b的区域中，由于未设置凹部，因此惯性力矩i不变。这样，可动体mb的惯性力矩i沿着x轴变得不均匀。
[0058]
接下来，关于图1中的物理量传感器1的截面a-a
′
，使用图5对在框架部30未设置第三凹部r3的情况进行说明。图5表示未受到z方向的重力加速度的无重力的状态。此时，连结框架部30的中心o与第一可动电极组20a的线段与x轴以角度α交叉，连结框架部30的中心o与第二可动电极组20b的线段与x轴以角度β交叉。由于在第一可动电极组20a设置有第一凹部r1，因此角度α具有一定的值，但由于在第二可动电极组20b未设置凹部，因此其重心位于x轴上，角度β为0。图6表示受到z方向的重力加速度的物理量传感器1的截面a-a
′
。如上所述，由于惯性力矩i沿着x轴存在不均匀性，所以在第一可动电极组20a的区域和第二可动电极组20b的区域，以x轴为旋转轴的旋转运动中的位移量不同。因此，伴随加速度的第一可动电极组20a受到的重力f1和第二可动电极组20b的区域受到的重力f2也不同。在该情况下，由于第二可动电极组20b的质量大，所以重力f2比重力f1大。在此，连接可动体mb和固定部40的支承梁42、43作为具有复原力的弹簧发挥功能，因此以一定的弹性变形平衡。因此，通过不同的大小的重力f1、f2，可动体mb的上端面及下端面如图6所示从x轴方向仅倾斜角度θ
而平衡。因此，物理量传感器1从图4所示的理想的旋转运动产生若干偏差。这特别影响加速度灵敏度的线性。但是，能够校正该灵敏度的线性的偏差。此外，图6以及后述的图7为了使可动体mb的质量不均匀性的影响可视化，较大地表示上述的旋转轴的偏移。
[0059]
而且，对受到图6中说明的重力加速度的可动体mb受到z方向以外的方向、例如x方向的力而产生加速度的情况进行研究。可动体mb与一端固定于固定部40的支承梁42、43的另一端连接，基本上只能在z方向移动，因此即使受到x方向的力，也不会影响z轴方向的加速度的检测。
[0060]
但是，如图5、图6中说明的那样，在框架部30的第二部分32受到重力加速度而处于从x轴倾斜的状态的情况下，需要考虑从框架部30的中心o到可动体mb的各部分的位置与可动体mb的各部分伴随加速度而受到的惯性力的关系。具体而言，考虑通过到以框架部30的中心o为起点的可动体mb的各部分为止的位置矢量与可动体mb的各部分伴随x方向的加速度而受到的惯性力矢量的外积而求出的转矩。图7用矢量表示产生第一方向dr1的加速度的状态下的施加于本物理量传感器1的第一可动电极组20a的部分和第二可动电极组20b的部分的惯性力。施加在设置有第一凹部r1的第一可动电极组20a的部分的惯性力f3是-x方向的矢量，施加在未设置凹部的第二可动电极组20b的部分的惯性力f4也是-x方向的矢量。因此，对于第一可动电极组20a，-x方向的惯性力f3的矢量与距中心o的位置矢量r
20a
的外积由r
20a
f3sinθ表示。另一方面，对于第二可动电极组20b，-x方向的惯性力f4的矢量与距中心o的位置矢量r
20b
的外积由r
20b
f4sin(π+θ)表示。但是，此时，可动体mb的上端及下端与x轴交叉的角度θ远大于图5中的角度α、角度β。即，设为θ＞＞α、β。由于从中心o到各可动电极组的距离相等，因此若设r
20a
＝r
20b
＝r，则可动体mb以固定部40为中心受到的转矩表示为r(f3-f4)sinθ。在此，在设有第一凹部r1的第一可动电极组20a和未设置凹部的第二可动电极组20b中，第二可动电极组20b的质量大。因此，第二可动电极组20b受到的惯性力f4比第一可动电极组20a受到的惯性力f3大，转矩r(f3-f4)sinθ成为负的值。因此，对可动体mb施加以y轴方向为旋转轴的转矩r(f3-f4)sinθ。因此，除了物理量传感器1本来预定的以x轴为旋转轴的z方向的加速度以外，还产生以y轴为旋转轴的旋转运动的成分。
[0061]
这样，在可动体mb的惯性力矩i为x轴上的不均匀性的情况下，与支承梁42、43的弹性复合，物理量传感器1引起不需要的旋转运动，有可能使另一轴灵敏度增加。特别是在z方向上受到重力加速度的状态下，该现象变得显著。此外，所谓另一轴灵敏度，是指将物理量传感器作为检测对象的方向以外的物理量作为该检测对象的方向上的物理量进行检测的灵敏度。
[0062]
专利文献1所公开的物理量传感器具备相当于可动体mb的转子和相当于固定电极部10的多个定子，转子和多个定子的至少一部分在z方向的厚度上局部凹陷。因此，产生相当于转子的旋转轴的惯性力矩i的不均匀性，如上所述，另一轴灵敏度有可能增加。这样，在检测z方向的加速度的物理量传感器中，如果将固定电极14和可动电极24在第三方向dr3上的电极的厚度设为不同的厚度，则产生包括可动电极部20在内的可动体mb的惯性力矩i的不均匀性，另一轴灵敏度增大，存在使物理量传感器的检测精度劣化的问题。
[0063]
关于这一点，根据本实施方式，如上所述，在可动体mb的框架部30的第二部分32设置有第三凹部r3。而且，第三凹部r3设置在框架部30的第二部分32中的第一方向dr1侧。在物理量传感器1中，由于第一凹部r1设置在框架部30的第二部分32的第一方向dr1的相反方
向侧，因此可动体mb的惯性力矩i沿着第一方向dr1为不均匀性。因此，通过将第三凹部r3设置在设有第一凹部r1的位置和在x轴上第一可动电极组20a的相反侧的设有第二可动电极组20b的第二部分32的区域，能够消除可动体mb的惯性力矩i的该不均匀性。即，通过设置第三凹部r3，能够消除框架部30的第二部分的第一方向dr1上的质量的不均匀性。因此，能够纠正物理量传感器1的第三方向dr3的加速度引起的旋转运动的偏移。此外，第三凹部r3的形状可以适当设计。例如，第三凹部r3的俯视观察时的形状可以是矩形，也可以是圆形。另外，也可以如在后述的第一详细例中说明的那样离散地设置。
[0064]
如上所述，本实施方式的物理量传感器1包括：固定于基板2的固定部40；设置于基板2并且设置有第一固定电极组10a及第二固定电极组10b的固定电极部10；一端与固定部40连接的支承梁42、43；以及可动体mb。可动体mb具有：设置有第一可动电极组20a及第二可动电极组20b的可动电极部20；以及将可动电极部20和支承梁42、43的另一端连结的框架部30。可动电极部20包括第一可动电极组20a及第二可动电极组20b，第一可动电极组20a的各可动电极21与第一固定电极组10a的各固定电极11对置，第二固定电极组10b的各可动电极22与各固定电极12对置。在第一可动电极组20a设置有向第三方向dr3凹陷的第一凹部r1，在第二固定电极组10b设置有向第三方向dr3凹陷的第二凹部r2，在框架部30的第二可动电极组20b侧的区域设置有向第三方向dr3凹陷的第三凹部r3。
[0065]
这样，由于第一凹部r1和第三凹部r3为相同面积、相同深度，因此能够消除第一方向dr1的轴上的物理量传感器1的可动体mb的质量的不均匀性。因此，第三方向dr3的物理量传感器的重心不会偏移。因此，能够抑制施加了第三方向dr3以外的物理量、例如加速度的情况下的位移。因此，能够降低物理量传感器1的另一轴灵敏度，实现物理量的检测精度的提高。另外，能够提供不易因来自外部的振动或冲击而产生不需要的振动且长期可靠性高的良好的物理量传感器。
[0066]
另外，在本实施方式中，第一凹部r1和第三凹部r3能够在第三方向dr3的俯视观察时为相同面积。这样，通过使第一凹部r1和第三凹部r3的深度相同，能够消除以第一方向dr1为旋转轴的惯性力矩i的第一方向dr1上的不均匀性，能够提高物理量传感器1的检测精度。
[0067]
如在后述的图20、图21中说明的那样，第一可动电极组20a的第一凹部r1和框架部30的第三凹部r3能够通过蚀刻相同的硅堆积层设置。因此，只要设计成在第三方向dr3的俯视观察时第一凹部r1和第三凹部r3的面积相同，就能够通过共同的蚀刻工序，在第一凹部r1和第三凹部r3，以相同的深度进行硅层的加工，使第一凹部r1和第三凹部r3的体积相等。或者，也可以对第一凹部r1和第三凹部r3分别进行蚀刻，加工相同深度。这样，能够消除第一方向dr1的轴上的物理量传感器1的可动体mb的质量的不均匀性。此外，半导体制造工艺中的尺寸因工艺变动而偏差
±
10％～
±
20％左右，因此上述的相同面积包括面积大致相同的情况。另外，在第三凹部r3被分割的情况下，该面积是指第三方向dr3的俯视观察时的第三凹部r3的面积的合计。这样本实施方式中的相同包括大致相同。例如本实施方式中的面积相同、体积相同、长度相同例如作为设计值相同即可，也可以在制造工艺的变动或公差引起的误差范围内大致相同。
[0068]
另外，在本实施方式中，第一凹部r1和第三凹部r3在第三方向dr3设定深度也可以相同。这样，通过使第一凹部r1和第三凹部r3的第三方向dr3的俯视观察时的面积相同，能
够使第一凹部r1和第三凹部r3的体积相等。因此，能够消除以第一方向dr1为旋转轴的情况下的惯性力矩i的第一方向dr1的不均匀性，提高物理量传感器1的物理量的检测精度。
[0069]
如上所述，在第三方向dr3的俯视观察时，第一凹部r1和第三凹部r3的面积相同、第一凹部r1和第三凹部r3的深度相同的情况下，第一凹部r1和第三凹部r3的体积相同。另外，第一凹部r1和第三凹部r3都为对硅堆积层进行加工而设置，因此在第一凹部r1和第三凹部r3的每一个中，因加工而消失的部分的质量相等。因此，消除了可动体mb的x轴上的体积的不均匀性，起到上述的效果。此外，上述的第一凹部r1、第二凹部r2以及第三凹部r3的深度是指从后述的图20中的晶片208的最表层起加工的深度。
[0070]
另外，在本实施方式中，第一凹部r1和第三凹部r3可以使体积相同。这样，能够消除上述的以第一方向dr1为旋转轴的情况下的惯性力矩i的第一方向dr1的不均匀性，提高物理量传感器1的检测精度。在此，体积是指通过蚀刻等加工形成第一凹部r1、第三凹部r3时，相当于原本存在的硅堆积层的部分的体积。
[0071]
2.详细的结构例
[0072]
图8是本实施方式的第一详细例的俯视图。第三凹部r3的结构与图1所示的结构例不同。具体而言，第一详细例中的第三凹部r3在第三方向dr3的俯视观察时被分割为4个分割凹部。而且，各分割凹部在第三方向的俯视观察时为以第二方向dr2为长度方向的矩形形状。
[0073]
如上所述，本实施方式的物理量传感器1通过使第一凹部r1和第三凹部r3的体积相等而使可动体mb的沿着第一方向dr1的惯性力矩i均匀，从而实现第三方向dr3的物理量的检测精度的提高。因此，例如，在将第三方向dr3上的俯视观察时的第一凹部r1的面积和第三凹部r3的面积设计成相等的情况下，如果以使第一凹部r1和第三凹部r3的深度相等的方式进行加工，则能够使第一凹部r1和第三凹部r3的体积相等。
[0074]
在此，在第一凹部r1和第三凹部r3的第三方向dr3的俯视观察时的开口图案不同的情况下，已知有即使在相同的蚀刻条件下进行蚀刻处理，各凹部的蚀刻速率也会产生差异的微负载效应。另外，即使第一凹部r1和第三凹部r3俯视观察时为相同的开口图案，周围的曝光图案的差异、晶片或芯片内的位置的差异也会对各凹部的蚀刻速率带来影响。因此，如果简单地使第一凹部r1的俯视观察时的面积与第三凹部r3的分割凹部的合计面积相同，在相同的时间、相同的气体气氛等条件下进行蚀刻处理，则各凹部的体积并不相等。
[0075]
若从这样的观点研究图1所示的物理量传感器1，则第三凹部r3是未被分割的一个凹部，成为在第三方向dr3的俯视观察时开口较宽的矩形形状。另一方面，第一凹部r1原本是第一可动电极组20a的可动电极21的细的图案的一部分，成为在俯视观察时以第二方向dr2为长度方向的矩形形状排列有多个图案。另外，设想为，第三凹部r3是对硅堆积层的一部分进行加工，与此相对，第一凹部r1的周围一般为硅堆积层以外的材料。这样，在第一凹部r1和第三凹部r3中，加工图案或凹部的周围的材料不同。因此，即使在相同的时间、相同的蚀刻条件下加工第一凹部r1和第三凹部r3，各凹部的深度也不相同。在该情况下，即使将第一凹部r1和第三凹部r3的俯视观察时的面积设计成相等，各凹部的体积也不相同。另一方面，在本实施方式的物理量传感器1中，设想使用光刻法一并进行蚀刻加工，以使第一凹部r1、第二凹部r2、第三凹部r3都成为相同的深度。因此，在图1所示的第三凹部r3未被分割的结构例中，在一并进行第一凹部r1和第三凹部r3的加工的情况下，可动体mb的惯性力矩i
的沿着第一方向dr1的方向上的不均匀性无法消除。因此，不能充分实现物理量的检测精度的提高。
[0076]
关于这一点，根据第一详细例，第三凹部r3被分割为4个分割凹部。因此，通过调整俯视观察时的第三凹部r3的图案，能够以使第一凹部r1的蚀刻速率和第三凹部r3的蚀刻速率接近的方式进行最优化，能够在相同的蚀刻条件下，通过一并处理将各凹部加工相同的深度。具体而言，在第三凹部r3的蚀刻速率比第一凹部r1的蚀刻速率慢的情况下，例如，在第三方向dr3的俯视观察时，如果通过扩大第三凹部r3的各分割凹部的第一方向的宽度来降低第三凹部r3的纵横比，则能加快蚀刻速率。另外，认为即使调整第三凹部r3的各分割凹部的间隔，也能够调整蚀刻速率。此外，在第一详细例中，将第三凹部r3分割为4个，但也可以增减分割的数量。
[0077]
如上所述，根据本实施方式，能够将第三凹部r3分割为多个分割凹部而设置。这样，通过第三凹部r3的图案的调整，能够以使第一凹部r1和第三凹部r3的蚀刻速率接近的方式进行调整。因此，能够通过一并加工将第一凹部r1和第三凹部r3加工相同深度。因此，能够以更简易的工艺消除可动体mb的第一方向dr1上的惯性力矩i的不均匀性，实现物理量的检测精度提高。此外，关于各分割凹部的深度，若加工至使框架部30的第二部分32贯通，则框架部30的刚性有可能恶化。另外，在该情况下，框架部30自身容易扭转，在施加高频的振动时也会产生不良情况。
[0078]
另外，在第一详细例中，分割凹部的第一方向dr1上的宽度可以与第一可动电极组20a的各可动电极21的第一方向dr1上的宽度相同。这样，例如在图8中第一凹部r1由4根矩形形状构成的情况下，如果在第三凹部设置4根与其相同宽度的分割凹部，则能够消除可动体mb在第一方向dr1上的质量的不均匀性。
[0079]
另外，在第一详细例中，多个分割凹部的合计面积在第三方向dr3的俯视观察时可以与第一凹部r1的面积相同。如上所述，根据第一详细例，通过改变第三凹部的第三方向dr3的俯视观察时的图案，能够调整第三凹部的蚀刻速率，由此能够使第一凹部r1和第三凹部r3的蚀刻速率接近。因此，在第三方向dr3的俯视观察时，如果第三凹部r3的多个分割凹部的合计面积与第一凹部r1的面积相同，则之后如果以各凹部的深度相等的方式进行加工，则各凹部的体积相等。因此，通过一并的蚀刻处理，能够加工成第一凹部r1的体积与第三凹部r3的体积相同。因此，能够以更简易且低成本的制造工艺实现提高物理量传感器1的物理量的检测灵敏度这样的效果。
[0080]
另外，在本实施方式中，第一凹部r1在第二方向dr2上的长度可以与第一可动电极组20a的各可动电极21在第二方向dr2上的长度相同。例如，在图8所示的第一详细例中，也可以使附加了斜线的第一凹部r1的区域遍及梳齿状的可动电极21整体。
[0081]
如上所述，本实施方式的物理量传感器1检测固定电极14和可动电极24的对置面积的变化作为静电电容的变化，检测物理量。因此，通过如本实施方式那样较宽地设置第一凹部r1的区域，能够较宽地确保固定电极11和可动电极21的对置面积。因此，能够将加速度检测为更大的静电电容的变化，能够实现物理量传感器1的物理量的检测灵敏度的提高。此外，上述的也能够应用于检测部zb。例如，也可以使图8中附加了斜线的第二凹部r2的区域遍及固定电极12整体。这样，在检测部zb中，也能够较宽地确保固定电极12和可动电极22的对置面积，能够将加速度检测为更大的静电电容的变化。
[0082]
图9是本实施方式的第二详细例的俯视图。第一检测元件100的结构与图1的结构例、图8的第一详细例不同。具体而言，在第二详细例中，第一检测元件100包括第一元件部91和第二元件部92。第一元件部91和第二元件部92将固定部40作为共同的固定器，在第二方向dr2侧设置有第一元件部91，在第二方向dr2的相反方向侧设置有第二元件部92。而且，在各元件部设置有与n侧、p侧分别对应的检测部za、zb，能够检测第三方向dr3的物理量。
[0083]
第一元件部91为与图1的结构例、第一详细例中的第一检测元件100相同的结构。第二元件部92包括具有第一固定电极组50a及第二固定电极组50b的固定电极部50、第二可动体mb2以及支承梁82、83。在此，在第二详细例中，为了将第一元件部91的可动体与第二元件部92的可动体区别开，将第一元件部91的可动体记载为第一可动体mb1。第二可动体mb2包括：可动电极部60，具有第一可动电极组60a及第二可动电极组60b；以及框架部70。
[0084]
第二元件部92的固定电极部50、第一固定电极组50a以及第二固定电极组50b对应于第一元件部91的固定电极部10、第一固定电极组10a、第二固定电极组10b。而且，在固定电极部10中，设置有与p侧对应的第二固定电极组10b、与n侧对应的第一固定电极组10a，各电极组分别具有固定电极12、11。另外，在固定电极部50中，设置有与p侧对应的第二固定电极组50b、与n侧对应的第一固定电极组50a，各电极组分别具有固定电极52、51。
[0085]
另外，第二元件部92的可动电极部60、第一可动电极组60a、第二可动电极组60b与第一元件部91的可动电极部20、第一可动电极组20a、第二可动电极组20b对应。而且，在可动电极部20中，设置有与p侧对应的第二可动电极组20b、与n侧对应的第一可动电极组20a，各电极组分别具有可动电极22、21。另外，在可动电极部60中，设置有与p侧对应的第二可动电极组60b、与n侧对应的第一可动电极组60a，各电极组分别具有可动电极62、61。可动电极21、22从框架部30的第二部分32延伸出，与固定电极11、12对置配置。另外，可动电极61、62从框架部70的第二部分72延伸出，与固定电极51、52对置配置。而且，与图1、图8所示的结构例同样地，各电极与未图示的差动放大电路qv连接。第二元件部92的支承梁82、83与第一元件部91的支承梁42、43对应，第二元件部92的框架部70与第一元件部91的框架部30对应。通过这样的结构，第二详细例能够由第一元件部91、第二元件部92分别检测第三方向dr3的加速度。
[0086]
另外，在第二元件部92的第一可动电极组60a设置有第一凹部r4，在第二固定电极组50b设置有第二凹部r5，在框架部70的第二部分72设置有第三凹部r6。而且，第二元件部92的第一凹部r4、第二凹部r5、第三凹部r6分别与第一元件部91的第一凹部r1、第二凹部r2、第三凹部r3对应。
[0087]
这样，在第二元件部92也设置与第一元件部91的第一凹部r1、第三凹部r3对应的第一凹部r4、第三凹部r6，能够消除第二可动体mb2的质量的不均匀性。因此，在各元件部能够降低另一轴灵敏度，实现高精度的物理量的检测，并且通过设置2个元件部还能够实现检测灵敏度的提高。另外，也能够避免因来自外部的振动或冲击而产生不需要的振动，能够提供长期可靠性高的良好的物理量传感器1。
[0088]
图10是本实施方式的第二详细例的变形例的俯视图。第三凹部的俯视观察时的图案与第二详细例不同。具体而言，第二详细例的第三凹部r3的图案在本变形例中为以第一方向dr1为长度方向的矩形形状的多个分割凹部。即使如本实施方式那样设置第三凹部r3，也能够得到设为前述的多个分割凹部带来的效果。
[0089]
另外，在本实施方式中，可动体mb可以包括：第一部分31，一端与支承梁42、43的另一端连接，以第二方向为长边方向延伸；以及第二部分32，与第一部分31的一端连接，以第一方向dr1为长边方向延伸。
[0090]
这样，在图1等所示的物理量传感器1中，能构成大致
コ
字型的可动体mb。而且，如上所述，可动体mb能够经由支承梁42、43进行以第一方向dr1为旋转轴的旋转运动，物理量传感器1能够检测第三方向dr3的加速度。
[0091]
另外，在本实施方式中，可动电极部20与第二部分32连接。
[0092]
这样，可动电极部20能够与框架部30的第二部分32成为一体而进行运动。因此，通过可动体mb以第一方向dr1为旋转轴的运动，物理量传感器1能够检测第三方向dr3的加速度。
[0093]
另外，在本实施方式中，第三凹部r3设置于第二部分32。这样，能够减小框架部30的第二部分32的一部分的体积。因此，能够消除因设置第一凹部r1而引起的可动体mb的沿着第一方向dr1的质量的不均匀性，能够实现物理量传感器1的物理量的检测精度的提高。
[0094]
3.惯性测量装置
[0095]
接下来，使用图11、图12对本实施方式的惯性测量装置2000的一例进行说明。图11所示的惯性测量装置2000(imu：inertial measurement unit：惯性测量装置)是检测汽车、机器人等运动体的姿势、举动等的惯性运动量的装置。惯性测量装置2000是具备检测沿着3个轴的方向的加速度ax、ay、az的加速度传感器、检测绕3个轴的角速度ωx、ωy、ωz的角速度传感器的、所谓的6轴运动传感器。
[0096]
惯性测量装置2000是平面形状为大致正方形的长方体。另外，在位于正方形的对角线方向的2处的顶点附近，形成有作为装配部的螺纹孔2110。在该2处的螺纹孔2110穿过2根螺钉，能够将惯性测量装置2000固定于汽车等的被安装体的被安装面。此外，通过部件的选定或设计变更，例如，也能够小型化为能够搭载智能手机、数码相机的尺寸。
[0097]
惯性测量装置2000具有外壳2100、接合部件2200以及传感器模块2300，为在外壳2100的内部，隔着接合部件2200插入有传感器模块2300的结构。传感器模块2300具有内壳2310和电路基板2320。在内壳2310上形成有用于防止与电路基板2320的接触的凹部2311、用于使后述的连接器2330露出的开口2312。而且，在内壳2310的下表面经由粘接剂接合有电路基板2320。
[0098]
如图12所示，在电路基板2320的上表面安装有连接器2330、检测绕z轴的角速度的角速度传感器2340z、检测x轴、y轴以及z轴的各轴方向的加速度的加速度传感器单元2350等。另外，在电路基板2320的侧面，安装有检测绕x轴的角速度的角速度传感器2340x以及检测绕y轴的角速度的角速度传感器2340y。
[0099]
加速度传感器单元2350至少包括用于测定前述的z轴方向的加速度的物理量传感器1，根据需要，能够检测单轴方向的加速度，或检测双轴方向、三轴方向的加速度。此外，作为角速度传感器2340x、2340y、2340z，没有特别限定，例如可以使用利用了科里奥利力的振动陀螺仪传感器。
[0100]
另外，在电路基板2320的下表面，安装有控制ic2360。作为根据从物理量传感器1输出的检测信号来进行控制的控制部的控制ic2360例如是mcu(micro controller unit：微控制单元)，内置有包含非易失性存储器的存储部、a/d转换器等，控制惯性测量装置2000
的各部。此外，在电路基板2320上，除此之外还安装有多个电子部件。
[0101]
如上所述，本实施方式的惯性测量装置2000包括物理量传感器1和作为根据从物理量传感器1输出的检测信号来进行控制的控制部的控制ic2360。根据该惯性测量装置2000，由于使用了包含物理量传感器1的加速度传感器单元2350，因此能够提供能够享受物理量传感器1的效果且能够实现高精度化等的惯性测量装置2000。
[0102]
此外惯性测量装置2000不限于图11、图12的结构。例如也可以构成为在惯性测量装置2000不设置角速度传感器2340x、2340y、2340z，而仅设置物理量传感器1作为惯性传感器。在该情况下，例如只要通过将物理量传感器1和实现控制部的控制ic2360收容在作为收容容器的封装中来实现惯性测量装置2000即可。
[0103]
4.制造方法
[0104]
最后，对本实施方式的制造方法进行说明。图13是图1所示的本实施方式的物理量传感器1的俯视图。以下，在图14～图21中，关于本实施方式的制造方法，使用连结图13所示的俯视图的b与b
′
之间的单点划线上的剖视图进行说明。
[0105]
首先，如图14所示，准备硅基板200，形成1μm左右的表面氧化膜204，通过光刻技术实施图案化。使用bhf(buffered hydrogen fluoride：缓冲氢氟酸)等湿蚀刻部分地去除表面氧化膜204后，进行深度20～50μm左右的硅基板200的蚀刻。该蚀刻可以是使用koh或tmah的湿蚀刻，也可以是使用sf6气体的干蚀刻。另外，也可以是基于交替使用sf6和c4f8的bosch工艺的硅深挖蚀刻。由此，形成空腔202。不需要的表面氧化膜204可以除去，也可以残留。
[0106]
接下来，如图15所示，将硅基板200与成为结构体层的硅基板的晶片208接合。在接合中，在硅基板上形成埋入绝缘膜206，进行ar、n2等等离子体活化后，进行水洗处理等后进行接合。另外，接合后，为了增强强度，也可以进行500～1100℃的退火处理。此时，埋入绝缘膜206可以留在空腔202的底部。接合后，磨削晶片208，形成20～30μm左右的厚度的结构体层。此外，晶片208的磨削可以使用cmp(chemical mechanical polishing：化学机械抛光)等工艺。而且，如图16所示，在结构体层上成膜成为硬掩膜的sio2层210。sio2层210能够通过热氧化、cvd(chemical vapor deposition化学气相沉积)膜、sog(spin on-glass：旋涂玻璃)膜等成膜。特别是，基于热氧化的sio2层210在硅蚀刻时具有高的选择比这一点上是优选的。在本制造方法中，使用1μm左右的热氧化膜。
[0107]
接下来，如图17所示，通过光刻法实施图案化，通过湿蚀刻等使设置有第一凹部r1的部分的sio2层210的膜厚变薄。在此，在sio2层210上的硬掩膜是热氧化膜的情况下，优选利用bhf等的湿蚀刻。而且，如图18所示，成膜光致抗蚀剂214，对物理量传感器1的各元件部的外形进行图案化。而且，通过干蚀刻等进行sio2层210的加工。此外，在干蚀刻中，例如可以使用chf3气体。
[0108]
接下来，如图19所示，通过灰化等除去不需要的光致抗蚀剂214，例如使用bosch法，进行成为结构体层的晶片208的蚀刻。在此，通过蚀刻进行加工时的深度从埋入绝缘膜206的最表层仅残留h1。然后，如图20所示，对作为硬掩膜堆积的sio2层210进行整面蚀刻，使设置有第一凹部r1的区域的硅的结构体层露出。此外，该蚀刻方法可以是干蚀刻，也可以是湿蚀刻。而且，如图21所示，若进行硅的结构体层的整面蚀刻，则第一凹部r1成为深度h1台阶，气体的部分被加工至底部部分，成为贯通的状态。最后，如图22所示，除去不需要的硬
掩膜。
[0109]
另外，设置第二凹部r2、第三凹部r3的区域也与第一凹部r1同样地，在结构体层的一部分形成向第三方向dr3凹陷的凹部。因此，在硬掩膜的sio2层210上，对设置第二凹部r2、第三凹部r3的区域进行图案化，对成为结构体层的晶片208进行蚀刻，从而能够设置第二凹部r2、第三凹部r3。
[0110]
如上所述，本实施方式的制造方法是在将相互正交的3个方向设为第一方向dr1、第二方向dr2、第三方向dr3时，检测第三方向dr3上的物理量的物理量传感器1的制造方法，包括在基板2上形成固定电极部10的固定电极部形成工序以及形成可动体mb的可动体形成工序。而且，物理量传感器1包括固定于基板2的固定部40，支承梁42、43的一端与固定部40连接，固定电极部10设置于基板2，且包括第一固定电极组10a和第二固定电极组10b。而且，可动体mb包括：可动电极部20，设置有各可动电极21与第一固定电极组10a的各固定电极11对置的第一可动电极组20a以及各可动电极22与第二固定电极组10b的各固定电极12对置的第二可动电极组20b；以及框架部30，将可动电极部20和支承梁42、43的另一端连结。而且，在固定电极部形成工序中，以在第二固定电极组10b设置向第三方向dr3凹陷的第二凹部r2的方式形成第二固定电极组10b。而且，在可动体形成工序中，以在第一可动电极组20a设置向第三方向凹陷的第一凹部r1的方式形成第一可动电极组20a，以在框架部30的第二可动电极组20b侧的区域设置向第三方向dr3凹陷的第三凹部r3的方式形成可动体mb。
[0111]
在本实施方式的物理量传感器1中，为了确保可动体mb的可动性，需要在物理量传感器1的第一检测元件100内部设置一定的空间，在该空间中以高的精度形成并配置可动体mb、固定电极部10、支承梁42、43等各构成部。另外，为了消除可动体mb的质量的不均匀性，采用设置第一凹部r1、第二凹部r2以及第三凹部r3的各凹部的结构，但如上所述，也有将它们一并加工的需求。
[0112]
关于这一点，根据本实施方式，如图15中说明的那样，能够使用空腔202的形成后的晶片接合的工艺来设置第一检测元件100内部的空间。因此，能够避免例如通过湿蚀刻等除去暂时堆积的牺牲膜这样的工艺的繁杂，能够降低工艺难易度。在进行基于干蚀刻的加工的情况下，也存在表面粗糙、成品率降低的问题，但也能够避免这些不良情况。另外，如上所述，通过调整第三凹部r3的俯视观察时的图案，进行第三凹部r3的蚀刻速率的最优化，也能够一并加工各凹部，能够实现制造工序的合理化、低成本化。
[0113]
如上所述，本实施方式的物理量传感器与如下的物理量传感器有关，在将相互正交的方向设为第一方向、第二方向以及第三方向时，该物理量传感器检测第三方向上的物理量，并包括固定于基板的固定部、设置于基板的固定电极部、一端与固定部连接的支承梁、以及可动体。可动体具有可动电极部、以及将可动电极部和支承梁的另一端连结的框架部。在固定电极部设置有第一固定电极组及第二固定电极组。在可动电极部，设置有各可动电极与第一固定电极组的各固定电极对置的第一可动电极组、及各可动电极与第二固定电极组的各固定电极对置的第二可动电极组。框架部将可动电极部和支承梁的另一端连结。而且，在第一可动电极组设置有向第三方向凹陷的第一凹部，在第二固定电极组设置有向第三方向凹陷的第二凹部，在框架部的第二可动电极组侧的区域设置有向第三方向凹陷的第三凹部。
[0114]
根据本实施方式，能够消除第一方向的轴上的物理量传感器的可动体的质量的不
均匀性，物理量传感器的重心不会偏移。因此，能够降低物理量传感器的另一轴灵敏度，实现物理量的检测精度的提高。另外，能够提供一种不易因来自外部的振动或冲击而产生不需要的振动、长期可靠性高的良好的物理量传感器。
[0115]
另外，在本实施方式中，第一凹部和第三凹部在第三方向的俯视观察时也可以是相同面积。
[0116]
这样，通过使第一凹部和第三凹部的深度相等，能够消除以第一方向为旋转轴的惯性力矩在第一方向上的不均匀性。因此，能够提高物理量传感器的检测精度。
[0117]
另外，在本实施方式中，第一凹部和第三凹部在第三方向上的深度也可以相同。
[0118]
这样，通过使第一凹部和第三凹部的第三方向的俯视观察时的面积相同，能够使第一凹部和第三凹部的体积相等。因此，能够消除以第一方向为旋转轴的惯性力矩在第一方向dr1上的不均匀性，提高物理量传感器的检测精度。
[0119]
另外，在本实施方式中，第一凹部和第三凹部也可以是相同体积。
[0120]
这样，能够消除以第一方向为旋转轴的惯性力矩i在第一方向dr1上的不均匀性，提高物理量传感器1的物理量的检测精度。
[0121]
另外，在本实施方式中，第三凹部也可以被分割为多个分割凹部。
[0122]
这样，能够将第三凹部分割为多个分割凹部而设置。因此，通过第三凹部的图案的调整，能够以使第一凹部与第三凹部的蚀刻速率接近的方式进行调整。因此，能够通过一并加工将第一凹部和第三凹部加工成相同的深度。因此，能够以更简易的工艺消除可动体mb在第一方向上的惯性力矩的不均匀性，实现物理量的检测精度提高。
[0123]
另外，在本实施方式中，分割凹部在第一方向上的宽度也可以与第一可动电极组的各可动电极在第一方向上的宽度相同。
[0124]
这样，在第一凹部由多个矩形形状构成的情况下，只要在第三凹部设置相同数量的宽度与其相同的分割凹部，就能够消除可动体在第一方向上的质量的不均匀性。
[0125]
另外，在本实施方式中，多个分割凹部的合计面积也可以在第三方向的俯视观察时与第一凹部的面积相同。
[0126]
这样，通过调整分割凹部在第三方向上的图案，使第一凹部与第三凹部的蚀刻速率接近，能够通过一并加工使第一凹部和第三凹部的体积相同。因此，能够以更简易且低成本的制造工艺实现物理量传感器的物理量的检测灵敏度提高。
[0127]
另外，在本实施方式中，第一凹部在第二方向上的长度也可以与第一可动电极组的各可动电极在第二方向上的长度相同。
[0128]
这样，能够较宽地确保固定电极和可动电极的对置面积，能够将加速度检测为更大的静电电容的变化。因此，能够实现物理量传感器的物理量的检测灵敏度的提高。
[0129]
另外，在本实施方式中，可动体包括：第一部分，一端与支承梁的另一端连接，以第二方向为长边方向延伸；以及第二部分，与第一部分的一端连接，以第一方向为长边方向延伸。
[0130]
这样，能够构成大致
コ
字型的可动体。而且，可动体能够经由支承梁42、43进行以第一方向为旋转轴的运动，物理量传感器能够检测第三方向的加速度。
[0131]
另外，在本实施方式中，可动电极部与第二部分连接。
[0132]
这样，可动电极部能够与框架部的第二部分成为一体而摆动。因此，通过可动体以
第一方向为旋转轴的运动，物理量传感器能够检测第三方向的加速度。
[0133]
另外，在本实施方式中，第三凹部设置于第二部分。
[0134]
这样，能够减少框架部的第二部分的一部分的体积。因此，能够消除因设置第一凹部而引起的可动体的沿着第一方向的质量的不均匀性，能够实现物理量传感器的物理量的检测精度的提高。
[0135]
另外本实施方式涉及包括如上所述的物理量传感器和根据从物理量传感器输出的检测信号来进行控制的控制部的惯性测量装置。
[0136]
另外，本实施方式的制造方法涉及如下制造方法，其包括：固定电极部形成工序，在物理量传感器的基板上形成固定电极部，在将相互正交的3个方向设为第一方向、第二方向以及第三方向时，所述物理量传感器检测第三方向上的物理量；以及可动体形成工序，形成可动体。物理量传感器包括固定于基板的固定部，支承梁的一端与固定部连接，固定电极部设置于基板，且包括第一固定电极组和第二固定电极组。可动体包括：可动电极部，设置有各可动电极与第一固定电极组的各固定电极对置的第一可动电极组、以及各可动电极与第二固定电极组的各固定电极对置的第二可动电极组；以及框架部，将可动电极部和支承梁的另一端连结。在固定电极部形成工序中，以在第二固定电极组设置向第三方向凹陷的第二凹部的方式形成第二固定电极组。在可动体形成工序中，以在第一可动电极组设置向第三方向凹陷的第一凹部的方式形成第一可动电极组，以在框架部的第二可动电极组侧的区域设置向第三方向凹陷的第三凹部的方式形成可动体。
[0137]
根据本实施方式的制造方法，能够使用晶片接合工艺避免制造工艺的繁杂，能够降低工艺难易度。另外，通过调整第三凹部的俯视观察时的图案，进行第三凹部的蚀刻速率的最优化，能够进行各凹部的一并加工。因此，能够实现制造工序的合理化、低成本化。
[0138]
此外，如上所述，对本实施方式详细地进行了说明，但本领域技术人员容易理解，实质上部脱离本发明的新事项及效果的多种变形是可能的。因此，所有这样的变形例都包含在本发明的范围内。例如，在说明书或附图中，至少一次与更广义或同义的不同用语一起记载的用语在说明书或附图的任何位置可以置换为该不同的用语。此外，本实施例和变型例的所有组合都包括在本发明的范围内。另外，物理量传感器、惯性测量装置以及制造方法的结构、动作等也不限于本实施方式中说明的内容，可以进行各种变形实施。

技术特征：
1.一种物理量传感器，其特征在于，在将相互正交的方向设为第一方向、第二方向以及第三方向时，该物理量传感器检测所述第三方向上的物理量，所述物理量传感器包括：固定部，固定于基板；支承梁，一端与所述固定部连接；固定电极部，设置于基板，且包括第一固定电极组及第二固定电极组；以及可动体，包括可动电极部及框架部，所述可动电极部包括第一可动电极组及第二可动电极组，所述框架部将所述可动电极部和所述支承梁的另一端连结，所述第一固定电极组包括第一固定电极，所述第二固定电极组包括第二固定电极，所述第一可动电极组包括第一可动电极，所述第二可动电极组包括第二可动电极，所述第一固定电极与所述第一可动电极对置，所述第二固定电极与所述第二可动电极对置，在所述第一可动电极设置有向所述第三方向凹陷的第一凹部，在所述第二固定电极设置有向所述第三方向凹陷的第二凹部，在所述框架部的所述第二可动电极组侧的区域设置有向所述第三方向凹陷的第三凹部。2.根据权利要求1所述的物理量传感器，其特征在于，在从所述第三方向俯视观察时，所述第一凹部的面积与所述第三凹部的面积相同。3.根据权利要求2所述的物理量传感器，其特征在于，所述第一凹部的所述第三方向的深度与所述第三凹部的所述第三方向的深度相同。4.根据权利要求1所述的物理量传感器，其特征在于，所述第一凹部的体积与所述第三凹部的体积相同。5.根据权利要求3或4所述的物理量传感器，其特征在于，所述第三凹部被分割为多个分割凹部。6.根据权利要求5所述的物理量传感器，其特征在于，所述分割凹部的所述第一方向的宽度与所述第一可动电极的所述第一方向的宽度相同。7.根据权利要求5所述的物理量传感器，其特征在于，在所述第三方向俯视观察时，所述多个分割凹部的合计面积与所述第一凹部的面积相同。8.根据权利要求1所述的物理量传感器，其特征在于，所述第一凹部的所述第二方向的长度与所述第一可动电极的所述第二方向的长度相同。9.根据权利要求1所述的物理量传感器，其特征在于，所述可动体包括：第一部分，一端侧与所述支承梁的另一端连接，且沿所述第二方向配置；以及第二部分，与所述第一部分的一端侧连接，且沿所述第一方向配置。
10.根据权利要求9所述的物理量传感器，其特征在于，所述可动电极部与所述第二部分连接。11.根据权利要求9或10所述的物理量传感器，其特征在于，所述第三凹部设置于所述第二部分。12.一种惯性测量装置，其特征在于，包括：权利要求1至11中任一项所述的物理量传感器；以及控制部，根据从所述物理量传感器输出的检测信号进行控制。13.一种制造方法，其特征在于，是物理量传感器的制造方法，在将相互正交的3个方向设为第一方向、第二方向以及第三方向时，所述物理量传感器检测所述第三方向上的物理量，所述制造方法包括：在基板上形成固定电极部的固定电极部形成工序；以及形成可动体的可动体形成工序，所述物理量传感器包括固定于基板的固定部，支承梁的一端与所述固定部连接，所述固定电极部设置于基板，且包括第一固定电极组及第二固定电极组，所述可动体包括：可动电极部，包括第一可动电极组及第二可动电极组；以及框架部，将所述可动电极部和所述支承梁的另一端连结，所述第一固定电极组包括第一固定电极，所述第二固定电极组包括第二固定电极，所述第一可动电极组包括第一可动电极，所述第二可动电极组包括第二可动电极，所述第一固定电极与所述第一可动电极对置，所述第二固定电极与所述第二可动电极对置，在所述固定电极部形成工序中，以在所述第二固定电极设置向所述第三方向凹陷的第二凹部的方式形成所述第二固定电极组，所述可动体形成工序以在所述第一可动电极设置向所述第三方向凹陷的第一凹部的方式形成所述第一可动电极组，并以在所述框架部的所述第二可动电极组侧的区域设置向所述第三方向凹陷的第三凹部的方式形成所述可动体。

技术总结
本发明公开了物理量传感器、惯性测量装置以及制造方法，能够避免伴随着可动体的质量不均匀性的不良情况。物理量传感器检测第三方向上的物理量，包括固定于基板的固定部、一端与固定部连接的支承梁以及可动体。可动体具有可动电极部以及框架部。在固定电极部设置有第一固定电极组和第二固定电极组。在可动电极部设置有第一可动电极组和第二可动电极组。而且，在第一可动电极组设置有向第三方向凹陷的第一凹部，在第二固定电极组设置有向第三方向凹陷的第二凹部，在框架部的第二可动电极组侧的区域设置有向第三方向凹陷的第三凹部。区域设置有向第三方向凹陷的第三凹部。区域设置有向第三方向凹陷的第三凹部。


技术研发人员：泷泽照夫 田中悟
受保护的技术使用者：精工爱普生株式会社
技术研发日：2023.02.20
技术公布日：2023/8/23