【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】表面应力传感器、中空构造元件以及它们的制造方法
本专利技术涉及表面应力传感器、特别是涉及与压电电阻悬臂型传感器相比具有较高的灵敏度的膜型的表面应力传感器(MSS)和中空构造元件以及表面应力传感器的制造方法和中空构造元件的制造方法。
技术介绍
作为在收集相当于人类的五感的信息的传感器、特别是作为人类接受化学物质而感觉到的味觉、嗅觉的传感器中使用的技术，例如存在专利文献1所公开的压电电阻悬臂型传感器。专利文献1所公开的压电电阻悬臂型传感器是膜型的表面应力传感器，是将施加于平坦构件的表面应力作为配置于平坦构件的周围的四个压电电阻连结部分的、单轴性的应力来进行检测的结构。并且，在专利文献1所记载的技术中，在将膜型的表面应力传感器作为各种传感器进行安装的情况下，为了将平坦构件隔着间隔件固定于封装件等基板，平坦构件成为悬浮在空中的构造，以便承受被施加的表面应力。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2015－45657号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题...
【技术保护点】
1.一种表面应力传感器，其中，/n该表面应力传感器具备：/n薄膜，其在被施加的表面应力的作用下挠曲；/n框架构件，从所述薄膜的厚度方向观察时，该框架构件与该薄膜分开且包围所述薄膜；/n至少一对连结部，从所述厚度方向观察时，该一对连结部配置于夹着所述薄膜的位置，且将该薄膜和所述框架构件连结起来；/n挠性电阻，其设于所述连结部中的至少一个连结部，该挠性电阻的电阻值与在该连结部产生的挠曲相应地变化；以及/n支承基材，其与所述框架构件相连接，且从所述厚度方向观察时与所述薄膜和所述连结部重叠，/n在所述薄膜和所述连结部这两者与所述支承基材之间设有空隙部。/n
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170920 JP 2017-180132;20171222 JP 2017-246442;201.一种表面应力传感器，其中，
该表面应力传感器具备：
薄膜，其在被施加的表面应力的作用下挠曲；
框架构件，从所述薄膜的厚度方向观察时，该框架构件与该薄膜分开且包围所述薄膜；
至少一对连结部，从所述厚度方向观察时，该一对连结部配置于夹着所述薄膜的位置，且将该薄膜和所述框架构件连结起来；
挠性电阻，其设于所述连结部中的至少一个连结部，该挠性电阻的电阻值与在该连结部产生的挠曲相应地变化；以及
支承基材，其与所述框架构件相连接，且从所述厚度方向观察时与所述薄膜和所述连结部重叠，
在所述薄膜和所述连结部这两者与所述支承基材之间设有空隙部。
2.根据权利要求1所述的表面应力传感器，其中，
所述挠性电阻是压电电阻，
所述压电电阻具有与因所述薄膜挠曲而在所述连结部产生的挠曲相应地变化的电阻值。
3.根据权利要求1或2所述的表面应力传感器，其中，
所述薄膜和所述框架构件通过两对所述连结部即四个所述连结部相连结，
所述挠性电阻分别设于四个所述连结部，
四个所述挠性电阻形成全惠斯通电桥。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的表面应力传感器，其中，
所述薄膜是n型半导体层，
所述挠性电阻是p型半导体层。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的表面应力传感器，其中，
由所述薄膜、所述框架构件和所述连结部形成一体的检测基材，
所述支承基材的线膨胀系数与所述检测基材的线膨胀系数的差为1.2×10－5/℃以下。
6.根据权利要求5所述的表面应力传感器，其中，
所述支承基材的线膨胀系数为1.0×10－5/℃以下。
7.根据权利要求6所述的表面应力传感器，其中，
所述支承基材的线膨胀系数是5.0×10－6/℃以下。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的表面应力传感器，其中，
所述支承基材的厚度为80μm以上。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的表面应力传感器，其中，
从所述薄膜的厚度方向观察时，所述支承基材的外周面和所述框架构件的外周面平齐。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的表面应力传感器，其中，
所述支承基材由包含硅、蓝宝石、砷化镓、玻璃和石英中的任一种物质的材料形成。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的表面应力传感器，其中，
该表面应力传感器还具备封装基板，该封装基板连接于所述支承基材的同与所述薄膜相对的面所在侧相反的那一侧的面。
12.根据权利要求11所述的表面应力传感器，其中，
所述支承基材和所述封装基板通过连接部相连接，该连接部配置于从所述厚度方向观察时与所述薄膜的至少一部分重叠的位置。
13.根据权利要求12所述的表面应力传感器，其中，
从所述薄膜的厚度方向观察时，所述连接部的面积小于所述薄膜的面积。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的表面应力传感器，其中，
该表面应力传感器还具备：
连接层，其设于所述支承基材与所述框架构件之间；以及
槽部，其设于俯视时包围所述空隙部的位置，且形成为贯通所述框架构件和所述连接层。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的表面应力传感器，其中，
该表面应力传感器具备周边膜部，该周边膜部连结于所述框架构件，且从所述厚度方向观察时被所述薄膜、所述框架构件以及所述连结部包围，
所述支承基材与所述周边膜部重叠，
所述空隙部设于所述周边膜部与所述支承基材之间，
在所述周边膜部和所述支承基材中的至少一者形成有贯通至所述空隙部的贯通部，
从所述厚度方向观察时，在所述薄膜和所述连结部这两者与所述周边膜部之间形成有狭缝，
所述狭缝的宽度小于所述贯通部的隔着中心相对的内壁面间的最小距离。
16.根据权利要求15所述的表面应力传感器，其中，
仅在所述周边膜部形成有所述贯通部。
17.根据权利要求15或16所述的表面应力传感器，其中，
所述最小距离处于1μm以上且10μm以下的范围内。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的表面应力传感器，其中，
所述狭缝的宽度处于0.5μm以上且5μm以下的范围内。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的表面应力传感器，其中，
该表面应力传感器具备：
受体，其形成在所述薄膜的同与所述支承基材相对的面所在侧相反的那一侧的面即表面的、包含该表面的中心的区域之上，且产生与所吸附的物质相应的变形；以及
凹凸图案，其设于所述表面中的、距所述框架构件的距离小于将要形成所述受体的受体形成区域距所述框架构件的距离的区域，且该凹凸图案的表面的粗糙度大于所述受体形成区域的表面的粗糙度。
20.根据权利要求19所述的表面应力传感器，其中，
所述凹凸图案由多个凸部或多个凹部连续而成的图案形成。
21.根据权利要求20所述的表面应力传感器，其中，
所述凹凸图案以在所述表面中的、距所述框架构件的距离小于所述受体距所述框架构件的距离的区域的整周范围内将相邻的所述凸部彼此间或相邻的所述凹部彼此间设定为预先设定的距离的方式设置。
22.根据权利要求19至21中任一项所述的表面应力传感器，其中，
该表面应力传感器还具备氧化膜，该氧化膜形成于所述表面中的、所述受体形成区域和设有所述凹凸图案的区域中的至少一者。
23.一种中空构造元件，其中，
该中空构造元件具备：
薄膜，其在被施加的表面应力的作用下挠曲；
框架构件，从所述薄膜的厚度方向观察时，该框架构件与该薄膜分开且包围所述薄膜；
至少一对连结部，从所述厚度方向观察时，该一对连结部配置于夹着所述薄膜的位置，且将该薄膜和所述框架构件连结起来；
周边膜部，其连结于所述框架构件，且从所述厚度方向观察时被所述薄膜、所述框架构件以及所述连结部包围；以及
支承基材，其与所述框架构件相连接，且从所述厚度方向观察时与所述薄膜、所述连结部以及所述周边膜部重叠，
在所述薄膜、所述连结部以及所述周边膜部这三者与所述支承基材之间设有空隙部，
在所述周边膜部和所述支承基材中的至少一者形成有贯通至所述空隙部的贯通部，
从所述厚度方向观察时，在所述薄膜和所述连结部这两者与所述周边膜部之间形成有狭缝，
所述狭缝的宽度小于所述贯通部的隔着中心相对的内壁面间的最小距离。
24.一种表面应力传感器的制造方法，其中，
该表面应力传感器的制造方法具有：
层叠体形成工序，在该层叠体形成工序中，在支承基材的一个面形成凹部，然后向所述支承基材以覆盖所述凹部的方式贴合检测基材，由此形成在所述支承基材与所述检测基材之间设有空隙部的层叠体；
第一离子注入工序，在该第一离子注入工序中，向所述检测基材的同与所述支承基材相对的面所在侧相反的那一侧的面中的、比包含检测基材的中心的预先设定的区域靠外侧的所选择出的一部分的区域注入第一离子；
第二离子注入工序，在该第二离子注入工序中，向所述检测基材的比注入有所述第一离子的区域靠外侧的所选择出的区域注入第二离子；
热处理工序，在该热处理工序中，对注入有所述第一离子和所述第二离子的所述层叠体进行热处理，由此在注入有所述第一离子的区域形成挠性电阻区域，且在注入有所述第二离子的区域形成低电阻区域；
去除工序，在该去除工序中，将包含所述检测基材的中心的预先设定的区域的周围的、除所述低电阻区域和所述挠性电阻区域以外的区域去除，由此形成薄膜、框架构件、至少一对连结部以及挠性电阻，其中，该薄膜在被施加的表面应力的作用下挠曲，从所述薄膜的厚度方向观察时，该框架构件与薄膜空开间隙地包围薄膜，从所述厚度方向观察时，该一对连结部配置于夹着所述薄膜的位置，且将薄膜和所述框架构件连结起来，该挠性电阻的电阻值与在所述连结部产生的挠曲相应地变化；以及
布线层形成工序，在该布线层形成工序中，形成与所述挠性电阻电连接的布线层。
25.根据权利要求24所述的表面应力传感器的制造方法，其中，
在所述层叠体形成工序中，至少在所述支承基材的形成有所述凹部的面形成热氧化膜，之后贴合所述检测基材而形成所述层叠体，
该表面应力传感器的制造方法还具有槽部形成工序，在该槽部形成工序中，在所述检测基材的所述挠性电阻区域和所述低电阻区域的外侧的区域中，去除所述检测基材和所述热氧化膜而形成槽部。
26.一种表面应力传感器的制造方法，其中，
该表面应力传感器的制造方法具有：
层叠体形成工序，在该层叠体形成工序中，在支承基材的一个面形成凹部，然后向所述支承基材以覆盖所述凹部的方式贴合检测基材，由此形成在所述支承基材与所述检测基材之间设有空隙部的层叠体；
第一离子注入工序，在该第一离子注入工序中，向所述检测基材的同与所述支承基材相对的面所在侧相反的那一侧的面中的、比包含检测基材的中心的预先设定的区域靠外侧的所选择出的一部分的区域注入第一离子；
第二离子注入工序，在该第二离子注入工序中，向所述检测基材的比注入有所述第一离子的区域靠外侧的所选择出的区域注入第二离子；
热处理工序，在该热处理工序中，对注入有所述第一离子和所述第二离子的所述层叠体进行热处理，由此在注入有所述第一离子的区域形成挠性电阻区域，且在注入有所述第二离子的区域形成低电阻区域；
区域设定工序，在该区域设定工序中，在所述检测基材的同与所述支承基材相对的面所在侧相反的那一侧的面设定薄膜形成区域、框架构件形成区域、连结部形成区域以及周边膜部形成区域，其中，在该薄膜形成区域中，将要形成在被施加的表面应力的作用下挠曲的薄膜，在该框架构件形成区域中，将要形成从将所述支承基材和所述检测基材层叠起来的方向即层叠方向观察时与所述薄膜分开且包围薄膜的框架构件，在该连结部形成区域中，将要形成从所述层叠方向观察时配置于夹着所述薄膜的位置且将薄膜和所述框架构件连结起来的至少一对连结部，该周边膜部形成区域是从所述层叠方向观察时被所述薄膜形成区域、所述框架构件形成区域以及所述连结部形成区域包围的区域；
蚀刻工序，在该蚀刻工序中，利用蚀刻在所述周边膜部形成区域的同与所述空隙部相对的面所在侧相反的那一侧的面形成贯通至空隙部的贯通部，并且利用蚀刻速率比所述贯通部的蚀刻速率小的蚀刻在所述薄膜形成区域和所述连结部形成区域这两者与所述周边膜部形成区域之间形成贯通至所述空隙部的狭缝；以及
布线层形成工序，在该布线层形成工序中，形成与挠性电阻电连接的布线层，其中，该挠性电阻的电阻值与在所述连结部产生的挠曲相应地变化，
在所述蚀刻工序中，通过形成所述狭缝，从而在所述薄膜形成区域形成所述薄膜，在所述框架构件形成区域形成所述框架构件，在所述连结部形成区域形成所述连结部，在所述周边膜部形成区域形成连结于所述框架构件且从所述层叠方向观察时被所述薄膜、所述框架构件以及所述连结部包围的周边膜部。
27.根据权利要求26所述的表面应力传感器的制造方法，其中，
在所述蚀刻工序中，通过以使所述狭缝的宽度小于所述贯通部的隔着中心相对的内壁面间的最小距离的方式进行蚀刻，从而使形成所述狭缝的蚀刻的蚀刻速率小于形成所述贯通部的蚀刻的蚀刻速率。
28.根据权利要求24至27中任一项所述的表面应力传感器的制造方法，其中，
该表面应力传感器的制造方法具有：
凹凸图案形成工序，在该凹凸图案形成工序中，在所述检测基材的同与所述支承基材相对的面所在侧相反的那一侧的面即表面的、将包含该表面的中心的区域的预先设定的区域的周围包围的区域，形成表面的粗糙度比该预先设定的区域的表面的粗糙度大的凹凸图案；以及
受体形成工序，在该受体形成工序中，在被...
【专利技术属性】
技术研发人员：村上贵宣，望月秀则，平岛大树，加藤静一，小松和磨，
申请(专利权)人：旭化成株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP
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