JP2000275271A - 半導体加速度センサ - Google Patents

半導体加速度センサ

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JP2000275271A
JP2000275271A JP8423399A JP8423399A JP2000275271A JP 2000275271 A JP2000275271 A JP 2000275271A JP 8423399 A JP8423399 A JP 8423399A JP 8423399 A JP8423399 A JP 8423399A JP 2000275271 A JP2000275271 A JP 2000275271A
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JP
Japan
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acceleration sensor
weight
semiconductor acceleration
weight portion
semiconductor
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JP8423399A
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English (en)
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Takuro Nakamura
卓郎 中邑
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Panasonic Electric Works Co Ltd
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Matsushita Electric Works Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 撓み部を薄型化してより高感度の半導体加速
度センサを提供する。 【解決手段】 重り部11と、重り部の側面から側方に
突出して重り部と連動する略平板状の撓み部12と、撓
み部の先端部を支持する支持部13と、を半導体基板を
加工して形成し、撓み部にピエゾ抵抗14を形成した半
導体加速度センサにおいて、撓み部の幅方向を前記重り
部の厚み方向に一致するように撓み部を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車、航空機又
は家電製品等に用いられる半導体加速度センサに関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来この種の半導体加速度センサとして
図6に示すものが存在する。このものは、重り部1と、
該重り部1の側面から側方に突出して重り部と連動する
撓み部2と、撓み部2を支持する支持部3とを半導体基
板を加工して形成し、前記撓み部にピエゾ抵抗4を形成
して構成されている。このものの撓み部2は、撓み部2
の幅方向が重り部1の幅方向に一致しており、また撓み
部2の厚み方向が重り部1の厚み方向に一致するもので
ある。このような構造の半導体加速度センサは例えば特
開平6−109755号公報に記載されているものであ
り、従来の機械式の加速度センサに比べて、小型、高感
度のセンサを実現することができるとともに、低コスト
にて製造可能となるものである。
【0003】また、この半導体加速度センサの製造方法
としては、特開平9−289327号公報に示されてい
るように、高濃度不純物層をシリコン基板に埋め込み形
成した後、エピタキシャル層を形成させた埋込エピ基板
を用いたものが存在する。この方法にあっては、異方性
エッチング後に高濃度不純物層を犠牲層として、フッ硝
酸系のエッチング液(フッ酸:硝酸:酢酸=1::3:
8系の溶液)により犠牲層エッチングして重り部と撓み
部との間の切れ込み構造を形成させている。その他の製
造方法としては、電解エッチングやSOI(Silic
on onInsulator)基板を用いた犠牲層エ
ッチングによるものがあり、該方法によって撓み部の厚
みを所定厚のものとしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような撓み部2の厚み方向が重り部1の厚み方向に一致
する半導体加速度センサにあっては次のような問題点が
あった。
【0005】即ち、埋込エピ基板を用いた犠牲層エッチ
ングにより製造する場合には、撓み部の厚みは高濃度不
純物層の濃度及び拡がり、エピ厚や犠牲層エッチングの
エッチング条件によって決定される。また、SOI基板
を用いて製造する場合には、撓み部2の厚みがSOI基
板作成時の活性層の膜厚に依存するため、所望の撓み部
2の厚みを得ようとすれば対応するSOI基板を入手し
なければならない。また、電解エッチングによる製造で
は、エピ厚、犠牲層エッチングのエッチング条件に撓み
部2の厚みが依存する。つまり、埋込エピ基板を用いた
犠牲層エッチングにより製造する場合、SOI基板を用
いて製造する場合、電解エッチングにより製造する場
合、のいずれの場合であっても、撓み部2の厚みを厳密
に所望の値にすることが困難であるという問題点があっ
た。
【0006】本発明は、上記問題点を改善するために成
されたもので、その目的とするところは、撓み部を薄型
化してより高感度の半導体加速度センサを提供すること
にある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の問題を解
決するために、重り部と、該重り部の側面から側方に突
出して重り部と連動する略平板状の撓み部と、該撓み部
の先端部を支持する支持部と、を半導体基板を加工して
形成し、前記撓み部にピエゾ抵抗を形成した半導体加速
度センサにおいて、前記撓み部の幅方向を前記重り部の
厚み方向に一致するように撓み部を設けたことを特徴と
するものである。
【0008】また、重り部と、該重り部の側面から側方
に突出して重り部と連動する略平板状の撓み部と、該撓
み部の先端部を支持する支持部とを半導体基板を加工し
て形成し、前記重り部の一側面を可動電極とし、該可動
電極に対向して固定電極を設けた半導体加速度センサに
おいて、前記撓み部の幅方向を前記重り部の厚み方向に
一致するように撓み部を設けたことを特徴とするもので
あってもよい。
【0009】そして、前記撓み部の基端部の厚み方向両
側に切り込み溝を撓み部の突出方向と反対方向に向けて
形成することは、撓み部を長くすることができる点で好
ましい。
【0010】前記重り部の過剰な動きを規制するストッ
パー部を前記重り部と同一材料にて形成することで、単
一のシリコンウエハーから半導体加速度センサを製造す
ることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明にかかる半導体加速度セン
サの第一実施の形態を図1、図2に基づいて、第二実施
の形態を図3に基づいて説明する。
【0012】〔第一実施の形態〕図1は、本発明の半導
体加速度センサを示すものであり、(a)は平面図、
(b)はA−A’で切断した側面断面図である。図2は
本発明の半導体加速度センサの要部の斜視図である。
【0013】図1、図2において、半導体加速度センサ
は、重り部11と、撓み部に相当するビーム12と、支
持部13と、ピエゾ抵抗14と、ストッパー15とを有
して構成されており、重り部11とビーム12と支持部
13とストッパー15とはシリコンにより形成されてい
る。
【0014】重り部11は加速度を検出するための慣性
力を生じさせる部分であり、例えば図2に示すように略
直方体としている。そして、該重り部11の対向する二
側面から、互いに遠ざかる方向である側方に突出してビ
ーム12が設けられている。このビーム12は重り部1
1と連動するものであって略平板状に形成されており、
ビーム12の幅方向Wが重り部11の厚み方向D1に一
致するように、ビーム12は重り部11に設けられてい
る。
【0015】支持部13は重り部11を外囲するように
して設けられており、ビーム12の先端が連設されてビ
ーム12を支持するものである。
【0016】そして、ビーム12の基端部12aの厚み
方向D2両側に切り込み溝16がビーム12の突出方向
と反対方向である重り部12の内側方向に向けて形成さ
れている。該切り込み溝16により、ビーム12が実質
的に長くなるようになされており、より一層高感度の半
導体加速度センサとすることができる。
【0017】ピエゾ抵抗14は歪みに応じて抵抗値が変
化するものであり、ビーム12の先端部12bに設けら
れている。
【0018】ストッパー15は、重り部11の他の一対
の側面に各々対向するようにして設けられており、重り
部11の過剰な動きを規制してビーム12を過大な応力
から保護するものである。
【0019】以上の構成の半導体加速度センサにあって
は、加速度に応じてビーム12が撓むことにより、ピエ
ゾ抵抗14を含む不図示のブリッジ回路が加速度に応じ
た電圧を出力し、該電圧により加速度を検出することが
できる。
【0020】そして、該半導体加速度センサでは、ビー
ム12の幅方向Wが重り部11の厚み方向D1に一致す
るように、ビーム12が重り部11に設けられているの
で、トレンチエッチングにより垂直に掘り込み形成が可
能である。従って、ビーム12を精度良く薄型化するこ
とができる。シリコンのトレンチエッチングはRIE
(Reactive Ion Etching)により
行うことができる。
【0021】また、ストッパー15もトレンチエッチン
グにより形成することが可能であるから、従来の技術の
ように別部材を張り合わせる必要がなく、製造工程が容
易となる。また、重り部11が自在に動作可能であるた
めには重り部11と基台部17との間に空洞部18が必
要であるが、犠牲層エッチングにより該空洞部18を設
けることができる。犠牲層エッチングによって空洞部1
8を設けることにより、別体の基台部17を張り合わせ
るという手間を要さず、シリコンウエハーのみから半導
体加速度センサを製造することが可能となる。
【0022】〔第二実施の形態〕図3は、本発明の半導
体加速度センサを示すものであり、(a)は平面図、
(b)はB−B’で切断した側面断面図である。なお、
図3においては前述の第一実施の形態で説明したところ
の半導体加速度センサと同等の箇所には同じ符号を付し
てあるので、同等の箇所の詳細な説明は省略する。
【0023】図3に示す本実施の形態の半導体加速度セ
ンサが、前述の第一実施の形態で説明したところの半導
体加速度センサと異なり特徴となるのは次の構成であ
る。
【0024】即ち、重り部11の一側面を可動電極11
aとし、この一側面に対向するストッパー15の側面を
固定電極15aとして静電容量方式の半導体加速度セン
サとした構成である。該構成にともない、固定電極15
aを設けたストッパー15と基台部18との間に、絶縁
層19を介在させている。絶縁層19はストッパー15
と重り部11との間の絶縁を図るものである。
【0025】また、本実施例では重り部11の可動電極
11aとストッパー15の固定電極15aとには互いに
かみ合うように櫛歯11b、15bがそれぞれ複数設け
てある。
【0026】以上の構成の半導体加速度センサにあって
は、加速度に応じてビーム12が撓むことにより、可動
電極11aと固定電極15aとの間隔が変化し、該間隔
の変化に応じて静電容量が変化するので、該静電容量に
より加速度を検出することができる。
【0027】そして、該半導体加速度センサでは、ビー
ム12の幅方向Wが重り部11の厚み方向D1に一致す
るように、ビーム12が重り部11に設けられているの
で、トレンチエッチングにより垂直に掘り込み形成が可
能である。従って、ビーム12を精度良く薄型化するこ
とができる。
【0028】なお、本第一及び第二実施の形態において
は、一軸の半導体加速度センサについて説明している
が、例えば図4、図5に示すように、複数の半導体加速
度センサを1つのチップ20に軸を異ならせて複数配置
したり、単一の半導体加速度センサが配置されたチップ
21を軸を異ならせて複数実装することにより、多軸の
検出が可能である。
【0029】
【発明の効果】本発明の半導体加速度センサは上述のよ
うに構成してあるから、請求項1記載の発明にあって
は、重り部と、該重り部の側面から側方に突出して重り
部と連動する略平板状の撓み部と、該撓み部の先端部を
支持する支持部と、を半導体基板を加工して形成し、前
記撓み部にピエゾ抵抗を形成した半導体加速度センサに
おいて、前記撓み部の幅方向を前記重り部の厚み方向に
一致するように撓み部を設けたので、トレンチエッチン
グにより垂直に掘り込み形成が可能であり、よって、撓
み部を精度良く薄型化することができるという効果を奏
する。
【0030】請求項2記載の発明にあっては、重り部
と、該重り部の側面から側方に突出して重り部と連動す
る略平板状の撓み部と、該撓み部の先端部を支持する支
持部とを半導体基板を加工して形成し、前記重り部の一
側面を可動電極とし、該可動電極に対向して固定電極を
設けた半導体加速度センサにおいて、前記撓み部の幅方
向を前記重り部の厚み方向に一致するように撓み部を設
けたので、トレンチエッチングにより垂直に掘り込み形
成が可能であり、よって、撓み部を精度良く薄型化する
ことができるという効果を奏する。
【0031】請求項3記載の発明にあっては、前記撓み
部の基端部の厚み方向両側に切り込み溝を撓み部の突出
方向と反対方向に向けて形成したので、より撓み部を長
くすることができ、より高感度の半導体加速度センサを
提供できるという効果を奏する。
【0032】請求項4記載の発明にあっては、前記重り
部の過剰な動きを規制するストッパー部を前記重り部と
同一材料にて形成したので、単一のシリコンウエハーか
ら半導体加速度センサを製造することができるという効
果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体加速度センサの一構成をを示す
ものであり、(a)は平面図、(b)はA−A’で切断
した側面断面図である。
【図2】本発明の半導体加速度センサの要部の斜視図で
ある。
【図3】本発明の半導体加速度センサの他の構成を示す
ものであり、(a)は平面図、(b)はB−B’で切断
した側面断面図である。
【図4】本発明の半導体加速度センサの他の構成を示す
平面図である。
【図5】本発明の半導体加速度センサの他の構成を示す
平面図である。
【図6】従来の半導体加速度センサの一構成を示す平面
図である。
【符号の説明】
11 重り部 12 撓み部 13 支持部 14 ピエゾ抵抗 11a 可動電極 15a 固定電極 15 ストッパー部 16 切り込み溝

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重り部と、該重り部の側面から側方に突
    出して重り部と連動する略平板状の撓み部と、該撓み部
    の先端部を支持する支持部と、を半導体基板を加工して
    形成し、前記撓み部にピエゾ抵抗を形成した半導体加速
    度センサにおいて、 前記撓み部の幅方向を前記重り部の厚み方向に一致する
    ように撓み部を設けたことを特徴とする半導体加速度セ
    ンサ。
  2. 【請求項2】 重り部と、該重り部の側面から側方に突
    出して重り部と連動する略平板状の撓み部と、該撓み部
    の先端部を支持する支持部とを半導体基板を加工して形
    成し、前記重り部の一側面を可動電極とし、該可動電極
    に対向して固定電極を設けた半導体加速度センサにおい
    て、 前記撓み部の幅方向を前記重り部の厚み方向に一致する
    ように撓み部を設けたことを特徴とする半導体加速度セ
    ンサ。
  3. 【請求項3】 前記撓み部の基端部の厚み方向両側に切
    り込み溝を撓み部の突出方向と反対方向に向けて形成し
    たことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の半導体
    加速度センサ。
  4. 【請求項4】前記重り部の過剰な動きを規制するストッ
    パー部を前記重り部と同一材料にて形成したことを特徴
    とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の半導体
    加速度センサ。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007003211A (ja) * 2005-06-21 2007-01-11 Sharp Corp 加速度センサおよびその出力補正方法
JP2008058106A (ja) * 2006-08-30 2008-03-13 Honda Motor Co Ltd 力覚センサ用チップ
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US20110006380A1 (en) * 2009-07-10 2011-01-13 Yamaha Corporation Uniaxial acceleration sensor

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