JPH08220134A - 捩りビーム式加速度計の検出要素 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 容量性の捩りビーム式加速度計であって、上
部プレートに多数の通し孔を形成せずに広域周波数に応
答でき、重量側および軽量側のキャパシタの電気的幾何
形状が実質的に等しい加速度計の検出要素を提供する。 【解決手段】 基体１０と、基体に配置されて撓み軸線
のまわりに回転可能な検出部材１２とを有し、撓み軸線
の片側の小さい面積の検出部材の部分３８を軽量側と
し、大きな面積の他側の部分４０を重量側とする。基体
上の導電面１６，１７，１８と検出部材１２との間に撓
みキャパシタが形成される。重量側には撓み軸線に直角
な方向に延在するスロット３３が形成される。このスロ
ット３３は、重量側のキャパシタの幾何形状を変化さ
せ、電荷の拡散が生じる中で、電気的な幾何形状を一致
させるように作用する。また、スロット３３が空気の流
通を可能にすることで、周波数の応答性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は加速度計に使用され
る極小の半導体の容量性検出要素に関する。特に、本発
明は応答性を向上させた容量性検出要素に関する。

【０００２】

【従来の技術】非電気量を電気信号に変換する変換器
は、測定したい特定の物理量、特性または状態に応答し
て使用可能な出力を与えるように設計されている。「検
出要素」の用語は、この変換器全体、ならびに多段階か
らなる変換処理における第１段階を遂行する変換部材、
の両方を定義するために使用されている。本発明の目的
に関しては、後者の定義が採用される。

【０００３】加速度を測定するために使用される検出要
素を備えた変換器は、加速度計として知られている。自
動車工業の分野における加速度計の応用例には、エアバ
ッグ装備のための衝突センサーや、アクティヴ・サスペ
ンション構成部材のための走行運動（ｒｉｄｅ ｍｏｔ
ｉｏｎ）センサーに対する組み込みが含まれる。

【０００４】最近、従来の集積回路の処理法を適用する
ことにより、加速度計の検出要素が一部をシリコンで作
られるようになってきた。例えば、米国特許第４４８３
１９４号は、一体処理された捩りバーにより隣り合う２
つのコーナーにて懸架されているフラップで構成された
加速度計の検出要素を開示しており、この捩りバーは停
止時または定速運転時には、平面状のガラス基体に溶着
されている導電電極から上方へ一定距離をあけてフラッ
プを保持して、フラップと電極との間にキャパシタを形
成する。この装置の平面に鉛直な加速度によりフラップ
はトーションバーの軸線のまわりに回転して、フラップ
と電極との間のキャパシタンスを変化させる。キャパシ
タンスの変化はブリッジ形式の回路において標準キャパ
シタンスに比較される。いずれの場合も、温度変動およ
び部材の経時に伴うキャパシタンスの変化は、多くの精
密な応用例に対する米国特許第４４８３１９４号の装置
の応用を不適当としている。更に、キャパシタンスの変
化は加速度に対して非線形であり、したがって出力信号
は加速度に正確に追従しない。

【０００５】参照することで本明細書に組み入れられる
米国特許第４７３６６２９号は、半導体基体に取り付け
られた受け台を取り囲む内部開口を有する金属製の上部
プレートで構成された検出要素を使用した加速度計を開
示している。この受け台は、そこから金属プレートまで
延在する１組の捩り部材によって金属プレートに連結さ
れている。これらの捩りアームの位置および（または）
金属プレートの幾何形状は、その捩りバーの軸線の各側
のプレート部分が不等モーメントを有することを確実に
する。基体に鉛直な加速度に応答して、捩り部材が定め
ている撓み軸線のまわりに金属プレートが回転して、第
１および第２のキャパシタのキャパシタンスを変化させ
る。

【０００６】捩りバー軸線のいずれの側のキャパシタも
同一材料で作られており、したがって温度、部材の経時
変化などの影響を等しく受けることから、米国特許第４
７３６６２９号に開示されたこのような装置は、米国特
許第４４８３１９４号の装置に勝る改良をあらわしてい
る。更に、１組のプレートのキャパシタンスが増大し、
他方のキャパシタンスは減少するので、加速度計の感度
は単一キャパシタンスであるが標準に比較対照して向上
され、出力は実質的に線形性が向上する。しかしなが
ら、米国特許第４７３６６２９号の装置は半導体処理技
術により容易に製造することができず、また大きく減衰
されるので広範囲の加速度に対して敏感でない。

【０００７】米国特許第５２２０８３５号はキャパシタ
ンス加速度計を開示し、この装置は誘電基体および半導
体の上部プレートを有しており、この上部プレートの撓
み軸線を定める捩りビームが環状リングに取り付けら
れ、この環状リングが１組のビームによって捩りビーム
の平面内で且つその撓み軸線に直角な方向にて支持受け
台に連結されている。この構造は、熱応力を生じたとき
に捩りビームに圧縮ではなく引張りを与え、捩りビーム
がその状態で撓みまたは座屈する可能性を減少し、装置
の線形性を向上させるとともに、下部プレート電極と接
触するようになる上部プレートの撓みを減少し、上部プ
レートと下部プレートとの間に形成されたキャパシタを
短絡させる。

【０００８】関連する米国特許出願第０８／０４３６７
１号には、その性能が著しく向上された捩りバー式加速
度計が開示されている。米国特許出願第０８／０４３６
７１号に開示され、本明細書の図７に示されている装置
では、加速度計の上部プレートはボロンをドープ塗布し
た単体シリコン基体であり、この上部プレートには内部
開口が形成されて、捩りアームによりこのプレートに連
結される受け台を取り囲むようになっている。上部プレ
ート、捩りアーム、および受け台の全ては、集積回路の
処理技術から適用される処理によって同一のシリコンウ
ェーハで形成され、したがって経済的に製造できる。広
域周波数に対する応答性に関する限界を解決するため
に、上部プレートは多数の通し孔を有し、装置の平面に
鉛直な加速度に応答してプレートが捩りバー軸線のまわ
りに回転するときに、プレート間の面積部分に対して流
出または流入する空気の流れを可能とする。それ故に、
米国特許出願第０８／０４３６７１号の装置は従来装置
に比較して応答範囲がかなり向上している。

【０００９】米国特許第４７３６６２９号、米国特許出
願第０８／０４３６７１号、および米国特許第５２２０
８３５号の装置では、オフセットを解消して線形作動を
行わせるために必要とされる２つのキャパシタの幾何学
的な対称性は、２つのキャパシタの上部プレートを形成
する可動プレート、すなわち「傾斜プレート」、の表面
積が等しくないという事実によって、部分的に消失して
いる。作動においては、作動時に平坦な基体上の電極に
誘起される電荷は、その電極を取り囲む面積部分に移入
することになり得る。基体が通常は絶縁体とみなされる
ガラスであっても、制限されたコンダクタンスが、特に
高温度で、そのような電荷の拡散を生じ得るようにさせ
る。例え導電電極表面の物理的な幾何形状が同一であっ
たとしても、より大きなモーメントの、したがってより
大きなプレート面積を有する装置のアームが、反対側の
アームとは異なる大きな電気的幾何形状を有することに
なる。２つのキャパシタの有効面積の差が応答の非線形
性を増大させる。更に、電荷の拡散はキャパシタの上部
プレートと下部プレートとの間の静電気的な吸引力を増
大させてプレートを傾斜させ、出力のドリフトを引き起
こす。更に、米国特許出願第０８／０４３６７１号の装
置における半導体上部プレートの多数の通し孔は、プレ
ートの有効面積部分を減少させる。測定されるキャパシ
タンスの変化はフェムトファラッド（１０^-15 ファラッ
ド）の桁であるので、これらの欠点は高精度の加速度測
定においてかなり重大である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、「重量側」および「軽量側」のキャパシタの電
気的幾何形状が実質的に等しい加速度計の検出要素を提
供することである。

【００１１】本発明の他の目的は、捩りビーム式加速度
計における上部プレートに多数の通し孔を形成すること
を必要とせずに、広域周波数に応答する加速度計の検出
要素を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、実質的に平坦
な基体と；この基体の上方に平行に配置されて撓み軸線
のまわりに回転可能な検出部材であって、撓み軸線の片
側における検出部材の部分が撓み軸線の他側における検
出部材の部分よりも面積を大きくされた検出部材と；撓
み軸線のまわりで基体上に実質的に対称的に配列された
第１および第２の導電面であって、第２導電面は検出部
材の大きい側と協動して重量側の撓みキャパシタを形成
し、第１導電面は検出部材の他側と協動して軽量側の撓
みキャパシタを形成する前記第１導電面および第２導電
面と、少なくとも１つの次元における第１導電面の実質
的な物理的幾何形状に重量側キャパシタの電気的幾何形
状を制限するために有効な絶縁手段とを含み；基体表面
に鉛直な加速度に応答して撓み軸線のまわりに検出部材
が回転するように、またその回転に応答して重量側およ
び軽量側のキャパシタのキャパシタンスが変化するよう
になされた容量性の捩りバー式加速度計の検出要素であ
る。

【００１３】この目的とする加速度計の検出要素は更
に、平坦な基体と；少なくとも１つの第１内部開口を有
する平坦な検出部材と；この検出部材を基体の上方に取
り付けるために第１内部開口の内部に配置された取付け
手段であって、基体の平面に鉛直な加速度に応答して検
出部材が周りを回転する撓み軸線を定める２つの対向し
た捩りアームを有する受け台を含み、捩りアームが検出
部材に固定されてなる取付け手段と；検出部材と一体に
導電材料で作られて、重量側プレートの方が軽量側プレ
ートよりも面積の大きい軽量側プレートおよび重量側プ
レートと；重量側および軽量側の撓みキャパシタを形成
している２組の導電プレートであって、重量側撓みキャ
パシタは重量側プレートとその下方の基体上の導電面と
を含み、軽量側撓みキャパシタは軽量側プレートとその
下方の前記基体上の導電面とを含み、軽量側および重量
側の撓みキャパシタが撓み軸線の反対両側に実質的に対
称状に配列されている２組の導電プレートと；重量側プ
レートに形成されて内部開口の近くから撓み軸線に直角
に延在している第１および第２のスロットであって、ス
ロットの内側長縁は重量側プレートの下方の基体上の導
電面の外側長縁に実質的に一致しており、これらのスロ
ットは撓み軸線に直角な方向に基体上の導電面の実質的
な長さ部分に延びている第１スロットおよび第２スロッ
トとを有する検出要素である。

【００１４】好適例では、下部プレートは重量側撓みキ
ャパシタの各側に自己試験用キャパシタプレート（電
極）を有し、この自己試験用キャパシタプレートはその
直ぐ上方の重量側プレート部分と相互作用して、その電
極に印加された自己試験用電圧に応答して撓み軸線のま
わりに上部プレートの意図した回転を与えることができ
る。エアバッグ膨張装置に関するような幾つかの応用例
では、この自己試験用電圧は車両の前端部衝突で予想さ
れるのと同様の撓みが得られるように選定される。

【００１５】本発明の他の様々な目的、特徴および得ら
れる利点は、添付図面と関連させて考えるとき、以下の
詳細な説明から本発明の理解が深まるにつれて一層十分
に認識されよう。図面において、可能な範囲で同じ符号
は幾つかの図を通じて同様または同一の部品を表してい
る。本願に含まれる図面は、特許請求の範囲にて明らか
にされる本発明を限定するものと考えるべきではない。

【００１６】本発明の検出要素は作動の線形性の向上、
および高精度な加速度の測定、特に移動車両の物体との
衝突に関連して生じる加速度の測定に関する信頼性の向
上を特徴とする。この向上された作動は、軽量側および
重量側の上部プレートキャパシタを電気的な意味で互い
に実質的に等価にする上部プレートを形成することによ
って可能となる。同時に、重量側の上部プレートの加速
度検出部分の周囲に配置された平行スロットは、上部プ
レートと基体との間に流入または流出する空気の流れを
形成し、これによりプレート面積部分を減少させること
なくプレートの周波数応答性をかなり向上させる。圧潰
フィルム減衰（ｓｑｕｅｅｚｅ−ｆｉｌｍ ｄａｍｐｉ
ｎｇ）を更に低減させるために空気を移動させる追加の
通路が望まれるならば、これらの通路は米国特許出願第
０８／０４３６７１号におけるように追加できるが、通
し孔の通路の個数はかなり減少されるであろう。本発明
の検出要素は０．５〜１０００Ｇの範囲で加速度に応答
し、０〜５０００Ｈｚの測定帯域を有し、また２〜２０
の減衰比を有する。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の２つの対向する
形状の加速度計検出要素を使用した完全な差動加速度変
換器を示している。図１において、アルミニウムで作ら
れるのが好ましい結合パッド４４は受け台４２の頂部に
形成されており、図３の断面図で更に明確に見ることが
できる。接続ライン４６が結合パッド４４を結合パッド
４８に接続しており、この結合パッド４８は誘電基体１
０の表面１４上に位置することが好ましく（図２）、ま
た結合パッド４８はコネクタ４６ａで集積回路に電気的
に接続され、この集積回路は加速度に応答した重量側お
よび軽量側のそれぞれのキャパシタのキャパシタンスの
変化を適当な出力信号に変化する。基体に形成されてい
る下部重量側電極１８はトレース２０により同様に結合
パッド２４に接続され、そこから集積回路にワイヤー２
０ａで接続される一方、下部軽量側電極１６はトレース
２３で結合パッド２６に同様に接続され、そこからワイ
ヤー２３ａで集積回路に接続される。基体表面１４上の
自己試験用電極導電プレート１７は導電ブリッジ１７ａ
で相互接続され、またトレース２７、結合パッド２５、
接続ワイヤー２７ａで集積回路に接続される。重量側上
部プレート４０は撓み軸線２８（図２参照）の大きな重
量側に位置する撓み可能な上部本体１２の部分であっ
て、スロット３３で３つの部分４０ａ，４０ｂ，４０ｃ
に分けられ、部分４０ｂは下部導電プレート１８ととも
に重量側撓みキャパシタを形成し、また部分４０ａ，４
０ｃは下部導電プレート１７とともに自己試験用キャパ
シタを形成している。軽量側上部プレート３８は撓み軸
線２８の小さな軽量側に位置する撓み可能な上部本体１
２の部分で、下部導電プレート１６とともに軽量側の撓
みキャパシタを形成している。

【００１８】図２を参照すれば、検出部材８は実質的に
平坦な基体１０および撓み可能な上側本体の検出要素１
２を含む容量性検出要素であり、検出要素１２は基体１
０の上方に平行に配置されている。

【００１９】基体１０はガラス、セラミック、窒化物ま
たはプラスチックのような固体の誘電材料で作られる。
基体１０はガラスであってシリコンに非常に近い熱膨張
係数を有することが最も好ましい。基体１０として使用
するのに好適なガラスは、米国ニューヨーク州コーニン
グ所在のダウ・コーニング社から購入できるコーニング
コード＃７７４０である。基体１０は０．２〜１．５ミ
リメートルの厚さを有することが好ましく、０．５〜
０．８ミリメートルであるのが最も好ましい。

【００２０】固定の導電プレート１６，１８が基体１０
の実質的に平坦な上面１４に取り付けられており、これ
らのプレートは図２に点線で示されている。固定の導電
プレート１６，１８は金属で構成されており、寸法およ
び形状が互いに等しいことが好ましく、撓み軸線２８に
対して対称的に配置されることが好ましい。固定の導電
プレート１６，１８はそれぞれ軽量側および重量側のキ
ャパシタの下部プレートを形成している。以下に一層詳
細に説明するように、上部プレート３８，４０ｂは撓み
可能な上部本体１２の、軽量側および重量側のキャパシ
タを形成するために固定プレート１６，１８に対応する
それぞれの部分である。

【００２１】固定の伝導プレート１７は重量側の固定の
導電プレート１８を跨いで自己試験用キャパシタの下部
プレートを形成しており、重量側プレート４０のこれら
の部分４０ａ，４０ｃは対応する上部プレートを形成し
ている。使用において、自己試験用固定導電プレート１
７および可動プレート４０の間に印加される自己試験用
電圧は、撓み軸線と反対側の装置の側に対応する自己試
験用キャパシタがない場合に可動プレートを撓ませる。
自己試験用固定プレート１７および可動プレート４０の
間に印加される所定の電圧差により生じた撓みは、部材
１８および４０ｂ、そして部材１６および３８の間に形
成される撓みキャパシタで測定することができ、したが
って装置の作動状態を確認できる。自己試験用電圧が一
般に付与され、車両の電気装置のパワーアップによって
その撓みが測定されるのである。

【００２２】各種金属が固定プレート１６，１７，１８
の形成に適当であるが、金属の組み合わせも好ましく使
用される。適当な組み合わせはクロム下層プラチナであ
り、クロムは５０〜１０００Åの厚さを、プラチナは５
０〜３０００Åの厚さを有する。クロム層が１５０〜３
００Åの厚さで、プラチナ層が５００〜１５００Åの厚
さであることが好ましい。クロム層が２００Åの厚さ
で、プラチナ層が１０００Åの厚さであることが最も好
ましい。当業者には、金属フィルムの全厚が１００Å〜
約４０００Åの範囲であることは認識されよう。

【００２３】基体表面１４には導体１９，２０，２３も
配置されており、これらはそれぞれ固定プレート１７，
１８，１６を変換器または加速度計の残部に接続する。
これらの電気的接続も金属で形成されており、アルミニ
ウムで形成されることが最も好ましい。図１を一瞥すれ
ば、導体２０，２３は図２の導体２０，２３に相似であ
ることが分かるであろう。図１はまた、様々な導体がそ
れぞれの結合パッドに接続され、それらの結合パッドか
ら導体が最終的に検出部材８を加速度計または変換器の
残部を含む集積回路に接続することを示している。図１
において、自己試験用電極は内部で接続されて、図２の
実施例に比較した場合に１つ少ない導電ワイヤーおよび
結合パッドを必要とする。各種の接続ワイヤー、結合パ
ッドなどは、請求項に係る本発明の他の概念をよく示す
ために図２で省略されていることに留意されたい。

【００２４】図２を再び参照すれば、撓み可能な本体１
２は実質的に平坦であり、基体１０の上面１４より上方
に配置されていて、この上面１４に鉛直な重力または加
速度力の両方が作用しない状態で上面１４と平行であ
る。撓み上部本体１２は受け台３０で構成され、受け台
３０は内部開口３２で囲まれるとともに捩りアーム３６
で検出要素の主本体１２に連結されている。主本体１２
の撓み部分は上述したように実質的に平坦で、固定導電
プレート１６，１８の上方にそれぞれ位置する上部プレ
ート３８，４０を含んでいて、第１撓みキャパシタおよ
び第２撓みキャパシタを形成する。撓み上部本体１２は
０．１〜１０ミリメートルの長さおよび約０．０５〜
５．０ミリメートルの幅を有する。撓み本体１２は約１
ミリメートルの長さおよび約０．５ミリメートルの幅を
有することが最も好ましい。

【００２５】撓み上部本体１２は、上部プレート３８が
撓み軸線２８のまわりの上部プレート４０の全モーメン
ト（すなわち質量×モーメントアーム）よりも実質的に
小さい全モーメントを有するような形状である。したが
って、上面１４に鉛直な加速度に応答して撓み本体１２
が撓み軸線２８のまわりを回転し、その回転角度が加速
度の大きさにほぼ比例するとともに、回転すなわち撓み
の方向は加速度の方向に一致するということが認識され
よう。

【００２６】撓み上部本体は、その上部本体と一体化さ
れた導電性の重量側プレートおよび軽量側プレートを含
むことが好ましい。「一体化」とは、それらの２つのプ
レートが全体として一体構造を形成することを意味す
る。したがって、例えば上部本体がガラスであるとすれ
ば、導電プレートはそのガラス表面にしっかりと沈着さ
れた金属部分とされることができる。上部本体が半導体
であるならば、導電プレートはその上部本体の寸法と同
延で、それと区別できないものとされるか、または金属
化などにより、プレート面積部分へのドープ塗布物質の
増大拡散によって供される更に導電性の高い領域すら含
んでいてもよい。特に、上部本体を構成する基本的材料
が何であっても、例えば単結晶シリコン、ガラスまたは
要求の緩い応用例における金属であろうとも、重量側お
よび軽量側のプレートの両方が単一ウェーハまたは構造
材料部片で同時に形成されることが非常に好ましい。

【００２７】捩りアーム３６は内部開口３２の中に配置
され、受け台３０を撓み上部本体１２に連結する。捩り
アーム３６が、撓み軸線２８を形成する。上面１４に鉛
直な加速度に応答して、上部プレート３８，４０が撓み
すなわち撓み軸線２８のまわりの回転を生じて、固定導
電プレート１６と上部プレート３８および固定導電プレ
ート１８と上部プレート４０ｂとでそれぞれ形成される
第１撓みキャパシタのキャパシタンスおよび第２撓みキ
ャパシタのキャパシタンスに差を生じる。スロット３３
は、撓み軸線２８を囲む内部開口の近くから該軸線に直
角に、撓み上部本体１２の最外縁１２ａへと延在してい
る。

【００２８】図３を一瞥すれば、受け台３０は基体１０
の上面１４に取り付けられており、また上部本体１２の
下方の受け台の高さだけ基体１０より上方に設定され、
これにより基体と上部本体との間に間隙４７を形成して
いることが見られる。上部本体１２は半導体材料で作ら
れること、および受け台３０と捩りアーム３６とは従来
の半導体処理技術で上部本体１２と一体的に形成される
ことが好ましい。しかしながら、実際には、上部本体１
２は他の材料、例えば金属またはガラスで作られること
ができ、その上に導電面が付与され、受け台および捩り
アームは別個に製造されて適当に上部本体および基体に
結合される。上部本体１２は受け台３０および捩りアー
ム３６とともにボロンをドープ塗布された単結晶シリコ
ンで作ることができる。以下に説明するように、受け台
３０は基体１０に陽極結合されることが最も好ましい。
受け台３０の凹部４２の中に金属の結合パッド４４が据
え付けられる。結合パッド４４はアルミニウム製である
ことが最も好ましい。図１を参照すれば、接続ワイヤー
４６が結合パッド４４を結合パッド４８に接続すること
が見られる。導体４８ａは上述した集積回路につなが
る。

【００２９】図４を参照すれば、撓み上部本体の検出要
素１２は図２の断面４−４で示されている。上部本体１
２の部分４０ａ，４０ｃは基体１０の上面１４の導電性
の下部プレート１７とともに自己試験用キャパシタを形
成しており、このキャパシタは上部本体１２とプレート
１７との間に自己試験用電圧を印加されることで本体１
２を基体１０へ向けて撓ませる。撓み上部本体１２の部
分４０ｂは、導電性の下部プレート１８とともに、重量
側の撓みキャパシタを形成している。スロット３３が撓
み軸線２８（図２）の近くから上部本体１２の重量側の
最外縁１２ａ（図２）へ向けて延在している。スロット
３３の最内長縁３３ａは、導電プレート１８の最外長縁
とほぼ一致している。導電プレート１６，１８の幅は対
応する上部プレート４０ｂ，３８の幅より僅かに大きい
ことが好ましく、したがって最内長縁３３ａが導電プレ
ート１８の最外長縁１８ａの直ぐ内側にあることが好ま
しい。前述のことは、基体上の導電プレートの「外側長
縁に実質的に一致する」という用語を定義する。

【００３０】図５は他の実施例を示しており、撓み上部
本体１２のスロット３３は最外縁１２ａまで完全に延び
ていない。上部本体１２の部分４０ａ，４０ｃは、図２
に既に示したように自己試験用電極の上部を形成してい
る。上部本体１２の部分４０ｂ，３８は、それぞれ重量
側および軽量側の撓みキャパシタの上部を形成してい
る。受け台、結合パッド、内部開口および捩りアームは
既に説明した通りである。

【００３１】本発明の加速度計の検出要素の基体１０の
平面に鉛直な加速度は、可動プレート１２の重量側が軽
量側よりも大きなモーメントを有するが故に、可動プレ
ートを撓み軸線のまわりに回転させる。この回転は重量
側のキャパシタンスに一方向の変化を生じ、軽量側のキ
ャパシタンスに反対方向の変化を生じる。例えば、可動
プレート１２の重量側４０が基体に接近するように回転
するならば、重量側と固定の導電プレート１８との間の
キャパシタンスは増大するが、軽量側３８と固定の導電
プレート１６との間のキャパシタンスは減少する。キャ
パシタンスの差はキャパシタンスの合計値で除されて加
速度に対して実質的に線形となり、標準回路により加速
度に比例したアナログまたはデジタルの信号に変換され
る。

【００３２】装置の線形性、特にドリフトのない応答性
は、軽量側および重量側の撓みキャパシタの全体的な対
称性およびこの対称性の保全に依存する。軽量側では、
上部プレート３８は下部の固定の導電プレート１６と実
質的に同じ寸法および幾何形状である。重量側の上部プ
レート４０と下部固定導電プレート１８とが撓み軸線の
反対側の対応する部材（３８，１６）と同じであるなら
ば、全体的な対称性が得られる。しかしながら、重量側
は軽量側よりも大きな質量を有して加速度に応答して撓
まなければならないので、また一方の上部可動プレート
４０（部分４０ａ，４０ｃ）と他方の固定導電プレート
１７との間に形成される自己試験用キャパシタを有する
ことが望ましいので、固定の導電プレート１６，１８は
寸法、相対位置および形状において同一とされ得るとは
言うものの、重量側上部プレート４０は軽量側上部プレ
ート３８よりも格段に大きい。

【００３３】誘電基体が完全な絶縁体であるならば、幾
何形状の同じ重量側キャパシタおよび軽量側キャパシ
タ、およびそれらのキャパシタの撓み軸線のまわりの対
称的な配置により、装置の電気的な対称性が保持され
る。しかしながら、基体の導電性が比較的小さいので、
固定の導電プレート１６，１８に加わった電荷がそれぞ
れの導電面の境界を超えて拡散可能である。先ず最初
に、図６または図７に示された幾何形状の装置に何が起
こるかを考える。大きな導電プレート４０がその下側の
小さな電極１８の上方に存在することで電界を形成し、
この電界は、１８ｂの陰の部分に示されるように小さな
電極の縁を超える電荷の拡散を引き起こす。上部プレー
トに像帯電を誘起させることにより、この電荷は２つの
電極の間に吸引力を発生し、上部プレート１２を傾斜さ
せて、重量側のキャパシタンスを増大させるとともに軽
量側のキャパシタンスを減少させる。これは、加速度計
の出力にドリフトを生じる。この影響は、軽量側の下部
電極から拡散する電荷が厳密に正しく行われて等しい相
対する均衡力を生じる場合にのみ無効化することができ
る。しかしながら、この影響は制御することができな
い。

【００３４】この影響は図１から図５の幾何形状によっ
て実質的に排除できる。この装置によれば、電極１６，
１８はそれらの上方にそれぞれ位置するプレート３８，
４０ｂよりも僅かに広く且つ長く作られている。好まし
い幅は、下部電極１８の長縁１８ａをスロット３３で形
成された間隙内の中ほどに位置させ、下部電極の外側長
縁１８ｃがプレート４０ｂの外縁を同じ距離ほど超えて
延在するようにする幅である。軽量側の下方の電極１６
は同一寸法でなければならない。この方策の採用によ
り、電荷の拡散の影響は２つの方法で減少される。第１
に、上部プレート電極は下部電極よりも小さいので、形
成される電界は電荷の拡散を抑制する傾向を示す。第２
に、電荷の拡散が生じるとしても、電荷の拡散は上部電
極の面積部分の外側で生じ、また吸引力は全く発生しな
い。したがって、電極の４つの縁のうちの３つの縁にお
ける電荷の拡散の影響は排除される。電荷の拡散は受け
台に向かって内方へ生じ得るが、電極の内縁に作用する
不均衡力のモーメントアームが非常に小さいので、その
影響は最小限となり、また長方形の電極の縦横比を調整
して横方向縁を短縮することができる。

【００３５】本発明では、電気的な対称性は、重量側撓
みキャパシタの電気的幾何形状を少なくとも１つの次元
において直下の基体上に位置決めされた導電プレート１
８の物理的幾何形状に実質的に制限するのに有効な絶縁
手段によって、復元される。少なくとも１つの「次元」
とは、幾何形状が撓み軸線に実質的に直角な方向でキャ
パシタの幾何形状の少なくとも一方の側、好ましくは反
対両側に沿って制限されることを意味する。基体上の
「重量側」下部固定導電プレート１８を形成する電極
が、撓み軸線に直角な長縁とこの軸線に平行な横縁とを
有する直線形状であることが好ましい。しかしながら、
基本的には、台形、円形、楕円形または他の形状のよう
な別の形状をしたプレートが同様に使用できる。その場
合、「次元」は、撓み軸線から離れる電極の長手方向の
外形に全体として沿うスロットまたは他の絶縁手段を形
成して、そのような直線的な形状の周辺の実質的な部分
を重量側プレートの残部から絶縁することと解釈され
る。

【００３６】好ましい絶縁手段は、受け台を囲む上部本
体の内部開口の近くから装置の最外縁へ、またはその近
くまで延在する連続したスロット、好ましくは２つの平
行なスロットを有するが、このスロットをその長さに沿
って最小限で断続させることは、本発明の精神から逸脱
しない。更に、上部本体が非導電材料で作られるなら
ば、撓みプレートの面積部分の有効な絶縁は、下部プレ
ートの電位に保持される導電材料の囲みトレースを使用
して達成することができる。半導体の上部本体は、撓み
軸線に直角に延在する２つの平行な拡散チャンネルによ
って上部プレートを断絶する二酸化珪素で作られたチャ
ンネルを有していても良い。この二酸化珪素チャンネル
は、他にマスキングおよび拡散段階によって形成される
ことができる。好ましい実施例で使用されるように、最
内縁３３ａ（図４）でスロット３３は、それらの間に軽
量側上部プレート３８の幾何形状と同じ幾何形状の重量
側プレート部分４０ｂを形成する。好ましい実施例で
は、下部固定導電プレート１８（重量側撓みキャパシタ
を形成している）の上方の上部プレートの面積部分と、
上部プレートの残部の部分、すなわち自己試験用固定導
電プレート１７の上方の部分４０ａ，４０ｂとの間のス
ロットの幅は、０．０２〜０．１ｍｍ台であり、０．０
４〜０．０８ｍｍであることが好ましい。

【００３７】上部プレート３８，４０と表面１４との間
に既に取り込まれている「粘性」空気は、このスロット
および形成されているならば任意の通し孔を通って、上
方へ流れることができる。この結果、検出要素の全減衰
比は減少し、センサー応答速度が増大する。所望の応答
特性を得るために、複数の通し孔がスロットに加えて使
用できる。小さな面積部分で出来るだけ大きいキャパシ
タンスを与えるために、撓み本体１２と上面１４との間
の間隙４７は上部プレート３８，４０の寸法に対して非
常に小さくされる。実際に、間隙４７は約１〜１０ミク
ロン、好ましくは５〜７ミクロンである。この結果、実
質的な減衰作用は、表面１４と上部プレート３８，４０
との間の「圧潰」が生じたときの空気の排出に抵抗する
傾向から生じる。

【００３８】図６に示した検出要素は、狭い測定帯域幅
を生じる減衰比である。実際にこの減衰は非常に大き
く、大きな減衰はいかなる実質的な振動も許容しないの
で、装置の固有の共振振動数を確認することが困難であ
る。このような「応答」特性は望ましくない。何故な
ら、センサーの応答が遅すぎ、加速度信号の所望周波数
成分に応答しないからである。このことは、エアバッグ
配備のための自動車の衝突センサーへの使用を意図した
加速度計用の検出要素に関して特に顕著である。

【００３９】図６に示した検出要素が撓み上部本体１２
と基体１０との間の間隙（図３を参照されたい）にガス
を収容しているなら、撓み軸線のまわりの上部本体の撓
みはその間隙に配したガス、好ましくは乾燥窒素、の抵
抗を受ける。撓みは圧縮すなわちラリフィケーション
（ｒａｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ）を生じて、ガスはこの間
隙に流入または流出するように押しやられる。この「圧
潰フィルム作用」は大きな減衰を生じ、それ故に低周波
数範囲を生じる。

【００４０】図７には図６と同じ参照数字が使用されて
いる。しかしながら図７では、周波数範囲および応答時
間が上部プレート３８，４０の部分に多数の通し孔を組
み入れることで向上している。しかしながら、１６ｂお
よび１８ｂで示される電荷の拡散は電気的な幾何形状に
まだ影響して、軽量側キャパシタと重量側撓みキャパシ
タとの間にキャパシタンスの差を生じ、時間を経て出力
にドリフトを生じる。更に、上部プレートの電気的に活
性な部分、すなわちキャパシタプレート１６，１８の直
ぐ上方の部分に配置された比較的多数の孔が、両プレー
トのキャパシタンスの減少、従って低感度を生じる。

【００４１】既に示したように、本発明の検出要素の撓
み上部本体１２はボロンをドープ塗布したシリコンで構
成することが好ましい。ボロンドープ塗布シリコンの使
用は、ヒステリシスおよびクリープの問題を実質的に排
除して、検出要素８の全体的な精度および信頼性を増
す。ここで使用したボロンドープ塗布シリコンの濃度
は、上部プレート３８，４０（図２）が十分な質量およ
びモーメントアームを有して検出要素８の感度が制御さ
れ、所望レベルの感度に達するような検出要素を形成す
る。好適な撓み本体１２のシリコンは、１×１０¹⁹ｃｍ
^-3またはそれ以上のボロン濃度を有することが好まし
い。このボロンの濃度は、撓み本体１２の平面に対して
対称的でなければならない。撓み本体１２の厚さに沿っ
てボロン濃度が幾分変化し得るが、ボロン濃度は１×１
０¹⁹ｃｍ^-3より小さくてはならない。上部プレート３
８，４０の質量の差が大きくなるほど、検出要素８の感
度は大きくなる。

【００４２】撓み本体１２を形成するためにボロンドー
プ塗布シリコンを使用することは、米国特許第４７３６
６２９号に開示されている金属上部プレートの性能の利
点を与えるだけでなく、ヒステリシスおよびクリープ、
並びに高応力状態および機械的な力によって生じる望ま
しくない塑性変形のような問題を排除する。好適なボロ
ンドープ塗布シリコンの撓み本体１２を形成するために
粒界のない単結晶シリコンが使用されるので、ヒステリ
シスは排除される。壊滅的な破損を生じるまで塑性変形
を示さないシリコンの独特な特性が、クリープ排除の原
因である。

【００４３】ボロンドープ塗布シリコンおよび好ましい
ガラス誘電基体の使用は、熱膨張係数が大きく相違する
材料を使用することによって生じる応力を実質的に減少
させる。ボロンドープ塗布シリコンの単結晶構造は、金
属および多結晶材料に比較して非磁性で化学的に一層安
定して不活性であり、さらに有利である。また、この単
結晶構造は、これらの材料よりも更に機械的に安定して
いる。

【００４４】多数の通し孔の存在は、加速度計の検出要
素の帯域幅を増大するが、キャパシタンスを減少させる
作用がある。細長いスロットすなわちチャンネルは本発
明の検出要素の重量側上部プレート４０に存在してお
り、上部プレート４０と基体１０との間の領域に空気を
流入および流出可能にして、装置の電気的対称性を向上
させることに加えて、装置の帯域幅をかなり拡げる。よ
り大きな帯域幅が望ましいならば、通し孔をさらに用い
ることができる。これらの通し孔が自己試験用の固定導
電プレート１７の上方にある重量側プレート部分４０
ａ，４０ｃだけに配置されるならば、撓み電極のキャパ
シタンスは何も悪化しない。しかしながら、このような
通し孔は、全キャパシタンスの多少の損失を伴うが、固
定導電プレート１８の上方の面積部分の重量側プレート
４０ｂにも使用できる。この場合、通し孔を軽量側上部
プレート３８にも配置して電気的な対称性を保証するこ
とが望ましい。

【００４５】通し孔を使用すべき場合、０．１〜５０ミ
クロンの比較的小さな直径の非常に多数の孔の方が大き
な直径の少数の孔に比較して格段に好ましく、これは前
者の方が減衰の減少が大きいからである、ということに
留意されたい。

【００４６】本発明の捩りビーム式加速度計の検出要素
の独特な設計の結果として、この検出要素は、以下に説
明する作動環境の中で約１〜５ｋＨｚの共鳴周波数に応
答する。

【００４７】本発明の好ましい検出要素の他の重要な利
点は、中間的な減衰比が達成されて衝撃サバイバル性の
増大した検出要素を作り出すということである。検出要
素が落下したとき、撓み上部本体１２には何の損傷も生
じてはならない。この作用は、機械的応力で生じる塑性
変形を受けることに対するボロンドープ塗布シリコンの
実質的な抵抗により補完される。本明細書に開示した検
出要素は、過酷な使用だけでなく、検出要素の製造、そ
してまた衝突センサー、自動車、飛行機などに使用され
る加速度計への最終的な組み付けに必要な引き続く処理
に伴う伝統的な捩れの危険性にも生き残るものと推測さ
れる。開示した構造および部材は、機械的衝撃で感度を
失うことがなく、装置の感度および（または）精度を低
下させるような変形または損傷がなくて本来の状態を維
持する検出要素８となるものである。理想的には、かな
りの強さの衝撃が作用した場合、この検出要素は、変形
ないし曲がっても機能して不正確な信号を与えるのでは
なく、壊れて非機能状態となるようになされる。

【００４８】本発明の好ましい実施例では、重量側撓み
キャパシタの下部プレートを形成する固定の導電プレー
ト１８は、２つの追加の固定の導電プレート１７を側方
に配している。撓み軸の各側に対称状に配置される撓み
キャパシタとは異なって、上部可動プレート１２と自己
試験用固定導電プレート１７との間に印加される電圧
は、重量側プレートを基体へ向けて撓ませる。この撓み
は、撓みキャパシタのキャパシタンスの変化で測定でき
る。破壊された上部可動プレート、捩りビームまたは基
体、または可動プレートの自由回転の妨げとなる塵や他
の障害物質が、このようにして検出できる。

【００４９】自己試験式導電プレート１７は自己試験回
路に別個に接続されるか、または図１に示されるように
沈着されて共通の内部接続を有し、これにより結合パッ
ドおよび導電ワイヤーの数を最少限とするようにされ
る。自己試験モードで使用されない場合には、自己試験
電極の電位は上部本体の検出要素１２の電位に維持され
ることができる。

【００５０】重量側プレートの撓みキャパシタの横方向
の境界を形成しているスロットは、上部プレート１２の
内部開口３２へ延在しておらず、そうでないと重量側プ
レートの両側が支持されないからである。しかしなが
ら、それらのスロットは上部プレート１２の内部開口の
近くから、換言すれば、それらの開始点として下部プレ
ート１８の最内側の横方向境界と実質的に一致する点を
有しながら、重量側プレート４０の最外縁１２ａへと延
在している。上部プレートを形成する半導体材料の厚さ
および長さは、上部プレート全体の構造的一体性がスロ
ットの存在によって全体として甚だしく悪化しないよう
に設定される。しかしながら、このような弱化の影響
は、スロットを重量側プレートの最外縁まで延在させず
に該プレートの縁部に至る前に終端させ、したがって組
立体を強化することで、補完することができる。この構
造は電気的な対称性の観点からは理想的ではないが、そ
の影響は最小限である。このような実施例は図５に示さ
れている。

【００５１】既に説明したように、従来技術の検出要素
を超えた請求項に係る検出要素の重要な利点は、この検
出要素を作るために使用される有効且つ費用効果のよい
製造方法である。この製造方法は、従来技術の検出要素
よりも強度を増し信頼性の高い検出要素に寄与する。次
に、請求項に係る検出要素を製造する方法を説明する。
また、図面の幾つかの部分の寸法は、明瞭化のために強
調してある。したがって、装置の縦横比が図面に示され
ている訳ではない。

【００５２】加速度計の検出要素は、通常の半導体処理
技術を使用して製造し得る。一般に、開始点は１００の
結晶配向を有し、片側を研摩した単結晶シリコンウェー
ハである。このウェーハは最初は０．３ｍｍ〜０．７ｍ
ｍの厚さ、好ましくは０．４〜０．５ｍｍの厚さであ
り、直径は７５ｍｍ〜２００ｍｍまたはそれ以上であ
る。多数の装置がこのウェーハから同時に製造される。

【００５３】ウェーハはまず酸化されてＳｉＯ₂ を形成
され、このＳｉＯ₂ は上部プレート受け台を望まれる場
所以外の全ての箇所で選択的に除去される。次に、例え
ばＫＯＨ／ＮａＯＨ溶液中での容積エッチングにより、
所望の受け台高さに一致させて０．５〜１０ミクロン、
好ましくは５．０ミクロンほどのシリコンを除去して、
これにより可動プレート１２と基体１０の表面１４との
間に間隙４７を形成する。好ましいエッチング溶液は、
６リットルの脱イオン水に３．０ｋｇのＫＯＨおよび
０．３１６ｋｇのＮａＯＨを含み、エッチング処理は５
〜３０分間、好ましくは６０〜９０゜Ｃで１０〜２０分
間、最も好ましくは６０゜Ｃで１５〜１７分間を必要と
する。

【００５４】この結果、シリコンの隆起した「島」を多
数備え、各島の頂がＳｉＯ₂ の層を有するウェーハが形
成される。これらの各「島」は検出装置の受け台を示し
ている。次にＳｉＯ₂ の層が濃縮フッ化水素酸を使用し
て除去され、チッ化珪素の拡散マスクが沈着される。そ
の後にボロン拡散が望ましくない面積部分、すなわち検
出要素の境界より外側のウェーハ部分すなわち後に孔や
スロットを形成する面積部分を除いて、すべての箇所で
プラズマエッチングによりチッ化珪素が除去される。次
に、ボロンがウェーハ中に拡散され、第１拡散段階で本
質的に表面を飽和させ、第２拡散段階でボロンをウェー
ハの厚さ内部に分散させる。

【００５５】最初の拡散は、米国オハイオ州トレドに所
在のオーエンス−イリノイズ社から購入できる「ボロン
−プラス」のようなボロン供給源を使用して、１１５０
゜Ｃで６時間を要する。第２の拡散は９００〜１２００
゜Ｃで０．５〜約１０時間、好ましくは１０００゜Ｃで
約３．５時間にわたり行われる。ボロンの量および拡散
長さは、完成した検出要素に少なくとも１×１０¹⁹ｃｍ
^-3のボロン濃縮を行えるように選択される。

【００５６】捩りビームの厚さおよび幾何形状を定める
ために使用されるマスクを注意して制御することが必要
である。何故なら、これらの捩りアームの捩り剛性は大
体のところその厚さの３乗に逆比例するからである。一
般に、捩りアームとして設計されるウェーハ部分におけ
るボロン拡散を規制するマスク開口の幅は、容積拡散面
積部分のボロン拡散深さよりも常に小さくなければなら
ない。

【００５７】ボロン拡散に続いて、シリコンウェーハの
頂面（ボロン拡散が施されている）はガラス基体１０に
陽極結合される。当業者は陽極結合処理を熟知している
であろうが、ケイ・アルボウ氏他による「パイレックス
（登録商標）ガラスに対するシリコンの陽極結合のメカ
ニズム」と題する論文（１９８８ ＩＥＥＥ ＳＯＬＩ
Ｄ−ＳＴＡＴＥ ＳＥＮＳＯＲ ＡＮＤ ＡＣＴＵＡＴ
ＯＲ ＷＯＲＫＳＨＯＰ ＰＲＯＣＥＥＤＩＮＧ，８８
ＴＨ０２１５−４，１０９−１１０頁）を、これに関し
て参照できる。ＮａＯＨエッチング後に残った受け台と
他の隆起面積部分の頂部のみがガラスに接触して結合さ
れる。

【００５８】陽極結合の後、複合ウェーハは容積エッチ
ングされてシリコンウェーハの実質的な残部を除去さ
れ、その後に密にボロンドープ塗布したシリコン構造が
残り、この構造は受け台と、この受け台を取り囲む中央
開口と、２つの対向する捩りビームとを有し、捩りビー
ムが受け台を可動プレートに連結している。この構造に
おける大きい方の、すなわち重量側のプレートは２つの
スロットを有し、これらスロットは中央開口の近くから
重量側プレートの最外縁に達するか、または重量側プレ
ートの最外縁のすぐ手前で終端するように延在してい
る。

【００５９】容積エッチングは、等方性または異方性の
エッチング溶液を使用して行われる。適切なエッチング
剤は残りの望ましくないシリコンウェーハの大部分を除
去する。適当なエッチング液は、７リットルの脱イオン
水に３ｋｇのＫＯＨを含むＫＯＨ溶液である。０．４〜
０．５ｍｍの初期厚さを有するウェーハに関しては、ウ
ェーハは７０〜１００゜Ｃの温度で１．０〜５．０時間
にわたり、最も好ましくは９０゜Ｃで２．５時間にわた
ってエッチング溶液と接触状態に保たれる。容積エッチ
ングに続いて選択的なエッチングが行われ、この選択的
なエッチングはイソプロピルアルコールで飽和された７
リットルの脱イオン水に３ｋｇのＫＯＨを含む溶液中で
行われる。この溶液は、ウェーハ５２がきれいになるま
での時間、すなわちガラス基体６０が目視できるように
なり、これに続いて更に０．５〜２．０時間、最も好ま
しくは０．７５時間にわたって溶液と接触するまで、残
りのウェーハに接触する。

【００６０】ボロンドープ塗布の撓み上部本体１２から
シリコンを最終的にエッチング除去した後、通常の写真
リトグラフィー技術を使用し、上述した所望の金属結合
パッドおよび導体をパターン形成する。陽極結合の前
に、通常の写真リトグラフィーおよび沈着技術を使用
し、ガラス基体上にクロムおよびプラチナを沈着させ
て、固定の導電プレート１６，１８および任意の自己試
験電極１７を形成することに留意されたい。

【００６１】これまで説明した処理は、本発明の加速度
計用の検出要素の作成に適しているが、それらは図１に
示すように、１回のエピタクシー処理で対向して組み合
わせた対に作成されることが好ましい。半導体装置のエ
ピタクシー処理の技術は周知である。このような２つの
装置を同時に同じシリコンウェーハから作成すること
で、完全な差動加速度計センサーが得られ、個々の検出
要素の各々は容積抵抗、ドープ液移入深さ、厚さ、受け
台高さ、幾何形状などの変数に対して適合される。

【００６２】好ましいエピタクシー処理では、１００の
配向および５Ω−ｃｍの抵抗率を有する片面を磨き上げ
た単結晶シリコンのウェーハが、初期基体として使用さ
れる。半導体の傾動プレートと捩りアームを具備した受
け台とが、装置の受け台側を表面から突出して、このプ
レートから製造される。この装置それ自体が全体的にエ
ピタクシー成長し、すなわちシリコンウェーハの初期材
料は後で全体的にエッチングされる。

【００６３】単結晶ウェーハの磨き上げた面は先ず最初
に約１．３ミクロンの深さにわたり１０¹⁶ｃｍ^-3の濃度
でボロンを移入され、シリコンウェーハ残部が後の工程
でエッチングされるときにエッチングストップとして作
用するようになされる。このボロン移入は既に説明した
ボロン供給源を用いる通常のイオン移入処理であり、正
に帯電されたボロンイオンが供給され、これらのボロン
イオンは接地されたウェーハへ向けて１．５×１０⁵ ボ
ルト台の高電位によって加速される。イオン移入に続い
て、１２ミクロンのエピタクシーシリコン層が標準的な
技術により、例えばウェーハを亜燐酸源を含む水素とジ
クロロシランの流れの中に曝してエピタクシーシリコン
層がドープ液として１０¹⁶ｃｍ^-3の亜燐酸を含むように
させることによって、成長される。ホスフィンを亜燐酸
源として使用することが有利である。

【００６４】亜燐酸をドープ塗布したエピタクシーシリ
コン層は、次いで１０００〜２０００Åの窒化シリコン
で被覆される。ウェーハは石英製キャリヤに取り付けら
れて、８００゜Ｃで３００ｍＴｏｒｒの炉内に置かれ、
この炉を通してシランおよびアンモニアの混合気が流さ
れる。窒化シリコンで被覆されたウェーハはその後０．
５〜２ミクロンの深さにフォトレジストを被覆され、パ
ターン模様を有するフォトマスクを通して紫外線光に露
出される。

【００６５】フォトマスクは不透明面積部分を含み、こ
の不透明面積部分はエピタクシー層の部分に一致してお
り、これらの部分は傾動プレートの下面から突出した隆
起部分を形成するものである。これらの部分は受け台お
よび隆起した突起すなわち「バンパ」を含み、これらの
バンパは傾動プレートが過酷な加速度により基体に接近
することを制限する。

【００６６】露光後、フォトレジストは現像され、紫外
線に露出されなかった部分が洗浄されて、それらの面積
部分に窒化シリコンを露出させる。露出された窒化シリ
コンはその後１３．４ＭＨｚでプラズマエッチングさ
れ、これに続いてフォトレジストの硬化部分が除去され
る。ウェーハは、この時点では単結晶ウェーハ、ボロン
エッチング阻止層、エピタクシーシリコン層および窒化
シリコンのパターンで構成され、このパターンはフォト
マスクに一致している、すなわち窒化シリコンが装置の
隆起されるべき面積部分に存在する。

【００６７】ウェーハはその後、脱イオン水／イソプロ
パノールに重量比で３０％のＫＯＨを加えた中で６０゜
Ｃにてエッチングされ、約６ミクロンのエッチング深さ
を達成する。窒化シリコンの受け台のマスク下側の面積
部分は、本来のエピタクシー層の高さ、すなわちエッチ
ング深さの上方約６ミクロンの位置に保持される。「バ
ンパ」を形成する層の部分は、それらの上方のフォトレ
ジストの面積部分が制限されているので、下方へ、また
緩やかに側方へと両方向に約５ミクロンの中間深さにま
でエッチングされ、これにより１ミクロンの突起が装置
の下面から上方に突出して残される。

【００６８】次に、ウェーハはスロット、形成している
ならば通し孔、捩りアームを囲む空間、および検出要素
自体の形状を形成するために処理される。フォトレジス
ト層、紫外線に対する露出、そして化学的エッチングさ
れる面積部分におけるプラズマエッチングによる窒化シ
リコン除去の前に、窒化シリコン層が付与される。残存
するフォトレジストの除去に続いて、ウェーハは重量比
３０％のＨ₂ Ｏ／イソプロパノール中で７３゜Ｃにてボ
ロンエッチングストップまでエッチングされる。この段
階の終わりにおいて、検出要素はシリコンウェーハより
上方の隆起部分として現れ、スロット、捩りビームを囲
む空間、有るならば通し孔、および装置周辺より外側の
面積部分が、ボロンエッチング阻止部分の深さまでエッ
チングされる。

【００６９】このウェーハはその後窒化ボロンウェーハ
に隣接して積み重ねられ、酸素および窒素が流される１
０００゜Ｃの炉内に置かれて、コーナーをまわる拡散お
よび浅いボロン拡散を生じる。この時点でウェーハはガ
ラス面に陽極結合するのに適当となり、陽極結合が準備
される。

【００７０】ガラス基体は、フォトレジストをガラスに
塗布し、これに続いて電極、トレースおよび結合パッド
のパターンの陰画に一致するフォトレジストマスクを用
いて露光が行われて、作成される。未露光のフォトレジ
ストを分解した後、適当な高温の金属ターゲットの電子
ビーム蒸発によって、全面にクロムが２００Åおよびプ
ラチナが１０００Åで被覆される。この時点で、クロム
／プラチナに加えて同様にガラス面に被覆されている残
存する硬化フォトレジスト部分が高圧水噴射によって除
去され、金属パターンの形成された基体が残される。

【００７１】この時点で本来のウェーハの部分上にエピ
タクシーシリコンの隆起部分として存在する補完形の半
導体検出要素は、受け台の基部にてガラス面に陽極結合
される。この陽極結合処理は４００〜４２０゜Ｃの温度
で行われる。

【００７２】陽極結合の後、シリコンウェーハの大部分
は脱イオン水に重量比で３０％のＫＯＨを加えた中で９
５゜Ｃにてエッチングされて除去され、約２時間後に約
２０ミクロンの本来のウェーハの深さを残す。ウェーハ
の残部は重量比３０％のＫＯＨの脱イオン水／イソプロ
パノールエッチングによって除去され、これに続いてボ
ロンエッチング阻止層が約１分間にわたって１：３：８
とされたＨＦ：ＨＮＯ ₃ ：酢酸の中で除去される。この
溶液は装置の密に（＞１０¹⁹）ドープ塗布された面積部
分のすべてを除去し、すべての急なコーナーを丸めて、
その結果として機械的強度を増大する。

【００７３】最後に、アルミニウム結合パッドが結合パ
ッド表面ならびに受け台の頂部に沈着される。

【００７４】請求項に係る検出要素８の製造を開示した
が、当業者には請求項の検出要素がその後に加速度計に
組み込まれることが認識されよう。この検出要素を包む
最終的な大気圧は、少なくとも９５％Ｎ₂ または他の不
活性ガスで構成され、水蒸気を実質的に含まないことが
最も好ましい。

【００７５】図１を参照すれば、当業者には本発明の２
つの検出要素が完全な差動加速度計用検出要素を提供す
るために使用できることが認識されよう。このような構
造は４つのキャパシタの様々な相対的な比較を可能にす
る。検出要素はシグマ−デルタモジュレータ式の集積回
路に接続されることが好ましい。

【００７６】本明細書で開示した本発明の形態は、現在
好ましいとされる実施例を構成しているが、他の多くの
形態が可能である。本明細書では可能な等価形態や本発
明の枝分かれした形態のすべてに言及することは意図し
ていない。本明細書で使用した用語は限定するわけでな
く単なる説明であること、また各種の変化が発明の精神
および範囲から逸脱せずになし得ることを理解された
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】２つの検出要素を使用した加速度計の検出要素
部の頂面図。

【図２】本発明の検出要素の一実施例の斜視図。

【図３】図２の線３−３に沿った検出要素の横断面図。

【図４】図２の線４−４に沿った検出要素の横断面図。

【図５】本発明の検出要素の撓み上部本体の代替実施例
を示す斜視図。

【図６】検出要素の周波数範囲が上部プレートと基体の
間に捕捉された空気によって制限される本発明のもので
ない実施例の斜視図。

【図７】米国特許出願第０８／０４３６７１号の一実施
例の検出要素の斜視図。

【符号の説明】

１０ 基体 １２ 検出要素 １６，１７，１８ 導電プレート １９，２０，２３，２７ トレース ２４，２５，２６ 結合パッド ２８ 撓み軸線 ３０ 受け台 ３２ 内部開口 ３３ スロット ３６ 捩りアーム ３８ 上部プレート ４０ 上部プレート ４２ 受け台 ４４，４８ 結合パッド ４７ 間隙

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平坦な誘電ガラス基体と、 少なくとも１つの第１の内部開口を有する平坦な半導体
   検出部材と、 前記検出部材を前記基体の上方に取り付けるために前記
   第１の内部開口の内部に配置された取付け手段であっ
   て、前記基体の平面に鉛直な加速度に応答して前記検出
   部材が周りを回転する撓み軸線を定める２つの対向した
   捩りアームを有する受け台を含み、前記捩りアームが前
   記検出部材に固定される前記取付け手段と、 前記検出部材と一体に導電材料で作られ、重量側プレー
   トの方が軽量側プレートよりも面積の大きい軽量側プレ
   ートおよび重量側プレートと、 重量側および軽量側の撓みキャパシタを形成する２組の
   導電プレートであって、前記重量側撓みキャパシタは前
   記重量側プレートとその下方の前記基体上の導電面とを
   含み、前記軽量側撓みキャパシタは前記軽量側プレート
   とその下方の前記基体上の導電面とを含み、前記軽量側
   および重量側の撓みキャパシタが前記撓み軸線の反対両
   側に実質的に対称状に配列されている導電プレートと、 前記重量側プレートに形成されて前記内部開口の近くか
   ら前記撓み軸線に直角に延在している第１および第２の
   スロットであって、前記スロットの内側長縁が前記重量
   側プレートの下方の前記基体上の導電面の外側長縁に実
   質的に一致しており、前記スロットは前記撓み軸線に直
   角な方向に前記基体上の導電面の実質的な長さ部分に延
   びている第１スロットおよび第２スロットと、 前記重量側プレートの下方の前記基体上の導電面の何れ
   かの側に配列された１組の自己試験用導電電極であっ
   て、前記重量側プレートおよびこれら自己試験用導電電
   極が同じ電位を有していないときに前記検出部材を前記
   撓み軸線のまわりに回転させることのできる自己試験用
   キャパシタを前記検出部材の前記重量側プレートととも
   に形成している自己試験用導電電極とを含み、 前記検出部材は前記基体表面に鉛直な加速度に応答して
   前記撓み軸線のまわりに回転するようになされており、
   また前記回転に応答して前記重量側および軽量側のキャ
   パシタのキャパシタンスが変化するようになされている
   捩りビーム式加速度計の検出要素。