JPH11218545A - 静電容量型加速度センサ及び検出方法 - Google Patents
静電容量型加速度センサ及び検出方法Info
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- JPH11218545A JPH11218545A JP10036799A JP3679998A JPH11218545A JP H11218545 A JPH11218545 A JP H11218545A JP 10036799 A JP10036799 A JP 10036799A JP 3679998 A JP3679998 A JP 3679998A JP H11218545 A JPH11218545 A JP H11218545A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電極面積が広く、小型で高感度の静電容量型
加速度センサを提供すること 【解決手段】 半導体基板10の支持板12は、枠体1
3に対して両持ち支持され、加速度を受けてアーチ状に
撓み変形する。平面形状を保つ可動板16の中央部が支
持板の中央部に柱部14を介して局部的に連結・支持さ
れていて、支持板が撓んだときに可動板がその厚み方向
に平行変位するが、平面形状は保持される。よって、こ
の可動板と、それに対向する支持板等に第2電極21,
第1電極20を形成しておくと、支持板の変形に伴い電
極間距離が変化し、電極間に発生する静電容量も変わ
る。支持板と可動板とを上下に重ねたため、従来の梁等
のために占有されていたデッドスペースがなくなり、セ
ンサチップの平面形状における電極面積の占有率が増大
する。
加速度センサを提供すること 【解決手段】 半導体基板10の支持板12は、枠体1
3に対して両持ち支持され、加速度を受けてアーチ状に
撓み変形する。平面形状を保つ可動板16の中央部が支
持板の中央部に柱部14を介して局部的に連結・支持さ
れていて、支持板が撓んだときに可動板がその厚み方向
に平行変位するが、平面形状は保持される。よって、こ
の可動板と、それに対向する支持板等に第2電極21,
第1電極20を形成しておくと、支持板の変形に伴い電
極間距離が変化し、電極間に発生する静電容量も変わ
る。支持板と可動板とを上下に重ねたため、従来の梁等
のために占有されていたデッドスペースがなくなり、セ
ンサチップの平面形状における電極面積の占有率が増大
する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、静電容量型加速度
センサ及び検出方法に関するものである。
センサ及び検出方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来から一般に用いられている静電容量
型加速度センサは、例えば特開平8−236786号公
報などに開示されおり、その基本構造は、図1に示すよ
うになっている。すなわち、固定基板1にシリコン基板
2を接合して一体化する。このシリコン基板2には、周
囲の枠体3に対し片持ち梁4にて重り5を支持するよう
になっており、この重り5と固定基板1との間には、所
定のギャップが確保され、片持ち梁4が撓むことによ
り、重り5と固定基板1の対向面間距離(ギャップ)が
変化するようになっている。そして、重り5の対向面が
可動電極6となり、この可動電極6に対向する固定基板
1の表面に固定電極7を形成する。
型加速度センサは、例えば特開平8−236786号公
報などに開示されおり、その基本構造は、図1に示すよ
うになっている。すなわち、固定基板1にシリコン基板
2を接合して一体化する。このシリコン基板2には、周
囲の枠体3に対し片持ち梁4にて重り5を支持するよう
になっており、この重り5と固定基板1との間には、所
定のギャップが確保され、片持ち梁4が撓むことによ
り、重り5と固定基板1の対向面間距離(ギャップ)が
変化するようになっている。そして、重り5の対向面が
可動電極6となり、この可動電極6に対向する固定基板
1の表面に固定電極7を形成する。
【0003】係る構成にすると、センサに加速度が加わ
ると、その加速度を受けた重り5が加速度を受けた方向
に変位しようとし、その変位を片持ち梁4が撓むことに
より、許容する。従って、両電極6,7間には、その電
極間距離に応じた静電容量が発生しているため、上記重
り5の変位に伴い係る静電容量も変化する。そして、重
り5の変位量は、加速度の大きさに応じて一義的に決定
されるため、静電容量の変化・或いは絶対量から加速度
を測定することができるようになっている。
ると、その加速度を受けた重り5が加速度を受けた方向
に変位しようとし、その変位を片持ち梁4が撓むことに
より、許容する。従って、両電極6,7間には、その電
極間距離に応じた静電容量が発生しているため、上記重
り5の変位に伴い係る静電容量も変化する。そして、重
り5の変位量は、加速度の大きさに応じて一義的に決定
されるため、静電容量の変化・或いは絶対量から加速度
を測定することができるようになっている。
【0004】一方、上記した一般的な構造以外のものと
しては、例えば特開平8−236787号公報に開示さ
れた加速度センサがある。このセンサは、図2に示すよ
うに、可動電極6を備えた重り5を、四方から伸びるバ
ネ状の支持部8にて弾性支持したものもある。このよう
にすると、加速度が加わった際に重り5は、平行変位す
るため、両電極6,7間の距離も均一に変化する。
しては、例えば特開平8−236787号公報に開示さ
れた加速度センサがある。このセンサは、図2に示すよ
うに、可動電極6を備えた重り5を、四方から伸びるバ
ネ状の支持部8にて弾性支持したものもある。このよう
にすると、加速度が加わった際に重り5は、平行変位す
るため、両電極6,7間の距離も均一に変化する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来のセンサ
構造では、以下に示す問題がある。すなわち、図1に示
す一般的なタイプのものでは、片持ち梁4で重り5を支
えるとともに、その片持ち梁4が撓むことにより重り5
が変位するため、変位量を大きくして感度・測定レンジ
を広くするためには片持ち梁4を長くする必要がある。
そうすると、電極部分(重り5)の大きさに加えて片持
ち梁4の設置空間が必要となり、チップサイズが大きく
なり、コスト高となる。しかも、平面形状を考えた場
合、片持ち梁4及びそれに伴い枠体3と重り5の間に形
成される空間の占有率が大きくなり、センサチップの寸
法形状が大きくなった割には、静電容量を検知するため
の電極面積を大きくとれず、感度の向上のネックとな
る。
構造では、以下に示す問題がある。すなわち、図1に示
す一般的なタイプのものでは、片持ち梁4で重り5を支
えるとともに、その片持ち梁4が撓むことにより重り5
が変位するため、変位量を大きくして感度・測定レンジ
を広くするためには片持ち梁4を長くする必要がある。
そうすると、電極部分(重り5)の大きさに加えて片持
ち梁4の設置空間が必要となり、チップサイズが大きく
なり、コスト高となる。しかも、平面形状を考えた場
合、片持ち梁4及びそれに伴い枠体3と重り5の間に形
成される空間の占有率が大きくなり、センサチップの寸
法形状が大きくなった割には、静電容量を検知するため
の電極面積を大きくとれず、感度の向上のネックとな
る。
【0006】さらに、重り5の変位は、片持ち梁4を回
転中心として回転移動するため、先端(片持ち梁4の反
対側)ほど大きくなる。つまり、平行変位できず、その
点でも感度の低下をきたす。そして、そのように回転す
るため、片持ち梁4の近くは電極間距離があまり変化し
なくなる。つまり、対向する両電極6,7のうち、半分
近くの領域では重り5が変位しても電極間距離があまり
変化せず、寄生容量になっている。係る点でも感度の低
下の原因となる。
転中心として回転移動するため、先端(片持ち梁4の反
対側)ほど大きくなる。つまり、平行変位できず、その
点でも感度の低下をきたす。そして、そのように回転す
るため、片持ち梁4の近くは電極間距離があまり変化し
なくなる。つまり、対向する両電極6,7のうち、半分
近くの領域では重り5が変位しても電極間距離があまり
変化せず、寄生容量になっている。係る点でも感度の低
下の原因となる。
【0007】一方、図2に示したセンサでは、図1に示
した一般的なセンサに比べると、電極は平行変位するた
め、寄生容量などの問題は抑制される。しかし、重り5
と支持部8を、エピタキシャル成長技術を用いて同一材
質で同一平面になるように形成している。そして、係る
エピタキシャル成長させた部分を細長くエッチングして
重り5と支持部8を作るため、支持部8のバネ弾性係数
のばらつきが大きくなるおそれがある。すると、弾性係
数のばらつきは、そのまま重り5に加速度がかかったと
きの支持部8からの反力の相違に起因するため、やはり
平行変位しにくく、特性のばらつきを生じる。さらに、
同一平面内に支持部8と重り5を設けているので、ある
程度のバネ弾性係数を確保するためには、支持部8をあ
る程度の長さにする必要があるため、チップサイズに対
する重り5の占有面積、ひいては電極面積を大きくとる
ことができず、感度の低下をきたすという問題は、依然
として有している。
した一般的なセンサに比べると、電極は平行変位するた
め、寄生容量などの問題は抑制される。しかし、重り5
と支持部8を、エピタキシャル成長技術を用いて同一材
質で同一平面になるように形成している。そして、係る
エピタキシャル成長させた部分を細長くエッチングして
重り5と支持部8を作るため、支持部8のバネ弾性係数
のばらつきが大きくなるおそれがある。すると、弾性係
数のばらつきは、そのまま重り5に加速度がかかったと
きの支持部8からの反力の相違に起因するため、やはり
平行変位しにくく、特性のばらつきを生じる。さらに、
同一平面内に支持部8と重り5を設けているので、ある
程度のバネ弾性係数を確保するためには、支持部8をあ
る程度の長さにする必要があるため、チップサイズに対
する重り5の占有面積、ひいては電極面積を大きくとる
ことができず、感度の低下をきたすという問題は、依然
として有している。
【0008】本発明は、上記した背景に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、上記した問題を解決
し、チップサイズを小型化しつつ電極面積を大きくとる
ことができ、対向する電極の平行変位する領域を広く
し、寄生容量の発生を可及的に抑制し、感度が高くて測
定レンジも広くすることができ、しかも、入出力特性の
直線性を良好にすることができ、静電容量型加速度セン
サ及び検出方法を提供することにある。
もので、その目的とするところは、上記した問題を解決
し、チップサイズを小型化しつつ電極面積を大きくとる
ことができ、対向する電極の平行変位する領域を広く
し、寄生容量の発生を可及的に抑制し、感度が高くて測
定レンジも広くすることができ、しかも、入出力特性の
直線性を良好にすることができ、静電容量型加速度セン
サ及び検出方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明に係る静電容量型加速度センサでは、枠
体(実施の形態では、平面ロ字状で無端状となっている
が、一部切り欠かれて開放されててもよい)に対して両
持ち支持された弾性変形可能な支持板を備えた基板(実
施の形態では、第1半導体基板10に対応)と、その支
持板の表面に設けた柱部と、その柱部に接続され、前記
支持板の弾性変形とともに変位する可動板と、前記基板
(支持板及びまたは周囲の枠体部分を含む)と前記可動
板の対向面にそれぞれ設けた第1,第2電極と、前記第
1,第2電極間に発生する静電容量に基づく信号を外部
に取り出す手段とを備えて構成した(請求項1)。な
お、柱部は、実施の形態では絶縁膜により可動板及び支
持板と別部材で形成したが、本発明はそれに限ることは
なく、一方の部材と一体的に形成してもよい。
ために、本発明に係る静電容量型加速度センサでは、枠
体(実施の形態では、平面ロ字状で無端状となっている
が、一部切り欠かれて開放されててもよい)に対して両
持ち支持された弾性変形可能な支持板を備えた基板(実
施の形態では、第1半導体基板10に対応)と、その支
持板の表面に設けた柱部と、その柱部に接続され、前記
支持板の弾性変形とともに変位する可動板と、前記基板
(支持板及びまたは周囲の枠体部分を含む)と前記可動
板の対向面にそれぞれ設けた第1,第2電極と、前記第
1,第2電極間に発生する静電容量に基づく信号を外部
に取り出す手段とを備えて構成した(請求項1)。な
お、柱部は、実施の形態では絶縁膜により可動板及び支
持板と別部材で形成したが、本発明はそれに限ることは
なく、一方の部材と一体的に形成してもよい。
【0010】なお、本発明でいう「支持板」は、弾性変
形可能とする必要から薄肉となることがおおく、例えば
シリコンウエハ等をエッチングなどにより薄くしたもの
により形成できるが、これに限ることはなく、例えば所
定材料を成膜することにより弾性変形可能な膜を製造し
た場合に、その膜が、両持ち支持され、しかもその膜の
変形に応じて可動板も変位するようになっていれば、そ
の部材を「板」と称するか「膜」と称するかを問わず、
本発明でいうところの支持板に含む(以下同じ)。
形可能とする必要から薄肉となることがおおく、例えば
シリコンウエハ等をエッチングなどにより薄くしたもの
により形成できるが、これに限ることはなく、例えば所
定材料を成膜することにより弾性変形可能な膜を製造し
た場合に、その膜が、両持ち支持され、しかもその膜の
変形に応じて可動板も変位するようになっていれば、そ
の部材を「板」と称するか「膜」と称するかを問わず、
本発明でいうところの支持板に含む(以下同じ)。
【0011】また、別の解決手段としては、枠体に対し
て両持ち支持された弾性変形可能な支持板を備えた基板
と、その支持板に連結され、初期形状を保持しながら前
記支持板の変形とともに平行移動する可動板と、前記基
板と前記可動板の対向面にそれぞれ設けた第1,第2電
極と、前記第1,第2電極間に発生する静電容量に基づ
く信号を外部に取り出す手段とを備えて構成してもよい
(請求項2)。つまり、支持板と可動板は、直接または
間接的に接続されておればよい。
て両持ち支持された弾性変形可能な支持板を備えた基板
と、その支持板に連結され、初期形状を保持しながら前
記支持板の変形とともに平行移動する可動板と、前記基
板と前記可動板の対向面にそれぞれ設けた第1,第2電
極と、前記第1,第2電極間に発生する静電容量に基づ
く信号を外部に取り出す手段とを備えて構成してもよい
(請求項2)。つまり、支持板と可動板は、直接または
間接的に接続されておればよい。
【0012】また、別の解決手段としては、基板と、可
動板と、それらを連結する柱部とを有し、前記柱部が接
続される前記基板の周辺を、外周囲に比べて薄肉にする
とともに、その薄肉にした部分に所定の間隔をおいて複
数のスリットを形成し、その複数のスリットで挟まれた
領域を弾性変形可能な支持板を設けて、その支持板の変
形するのとともに前記可動板を変位するようにし、前記
基板と前記可動板の対向面にそれぞれ第1,第2電極を
設けるようにしてもよい(請求項4)。
動板と、それらを連結する柱部とを有し、前記柱部が接
続される前記基板の周辺を、外周囲に比べて薄肉にする
とともに、その薄肉にした部分に所定の間隔をおいて複
数のスリットを形成し、その複数のスリットで挟まれた
領域を弾性変形可能な支持板を設けて、その支持板の変
形するのとともに前記可動板を変位するようにし、前記
基板と前記可動板の対向面にそれぞれ第1,第2電極を
設けるようにしてもよい(請求項4)。
【0013】上記した各構成にすると、加速度を受けて
可動板と支持板が連動して動くことで、センサギャップ
の変化を発生させる。すなわち、加速度を受けた方向に
支持板が変位しようとすると、その両端は枠体に連結さ
れているため、中央部分がその加速度の方向に変位しよ
うとする。そして、支持板の両側縁はスリットを形成し
て枠体から分離されてフリー状態となっているので、結
局支持板はアーチ状に変形する。この変形に伴い、支持
部に対して柱部を介して接続された可動板も移動する。
この時、可動板は周囲(外周囲)が開放されているの
で、無負荷状態(基準状態)の形状を保持しながら変位
する。従って、支持板の周囲の領域や基板と対向する領
域における可動板との距離が広がる。そこで、可動板と
基板にそれぞれ電極を設けることにより、ギャップの変
位量すなわち加速度を静電容量の変化としてとらえるこ
とができる。
可動板と支持板が連動して動くことで、センサギャップ
の変化を発生させる。すなわち、加速度を受けた方向に
支持板が変位しようとすると、その両端は枠体に連結さ
れているため、中央部分がその加速度の方向に変位しよ
うとする。そして、支持板の両側縁はスリットを形成し
て枠体から分離されてフリー状態となっているので、結
局支持板はアーチ状に変形する。この変形に伴い、支持
部に対して柱部を介して接続された可動板も移動する。
この時、可動板は周囲(外周囲)が開放されているの
で、無負荷状態(基準状態)の形状を保持しながら変位
する。従って、支持板の周囲の領域や基板と対向する領
域における可動板との距離が広がる。そこで、可動板と
基板にそれぞれ電極を設けることにより、ギャップの変
位量すなわち加速度を静電容量の変化としてとらえるこ
とができる。
【0014】そして、支持板と可動板は変位方向に沿っ
て重なるように配置したため、従来の片持ち梁4(図1
参照)や支持部8(図2参照)のように、重りを支える
部材がその重りと同一平面状にないので、センサチップ
の平面形状における電極面積の占有率を増大し、センサ
チップの小型化を図りつつ、検出感度が向上する。
て重なるように配置したため、従来の片持ち梁4(図1
参照)や支持部8(図2参照)のように、重りを支える
部材がその重りと同一平面状にないので、センサチップ
の平面形状における電極面積の占有率を増大し、センサ
チップの小型化を図りつつ、検出感度が向上する。
【0015】また、中央部に設けた柱部を介して支持板
と可動板とを接続したため、ギャップ変化の大きい箇所
は、周縁領域となるので、当該ギャップ変化の大きい領
域が最も広く得ることができる。係る点でも、センサ特
性の向上・高感度化を図る要因となる。
と可動板とを接続したため、ギャップ変化の大きい箇所
は、周縁領域となるので、当該ギャップ変化の大きい領
域が最も広く得ることができる。係る点でも、センサ特
性の向上・高感度化を図る要因となる。
【0016】なお、基板は例えば半導体基板で形成する
ことができる。また、可動板は半導体基板(半導体ウエ
ハのみでなく、半導体を成膜するものも含む)やガラス
基板等を用いて形成できる。そして、半導体基板で形成
した場合には、ガラス基板未使用により大幅なコストダ
ウンが可能となる。
ことができる。また、可動板は半導体基板(半導体ウエ
ハのみでなく、半導体を成膜するものも含む)やガラス
基板等を用いて形成できる。そして、半導体基板で形成
した場合には、ガラス基板未使用により大幅なコストダ
ウンが可能となる。
【0017】また、別の解決手段としては、枠体に対し
て両持ち支持された弾性変形可能な支持板を備えた基板
と、その基板表面の前記支持板の外周囲(実施の形態で
は、枠体の支持板側部分に対応)に設けた第1電極と、
前記支持板に連結され、前記第1電極に対して平行状態
を保持しながら前記支持板の変形とともに移動する可動
板と、前記可動板の前記第1電極に対向する部分に設け
られた第2電極と、前記第1,第2電極間に発生する静
電容量に基づく信号を外部に取り出す手段とを備えて構
成することができる(請求項3)。このようにすると、
第1,第2電極は、平行変位するので加わった加速度
(入力)に対するセンサ出力の直線性が向上する。
て両持ち支持された弾性変形可能な支持板を備えた基板
と、その基板表面の前記支持板の外周囲(実施の形態で
は、枠体の支持板側部分に対応)に設けた第1電極と、
前記支持板に連結され、前記第1電極に対して平行状態
を保持しながら前記支持板の変形とともに移動する可動
板と、前記可動板の前記第1電極に対向する部分に設け
られた第2電極と、前記第1,第2電極間に発生する静
電容量に基づく信号を外部に取り出す手段とを備えて構
成することができる(請求項3)。このようにすると、
第1,第2電極は、平行変位するので加わった加速度
(入力)に対するセンサ出力の直線性が向上する。
【0018】そして、本発明に係る検出方法としては、
枠体に対して両持ち支持された弾性変形可能な支持板を
有する基台(実施の形態では「半導体基板10」に相
当)と、その支持板に連結され前記支持板の変形するの
とともに移動する可動板とを配備し、前記基台と前記可
動板の対向面(基台側は支持板の部分及びまたは非形成
部分のどこでも可)にそれぞれ第1,第2電極を設け
(電極を設ける部分は、対向する表面の全面でもよく一
部でもよい)、前記支持板の変位に伴って変化する両電
極の相対位置に伴い両電極間に発生する静電容量に基づ
く信号を検出することにより、前記支持板の変位量或い
はその支持板に加わる物理量を検出するようにした(請
求項5)。
枠体に対して両持ち支持された弾性変形可能な支持板を
有する基台(実施の形態では「半導体基板10」に相
当)と、その支持板に連結され前記支持板の変形するの
とともに移動する可動板とを配備し、前記基台と前記可
動板の対向面(基台側は支持板の部分及びまたは非形成
部分のどこでも可)にそれぞれ第1,第2電極を設け
(電極を設ける部分は、対向する表面の全面でもよく一
部でもよい)、前記支持板の変位に伴って変化する両電
極の相対位置に伴い両電極間に発生する静電容量に基づ
く信号を検出することにより、前記支持板の変位量或い
はその支持板に加わる物理量を検出するようにした(請
求項5)。
【0019】さらに、本発明において加速度を受けて可
動板が変位するのは、センサが受けた加速度により支持
板が弾性変形し、その弾性変形するのに追従して可動板
も変位する場合と、加速度を受けた可動板がその加速度
の方向に変位しようとし、それに追従して支持板が弾性
変形して前記可動板の変位を許容する場合と、それら両
者が同時に発生する場合など各種の動作原理が生じる。
つまり、本発明では、可動板と支持板の主従関係を問わ
ず、要は、加速度がかかった時には、可動板と支持板か
ともに変位・変形するようになっていれば良い。したが
って、請求項における「支持板の弾性変形とともに変位
する可動板」や「支持板が変形するのとともに前記可動
板を変位」等の記載は、係る要素を含むことを意味して
いる。
動板が変位するのは、センサが受けた加速度により支持
板が弾性変形し、その弾性変形するのに追従して可動板
も変位する場合と、加速度を受けた可動板がその加速度
の方向に変位しようとし、それに追従して支持板が弾性
変形して前記可動板の変位を許容する場合と、それら両
者が同時に発生する場合など各種の動作原理が生じる。
つまり、本発明では、可動板と支持板の主従関係を問わ
ず、要は、加速度がかかった時には、可動板と支持板か
ともに変位・変形するようになっていれば良い。したが
って、請求項における「支持板の弾性変形とともに変位
する可動板」や「支持板が変形するのとともに前記可動
板を変位」等の記載は、係る要素を含むことを意味して
いる。
【0020】さらに本発明のより具体的な好ましい構造
として、以下のような手段をとると、上記した基本構成
に基づく作用効果に加え、さらに有利な効果を奏する。
すなわち、例えば、前記可動板は、前記支持板よりも大
きい平面形状とし、前記可動板に形成する第2電極の少
なくとも一部が、前記支持板の外側の前記基板表面に対
向するように構成することができる。そのように構成す
ると、支持板を形成していない基板の表面は、当然のこ
とながら加速度が加わっても変化しない。そして、上記
したように可動板も撓むことがない。よって、支持板の
外側部分で対向する第1,第2電極は、平行変位領域と
なるので、入出力特性の直線性が向上する。また、ボン
ディング部を広くとることが可能となるので、より小さ
な支持板で十分な静電容量が得られチップサイズの小型
化が可能となる。また、支持板を小さくすることで支持
板バネ係数が大きくなり、結果として応答速度が速くな
る。
として、以下のような手段をとると、上記した基本構成
に基づく作用効果に加え、さらに有利な効果を奏する。
すなわち、例えば、前記可動板は、前記支持板よりも大
きい平面形状とし、前記可動板に形成する第2電極の少
なくとも一部が、前記支持板の外側の前記基板表面に対
向するように構成することができる。そのように構成す
ると、支持板を形成していない基板の表面は、当然のこ
とながら加速度が加わっても変化しない。そして、上記
したように可動板も撓むことがない。よって、支持板の
外側部分で対向する第1,第2電極は、平行変位領域と
なるので、入出力特性の直線性が向上する。また、ボン
ディング部を広くとることが可能となるので、より小さ
な支持板で十分な静電容量が得られチップサイズの小型
化が可能となる。また、支持板を小さくすることで支持
板バネ係数が大きくなり、結果として応答速度が速くな
る。
【0021】また、前記柱部の周囲における前記基板と
前記可動板の間隔を、前記可動板の周縁付近における前
記基板と前記可動板の間隔よりも広くしてもよい。すな
わち、柱部の周囲は、加速度がかかってもあまりギャッ
プは変化しない。従って、係る部分に電極を設けた場合
には、当該部分で静電容量が変化せず、寄生容量とな
る。そこで、容量変化の少ない領域のギャップを広げる
ことにより、寄生容量が減少され、結果として、入出力
特性の直線性が向上する。
前記可動板の間隔を、前記可動板の周縁付近における前
記基板と前記可動板の間隔よりも広くしてもよい。すな
わち、柱部の周囲は、加速度がかかってもあまりギャッ
プは変化しない。従って、係る部分に電極を設けた場合
には、当該部分で静電容量が変化せず、寄生容量とな
る。そこで、容量変化の少ない領域のギャップを広げる
ことにより、寄生容量が減少され、結果として、入出力
特性の直線性が向上する。
【0022】そして、係る効果をさらに向上させるため
には、例えば前記柱部の周囲における前記可動板に貫通
孔を設けるとよい。これにより、寄生容量がさらに減少
する。さらに、貫通孔を設けた場合には、その貫通孔が
空気の通路となるので、応答性が向上する。
には、例えば前記柱部の周囲における前記可動板に貫通
孔を設けるとよい。これにより、寄生容量がさらに減少
する。さらに、貫通孔を設けた場合には、その貫通孔が
空気の通路となるので、応答性が向上する。
【0023】さらにまた、前記第1,第2電極は、前記
支持板未形成の領域及びそれに対向する領域のみに設け
てもよい。そのようにすると、さらに寄生容量がなくな
り、直線性が向上する。
支持板未形成の領域及びそれに対向する領域のみに設け
てもよい。そのようにすると、さらに寄生容量がなくな
り、直線性が向上する。
【0024】一方、前記可動板と前記基板の対向面の少
なくとも一方に絶縁膜を設けてもよい。すなわち、本発
明では、ギャップは広がる方向に移動するが仮に可動板
と支持板(基板)が接触しても、ショートするおそれが
なく、湿度などによる耐性も向上する。また、この時、
空気よりも誘電率の高い絶縁膜を用いると、静電容量が
増加して感度が向上する。なお、感度の向上を図ること
を目的とした場合には、高誘電材料であれば、必ずしも
絶縁膜でなくてもよい。そして、そのように誘電率の高
い材質を可動部の周縁部(平行変位する領域)にのみ形
成すると、平行変位する領域のみ静電容量が増加し、寄
生容量が減少するとともに感度が向上する。
なくとも一方に絶縁膜を設けてもよい。すなわち、本発
明では、ギャップは広がる方向に移動するが仮に可動板
と支持板(基板)が接触しても、ショートするおそれが
なく、湿度などによる耐性も向上する。また、この時、
空気よりも誘電率の高い絶縁膜を用いると、静電容量が
増加して感度が向上する。なお、感度の向上を図ること
を目的とした場合には、高誘電材料であれば、必ずしも
絶縁膜でなくてもよい。そして、そのように誘電率の高
い材質を可動部の周縁部(平行変位する領域)にのみ形
成すると、平行変位する領域のみ静電容量が増加し、寄
生容量が減少するとともに感度が向上する。
【0025】さらにまた、前記静電容量に基づく信号を
外部に取り出す手段は、前記可動板に連結された引出配
線を有し、前記可動板の所定位置に前記柱部近傍まで切
り込まれた切欠部を設け、前記引出線の一部が前切欠部
内に配置されるとともに、その引出配線の一端が前記切
欠部の奥側の前記柱部近傍に接続されるようにしてもよ
い。このように構成すると、可動板の端から配線を引き
出す場合に比べ、可動板に余分な応力がかからないの
で、安定した特性が検出できる。
外部に取り出す手段は、前記可動板に連結された引出配
線を有し、前記可動板の所定位置に前記柱部近傍まで切
り込まれた切欠部を設け、前記引出線の一部が前切欠部
内に配置されるとともに、その引出配線の一端が前記切
欠部の奥側の前記柱部近傍に接続されるようにしてもよ
い。このように構成すると、可動板の端から配線を引き
出す場合に比べ、可動板に余分な応力がかからないの
で、安定した特性が検出できる。
【0026】また、前記静電容量に基づく信号を外部に
取り出す手段は、前記可動板に連結された引出配線を有
し、前記柱部を基準として前記引出配線と点対称になる
ようにダミー配線(同一物質,同一形状)を設けてもよ
い。そのように構成すると、引出配線により生じる応力
が、可動板に対して対称に加わるので、可動板の傾き,
ねじれなどを抑えることができる。
取り出す手段は、前記可動板に連結された引出配線を有
し、前記柱部を基準として前記引出配線と点対称になる
ようにダミー配線(同一物質,同一形状)を設けてもよ
い。そのように構成すると、引出配線により生じる応力
が、可動板に対して対称に加わるので、可動板の傾き,
ねじれなどを抑えることができる。
【0027】さらにまた、前記静電容量に基づく信号を
外部に取り出す手段は、前記可動板に連結された引出配
線を有し、前記引出配線の応力を前記可動板よりも小さ
くしてもよい。応力を小さくする方法としては、例えば
肉厚を薄くしたり、剛性の弱い材質を使用して引出配線
を製造する等の方法がとれる。このように構成すると、
引出配線により生じる応力(バネの力)が、支持板の変
位に影響しにくくなるので、感度の向上及び応答性が向
上する。
外部に取り出す手段は、前記可動板に連結された引出配
線を有し、前記引出配線の応力を前記可動板よりも小さ
くしてもよい。応力を小さくする方法としては、例えば
肉厚を薄くしたり、剛性の弱い材質を使用して引出配線
を製造する等の方法がとれる。このように構成すると、
引出配線により生じる応力(バネの力)が、支持板の変
位に影響しにくくなるので、感度の向上及び応答性が向
上する。
【0028】
【発明の実施の形態】図3は、本発明に係る静電容量型
加速度センサの第1の実施の形態を示している。同図に
示すように、シリコンからなる第1半導体基板10の下
端中央部を除去して薄肉の支持板12を設け、その支持
板12の周囲が枠体13となる。この枠体13の下面が
ダイボンド部13aとなる。さらに、この支持板12の
1組の対辺に沿ってスリット11が形成され、このスリ
ット11により、支持板12の1組の対辺部分と枠体1
3とが分離される。よって、支持板12は、その両端が
枠体13に連結された両持ち支持された状態となる。そ
して、薄肉にしていることから、弾性変形が可能とな
り、例えば支持板12の中央部分に厚さ方向の力が加わ
った場合には、両端の枠体13との連結部分は移動でき
ないので、弾性変形して中央部分が力の方向に変位し、
半円筒状に膨らむことになる。
加速度センサの第1の実施の形態を示している。同図に
示すように、シリコンからなる第1半導体基板10の下
端中央部を除去して薄肉の支持板12を設け、その支持
板12の周囲が枠体13となる。この枠体13の下面が
ダイボンド部13aとなる。さらに、この支持板12の
1組の対辺に沿ってスリット11が形成され、このスリ
ット11により、支持板12の1組の対辺部分と枠体1
3とが分離される。よって、支持板12は、その両端が
枠体13に連結された両持ち支持された状態となる。そ
して、薄肉にしていることから、弾性変形が可能とな
り、例えば支持板12の中央部分に厚さ方向の力が加わ
った場合には、両端の枠体13との連結部分は移動でき
ないので、弾性変形して中央部分が力の方向に変位し、
半円筒状に膨らむことになる。
【0029】また、支持板12の上面中央に絶縁体から
なる柱部14を介して可動板16を連結している。そし
て、この可動板16もシリコンからなる第2半導体基板
18から構成される。さらに、可動板16は、平面略正
方形状の平板からなり、周囲からほぼ独立して宙に浮い
た状態となる(厳密には、上記柱部14を介して支持板
12に接続されるとともに、後述する引出配線を介して
ワイヤパッドに接続されている)。
なる柱部14を介して可動板16を連結している。そし
て、この可動板16もシリコンからなる第2半導体基板
18から構成される。さらに、可動板16は、平面略正
方形状の平板からなり、周囲からほぼ独立して宙に浮い
た状態となる(厳密には、上記柱部14を介して支持板
12に接続されるとともに、後述する引出配線を介して
ワイヤパッドに接続されている)。
【0030】従って、支持板12と可動板16とは絶縁
状態にあり、支持板12の上面が第1電極20となり、
可動板16の下面が第2電極21となる。そして、両電
極20,21間に、距離に応じた静電容量が発生する。
係る構成が基本構成であり、加速度がかからない基準状
態では、図示するように、可動板16と支持板12は、
ともにほぼ水平状態を保持し、両電極20,21間の距
離は、柱部14の高さとなる。
状態にあり、支持板12の上面が第1電極20となり、
可動板16の下面が第2電極21となる。そして、両電
極20,21間に、距離に応じた静電容量が発生する。
係る構成が基本構成であり、加速度がかからない基準状
態では、図示するように、可動板16と支持板12は、
ともにほぼ水平状態を保持し、両電極20,21間の距
離は、柱部14の高さとなる。
【0031】そして、この状態から支持板12の下面に
対し、上方向への加速度が加わるとすると、図4に示す
ように、支持板12が変位し、上に凸のアーチ状に撓
む。すると、平面形状を保つ可動板16は、その中央に
て支持板12の中央部に柱部14を介して局部的に支持
されているだけであるので、支持板12がアーチ状に撓
み変形したときには、可動板16は平面形状を保ったま
までその厚み方向に平行変位する。その結果、支持板1
2の周縁部と可動板16間の間隔が広がるので、当該部
分における両電極20,21間のギャップが広がり、両
電極20,21間に発生する静電容量が変化する。そし
て、変化した静電容量に基づいて加わった加速度を測定
することができる。
対し、上方向への加速度が加わるとすると、図4に示す
ように、支持板12が変位し、上に凸のアーチ状に撓
む。すると、平面形状を保つ可動板16は、その中央に
て支持板12の中央部に柱部14を介して局部的に支持
されているだけであるので、支持板12がアーチ状に撓
み変形したときには、可動板16は平面形状を保ったま
までその厚み方向に平行変位する。その結果、支持板1
2の周縁部と可動板16間の間隔が広がるので、当該部
分における両電極20,21間のギャップが広がり、両
電極20,21間に発生する静電容量が変化する。そし
て、変化した静電容量に基づいて加わった加速度を測定
することができる。
【0032】ここで注目すべき点は、支持板12の変位
に基づいて変化する電極20,21間のギャップ部分
は、面積の大きな支持板12の周縁部になっていること
である。すなわち、図1に示した従来の片持ち梁4で支
持された重り5の変位では、重り5のほぼ半分の領域
(面積)ではあまりギャップが変化しなかったが、本形
態では、アーチ状に変化することから、あまりギャップ
が変化しない領域を少なくすることができ、静電容量の
変化量も大きくなり、高感度となる。さらに、可動板1
6を支持する支持板12を異なる面、つまり、変位方向
(上下方向)に重ねるようにしたため、チップサイズ
(平面積)に対する電極面積の占有率を大きくすること
ができ、センサの小型化を図りつつ特性・感度を向上す
ることが可能となる。しかも、従来の加速度センサでは
重り5を変位させる片持ち梁4や支持部8は、あくまで
も支持機能のみ(支持部8は配線引出機能も有してい
る)であり、静電容量を検出する機能はなかったが、本
形態では、上記したように支持板12の表面に第1電極
20を設けたため、支持板12を設けた空間が静電容量
検出のためのデッドスペースにならないという利点もあ
る。また、支持板12と可動板16をともに導電性の半
導体基板を用いて形成したため、接合後に熱歪みの影響
を受けなくなる。
に基づいて変化する電極20,21間のギャップ部分
は、面積の大きな支持板12の周縁部になっていること
である。すなわち、図1に示した従来の片持ち梁4で支
持された重り5の変位では、重り5のほぼ半分の領域
(面積)ではあまりギャップが変化しなかったが、本形
態では、アーチ状に変化することから、あまりギャップ
が変化しない領域を少なくすることができ、静電容量の
変化量も大きくなり、高感度となる。さらに、可動板1
6を支持する支持板12を異なる面、つまり、変位方向
(上下方向)に重ねるようにしたため、チップサイズ
(平面積)に対する電極面積の占有率を大きくすること
ができ、センサの小型化を図りつつ特性・感度を向上す
ることが可能となる。しかも、従来の加速度センサでは
重り5を変位させる片持ち梁4や支持部8は、あくまで
も支持機能のみ(支持部8は配線引出機能も有してい
る)であり、静電容量を検出する機能はなかったが、本
形態では、上記したように支持板12の表面に第1電極
20を設けたため、支持板12を設けた空間が静電容量
検出のためのデッドスペースにならないという利点もあ
る。また、支持板12と可動板16をともに導電性の半
導体基板を用いて形成したため、接合後に熱歪みの影響
を受けなくなる。
【0033】また、上記のような支持板12を製造する
には、例えば図5に示すように、第1半導体基板として
P型のシリコンウエハ10′を用い、その上面にリン等
をドープして所定深さのn領域10aを形成する。この
時、ドープの深さは、最終的に形成する支持板12の厚
さとし、また、ドープする領域としては、スリット11
を形成しない表面全面としている。従って、ドープした
状態では、シリコンウエハ10′の上面はスリット形成
領域のみP型シリコンとなり、それ以外はn領域10a
となる。
には、例えば図5に示すように、第1半導体基板として
P型のシリコンウエハ10′を用い、その上面にリン等
をドープして所定深さのn領域10aを形成する。この
時、ドープの深さは、最終的に形成する支持板12の厚
さとし、また、ドープする領域としては、スリット11
を形成しない表面全面としている。従って、ドープした
状態では、シリコンウエハ10′の上面はスリット形成
領域のみP型シリコンとなり、それ以外はn領域10a
となる。
【0034】そして、シリコンウエハ10′の下面に、
酸化膜あるいは窒化膜Rをパターニングして設ける。こ
の設置位置は、枠体13の下面、つまり、ダイボンド部
13aの形成領域とする。この状態でウエハに対して異
方性エッチングを行うと、酸化膜あるいは窒化膜Rで覆
われていないP型シリコン部分がエッチングする。する
と、上記ドープして形成したn領域10aはエッチスト
ップ層となるので、図6に示すように、酸化膜あるいは
窒化膜で覆われていなかった下面中央部分は除去されて
支持板12となる。しかも、P型のシリコンウエハ1
0′の上面側でリンをドープしなかった2本の帯状部分
も除去されるので、スリット11が形成される。これに
より、枠体13に対して両持ち支持される支持板12が
形成される。なお、図示の例では、支持板12を有する
第1半導体基板10の部分に着目して製造プロセスを説
明したが、実際には、図5に示す状態から、さらにその
上面に絶縁層や半導体ウエハなどをパターニングしつつ
積層し、図6に示すように支持板12を製造する工程
は、最終プロセス或いはそれに近いときに行うことにな
る。
酸化膜あるいは窒化膜Rをパターニングして設ける。こ
の設置位置は、枠体13の下面、つまり、ダイボンド部
13aの形成領域とする。この状態でウエハに対して異
方性エッチングを行うと、酸化膜あるいは窒化膜Rで覆
われていないP型シリコン部分がエッチングする。する
と、上記ドープして形成したn領域10aはエッチスト
ップ層となるので、図6に示すように、酸化膜あるいは
窒化膜で覆われていなかった下面中央部分は除去されて
支持板12となる。しかも、P型のシリコンウエハ1
0′の上面側でリンをドープしなかった2本の帯状部分
も除去されるので、スリット11が形成される。これに
より、枠体13に対して両持ち支持される支持板12が
形成される。なお、図示の例では、支持板12を有する
第1半導体基板10の部分に着目して製造プロセスを説
明したが、実際には、図5に示す状態から、さらにその
上面に絶縁層や半導体ウエハなどをパターニングしつつ
積層し、図6に示すように支持板12を製造する工程
は、最終プロセス或いはそれに近いときに行うことにな
る。
【0035】一方、本形態では、支持板12(第1電極
20)と可動板16(第2電極21)をともに半導体
(シリコン)基板で形成したことから、両電極20,2
1間に正しく静電容量を発生させるとともに、発生した
静電容量を取り出すためにさらに以下のような構造をと
った。
20)と可動板16(第2電極21)をともに半導体
(シリコン)基板で形成したことから、両電極20,2
1間に正しく静電容量を発生させるとともに、発生した
静電容量を取り出すためにさらに以下のような構造をと
った。
【0036】すなわち、両半導体基板10,18を接合
する際に、その間に絶縁膜22を介在させるようにし、
各基板10,18は絶縁膜22に接続するようにした。
そして、絶縁膜22としては、例えば第1半導体基板1
0の上面にパターニングして酸化膜を成膜することによ
り形成でき、この絶縁膜22により上記した柱部14を
製造することもできる。
する際に、その間に絶縁膜22を介在させるようにし、
各基板10,18は絶縁膜22に接続するようにした。
そして、絶縁膜22としては、例えば第1半導体基板1
0の上面にパターニングして酸化膜を成膜することによ
り形成でき、この絶縁膜22により上記した柱部14を
製造することもできる。
【0037】さらに、両電極20,21が接触して短絡
するのを防止するため、可動板16、すなわち、第2半
導体基板18の接合面側表面(図中、下面)を絶縁性の
保護膜24で被覆した。これにより誤って可動板16が
支持板12に接触したとしても、両者間には保護膜24
が存在するため短絡しない。また、第2半導体基板18
の非接合面側表面も同様に絶縁性の保護膜25を成膜
し、短絡するのを防止している。
するのを防止するため、可動板16、すなわち、第2半
導体基板18の接合面側表面(図中、下面)を絶縁性の
保護膜24で被覆した。これにより誤って可動板16が
支持板12に接触したとしても、両者間には保護膜24
が存在するため短絡しない。また、第2半導体基板18
の非接合面側表面も同様に絶縁性の保護膜25を成膜
し、短絡するのを防止している。
【0038】また、両電極20,21間に発生する静電
容量を外部に取り出す機構としては、まず、第1電極2
0側は、絶縁膜22の一部に孔部22aを形成して下側
に位置する第1半導体基板10を露出させ、その露出し
た第1半導体基板10に電気的に接続するようにしてア
ルミ等をスパッタリングしてワイヤパッド26を形成す
る。これにより、第1電極20は、支持板12,第1半
導体基板10を介してワイヤパッド26と導通されるの
で、そのワイヤパッド26にボンデンィグワイヤを接続
することにより、外部の装置に接続できる。
容量を外部に取り出す機構としては、まず、第1電極2
0側は、絶縁膜22の一部に孔部22aを形成して下側
に位置する第1半導体基板10を露出させ、その露出し
た第1半導体基板10に電気的に接続するようにしてア
ルミ等をスパッタリングしてワイヤパッド26を形成す
る。これにより、第1電極20は、支持板12,第1半
導体基板10を介してワイヤパッド26と導通されるの
で、そのワイヤパッド26にボンデンィグワイヤを接続
することにより、外部の装置に接続できる。
【0039】また、第2電極21側は、可動板16と一
体に形成された引出配線27を介して第1半導体基板1
0の枠体13の上方に形成されたターミナル部28に接
続され、そのターミナル部28の上面に形成された保護
膜25の一部に孔部25aを形成しその下側に位置する
ターミナル部28を露出させ、その露出したターミナル
部28に電気的に接続するようにしてアルミ等をスパッ
タリングしてワイヤパッド29を形成する。これによ
り、第2電極21は、上記した経路を通ってワイヤパッ
ド29と導通されるので、そのワイヤパッド29にボン
デンィグワイヤを接続することにより、外部の装置に接
続できる。
体に形成された引出配線27を介して第1半導体基板1
0の枠体13の上方に形成されたターミナル部28に接
続され、そのターミナル部28の上面に形成された保護
膜25の一部に孔部25aを形成しその下側に位置する
ターミナル部28を露出させ、その露出したターミナル
部28に電気的に接続するようにしてアルミ等をスパッ
タリングしてワイヤパッド29を形成する。これによ
り、第2電極21は、上記した経路を通ってワイヤパッ
ド29と導通されるので、そのワイヤパッド29にボン
デンィグワイヤを接続することにより、外部の装置に接
続できる。
【0040】さらに、枠体13の上面には、絶縁膜22
を介してフレーム30が形成されている。このフレーム
30の上下両面にも、保護膜24,25が成膜されてい
る。このフレーム30は、可動板16の周囲を囲むよう
に配置され、このフレーム30を設けたことにより、可
動板16の側面に何らかの物体が衝突することが可及的
に抑制される。そして、上記した可動板16,引出配線
27,ターミナル部28及びフレーム30が、第2半導
体基板18により形成される。つまり、第2半導体基板
18をエッチングしてパターニングすることにより、同
時に形成できる。一方、そのように第2半導体基板18
から製造されることから、引出配線27は従来のボンデ
ィングワイヤなどに比べると剛性があるため、係る引出
配線27が可動板16の変位に対して悪影響を与えない
ようにする必要がある。
を介してフレーム30が形成されている。このフレーム
30の上下両面にも、保護膜24,25が成膜されてい
る。このフレーム30は、可動板16の周囲を囲むよう
に配置され、このフレーム30を設けたことにより、可
動板16の側面に何らかの物体が衝突することが可及的
に抑制される。そして、上記した可動板16,引出配線
27,ターミナル部28及びフレーム30が、第2半導
体基板18により形成される。つまり、第2半導体基板
18をエッチングしてパターニングすることにより、同
時に形成できる。一方、そのように第2半導体基板18
から製造されることから、引出配線27は従来のボンデ
ィングワイヤなどに比べると剛性があるため、係る引出
配線27が可動板16の変位に対して悪影響を与えない
ようにする必要がある。
【0041】そこで本形態では、引出配線27を細長く
することにより引出配線27自体の剛性を弱くするよう
にした。しかも、できるだけ長くすることにより、可動
板16が変位した際に、弾性復元力が働かないようにし
た。つまり、図3(B)に示すように、引出配線27の
一端27aを可動板16の1つの頂点付近に連結し、引
出配線27は、可動板16の1辺と平行に配置しその他
端27bを可動板16の他の頂点付近まで延長形成して
いる。なお、より好ましくは、さらに延長し、可動板1
6の隣接する2つの辺に沿うように形成(引出配線は途
中で折曲される)してもよい。
することにより引出配線27自体の剛性を弱くするよう
にした。しかも、できるだけ長くすることにより、可動
板16が変位した際に、弾性復元力が働かないようにし
た。つまり、図3(B)に示すように、引出配線27の
一端27aを可動板16の1つの頂点付近に連結し、引
出配線27は、可動板16の1辺と平行に配置しその他
端27bを可動板16の他の頂点付近まで延長形成して
いる。なお、より好ましくは、さらに延長し、可動板1
6の隣接する2つの辺に沿うように形成(引出配線は途
中で折曲される)してもよい。
【0042】図7,図8は、本発明の第2の実施の形態
を示している。本実施の形態は、基本的には上記した第
1の実施の形態と同様であるが、支持板12の寸法形状
を、可動電極16よりも小さくしている。そして、第1
電極20は、第2電極21と対向する面、すなわち、支
持板12の上面20aはもちろんのこと、第1半導体基
板10の枠体13の上面の一部20bも第1電極20と
なる。
を示している。本実施の形態は、基本的には上記した第
1の実施の形態と同様であるが、支持板12の寸法形状
を、可動電極16よりも小さくしている。そして、第1
電極20は、第2電極21と対向する面、すなわち、支
持板12の上面20aはもちろんのこと、第1半導体基
板10の枠体13の上面の一部20bも第1電極20と
なる。
【0043】係る構成にすると、図7(A)と図8を比
較すると明らかなように、加速度が加わることによりス
リット11によって両側縁がフリーになって両持ち支持
された支持板12が、アーチ状に撓んで電極20,21
間のギャップが変化した場合に、その多くの領域(枠体
13の上面に形成した電極部分20bと第2電極21と
の間)では、電極間距離は平行変位するので、入出力特
性(加速度変化に対する静電容量の変化)の直線性が得
られる領域が広くなる。
較すると明らかなように、加速度が加わることによりス
リット11によって両側縁がフリーになって両持ち支持
された支持板12が、アーチ状に撓んで電極20,21
間のギャップが変化した場合に、その多くの領域(枠体
13の上面に形成した電極部分20bと第2電極21と
の間)では、電極間距離は平行変位するので、入出力特
性(加速度変化に対する静電容量の変化)の直線性が得
られる領域が広くなる。
【0044】また、このように支持板12の面積を小さ
くしても高感度となることから、枠体13の幅を広くす
ることができ、ダイボンド部13aの幅を広くとること
ができる。従って、センサを小型化しても所望のセンサ
特性を得つつ、確実に面実装するためのダイボンド部1
3aの幅を確保できるので、さらなる小型化が可能とな
る。なお、その他の構成並びに作用効果は、上記した第
1の実施の形態と同様であるので、同一符号を付しその
詳細な説明を省略する。
くしても高感度となることから、枠体13の幅を広くす
ることができ、ダイボンド部13aの幅を広くとること
ができる。従って、センサを小型化しても所望のセンサ
特性を得つつ、確実に面実装するためのダイボンド部1
3aの幅を確保できるので、さらなる小型化が可能とな
る。なお、その他の構成並びに作用効果は、上記した第
1の実施の形態と同様であるので、同一符号を付しその
詳細な説明を省略する。
【0045】図9は、第3の実施の形態を示している。
本実施の形態では、上記した第2の実施の形態を基本と
し、さらに絶縁耐圧の向上を図っている。すなわち、枠
体13の上面に位置する電極部分20bの上面を覆うよ
うにして絶縁膜31を成膜している。この絶縁膜31を
設けたことにより、両電極20,21間には、保護膜2
4と絶縁膜31が存在しているので、より確実に電極2
0,21間の短絡が防止される。なお、その他の構成並
びに作用効果は、上記した第2の実施の形態と同様であ
るので、その説明を省略する。
本実施の形態では、上記した第2の実施の形態を基本と
し、さらに絶縁耐圧の向上を図っている。すなわち、枠
体13の上面に位置する電極部分20bの上面を覆うよ
うにして絶縁膜31を成膜している。この絶縁膜31を
設けたことにより、両電極20,21間には、保護膜2
4と絶縁膜31が存在しているので、より確実に電極2
0,21間の短絡が防止される。なお、その他の構成並
びに作用効果は、上記した第2の実施の形態と同様であ
るので、その説明を省略する。
【0046】また、上記した絶縁膜31として、SiN
膜等の誘電率の高い絶縁膜を用いるとよい。つまり、物
理的な距離は支持板12の部分のギャップと枠体13の
部分のギャップとが等しいとしても(基準状態)、枠体
13部分のギャップで発生する静電容量が大きくなる。
従って、平行変位してギャップ間隔も変わる領域のみ静
電容量を増加することができ、高感度化と、入出力特性
の直線性の向上が図れる。
膜等の誘電率の高い絶縁膜を用いるとよい。つまり、物
理的な距離は支持板12の部分のギャップと枠体13の
部分のギャップとが等しいとしても(基準状態)、枠体
13部分のギャップで発生する静電容量が大きくなる。
従って、平行変位してギャップ間隔も変わる領域のみ静
電容量を増加することができ、高感度化と、入出力特性
の直線性の向上が図れる。
【0047】そして、係る構造は、例えば第1半導体基
板10の上面全面にSiN膜を堆積させ、必要領域以外
をドライエッチングなどで除去することにより絶縁膜3
1を成膜できる。その後、絶縁膜22(柱部14)を形
成し、第2半導体基板18を接合するなどの通常のプロ
セス通りに加工することにより本形態のセンサを構成で
きる。
板10の上面全面にSiN膜を堆積させ、必要領域以外
をドライエッチングなどで除去することにより絶縁膜3
1を成膜できる。その後、絶縁膜22(柱部14)を形
成し、第2半導体基板18を接合するなどの通常のプロ
セス通りに加工することにより本形態のセンサを構成で
きる。
【0048】図10は、本発明の第4の実施の形態を示
している。本実施の形態では、上記した第1の実施の形
態を基本とし、可動板16の下面のうち柱部14の周囲
の領域に溝32を形成している。すなわち、図4からも
明らかなように、支持板12の変位に伴う柱部14の周
囲の電極間距離の変化量が小さい。従って、センサ全体
の電極20,21間に発生する静電容量を考えた場合、
当該柱部14の周囲の領域で発生する静電容量は、加速
度がかかってもあまり変化せず、寄生容量となる。従っ
て、図示のように溝32を形成し、当該領域のギャップ
を広げ、その溝32を挟んで対向する電極部分に発生す
る静電容量を小さくすることにより、上記寄生容量を削
減して入出力特性の直線性の向上を図るようにした。
している。本実施の形態では、上記した第1の実施の形
態を基本とし、可動板16の下面のうち柱部14の周囲
の領域に溝32を形成している。すなわち、図4からも
明らかなように、支持板12の変位に伴う柱部14の周
囲の電極間距離の変化量が小さい。従って、センサ全体
の電極20,21間に発生する静電容量を考えた場合、
当該柱部14の周囲の領域で発生する静電容量は、加速
度がかかってもあまり変化せず、寄生容量となる。従っ
て、図示のように溝32を形成し、当該領域のギャップ
を広げ、その溝32を挟んで対向する電極部分に発生す
る静電容量を小さくすることにより、上記寄生容量を削
減して入出力特性の直線性の向上を図るようにした。
【0049】そして、そのように溝32を設け寄生容量
の削減を図るタイプとしては、図示のものに限ることは
なく、例えば図11に示すように、可動板16の下面中
央を柱部14が連結する部分も含めて溝32を形成し、
その溝32のほぼ中心位置に柱部14を接続するように
してもよい。また、図12(A),(B)に示すよう
に、支持板12側に溝33を設けてもよい。さらには、
それらを適宜組み合わせて実施することも可能である。
の削減を図るタイプとしては、図示のものに限ることは
なく、例えば図11に示すように、可動板16の下面中
央を柱部14が連結する部分も含めて溝32を形成し、
その溝32のほぼ中心位置に柱部14を接続するように
してもよい。また、図12(A),(B)に示すよう
に、支持板12側に溝33を設けてもよい。さらには、
それらを適宜組み合わせて実施することも可能である。
【0050】さらに、図11,図12(B)に示すよう
に構成した場合には、柱部14が溝32,34内のほぼ
中央に位置すればよいので、図10,図12(A)のも
のに比べると組立が容易に行える。また、図10,図1
1に示すような形状を構成するには、予め第2半導体基
板18の下面の所定位置(溝32の形成部分)をエッチ
ングにより除去した後、保護膜を成膜し、それを絶縁膜
22付きの第1半導体基板10に接合することにより簡
単に製造できる。
に構成した場合には、柱部14が溝32,34内のほぼ
中央に位置すればよいので、図10,図12(A)のも
のに比べると組立が容易に行える。また、図10,図1
1に示すような形状を構成するには、予め第2半導体基
板18の下面の所定位置(溝32の形成部分)をエッチ
ングにより除去した後、保護膜を成膜し、それを絶縁膜
22付きの第1半導体基板10に接合することにより簡
単に製造できる。
【0051】さらにまた、第2の実施の形態(支持板面
積を小さくし、電極間距離が平行変位する領域を大きく
したタイプ)のものにおいても、上記した第4の実施の
形態を適用できる。一例を示すと、図13に示すよう
に、可動板16の下面のうち、柱部14の周囲に溝32
を形成することができる。もちろん、図示省略するが、
図11に示したようにように可動板16の下面中央に溝
を設け、その溝内に柱部14の上端を接合するようにし
てもよい。また、図14に示すように、支持板12の上
面中央部位に溝33を設け、その溝33内に柱部14の
下端を接続してもよい。もちろん、図示省略するが、図
12(A)に示したように柱部14の周囲のみに溝を設
けるようにしてもよい。
積を小さくし、電極間距離が平行変位する領域を大きく
したタイプ)のものにおいても、上記した第4の実施の
形態を適用できる。一例を示すと、図13に示すよう
に、可動板16の下面のうち、柱部14の周囲に溝32
を形成することができる。もちろん、図示省略するが、
図11に示したようにように可動板16の下面中央に溝
を設け、その溝内に柱部14の上端を接合するようにし
てもよい。また、図14に示すように、支持板12の上
面中央部位に溝33を設け、その溝33内に柱部14の
下端を接続してもよい。もちろん、図示省略するが、図
12(A)に示したように柱部14の周囲のみに溝を設
けるようにしてもよい。
【0052】なお、上記した図10から図14に図示し
た各実施の形態及び図示省略した各変形例においても、
支持板12の対向する両側縁には、図3(B),図7
(B)に示すような1組のスリット11が形成され、支
持板12が弾性変形してアーチ状に撓むことができるよ
うになっている。
た各実施の形態及び図示省略した各変形例においても、
支持板12の対向する両側縁には、図3(B),図7
(B)に示すような1組のスリット11が形成され、支
持板12が弾性変形してアーチ状に撓むことができるよ
うになっている。
【0053】図15は、本発明の第5の実施の形態を示
している。本実施の形態では、上記した第2の実施の形
態を基本とし、さらに入出力特性の直線性の改善を図っ
ている。すなわち、可動板16のうち、支持板12に対
向する部分に貫通孔35を設けている。これに伴い、柱
部14と可動板16とは、十字状に延びた梁36により
連結されている。そして、係る貫通孔35は、第2半導
体基板18をエッチングして可動板16を形成する際に
同時に製造できる。
している。本実施の形態では、上記した第2の実施の形
態を基本とし、さらに入出力特性の直線性の改善を図っ
ている。すなわち、可動板16のうち、支持板12に対
向する部分に貫通孔35を設けている。これに伴い、柱
部14と可動板16とは、十字状に延びた梁36により
連結されている。そして、係る貫通孔35は、第2半導
体基板18をエッチングして可動板16を形成する際に
同時に製造できる。
【0054】係る構成にすると、支持板12に対向する
部分には、導電体がほとんどない(梁部36のみ)の
で、第1半導体基板10側に形成する第1電極20は、
変位しない枠体13の上面部分のみ(或いは大部分)と
なる。従って、上記した第4の実施の形態に比べさらに
寄生容量が減少し、電極のほとんどが平行変位する部分
となる。これにより、入出力特性の直線性がさらに向上
する。
部分には、導電体がほとんどない(梁部36のみ)の
で、第1半導体基板10側に形成する第1電極20は、
変位しない枠体13の上面部分のみ(或いは大部分)と
なる。従って、上記した第4の実施の形態に比べさらに
寄生容量が減少し、電極のほとんどが平行変位する部分
となる。これにより、入出力特性の直線性がさらに向上
する。
【0055】さらにまた、本形態では、貫通孔35を設
けたことにより、支持板12ひいては可動板16が変位
する際に、空気の逃げ通路となるので、移動時の空気抵
抗が少なくスムーズに変位でき、微小な加速度や高周波
数及びまたは瞬間的にかかる加速度であっても精度よく
検出できるという副次的効果も発揮する。なお、その他
の構成並びに作用効果は、上記した実施の形態(特に第
2の実施の形態)と同様であるので、その詳細な説明を
省略する。
けたことにより、支持板12ひいては可動板16が変位
する際に、空気の逃げ通路となるので、移動時の空気抵
抗が少なくスムーズに変位でき、微小な加速度や高周波
数及びまたは瞬間的にかかる加速度であっても精度よく
検出できるという副次的効果も発揮する。なお、その他
の構成並びに作用効果は、上記した実施の形態(特に第
2の実施の形態)と同様であるので、その詳細な説明を
省略する。
【0056】図16は、本発明の第6の実施の形態を示
している。本実施の形態も、入出力特性の直線性の改善
を図ったものである。同図に示すように、上記した各実
施の形態と相違して、第2電極38は、その可動板16
の下面に成膜した保護膜24の表面にアルミなどの金属
をスパッタリングなどして形成している。そして、その
第2電極38は、可動板16の下面のうち第1半導体基
板10の枠体13に対向する部分に形成している。
している。本実施の形態も、入出力特性の直線性の改善
を図ったものである。同図に示すように、上記した各実
施の形態と相違して、第2電極38は、その可動板16
の下面に成膜した保護膜24の表面にアルミなどの金属
をスパッタリングなどして形成している。そして、その
第2電極38は、可動板16の下面のうち第1半導体基
板10の枠体13に対向する部分に形成している。
【0057】係る構成をとると、第2半導体基板18で
形成した可動板16は、第2電極38と電気的に非導通
状態となるので、可動板16は支持板12の変形に伴い
平板状を保持したまま変位する機能、つまり、第2電極
38を平行変位させるための機能を有することになる。
そして、可動板16の下面の柱部14の周囲には第2電
極38を設けなかったため、支持板12の上面との間に
は静電容量が発生しない(仮に発生しても無視できる程
度である)。従って、静電容量は、加速度が加わった際
に平行変位する第2電極38とそれに対向する(変位し
ない)枠体13上に形成された第1電極20間に発生す
るため、入出力特性の直線性が向上する。
形成した可動板16は、第2電極38と電気的に非導通
状態となるので、可動板16は支持板12の変形に伴い
平板状を保持したまま変位する機能、つまり、第2電極
38を平行変位させるための機能を有することになる。
そして、可動板16の下面の柱部14の周囲には第2電
極38を設けなかったため、支持板12の上面との間に
は静電容量が発生しない(仮に発生しても無視できる程
度である)。従って、静電容量は、加速度が加わった際
に平行変位する第2電極38とそれに対向する(変位し
ない)枠体13上に形成された第1電極20間に発生す
るため、入出力特性の直線性が向上する。
【0058】図17は、本発明の第7の実施の形態を示
している。本実施の形態では、第2電極を外部に引き出
すためのワイヤパッド29に導通させるための引出構造
の改良に関する。そして、具体的なセンサ構造として
は、上記した第1〜第5の実施の形態のいずれも適用で
きる。すなわち、上記した各実施の形態では、可動板1
6とターミナル部28を結ぶ1本の引出配線27を設け
ていたが、本実施の形態では、その引出配線27と点対
称(可動板16の中心:柱部14を基準)にダミー配線
39を設け、そのダミー配線39にて、可動板16の側
縁と第2半導体基板18の所定位置に形成したパターン
40に接続している。このパターン40は、フレーム3
0とは絶縁されている。
している。本実施の形態では、第2電極を外部に引き出
すためのワイヤパッド29に導通させるための引出構造
の改良に関する。そして、具体的なセンサ構造として
は、上記した第1〜第5の実施の形態のいずれも適用で
きる。すなわち、上記した各実施の形態では、可動板1
6とターミナル部28を結ぶ1本の引出配線27を設け
ていたが、本実施の形態では、その引出配線27と点対
称(可動板16の中心:柱部14を基準)にダミー配線
39を設け、そのダミー配線39にて、可動板16の側
縁と第2半導体基板18の所定位置に形成したパターン
40に接続している。このパターン40は、フレーム3
0とは絶縁されている。
【0059】係る構成にすると、可動板16が変位した
際に引出配線27から受ける反力と同程度の反力をダミ
ー配線39からも受けることになる。従って、可動板1
6に対してはほぼ全体に均等に反力がかかるので、可動
板16の傾き、ねじれがなくなる。よって確実に両電極
の平行状態を保ちながら変位することになる。なお、図
では配線が2箇所に設けられているが、例えば4箇所に
卍型に設けるようにすると、係る効力はさらに増大す
る。
際に引出配線27から受ける反力と同程度の反力をダミ
ー配線39からも受けることになる。従って、可動板1
6に対してはほぼ全体に均等に反力がかかるので、可動
板16の傾き、ねじれがなくなる。よって確実に両電極
の平行状態を保ちながら変位することになる。なお、図
では配線が2箇所に設けられているが、例えば4箇所に
卍型に設けるようにすると、係る効力はさらに増大す
る。
【0060】図18は、本発明の第8の実施の形態を示
している。本実施の形態では、引出配線27及びダミー
配線39を点対称に配置する点では上記した第7の実施
の形態と同様であるが、各配線27,39と可動板16
との接続箇所を異ならせている。すなわち、可動板16
の1組の対辺のそれぞれの中点から中心に向かって帯状
の切欠部16aを設ける。その切欠部16aの奥側は、
柱部14に位置している。そして、引出配線27及びダ
ミー配線39を、切欠部16a内に挿入配置し、可動板
16の中心側付近で接続している。これにより、支持板
12の変位に伴い移動する柱部14の付近で各配線2
7,39が接続され、しかも、係る接続点付近は、ギャ
ップ変動が少ないこともあり、柱部14を介して支持板
12側に係る反力も小さくてすむ。そして、配線27,
39の応力は柱部14付近にのみ加わり、可動板16の
ひずみ等を考慮する必要がなくなる。さらに、両配線2
7,39の形状は1本の帯状としても、十分長さを確保
できる。従って、上記した各実施の形態のように、可動
板16とフレーム30の間に、その隙間に沿って引出配
線27等をはわす必要がないので、可動板16とフレー
ム30との間隔を狭くし、小型化が図れる。
している。本実施の形態では、引出配線27及びダミー
配線39を点対称に配置する点では上記した第7の実施
の形態と同様であるが、各配線27,39と可動板16
との接続箇所を異ならせている。すなわち、可動板16
の1組の対辺のそれぞれの中点から中心に向かって帯状
の切欠部16aを設ける。その切欠部16aの奥側は、
柱部14に位置している。そして、引出配線27及びダ
ミー配線39を、切欠部16a内に挿入配置し、可動板
16の中心側付近で接続している。これにより、支持板
12の変位に伴い移動する柱部14の付近で各配線2
7,39が接続され、しかも、係る接続点付近は、ギャ
ップ変動が少ないこともあり、柱部14を介して支持板
12側に係る反力も小さくてすむ。そして、配線27,
39の応力は柱部14付近にのみ加わり、可動板16の
ひずみ等を考慮する必要がなくなる。さらに、両配線2
7,39の形状は1本の帯状としても、十分長さを確保
できる。従って、上記した各実施の形態のように、可動
板16とフレーム30の間に、その隙間に沿って引出配
線27等をはわす必要がないので、可動板16とフレー
ム30との間隔を狭くし、小型化が図れる。
【0061】図19は、本発明の第9の実施の形態を示
している。本実施の形態では、上記した第8の実施の形
態をさらに改良したもので、可動板16に設けた切欠部
16a内に進入させ柱部14近傍で接続した両配線2
7,39を、可動板16の周囲(隣接する2辺)に沿っ
て所定距離延長形成している。これにより、各配線2
7,39は、可動板16の3辺と平行になるようにな
り、総延長距離が長くなる。よって、本形態では、上記
した第7の実施の形態と同様に2つの配線27,39を
点対称にすることにより可動板16に対する反力が均等
になり、また、第8の実施の形態と同様に柱部14付近
で接続することにより、発生する反力自体を小さくする
という効果を発揮するとともに、両配線27,39の長
さを長くすることにより、配線27,29の応力を小さ
くし、よりスムーズに可動板16が平行変位できるよう
にしている。
している。本実施の形態では、上記した第8の実施の形
態をさらに改良したもので、可動板16に設けた切欠部
16a内に進入させ柱部14近傍で接続した両配線2
7,39を、可動板16の周囲(隣接する2辺)に沿っ
て所定距離延長形成している。これにより、各配線2
7,39は、可動板16の3辺と平行になるようにな
り、総延長距離が長くなる。よって、本形態では、上記
した第7の実施の形態と同様に2つの配線27,39を
点対称にすることにより可動板16に対する反力が均等
になり、また、第8の実施の形態と同様に柱部14付近
で接続することにより、発生する反力自体を小さくする
という効果を発揮するとともに、両配線27,39の長
さを長くすることにより、配線27,29の応力を小さ
くし、よりスムーズに可動板16が平行変位できるよう
にしている。
【0062】図20は、本発明の第10の実施の形態を
示している。本実施の形態も引出配線27の改良であ
り、上記した各実施の形態に対して適用できる。すなわ
ち、可動板16に比べて引出配線27を薄くしている。
このようにすることにより、引出配線27の応力が小さ
くなり、可動板16に対する応力の影響が減少する。そ
して、係る構造のセンサを製造するには、例えば第2半
導体基板18を第1半導体基板10に接合する前に、第
2半導体基板18の接合面側の引出配線27の形成領域
をドライエッチングなどでエッチングして薄肉にしてお
く。その後、両半導体基板をフュージョンボンディング
により接合し、通常の作製プロセスを実施して作製する
ことができる。
示している。本実施の形態も引出配線27の改良であ
り、上記した各実施の形態に対して適用できる。すなわ
ち、可動板16に比べて引出配線27を薄くしている。
このようにすることにより、引出配線27の応力が小さ
くなり、可動板16に対する応力の影響が減少する。そ
して、係る構造のセンサを製造するには、例えば第2半
導体基板18を第1半導体基板10に接合する前に、第
2半導体基板18の接合面側の引出配線27の形成領域
をドライエッチングなどでエッチングして薄肉にしてお
く。その後、両半導体基板をフュージョンボンディング
により接合し、通常の作製プロセスを実施して作製する
ことができる。
【0063】なお、上記した各実施の形態では、いずれ
も第2電極21(可動板16)を外部に引き出すための
引出配線を、可動板16を製造する第2半導体基板18
を用いて一体的に形成したが、本発明はこれに限ること
はなく、例えば図21に示すように、ボンディングワイ
ヤ43等の別部材を用いて接続してもよい。この例で
は、可動板16の上面にワイヤパッド44を設け(保護
膜を設けている場合には、保護膜の該当する部分に孔部
を形成する)、そのワイヤパッド44と電極パッド29
にボンディングワイヤ43の両端を接続している。この
ようにボンディングワイヤ43を用いた場合には、上記
した各実施の形態のように引出配線の応力の影響がなく
なるという点では好ましい。この場合、支持板を形成す
る前に、ワイヤボンドを行うと、ボンディングが容易に
行える。
も第2電極21(可動板16)を外部に引き出すための
引出配線を、可動板16を製造する第2半導体基板18
を用いて一体的に形成したが、本発明はこれに限ること
はなく、例えば図21に示すように、ボンディングワイ
ヤ43等の別部材を用いて接続してもよい。この例で
は、可動板16の上面にワイヤパッド44を設け(保護
膜を設けている場合には、保護膜の該当する部分に孔部
を形成する)、そのワイヤパッド44と電極パッド29
にボンディングワイヤ43の両端を接続している。この
ようにボンディングワイヤ43を用いた場合には、上記
した各実施の形態のように引出配線の応力の影響がなく
なるという点では好ましい。この場合、支持板を形成す
る前に、ワイヤボンドを行うと、ボンディングが容易に
行える。
【0064】図22,図23は本発明の第11の実施の
形態を示している。本実施の形態では、上記した各実施
の形態と相違して、可動板46をガラス基板を用いて形
成している。すなわち、まず支持板47を形成した第1
半導体基板48の上面全面に絶縁膜49を成膜する。そ
して、この絶縁膜49の上面所定位置にはアルミ等をス
パッタリングすることにより配線パターン50を形成
し、その配線パターン50の一端50aを幅広にしてワ
イヤパッドとする。
形態を示している。本実施の形態では、上記した各実施
の形態と相違して、可動板46をガラス基板を用いて形
成している。すなわち、まず支持板47を形成した第1
半導体基板48の上面全面に絶縁膜49を成膜する。そ
して、この絶縁膜49の上面所定位置にはアルミ等をス
パッタリングすることにより配線パターン50を形成
し、その配線パターン50の一端50aを幅広にしてワ
イヤパッドとする。
【0065】一方、可動板46の下面中央に凸部46a
を形成する。そして、可動板46の下面側の周縁、つま
り第1半導体基板48の枠体51に対向する部分にアル
ミ等をスパッタリングして第2電極53を形成し、その
第2電極53に連続して上記凸部46aまで延びる配線
パターン55も同時に形成する。そして、上記した配線
パターン50の他端50bには、インタコネクション部
57を設け、そのインタコネンクション部57に、上記
凸部46aを接合する。インタコネクション部57はア
ルミにより形成されているので、これにより第2電極5
3は、配線パターン50→インタコネクション部57→
配線パターン55を通ってワイヤパッド50aに導通さ
れる。そして、凸部46a並びにインタコネクション部
57により柱部が形成される。このようにインタコネク
ションを利用することにより、可動板46の周囲をフリ
ー状態にすることができるので、可動板に応力がかから
ず、歪みの発生も可及的に抑制できる。
を形成する。そして、可動板46の下面側の周縁、つま
り第1半導体基板48の枠体51に対向する部分にアル
ミ等をスパッタリングして第2電極53を形成し、その
第2電極53に連続して上記凸部46aまで延びる配線
パターン55も同時に形成する。そして、上記した配線
パターン50の他端50bには、インタコネクション部
57を設け、そのインタコネンクション部57に、上記
凸部46aを接合する。インタコネクション部57はア
ルミにより形成されているので、これにより第2電極5
3は、配線パターン50→インタコネクション部57→
配線パターン55を通ってワイヤパッド50aに導通さ
れる。そして、凸部46a並びにインタコネクション部
57により柱部が形成される。このようにインタコネク
ションを利用することにより、可動板46の周囲をフリ
ー状態にすることができるので、可動板に応力がかから
ず、歪みの発生も可及的に抑制できる。
【0066】なお、第2電極53に対向する第1半導体
基板48の枠体51の上面が第1電極58となり、両電
極53,58間にギャップ間距離に応じた静電容量が発
生する。そして、第1電極58は、絶縁膜49の所定位
置に形成された孔部49aを介して露出する第1半導体
基板48にアルミをスパッタリングすることにより形成
されたワイヤパッド60を介して外部と導通可能とな
る。
基板48の枠体51の上面が第1電極58となり、両電
極53,58間にギャップ間距離に応じた静電容量が発
生する。そして、第1電極58は、絶縁膜49の所定位
置に形成された孔部49aを介して露出する第1半導体
基板48にアルミをスパッタリングすることにより形成
されたワイヤパッド60を介して外部と導通可能とな
る。
【0067】図24は、本発明の第12の実施の形態を
示している。本実施の形態では、上記した各実施の形態
を基本とし、その可動板16の上方空間を覆うようにし
てカバー61を形成している。係る構成をとることによ
り、ギャップ内へのゴミなどの侵入を防ぐことができ
る。そして、係るカバー61をシリコン等の半導体基板
を適宜エッチングして形成したものを用いると、半導体
プロセスによる一連の処理により製造することができ
る。
示している。本実施の形態では、上記した各実施の形態
を基本とし、その可動板16の上方空間を覆うようにし
てカバー61を形成している。係る構成をとることによ
り、ギャップ内へのゴミなどの侵入を防ぐことができ
る。そして、係るカバー61をシリコン等の半導体基板
を適宜エッチングして形成したものを用いると、半導体
プロセスによる一連の処理により製造することができ
る。
【0068】上記した各構成のセンサを製造するには、
例えば第1の半導体基板と、第2の半導体基板をそれぞ
れ別々のシリコンウエハから形成し、例えば第1の半導
体基板の上に柱部を形成した後、その柱部の上面に第2
半導体基板を接合後、さらにエッチングによるパターニ
ングを行うことにより半導体プロセスを用いて製造する
ことができる。
例えば第1の半導体基板と、第2の半導体基板をそれぞ
れ別々のシリコンウエハから形成し、例えば第1の半導
体基板の上に柱部を形成した後、その柱部の上面に第2
半導体基板を接合後、さらにエッチングによるパターニ
ングを行うことにより半導体プロセスを用いて製造する
ことができる。
【0069】また、別の方法としては、例えば図25に
示す方法によっても製造できる。すなわち、表面マイク
ロ技術を用い、支持板を設ける基板上に堆積した導電性
薄膜で、対向電極を形成するには、以下のように行う。 (1)まず、第1半導体基板となるシリコンウエハ1
0′上にSiN膜等を堆積させ、SiNをエッチングし
て柱部14等を形成する。 (2)ギャップとなる部分に酸化膜62を堆積させる。
この酸化膜が犠牲層となる。 (3)柱部14の上方に位置する酸化膜を除去し、ポリ
シリコンを堆積させ可動板16及び引出配線をパターン
形成する。もちろんポリシリコンの堆積前後に保護膜も
成膜する。これにより、図25(A)の中間製造物が形
成できる。 (4)ウェットエッチングにより、処理(2)で製造し
た酸化膜(犠牲層)をエッチングして上記し、ギャップ
を形成する。これにより、図25(B)の中間製造物が
形成できる。 (5)ワイヤボンディング用のパッドを形成するととも
にシリコンウエハの下面所定位置をエッチングして支持
板12を形成する。これにより、図25(C)に示すよ
うなセンサが製造される。係るプロセスによりセンサチ
ップを作成すればウエハ1枚で作成可能になり、コスト
ダウンにつながる。
示す方法によっても製造できる。すなわち、表面マイク
ロ技術を用い、支持板を設ける基板上に堆積した導電性
薄膜で、対向電極を形成するには、以下のように行う。 (1)まず、第1半導体基板となるシリコンウエハ1
0′上にSiN膜等を堆積させ、SiNをエッチングし
て柱部14等を形成する。 (2)ギャップとなる部分に酸化膜62を堆積させる。
この酸化膜が犠牲層となる。 (3)柱部14の上方に位置する酸化膜を除去し、ポリ
シリコンを堆積させ可動板16及び引出配線をパターン
形成する。もちろんポリシリコンの堆積前後に保護膜も
成膜する。これにより、図25(A)の中間製造物が形
成できる。 (4)ウェットエッチングにより、処理(2)で製造し
た酸化膜(犠牲層)をエッチングして上記し、ギャップ
を形成する。これにより、図25(B)の中間製造物が
形成できる。 (5)ワイヤボンディング用のパッドを形成するととも
にシリコンウエハの下面所定位置をエッチングして支持
板12を形成する。これにより、図25(C)に示すよ
うなセンサが製造される。係るプロセスによりセンサチ
ップを作成すればウエハ1枚で作成可能になり、コスト
ダウンにつながる。
【0070】さらに、上記した工程(3)では可動板
(第2電極)と引出配線をともにポリシリコンで形成し
たが、例えば可動板を単結晶シリコンで作製し、引出配
線の部分を表面マイクロ技術によりポリシリコンで作製
すれば、「可動板の剛性>引出配線の剛性」となり、引
出配線により生じる応力の影響が対向電極にかかりにく
い構造とすることができる。
(第2電極)と引出配線をともにポリシリコンで形成し
たが、例えば可動板を単結晶シリコンで作製し、引出配
線の部分を表面マイクロ技術によりポリシリコンで作製
すれば、「可動板の剛性>引出配線の剛性」となり、引
出配線により生じる応力の影響が対向電極にかかりにく
い構造とすることができる。
【0071】
【発明の効果】本発明の静電容量型加速度センサ及び検
出方法は、支持板の変形に伴う静電容量の変化が、支持
板の周縁側の大きな面積の領域で最も大きくすることが
できる。その結果、測定対象物理量の変化に対するセン
サ出力の変化が大きくなり、高感度となる。そして、支
持板と可動板とが変位方向に沿って重なるようにして配
置されているので、センサチップに対する電極面積の占
有率を増大でき、センサの小型化を図りつつ感度の向上
を図ることができる。さらには、測定レンジを広くする
ためには、可動板の変位可能な距離を大きくする必要が
ある。すると、従来の重りと梁(支持部)を同一平面に
形成した構造で重りを大きく変位させるためには、梁等
を長くする必要があり、そうすると電極の占有面積が小
さくなり、感度の低下を招く。しかし、本発明では、可
動板の変位量を大きくするために支持板を大きくして
も、電極面積の占有率には影響を与えない。よって、感
度を低下させることなく測定レンジを大きくすることが
できる。
出方法は、支持板の変形に伴う静電容量の変化が、支持
板の周縁側の大きな面積の領域で最も大きくすることが
できる。その結果、測定対象物理量の変化に対するセン
サ出力の変化が大きくなり、高感度となる。そして、支
持板と可動板とが変位方向に沿って重なるようにして配
置されているので、センサチップに対する電極面積の占
有率を増大でき、センサの小型化を図りつつ感度の向上
を図ることができる。さらには、測定レンジを広くする
ためには、可動板の変位可能な距離を大きくする必要が
ある。すると、従来の重りと梁(支持部)を同一平面に
形成した構造で重りを大きく変位させるためには、梁等
を長くする必要があり、そうすると電極の占有面積が小
さくなり、感度の低下を招く。しかし、本発明では、可
動板の変位量を大きくするために支持板を大きくして
も、電極面積の占有率には影響を与えない。よって、感
度を低下させることなく測定レンジを大きくすることが
できる。
【0072】また、電極を支持板付きの基板の周囲、つ
まり支持板の形成されていない領域に形成した場合に
は、その部分では電極間距離が平行変位するので、入出
力特性の直線性を良好にすることができ、また、ダイボ
ンド部の幅を十分にとることができ、小型化が可能とな
る。さらに、柱部付近のギャップ間距離(誘電率を考慮
して実質的な距離も含む)を広くしたりすると、寄生容
量を減少できるので、入出力特性の直線性を向上でき
る。さらに、引出配線の構造を工夫すると、可動板に対
する応力が減少したり、悪影響をなくすことができるの
で、特性が向上する。
まり支持板の形成されていない領域に形成した場合に
は、その部分では電極間距離が平行変位するので、入出
力特性の直線性を良好にすることができ、また、ダイボ
ンド部の幅を十分にとることができ、小型化が可能とな
る。さらに、柱部付近のギャップ間距離(誘電率を考慮
して実質的な距離も含む)を広くしたりすると、寄生容
量を減少できるので、入出力特性の直線性を向上でき
る。さらに、引出配線の構造を工夫すると、可動板に対
する応力が減少したり、悪影響をなくすことができるの
で、特性が向上する。
【図1】従来の静電容量型加速度センサの一例を示す断
面図である。
面図である。
【図2】従来の静電容量型加速度センサの一例を示す断
面図である。
面図である。
【図3】本発明に係る静電容量型加速度センサの第1の
実施の形態を示す図である。
実施の形態を示す図である。
【図4】本発明に係る静電容量型加速度センサの第1の
実施の形態を示す図である。
実施の形態を示す図である。
【図5】支持板を有する基板の製造プロセスの一例を説
明する図である。
明する図である。
【図6】支持板を有する基板の製造プロセスの一例を説
明する図である。
明する図である。
【図7】本発明に係る静電容量型加速度センサの第2の
実施の形態を示す図である。
実施の形態を示す図である。
【図8】本発明に係る静電容量型加速度センサの第2の
実施の形態を示す図である。
実施の形態を示す図である。
【図9】本発明に係る静電容量型加速度センサの第3の
実施の形態を示す図である。
実施の形態を示す図である。
【図10】本発明に係る静電容量型加速度センサの第4
の実施の形態を示す図である。
の実施の形態を示す図である。
【図11】本発明に係る静電容量型加速度センサの第4
の実施の形態の変形例を示す図である。
の実施の形態の変形例を示す図である。
【図12】本発明に係る静電容量型加速度センサの第4
の実施の形態の変形例を示す図である。
の実施の形態の変形例を示す図である。
【図13】本発明に係る静電容量型加速度センサの第4
の実施の形態の変形例を示す図である。
の実施の形態の変形例を示す図である。
【図14】本発明に係る静電容量型加速度センサの第4
の実施の形態の変形例を示す図である。
の実施の形態の変形例を示す図である。
【図15】本発明に係る静電容量型加速度センサの第5
の実施の形態を示す図である。
の実施の形態を示す図である。
【図16】本発明に係る静電容量型加速度センサの第6
の実施の形態を示す図である。
の実施の形態を示す図である。
【図17】本発明に係る静電容量型加速度センサの第7
の実施の形態を示す図である。
の実施の形態を示す図である。
【図18】本発明に係る静電容量型加速度センサの第8
の実施の形態を示す図である。
の実施の形態を示す図である。
【図19】本発明に係る静電容量型加速度センサの第9
の実施の形態を示す図である。
の実施の形態を示す図である。
【図20】本発明に係る静電容量型加速度センサの第1
0の実施の形態を示す図である。
0の実施の形態を示す図である。
【図21】本発明に係る静電容量型加速度センサの第1
0の実施の形態の変形例を示す図である。
0の実施の形態の変形例を示す図である。
【図22】本発明に係る静電容量型加速度センサの第1
1の実施の形態を示す図である。
1の実施の形態を示す図である。
【図23】本発明に係る静電容量型加速度センサの第1
1の実施の形態を示す図である。
1の実施の形態を示す図である。
【図24】本発明に係る静電容量型加速度センサの第1
2の実施の形態を示す図である。
2の実施の形態を示す図である。
【図25】製造プロセスの一例を説明する図である。
10 第1の半導体基板 11 スリット 12 支持板 13 枠体 13a ダイボンド部 14 柱部 16 可動板 18 第2の半導体基板 20 第1電極 21 第2電極 22 絶縁膜 24,25 保護膜 27 引出配線 39 ダミー配線
Claims (5)
- 【請求項1】 枠体に対して両持ち支持された弾性変形
可能な支持板を備えた基板と、 その支持板の表面に設けた柱部と、 その柱部に接続され、前記支持板の弾性変形とともに変
位する可動板と、 前記基板と前記可動板の対向面にそれぞれ設けた第1,
第2電極と、 前記第1,第2電極間に発生する静電容量に基づく信号
を外部に取り出す手段とを備えた静電容量型加速度セン
サ。 - 【請求項2】 枠体に対して両持ち支持された弾性変形
可能な支持板を備えた基板と、 その支持板に連結され、初期形状を保持しながら前記支
持板の変形とともに平行移動する可動板と、 前記基板と前記可動板の対向面にそれぞれ設けた第1,
第2電極と、 前記第1,第2電極間に発生する静電容量に基づく信号
を外部に取り出す手段とを備えた静電容量型加速度セン
サ。 - 【請求項3】 枠体に対して両持ち支持された弾性変形
可能な支持板を備えた基板と、 その基板表面の前記支持板の外周囲に設けた第1電極
と、 前記支持板に連結され、前記第1電極に対して平行状態
を保持しながら前記支持板の変形とともに移動する可動
板と、 前記可動板の前記第1電極に対向する部分に設けられた
第2電極と、 前記第1,第2電極間に発生する静電容量に基づく信号
を外部に取り出す手段とを備えた静電容量型加速度セン
サ。 - 【請求項4】 基板と、可動板と、それらを連結する柱
部とを有し、 前記柱部が接続される前記基板の周辺を、外周囲に比べ
て薄肉にするとともに、その薄肉にした部分に所定の間
隔をおいて複数のスリットを形成し、その複数のスリッ
トで挟まれた領域を弾性変形可能な支持板を設けて、そ
の支持板が変形するのとともに前記可動板を変位するよ
うにし、 前記基板と前記可動板の対向面にそれぞれ第1,第2電
極を設けた静電容量型加速度センサ。 - 【請求項5】 枠体に対して両持ち支持された弾性変形
可能な支持板を有する基台と、その支持板に連結され前
記支持板が変形するのとともに移動する可動板とを配備
し、 前記基台と前記可動板の対向面にそれぞれ第1,第2電
極を設け、 前記支持板の変位に伴って変化する両電極の相対位置に
伴い両電極間に発生する静電容量に基づく信号を検出す
ることにより、前記支持板や前記可動板に加わる加速度
を検出する検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10036799A JPH11218545A (ja) | 1998-02-02 | 1998-02-02 | 静電容量型加速度センサ及び検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10036799A JPH11218545A (ja) | 1998-02-02 | 1998-02-02 | 静電容量型加速度センサ及び検出方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11218545A true JPH11218545A (ja) | 1999-08-10 |
Family
ID=12479843
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10036799A Withdrawn JPH11218545A (ja) | 1998-02-02 | 1998-02-02 | 静電容量型加速度センサ及び検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11218545A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006349563A (ja) * | 2005-06-17 | 2006-12-28 | Mitsubishi Electric Corp | 慣性力センサ |
| JP2008529001A (ja) * | 2005-01-28 | 2008-07-31 | フリースケール セミコンダクター インコーポレイテッド | 少なくとも2つの間隙寸法と、活性コンデンサ空間の外側に配置された行程ストッパを備えているz軸加速度計 |
| JP2008197113A (ja) * | 2008-03-13 | 2008-08-28 | Matsushita Electric Works Ltd | 半導体加速度センサ |
| JP2010085142A (ja) * | 2008-09-30 | 2010-04-15 | Torex Semiconductor Ltd | 加速度センサー |
| JP2011106822A (ja) * | 2009-11-12 | 2011-06-02 | Mitsubishi Electric Corp | 加速度センサ |
| JP2012502276A (ja) * | 2008-09-05 | 2012-01-26 | アナログ デバイシス, インコーポレイテッド | 可動z−軸感知要素を備えたmemsセンサ |
| US8939029B2 (en) | 2008-09-05 | 2015-01-27 | Analog Devices, Inc. | MEMS sensor with movable Z-axis sensing element |
| JP2022540050A (ja) * | 2019-06-28 | 2022-09-14 | アナログ ディヴァイスィズ インク | 低寄生容量mems慣性センサおよび関連する方法 |
-
1998
- 1998-02-02 JP JP10036799A patent/JPH11218545A/ja not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008529001A (ja) * | 2005-01-28 | 2008-07-31 | フリースケール セミコンダクター インコーポレイテッド | 少なくとも2つの間隙寸法と、活性コンデンサ空間の外側に配置された行程ストッパを備えているz軸加速度計 |
| JP2006349563A (ja) * | 2005-06-17 | 2006-12-28 | Mitsubishi Electric Corp | 慣性力センサ |
| JP2008197113A (ja) * | 2008-03-13 | 2008-08-28 | Matsushita Electric Works Ltd | 半導体加速度センサ |
| JP2012502276A (ja) * | 2008-09-05 | 2012-01-26 | アナログ デバイシス, インコーポレイテッド | 可動z−軸感知要素を備えたmemsセンサ |
| US8939029B2 (en) | 2008-09-05 | 2015-01-27 | Analog Devices, Inc. | MEMS sensor with movable Z-axis sensing element |
| JP2010085142A (ja) * | 2008-09-30 | 2010-04-15 | Torex Semiconductor Ltd | 加速度センサー |
| JP2011106822A (ja) * | 2009-11-12 | 2011-06-02 | Mitsubishi Electric Corp | 加速度センサ |
| JP2022540050A (ja) * | 2019-06-28 | 2022-09-14 | アナログ ディヴァイスィズ インク | 低寄生容量mems慣性センサおよび関連する方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20050405 |