JPH11230982A - Mechanical quantity sensor - Google Patents

Mechanical quantity sensor

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JPH11230982A
JPH11230982A JP10029807A JP2980798A JPH11230982A JP H11230982 A JPH11230982 A JP H11230982A JP 10029807 A JP10029807 A JP 10029807A JP 2980798 A JP2980798 A JP 2980798A JP H11230982 A JPH11230982 A JP H11230982A
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JP
Japan
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electrode
movable electrode
weight
weight movable
fixed electrode
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JP10029807A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenichi Ao
青  建一
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Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 梁部により支持されたおもり可動電極が自重
によって垂れ下がる現象を防止して、そのおもり可動電
極及びこれと対向された固定電極間の距離変化に基づい
て力学量を検出する際の検出信頼性を向上させること。 【解決手段】 支持基板12上のアンカー部15に梁部
16を介して支持されたおもり可動電極17は、加速度
の印加に応じて支持基板12の表面と平行な二次元平面
方向へ自由に変位するようになっており、所定レベル以
上の加速度が印加されたときに、支持基板上の固定電極
14と接触するようになっている。おもり可動電極17
の上面には、環状の磁性体19が設けられる。支持基板
12、固定電極、可動電極17などより成る加速度セン
サ1を収納するためのケース24のキャップ24aの下
面には、磁性体19に対し、おもり可動電極を持ち上げ
る方向の吸引力を作用させる磁石23が設けられる。
(57) [Problem] To prevent a movable weight electrode supported by a beam from hanging down by its own weight, and to calculate a dynamic quantity based on a change in a distance between the movable weight electrode and a fixed electrode facing the movable movable electrode. Improve detection reliability when detecting. A weight movable electrode (17) supported by an anchor (15) on a support substrate (12) via a beam (16) is freely displaced in a two-dimensional plane direction parallel to the surface of the support substrate (12) in response to the application of acceleration. When an acceleration of a predetermined level or more is applied, the fixed electrode 14 on the support substrate comes into contact with the fixed electrode 14. Weight movable electrode 17
An annular magnetic body 19 is provided on the upper surface of the. A magnet for applying an attractive force to the magnetic body 19 in the direction of lifting the weight movable electrode is provided on the lower surface of the cap 24a of the case 24 for housing the acceleration sensor 1 including the support substrate 12, the fixed electrode, the movable electrode 17, and the like. 23 are provided.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、加速度などの力学
量を、弾性変形可能な梁部によって支持されたおもり可
動電極の変位に基づいて検出するようにした力学量セン
サに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dynamic quantity sensor for detecting a dynamic quantity such as acceleration based on a displacement of a weight movable electrode supported by an elastically deformable beam.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば、ガス用の流量メータに内蔵さ
れ、地震などの振動を感知したときにガス配管のバルブ
を閉塞する用途、或いは燃焼ストーブに内蔵され、地震
などの振動を感知したときに炎及び燃料を断つ用途など
に使用される加速度センサにあっては、二次元平面内に
おける多方向の加速度をほぼ同一感度で検出できるよう
に構成されたものが一般的になっている。このような加
速度センサにおいては、その小形化及び低消費電力化な
どと共に信頼性や生産性の向上を実現することが要求さ
れており、このような要求を満たす素子として、従来よ
り、例えば特開平9−145740号公報に見られるよ
うな半導体加速度センサが知られている。
2. Description of the Related Art For example, it is built in a gas flow meter and is used to close a valve of a gas pipe when vibration such as an earthquake is detected, or when it is built in a combustion stove and detects vibration such as an earthquake. 2. Description of the Related Art Acceleration sensors used for cutting off flames and fuel are generally configured to detect accelerations in multiple directions in a two-dimensional plane with almost the same sensitivity. In such an acceleration sensor, it is required to realize improvement in reliability and productivity as well as downsizing and low power consumption. A semiconductor acceleration sensor as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-145740 is known.

【0003】即ち、図10及び図11には、当該公報に
記載された半導体加速度センサの模式的な縦断面構造及
び平面構造がそれぞれ示されている(但し、図11中の
ハッチングは断面を示すものではなく、各構造要素の区
別を容易にするためのものである)。これら図10及び
図11において、単結晶シリコンより成る支持基板1上
には、支持アンカー2aを介してアンカー部3が固定さ
れている。4本の梁部4は、各一端がアンカー部3に一
体に連結されて支持基板1の表面と平行する方向へ弾性
変形可能に設けられたもので、その平面形状がスパイラ
ル状に形成されている。これら梁部4の各自由端側に
は、環状のおもり可動電極5が、アンカー部3と同心状
配置となるように一体に連結される。このおもり可動電
極5は、その外周面、つまり支持基板1に対して垂直な
方向の円柱状側面が導電性の検出面5aとして機能する
構成となっている。
More specifically, FIGS. 10 and 11 show a schematic longitudinal sectional structure and a planar structure of a semiconductor acceleration sensor described in the publication, respectively (however, hatching in FIG. 11 indicates a cross section). It is not a thing, but to make it easy to distinguish each structural element.) 10 and 11, an anchor portion 3 is fixed on a support substrate 1 made of single crystal silicon via a support anchor 2a. Each of the four beams 4 has one end integrally connected to the anchor 3 and is provided so as to be elastically deformable in a direction parallel to the surface of the support substrate 1. The planar shape is formed in a spiral shape. I have. An annular weight movable electrode 5 is integrally connected to each free end side of the beam portion 4 so as to be concentrically arranged with the anchor portion 3. The weight movable electrode 5 is configured such that its outer peripheral surface, that is, a cylindrical side surface in a direction perpendicular to the support substrate 1 functions as a conductive detection surface 5a.

【0004】支持基板1上には、固定電極6が支持アン
カー2bを介して配置される。この固定電極6は、おも
り可動電極5を包囲する形態で設けられるもので、当該
おもり可動電極5に対向する円筒形状内周面が、導電性
の被検出面6aとして機能する構成となっている。この
場合、アンカー部3、梁部4、おもり可動電極5、固定
電極6は、支持基板1上にシリコン酸化膜を介して貼り
合わされたSOI構造のシリコン単結晶基板をトレンチ
エッチングすると共に、上記シリコン酸化膜の一部を犠
牲層エッチングすることにより形成される。尚、アンカ
ー部3上及び固定電極6上には、信号取出用のボンディ
ングパッド7及び8がそれぞれ設けられる。
[0004] On the support substrate 1, a fixed electrode 6 is arranged via a support anchor 2b. The fixed electrode 6 is provided so as to surround the weight movable electrode 5, and the inner peripheral surface of the cylindrical shape facing the weight movable electrode 5 functions as a conductive detection surface 6 a. . In this case, the anchor part 3, the beam part 4, the weight movable electrode 5, and the fixed electrode 6 are formed by trench-etching a silicon single crystal substrate having an SOI structure bonded to the support substrate 1 via a silicon oxide film, and etching the silicon substrate. The sacrifice layer is formed by etching a part of the oxide film. The bonding pads 7 and 8 for extracting signals are provided on the anchor portion 3 and the fixed electrode 6, respectively.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記のような半導体加
速度センサにあっては、外部から加速度が作用したとき
に、おもり可動電極5が水平方向へ変位するように設置
されるものであり、斯様な変位に応じたおもり可動電極
5及び固定電極6間の接触により加速度を検出するとい
う接点方式のセンサ、若しくは上記変位に伴うおもり可
動電極5及び固定電極6間の静電容量の変化に基づいて
加速度を検出するという容量方式のセンサとして機能す
るものである。
In the above-described semiconductor acceleration sensor, the weight movable electrode 5 is installed so as to be displaced in the horizontal direction when acceleration is applied from the outside. Contact type sensor that detects acceleration by contact between the weight movable electrode 5 and the fixed electrode 6 corresponding to such displacement, or based on a change in capacitance between the weight movable electrode 5 and the fixed electrode 6 due to the displacement. The sensor functions as a capacitive sensor that detects acceleration.

【0006】しかしながら、このような構成とされた半
導体力学量センサにあっては、おもり可動電極5を弾性
変形可能な梁部4によって支持した構造となっている関
係上、図11に示すように、おもり可動電極5が自重に
よって垂れ下がった状態となって、そのおもり可動電極
5と固定電極6との対向面積が小さくなるという現象が
発生する。このため、接点方式のセンサとして構成され
た場合には、両電極5及び6間の接触面積が小さくなっ
て、その接触時の導通抵抗が大きくなるという事情があ
り、また、容量方式のセンサとして構成された場合に
は、両電極5及び6間に形成される静電容量の絶対値が
小さくなって、S/N比が低下するという事情があり、
何れにしても検出信頼性の低下を来たすことになる。
However, in the semiconductor dynamic quantity sensor having such a configuration, as shown in FIG. 11, since the weight movable electrode 5 is supported by the elastically deformable beam portion 4, Then, the weight movable electrode 5 hangs down due to its own weight, and a phenomenon occurs in which the facing area between the weight movable electrode 5 and the fixed electrode 6 decreases. For this reason, when configured as a contact type sensor, there is a situation that the contact area between the two electrodes 5 and 6 is reduced, and the conduction resistance at the time of the contact is increased. In such a case, the absolute value of the capacitance formed between the electrodes 5 and 6 is reduced, and the S / N ratio is reduced.
In any case, the detection reliability is reduced.

【0007】本発明は上記した事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、おもり可動電極が自重によって
垂れ下がる現象を防止できるようになって、そのおもり
可動電極及びこれと対向された固定電極間の距離変化に
基づいて力学量を検出する際の検出信頼性を向上させ得
るようになる力学量センサを提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to prevent the weight movable electrode from hanging down by its own weight. It is an object of the present invention to provide a physical quantity sensor capable of improving detection reliability when detecting a physical quantity based on a change in distance between them.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項1に記載したような手段を採用できる。この手
段によれば、おもり可動電極と一体に設けられた磁性体
が、そのおもり可動電極の上方に配置された磁石によっ
て上方へ吸引されるようになるから、おもり可動電極が
自重によって垂れ下がった状態になることを効果的に防
止できる。このため、おもり可動電極と固定電極との対
向面積が小さくなる事態が阻止されることになって、お
もり可動電極及び固定電極間の距離変化に基づいて力学
量を検出する際の検出信頼性の低下を未然に防止できる
ようになる。
Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, means as described in claim 1 can be employed. According to this means, since the magnetic body provided integrally with the movable weight electrode is attracted upward by the magnet disposed above the movable weight electrode, the weight movable electrode hangs down by its own weight. Can be effectively prevented. For this reason, the situation where the opposing area between the weight movable electrode and the fixed electrode is reduced is prevented, and the detection reliability when detecting the physical quantity based on the change in the distance between the weight movable electrode and the fixed electrode is reduced. It is possible to prevent the deterioration beforehand.

【0009】請求項2に記載した手段を採用した場合に
は、磁性体を別途に設ける必要がなくなって全体の構造
が簡単化するようになる。
When the means described in claim 2 is adopted, it is not necessary to separately provide a magnetic body, and the entire structure is simplified.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、本発明を半導体加速度セン
サに適用した一実施例について図1ないし図9を参照し
ながら説明する。図1にはケースに収納した状態での全
体の模式的な縦断面構造が示され、図2には全体の横断
面構造が示されている。これら図1及び図2において、
力学量センサとしての半導体加速度センサ11(以下、
単に加速度センサと呼ぶ)は、基本的には、単結晶シリ
コンより成る支持基板12上に、同じく単結晶シリコン
より成る梁構造体13及び固定電極14を、それぞれに
対応した支持アンカー13a及び14aを介して支持し
た構造となっている。上記梁構造体13は、上記支持ア
ンカー13aにより支持された円柱形状のアンカー部1
5と、このアンカー部15に一体に連結された例えば4
本の梁部16と、これら梁部16により支持されたおも
り可動電極17とを備えた構成となっている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment in which the present invention is applied to a semiconductor acceleration sensor will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 shows an overall schematic vertical cross-sectional structure in a state of being housed in a case, and FIG. 2 shows an overall cross-sectional structure. In these FIGS. 1 and 2,
A semiconductor acceleration sensor 11 (hereinafter, referred to as a physical quantity sensor)
Basically, a beam structure 13 and a fixed electrode 14, which are also made of single-crystal silicon, are provided on a support substrate 12 made of single-crystal silicon, and support anchors 13 a and 14 a corresponding to the beams are formed. It has a structure supported through. The beam structure 13 includes a cylindrical anchor portion 1 supported by the support anchor 13a.
5 and, for example, 4
The structure includes a beam portion 16 and a weight movable electrode 17 supported by the beam portion 16.

【0011】この場合、上記梁部16は、スパイラル状
の平面形状を有するもので、各一端がアンカー部15の
周壁に一体に連結され、以て支持基板12の表面と平行
する方向へ延出した形態に支持されている。上記梁部1
6は、その縦断面形状の横方向寸法に対する縦方向寸法
の比が十分に大きく設定されており、これにより支持基
板12の表面と平行する方向へ弾性変形可能に構成され
ている。
In this case, the beam portion 16 has a spiral planar shape, and one end thereof is integrally connected to the peripheral wall of the anchor portion 15, thereby extending in a direction parallel to the surface of the support substrate 12. It is supported in the form. The above beam part 1
Reference numeral 6 is configured such that the ratio of the vertical dimension to the horizontal dimension of the vertical cross-sectional shape is set to be sufficiently large, so that it can be elastically deformed in a direction parallel to the surface of the support substrate 12.

【0012】前記おもり可動電極17は、環状(短円筒
形状)に形成されたもので、その内周面が前記梁部16
の自由端側に一体に連結されている。これにより、おも
り可動電極17は、支持基板12上に当該支持基板12
の表面と所定間隔を存して平行し、且つ力学量である加
速度の印加に応じて支持基板12の表面と平行な二次元
平面方向へ自由に変位できるように保持されている。そ
して、このおもり可動電極17は、その外周面が電極面
17aとされている。
The weight movable electrode 17 is formed in an annular shape (short cylindrical shape), and its inner peripheral surface is
Are connected integrally to the free end side of the. Thereby, the weight movable electrode 17 is placed on the support substrate 12.
The support substrate 12 is held so as to be freely displaceable in a two-dimensional plane direction parallel to the surface of the support substrate 12 in response to application of an acceleration, which is a mechanical quantity, in parallel with the surface of the support substrate 12 at a predetermined interval. The outer peripheral surface of the weight movable electrode 17 is an electrode surface 17a.

【0013】前記固定電極14は、おもり可動電極17
に対応した領域を円柱形状にくりぬいた形状とされるこ
とにより、支持基板12の周辺部に配置されたものであ
り、その内周面が電極面14bとされている。この場
合、上記電極面14bは、おもり可動電極17の電極面
17aと所定ギャップを存して対向された状態とされて
いる。具体的には、それら電極面14b及び17a間の
距離は、支持基板12が水平に設置された状態(おもり
可動電極17に加速度が印加されていない状態)におい
て、でほぼ均一な状態となるように保たれており、これ
により両電極面14b及び17a間のギャップは等幅の
円環状を呈するようになっている。
The fixed electrode 14 includes a weight movable electrode 17.
Is formed in a columnar shape so as to be arranged in the periphery of the support substrate 12, and the inner peripheral surface thereof is an electrode surface 14b. In this case, the electrode surface 14b is opposed to the electrode surface 17a of the weight movable electrode 17 with a predetermined gap. Specifically, the distance between the electrode surfaces 14b and 17a is substantially uniform in a state where the support substrate 12 is installed horizontally (a state where acceleration is not applied to the weight movable electrode 17). As a result, the gap between the two electrode surfaces 14b and 17a has an annular shape with the same width.

【0014】尚、上記おもり可動電極17などを含んで
成る梁構造体13、並びに固定電極14にあっては、少
なくともその表面にリンなどの不純物を導入したり、或
いは表面に導電性の材料を蒸着やメッキなどの手段によ
り成膜することによって、抵抗率が引き下げられる。
In the beam structure 13 including the weight movable electrode 17 and the fixed electrode 14, impurities such as phosphorus are introduced into at least the surface, or a conductive material is applied to the surface. By forming a film by means such as evaporation or plating, the resistivity is reduced.

【0015】梁構造体13及び固定電極14上には、保
護膜としてシリコン窒化膜18が成膜されている。ま
た、おもり可動電極17の上面には、Niなどより成る
環状磁性体19が上記シリコン窒化膜18を介して一体
的に設けられている。さらに、アンカー部15の上面に
は、シリコン窒化膜18を貫通して当該アンカー部15
にオーミック接続されたボンディングパッド20が設け
られ、固定電極14の上面には、シリコン窒化膜18を
貫通して当該固定電極14にオーミック接続されたボン
ディングパッド21が設けられている。尚、梁構造体1
3及び固定電極14の最上層には、保護膜としてシリコ
ン窒化膜22が成膜されているが、このシリコン窒化膜
22における上記ボンディングパッド20及び21との
対応部分は開口されている。
On the beam structure 13 and the fixed electrode 14, a silicon nitride film 18 is formed as a protective film. An annular magnetic body 19 made of Ni or the like is provided integrally on the upper surface of the weight movable electrode 17 with the silicon nitride film 18 interposed therebetween. Further, on the upper surface of the anchor part 15, the silicon nitride film 18
Is provided on the upper surface of the fixed electrode 14, and a bonding pad 21 penetrating the silicon nitride film 18 and being ohmic-connected to the fixed electrode 14 is provided. In addition, beam structure 1
A silicon nitride film 22 is formed as a protective film on the uppermost layer of the fixed electrode 3 and the fixed electrode 14, and a portion of the silicon nitride film 22 corresponding to the bonding pads 20 and 21 is opened.

【0016】また、おもり可動電極17の上方には、前
記環状磁性体19に吸引力を作用させ得る位置に磁石2
3が配置されている。この実施例では、上記磁石23
は、加速度センサ11を収納するためのケース24のキ
ャップ24aの下面に取り付けられている。この場合、
磁石23の大きさ及び磁界強度並びに取付位置は、環状
磁性体19を含むおもり可動電極17の重量及び大きさ
などを考慮して設定されるものである。具体的には、環
状磁性体19を吸引した状態で、おもり可動電極17の
電極面17aと前記固定電極14の電極面14bとの対
向面積が最大となるように設定される。尚、磁石23
は、支持基板12の表面と直交した方向(垂直方向)に
着磁されたものである。
The magnet 2 is positioned above the weight movable electrode 17 at a position where an attractive force can be applied to the annular magnetic body 19.
3 are arranged. In this embodiment, the magnet 23
Is attached to the lower surface of a cap 24a of a case 24 for housing the acceleration sensor 11. in this case,
The size, the magnetic field strength, and the mounting position of the magnet 23 are set in consideration of the weight and size of the weight movable electrode 17 including the annular magnetic body 19 and the like. Specifically, the area where the electrode surface 17a of the weight movable electrode 17 and the electrode surface 14b of the fixed electrode 14 oppose each other is set so that the annular magnetic body 19 is attracted. The magnet 23
Are magnetized in a direction perpendicular to the surface of the support substrate 12 (vertical direction).

【0017】さて、図3ないし図9には加速度センサ1
1の製造工程が模式的に示されており、以下これについ
て前記図1及び図2も参照しながら説明する。まず、図
3に示すように、加速度センサ11を作成するためのS
OI基板25を用意する。このSOI基板25は、最終
的に前記支持基板12となるシリコンウェハ26の表面
に形成されたシリコン酸化膜27上に、前記梁構造体1
3及び固定電極14を形成するための単結晶シリコンウ
ェハを貼り合わせ法などにより設け、研磨にて所定の厚
さとし単結晶シリコン基板28を形成した構成となって
いる。尚、上記シリコン酸化膜27は、最終的に前記支
持アンカー13a及び14aとなるものである。
FIGS. 3 to 9 show the acceleration sensor 1.
1 is schematically illustrated, and will be described below with reference to FIGS. First, as shown in FIG.
An OI substrate 25 is prepared. The SOI substrate 25 has the beam structure 1 on a silicon oxide film 27 formed on the surface of a silicon wafer 26 which will eventually become the support substrate 12.
3 and a single crystal silicon wafer for forming the fixed electrode 14 are provided by a bonding method or the like, and a predetermined thickness is polished to form a single crystal silicon substrate 28. Incidentally, the silicon oxide film 27 finally becomes the support anchors 13a and 14a.

【0018】次に、図4に示すように、単結晶シリコン
基板28上にLP−CVD法などにより前記シリコン窒
化膜18を形成した後に、このシリコン窒化膜18をパ
ターニングすることによって、前記ボンディングパッド
20及び21のための窓部20a及び21aを形成す
る。
Next, as shown in FIG. 4, after the silicon nitride film 18 is formed on the single crystal silicon substrate 28 by LP-CVD or the like, the silicon nitride film 18 is patterned to form the bonding pad. Windows 20a and 21a for 20 and 21 are formed.

【0019】さらに、この後には、図5に示すように、
前記ボンディングパッド20、21及び環状磁性体19
を形成する。具体的には、シリコン窒化膜18上の全体
に、蒸着手段、スパッタ手段或いはメッキ手段などによ
ってアルミ膜を成膜して前記窓部20a及び21を埋め
た状態とした後に、そのアルミ膜をパターニングするこ
とによってボンディングパッド20及び21を形成し、
また、この後に、Niなどの磁性体膜を同様に成膜した
後に、その磁性体膜をパターニングすることによって環
状磁性体19を形成する。
Thereafter, as shown in FIG.
Bonding pads 20, 21 and annular magnetic body 19
To form Specifically, an aluminum film is formed on the entire surface of the silicon nitride film 18 by a vapor deposition means, a sputtering means, a plating means, or the like to fill the windows 20a and 21 and then the aluminum film is patterned. To form bonding pads 20 and 21,
After that, a magnetic film such as Ni is formed in the same manner, and then the magnetic film is patterned to form the annular magnetic body 19.

【0020】その後、図6に示すように、上記シリコン
窒化膜18、環状磁性体19及びボンディングパッド2
0、21上に、CVD法或いはプラズマCVD法などに
より前記シリコン窒化膜22を成膜した後に、そのシリ
コン窒化膜22上にシリコン酸化膜29を同様の手法を
用いて成膜する。
Thereafter, as shown in FIG. 6, the silicon nitride film 18, the annular magnetic body 19 and the bonding pad 2 are formed.
After the silicon nitride film 22 is formed on the layers 0 and 21 by a CVD method or a plasma CVD method, a silicon oxide film 29 is formed on the silicon nitride film 22 by a similar method.

【0021】次いで、図7に示すように、シリコン酸化
膜29に対するエッチング処理、並びにシリコン窒化膜
22及び18に対するエッチング処理を順次行うことに
より、それらシリコン酸化膜29、シリコン窒化膜22
及び18に、最終的に前記梁構造体13及び固定電極1
4間の溝部となる領域に対応した形状の窓部30を形成
し、以てSOI基板25の単結晶シリコン基板28を露
出させる。
Next, as shown in FIG. 7, by sequentially performing an etching process on the silicon oxide film 29 and an etching process on the silicon nitride films 22 and 18, the silicon oxide film 29 and the silicon nitride film 22 are formed.
And 18, finally, the beam structure 13 and the fixed electrode 1
A window 30 having a shape corresponding to a region to be a groove between the four is formed, and the single crystal silicon substrate 28 of the SOI substrate 25 is exposed.

【0022】さらに、図8に示すように、単結晶シリコ
ン基板28に対し、最上層のシリコン酸化膜29をマス
クとした異方性エッチング(ドライエッチング)を施こ
すことにより、前記窓部30に対応した形状のトレンチ
31を形成し、以てSOI基板25のシリコン酸化膜2
7を露出させる。
Further, as shown in FIG. 8, anisotropic etching (dry etching) is performed on the single crystal silicon substrate 28 using the uppermost silicon oxide film 29 as a mask, so that the window 30 is formed. A trench 31 having a corresponding shape is formed, and thus the silicon oxide film 2 of the SOI substrate 25 is formed.
7 is exposed.

【0023】その後、図9に示すように、フッ酸系のエ
ッチング液を利用してシリコン酸化膜27を犠牲層エッ
チングして単結晶シリコン基板28の下面に空洞部を形
成するものであり、これにより支持アンカー13a及び
14aを形成する。つまり、このような犠牲層エッチン
グにより、支持アンカー13aにより支持された状態の
梁構造体13を形成する。この後に、シリコンウェハ2
6を所定位置でカットするダイシング工程などを行うこ
とによって、図1及び図2に示した加速度センサ1の基
本構造が完成する。
Thereafter, as shown in FIG. 9, the silicon oxide film 27 is etched into a sacrifice layer using a hydrofluoric acid-based etchant to form a cavity in the lower surface of the single crystal silicon substrate 28. Form the support anchors 13a and 14a. That is, the beam structure 13 supported by the support anchors 13a is formed by such sacrifice layer etching. After this, silicon wafer 2
The basic structure of the acceleration sensor 1 shown in FIG. 1 and FIG. 2 is completed by performing a dicing step or the like for cutting 6 at a predetermined position.

【0024】尚、このときには、最上層のシリコン酸化
膜29もエッチングされて除去される。また、上記犠牲
層エッチングは時間制御により行う。さらに、上記した
各工程の何れかの段階で、単結晶シリコン基板28に対
し、例えばリンなどの不純物をイオン注入やリンデポな
どにより導入することによって、梁構造体13及び固定
電極の抵抗率を下げることが行われる。
At this time, the uppermost silicon oxide film 29 is also removed by etching. The sacrificial layer etching is performed by controlling the time. Further, at any stage of each of the above-described steps, the resistivity of the beam structure 13 and the fixed electrode is reduced by introducing an impurity such as phosphorus into the single crystal silicon substrate 28 by ion implantation, phosphorus deposition, or the like. Is done.

【0025】上記した本実施例による加速度センサ1
は、支持基板12が水平な状態となるように設置される
ものであり、所定レベル以上の加速度が印加されたとき
に、おもり可動電極17が水平方向へ移動されて、その
電極面17aが固定電極14の電極面14bに接触する
ようになり、斯様な接触に応じて印加加速度を検出でき
るようになる。この場合、上記加速度センサ1にあって
は、おもり可動電極17と一体に設けられた磁性体19
が磁石23によって上方へ吸引されるのに応じて、おも
り可動電極17が持ち上げられた状態となるものであ
り、以て当該おもり可動電極17が自重によって垂れ下
がった状態になることが確実に防止される。そして、そ
の吸引状態では、おもり可動電極17の電極面17aと
固定電極14の電極面14bとの対向面積が最大となる
ように構成されているから、それら電極面17a及び1
4b間の接触時の導通抵抗が従来構成のように大きくな
る事態を阻止できるものであり、これにより、おもり可
動電極17及び固定電極14間の接触に基づいて加速度
を検出する際の検出信頼性の低下を未然に防止できるよ
うになる。
The acceleration sensor 1 according to the embodiment described above.
Is mounted so that the support substrate 12 is in a horizontal state. When an acceleration of a predetermined level or more is applied, the weight movable electrode 17 is moved in the horizontal direction, and the electrode surface 17a is fixed. It comes into contact with the electrode surface 14b of the electrode 14, and the applied acceleration can be detected according to such contact. In this case, in the acceleration sensor 1, the magnetic body 19 provided integrally with the weight movable electrode 17 is provided.
Is lifted in response to the magnet 23 being attracted upward by the magnet 23, whereby the weight movable electrode 17 is reliably prevented from hanging down by its own weight. You. In the suction state, the opposing area between the electrode surface 17a of the weight movable electrode 17 and the electrode surface 14b of the fixed electrode 14 is configured to be maximum.
4b, it is possible to prevent a situation where the conduction resistance at the time of contact between the electrodes 4b is increased as in the conventional configuration, and thereby the detection reliability when detecting acceleration based on the contact between the weight movable electrode 17 and the fixed electrode 14 is improved. Can be prevented beforehand.

【0026】尚、本発明は上記した実施例に限定される
ものではなく、次のような変形または拡張が可能であ
る。おもり可動電極17と固定電極14との接触により
加速度を検出する構成としたが、それら両電極17及び
14間の静電容量の変化に基づいて加速度を検出する構
成としても良い。おもり可動電極自体を磁性体により構
成しても良く、このような構成によれば、磁性体を別途
に設ける必要がなくなって全体の構造が簡単化するよう
になる。半導体加速度センサに限らず他の力学量センサ
にも応用できる。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be modified or expanded as follows. Although the configuration is such that the acceleration is detected by the contact between the weight movable electrode 17 and the fixed electrode 14, the configuration may be such that the acceleration is detected based on a change in capacitance between the electrodes 17 and 14. The weight movable electrode itself may be made of a magnetic material. According to such a configuration, it is not necessary to separately provide a magnetic material, and the entire structure is simplified. The invention can be applied not only to the semiconductor acceleration sensor but also to other physical quantity sensors.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例による半導体加速度センサの
模式的な縦断面図
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a semiconductor acceleration sensor according to an embodiment of the present invention.

【図2】同センサの横断面図FIG. 2 is a cross-sectional view of the sensor.

【図3】半導体加速度センサの製造工程を模式的に示す
縦断面図その1
FIG. 3 is a longitudinal sectional view schematically showing a manufacturing process of the semiconductor acceleration sensor.

【図4】同製造工程を模式的に示す縦断面図その2FIG. 4 is a longitudinal sectional view schematically showing the same manufacturing process.

【図5】同製造工程を模式的に示す縦断面図その3FIG. 5 is a longitudinal sectional view schematically showing the same manufacturing process.

【図6】同製造工程を模式的に示す縦断面図その4FIG. 6 is a longitudinal sectional view schematically showing the same manufacturing process.

【図7】同製造工程を模式的に示す縦断面図その5FIG. 7 is a longitudinal sectional view schematically showing the same manufacturing process.

【図8】同製造工程を模式的に示す縦断面図その6FIG. 8 is a longitudinal sectional view schematically showing the same manufacturing process.

【図9】同製造工程を模式的に示す縦断面図その7FIG. 9 is a longitudinal sectional view 7 schematically showing the same manufacturing process.

【図10】従来構成を説明するための図1相当図FIG. 10 is a diagram corresponding to FIG. 1 for explaining a conventional configuration.

【図11】同従来構成を説明するための平面図FIG. 11 is a plan view for explaining the conventional configuration.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11は半導体加速度センサ(力学量センサ)、12は支
持基板、13は梁構造体、13aは支持アンカー、14
は固定電極、14aは支持アンカー、14bは電極面、
15はアンカー部、16は梁部、17はおもり可動電
極、17aは電極面、19は環状磁性体、20、21は
ボンディングパッド、23は磁石を示す。
11 is a semiconductor acceleration sensor (dynamic quantity sensor), 12 is a support substrate, 13 is a beam structure, 13a is a support anchor, 14
Is a fixed electrode, 14a is a support anchor, 14b is an electrode surface,
Reference numeral 15 denotes an anchor portion, 16 denotes a beam portion, 17 denotes a movable weight electrode, 17a denotes an electrode surface, 19 denotes an annular magnetic body, 20 and 21 denote bonding pads, and 23 denotes a magnet.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 支持基板上のアンカー部に対し弾性変形
可能な梁部によって支持され、力学量の作用に応じて水
平方向へ変位可能に設けられたおもり可動電極と、 前記支持基板上に前記おもり可動電極と所定間隔を存し
て対向するように配置された固定電極とを備え、 前記おもり可動電極と固定電極との間の距離変化に基づ
いて当該おもり可動電極に作用する力学量を検出するよ
うにした力学量センサにおいて、 前記おもり可動電極と一体的に設けられた磁性体と、 前記おもり可動電極の上方に、前記磁性体に吸引力を作
用させるように配置された磁石とを備えたことを特徴と
する力学量センサ。
A weight movable electrode which is supported by an elastically deformable beam portion with respect to an anchor portion on a support substrate and is provided so as to be displaceable in a horizontal direction in response to an action of a mechanical quantity; A fixed electrode disposed so as to face the weight movable electrode at a predetermined interval, and detecting a mechanical amount acting on the weight movable electrode based on a change in a distance between the weight movable electrode and the fixed electrode. A dynamic quantity sensor comprising: a magnetic body provided integrally with the weight movable electrode; and a magnet disposed above the weight movable electrode so as to apply an attractive force to the magnetic body. The physical quantity sensor characterized by that.
【請求項2】 前記おもり可動電極自体が磁性体により
構成されていることを特徴とする請求項1記載の力学量
センサ。
2. The physical quantity sensor according to claim 1, wherein the weight movable electrode itself is made of a magnetic material.
【請求項3】 前記おもり可動電極及び固定電極間の接
触に応じて力学量の検出動作を行うように構成されてい
ることを特徴とする請求項1または2記載の力学量セン
サ。
3. The physical quantity sensor according to claim 1, wherein a physical quantity detection operation is performed in accordance with a contact between the weight movable electrode and the fixed electrode.
【請求項4】 前記おもり可動電極及び固定電極間の静
電容量の変化に基づいて力学量の検出動作を行うように
構成されていることを特徴とする請求項1または2記載
の力学量センサ。
4. The physical quantity sensor according to claim 1, wherein the physical quantity detection operation is performed based on a change in capacitance between the weight movable electrode and the fixed electrode. .
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