JPH0832090A - Inertia force sensor and manufacture thereof - Google Patents

Inertia force sensor and manufacture thereof

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Publication number
JPH0832090A
JPH0832090A JP6160171A JP16017194A JPH0832090A JP H0832090 A JPH0832090 A JP H0832090A JP 6160171 A JP6160171 A JP 6160171A JP 16017194 A JP16017194 A JP 16017194A JP H0832090 A JPH0832090 A JP H0832090A
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JP
Japan
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wafer
insulating film
inertial force
etching
force sensor
Prior art date
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Application number
JP6160171A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masahiro Tsugai
政広 番
Yoshiaki Hirata
善明 平田
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To lessen a residual strain, which is generated at the time of manufacture of an inertia force sensor, by a method wherein a substrate and a wafer having the face (110) are bonded together to form the substrate into a substrate constituted of two layers and the wafer is subjected to anisotropic etching to form a structure having vibrating bodies and fixed electrodes. CONSTITUTION:In a structure, a wafer, whose surface crystal face bonded on a substrate 9 via an insulating film is the face (110) and which consists of a single crystal silicon film, is subjected to anisotropic etching. Electrodes are respectively formed on the surfaces of vibrating bodies. Thereby, a mass body 4 constitutes a movable electrode, which can be displaced between fixed electrodes 6 and 7. The side crystal faces of the structure are respectively constituted of the faces (111) which are formed vertically to the surface crystal face (110) of the wafer. The metal electrodes 8, a metal electrode 8 and a metal electrode 8 are respectively formed on the surfaces of the vibrating bodies, the electrode 6 and the electrode 7. Beams 3 of the vibrating bodies and mass body 4 have a gap between the substrate 9 and them and anchors 5 are bonded on the substrate 9. Thereby, a residual strain, which is generated at the time of manufacture of an inertia force sensor, can be lessened.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、振動計測や車両制御や
運動制御などに利用される加速度、角速度などの慣性力
を検出する慣性力センサ並びにその製造方法に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an inertial force sensor for detecting an inertial force such as acceleration and angular velocity used for vibration measurement, vehicle control and motion control, and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】運動する物体にかかる加速度または角速
度などを検出する慣性力センサには、圧電式、歪ゲージ
式、差動トランスを利用した磁気方式、およびコンデン
サの容量変化を検出する容量式など各種のものがある。
近年、特に半導体のマイクロマシニング技術を応用した
慣性力センサとして、機械的外力により電気抵抗が変化
するピエゾ抵抗効果を利用した加速度センサ、並びにコ
ンデンサの容量の変化を検出することで加速度を算出す
る加速度センサ、および角速度センサが注目を集めてい
る。これらは、装置の小型化、量産性、高精度化および
高信頼性などの長所をもつ。特に、コンデンサの容量の
変化から加速度を電気的に検出する加速度センサについ
ては、CAPASITIVE ACCELEROMET
ER WITH HIGHLY SYMMETRICA
L DESIGN,SENSORS & ACTUAT
ORS,A21−A23(1990)312−315に
記載の技術であり、この技術について以下に図19を用
いて説明する。また、回転運動する物体の角速度をコン
デンサの容量の変化から電気的に検出する角速度センサ
として特開昭62−93668号公報、米国特許475
0364などがある。
2. Description of the Related Art Inertial force sensors for detecting acceleration or angular velocity applied to a moving object include piezoelectric type, strain gauge type, magnetic type utilizing a differential transformer, and capacitive type detecting a capacitance change of a capacitor. There are various types.
In recent years, especially as an inertial force sensor that applies semiconductor micromachining technology, an acceleration sensor that uses the piezoresistive effect that changes the electrical resistance due to external mechanical force, and an acceleration that calculates the acceleration by detecting the change in the capacitance of the capacitor. Sensors and angular velocity sensors have received much attention. These have advantages such as miniaturization, mass productivity, high accuracy, and high reliability of the device. In particular, for an acceleration sensor that electrically detects acceleration from changes in the capacitance of a capacitor, see CAPASITIVE ACCELEROMET.
ER WITH HIGHLY SYMMETRICA
L DESIGN, SENSORS & ACTUAT
The technique is described in ORS, A21-A23 (1990) 312-315, and this technique will be described below with reference to FIG. Further, as an angular velocity sensor for electrically detecting the angular velocity of a rotating object from a change in the capacitance of a capacitor, Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-93668 and U.S. Pat.
0364 etc.

【0003】従来の技術を説明する。図19は、CAP
ASITIVE ACCELEROMETER WIT
H HIGHLY SYMMETRICAL DESI
GN,SENSORS & ACTUATORS,A2
1−A23(1990)312−315に記載された加
速度センサの平面図(図19(a))とG−Gでの断面
図(図19(b))である。図19において、3は梁、
4は質量体、6および7は固定電極、55は梁3と質量
体4とを有するシリコン基板、56および57はガラス
基板である。この加速度センサの構成および動作を説明
する。この加速度センサは、エッチングにより空洞部を
形成することによりできた梁3および質量体4からなる
シリコン基板55、エッチングにより形成した溝の表面
に固定電極6を取り付けたガラス基板56、並びにエッ
チングにより形成した溝の表面に固定電極7を取り付け
たガラス基板57からなる。シリコン基板55の質量体
4に電極を形成することにより固定電極6と質量体4、
および固定電極7と質量体4とによりコンデンサを2つ
形成している。シリコン基板55の梁3の厚さをその幅
に対し適当に薄くすることにより、本加速度センサのシ
リコン基板55の質量体4はz軸方向の加速度を受ける
と上下方向に振動する。このとき、質量体4の変位によ
るコンデンサの静電容量の変化から加速度を算出する。
A conventional technique will be described. FIG. 19 shows CAP.
ASITIVE ACCELEROMETER WIT
H HIGHLY SYMMETRICAL DESI
GN, SENSORS & ACTUATORS, A2
FIG. 19 is a plan view (FIG. 19A) and a cross-sectional view taken along line GG (FIG. 19B) of the acceleration sensor described in 1-A23 (1990) 312-315. In FIG. 19, 3 is a beam,
4 is a mass body, 6 and 7 are fixed electrodes, 55 is a silicon substrate having the beam 3 and the mass body 4, and 56 and 57 are glass substrates. The configuration and operation of this acceleration sensor will be described. This acceleration sensor is formed by etching, a silicon substrate 55 composed of a beam 3 and a mass body 4 formed by forming a cavity, a glass substrate 56 having a fixed electrode 6 attached to the surface of a groove formed by etching, and formed by etching. The glass substrate 57 has the fixed electrode 7 attached to the surface of the groove. By forming electrodes on the mass body 4 of the silicon substrate 55, the fixed electrode 6 and the mass body 4,
The fixed electrode 7 and the mass body 4 form two capacitors. By appropriately reducing the thickness of the beam 3 of the silicon substrate 55 with respect to its width, the mass body 4 of the silicon substrate 55 of the present acceleration sensor vibrates in the vertical direction when receiving acceleration in the z-axis direction. At this time, the acceleration is calculated from the change in the capacitance of the capacitor due to the displacement of the mass body 4.

【0004】また、この加速度センサは、エッチングに
より空洞部を形成することによりできた梁3と、質量体
4とを有するシリコン基板55と、エッチングにより形
成した溝の表面に固定電極を取り付けたガラス基板56
およびガラス基板57とをそれぞれ独立に製造した後、
これら3つを接合するという製造工程をとっている。ま
たシリコン基板55に梁3を形成する際、梁3を形成す
る部分にp型不純物による非常に高濃度なドーピングを
行う。これにより、p型不純物によるドーピングを行っ
た部分はエッチングレートが低下する。よって、梁3を
形成する部分にp型不純物による非常に高濃度なドーピ
ングを行った後エッチング処理を行うと梁3を形成する
部分以外の部分にエッチングが進行することにより梁3
が形成される。
In this acceleration sensor, a silicon substrate 55 having a beam 3 formed by forming a cavity by etching and a mass body 4, and a glass having a fixed electrode attached to the surface of a groove formed by etching. Board 56
After manufacturing the glass substrate 57 and the glass substrate 57 independently,
The manufacturing process of joining these three is taken. Further, when the beam 3 is formed on the silicon substrate 55, the portion where the beam 3 is formed is doped with a very high concentration of p-type impurities. As a result, the etching rate of the portion doped with the p-type impurity decreases. Therefore, if an etching process is performed after doping the portion where the beam 3 is to be formed with a very high concentration of p-type impurities, the etching proceeds to a portion other than the portion where the beam 3 is formed, and thus the beam 3 is formed.
Is formed.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記の加速度センサ
は、加速度に起因した質量体4の変位により質量体4と
固定電極6、および質量体4と固定電極7とがなすコン
デンサの静電容量の変化を検出する方式をとっている。
このため、ガラス基板56とガラス基板57とシリコン
基板55とを張り合わせ接合する際に残留ひずみが生じ
るために電極間隔が設計値と異なることが問題である。
また電極間隔が温度変化に応じて変動することにより加
速度センサの特性が変化することが問題である。
SUMMARY OF THE INVENTION The acceleration sensor described above has a capacitance of a capacitor formed between the mass body 4 and the fixed electrode 6 and between the mass body 4 and the fixed electrode 7 due to displacement of the mass body 4 due to acceleration. It uses a method to detect changes.
Therefore, when the glass substrate 56, the glass substrate 57, and the silicon substrate 55 are bonded to each other, a residual strain is generated, which causes a problem that the electrode interval is different from the designed value.
Another problem is that the characteristics of the acceleration sensor change as the electrode spacing changes according to temperature changes.

【0006】またシリコン基板55の梁3を製造する工
程で梁3を形成する部分にp型不純物の非常に高濃度な
ドーピングを行うため完成されたシリコン基板55の梁
3には、p型不純物による残留ひずみを生じる。このた
め梁3の剛性が高くなり、感度(1Gあたりの変位量:
ただし、Gは重力加速度)が低下するといった問題があ
る。また、この残留ひずみの変動によりセンサの特性が
変動し、長期信頼性の面で問題があった。
Further, in the step of manufacturing the beam 3 of the silicon substrate 55, p-type impurities are added to the beam 3 of the silicon substrate 55 completed in order to perform the doping of the beam 3 with a very high concentration of the p-type impurity. Causes residual strain. Therefore, the rigidity of the beam 3 is increased, and the sensitivity (displacement amount per 1 G:
However, G has a problem that gravitational acceleration decreases. Further, the characteristics of the sensor fluctuate due to the fluctuation of the residual strain, which causes a problem in terms of long-term reliability.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この発明は、あらかじめ
基板とウエハとを接合したものから慣性力センサを構成
する素子をエッチングを用いて作る技術(バルクマイク
ロマシニンング技術)を利用して製造した慣性力センサ
に関するものである。請求項第1項記載の慣性力センサ
は、基板と、該基板に接合し、かつ(110)面を有す
る単結晶シリコンからなるウエハを(111)面方向に
沿ってエッチングすることにより作られた構造体とを備
え、該構造体は、前記基板に対し空隙を有して位置する
質量体と、該質量体を支持し、かつ前記基板に対し空隙
を有して位置する梁と、該梁を支持し、かつ前記基板に
接合するアンカーとを有する振動体、および前記質量体
の側面に固定電極を備えたものである。
The present invention is manufactured by utilizing a technique (bulk micromachining technique) in which an element constituting an inertial force sensor is produced by etching from a substrate and a wafer which are bonded in advance. The present invention relates to an inertial force sensor. The inertial force sensor according to claim 1 is manufactured by etching a substrate and a wafer that is bonded to the substrate and is made of single crystal silicon having a (110) plane along the (111) plane direction. A structural body, the structural body includes a mass body positioned with a gap with respect to the substrate, a beam supporting the mass body and positioned with a gap with respect to the substrate, and the beam. And a fixed electrode on the side surface of the mass body.

【0008】請求項第2項に記載の慣性力センサは、梁
と質量体とがなす形状を上記ウエハ面内で180度の回
転対称となるような構造にしたものである。
An inertial force sensor according to a second aspect of the present invention has a structure in which the beam and the mass body have a shape that is rotationally symmetrical by 180 degrees within the wafer plane.

【0009】請求項第3項に記載の慣性力センサは、質
量体の形状を平行四辺形にしたものである。
In the inertial force sensor according to the third aspect of the present invention, the shape of the mass body is a parallelogram.

【0010】請求項第4項に記載の慣性力センサは、質
量体は平行四辺形の形状を有し、梁の一端は平行四辺形
の質量体の鋭角側に位置する構造を有するものである。
In the inertial force sensor according to the fourth aspect of the present invention, the mass body has a parallelogram shape, and one end of the beam has a structure positioned on the acute angle side of the parallelogram mass body. .

【0011】請求項第5項に記載の慣性力センサは、質
量体の振動方向に対する梁の寸法を他の方向の梁の寸法
よりも小となるような構造にしたものである。
An inertial force sensor according to a fifth aspect of the present invention has a structure in which the dimension of the beam with respect to the vibration direction of the mass body is smaller than the dimension of the beam in other directions.

【0012】請求項第6項に記載の慣性力センサは、質
量体の振動特性を調節するためのダンピング調節機構を
設けたものである。
The inertial force sensor according to the sixth aspect is provided with a damping adjusting mechanism for adjusting the vibration characteristics of the mass body.

【0013】請求項第7項に記載の慣性力センサは、質
量体の少なくとも一辺を櫛形にし、かつ櫛形にした部分
に向かい合う櫛形のダンピング調節機構を設けたもので
ある。
An inertial force sensor according to a seventh aspect of the present invention is such that at least one side of the mass body is comb-shaped, and a comb-shaped damping adjusting mechanism facing the comb-shaped portion is provided.

【0014】請求項第8項に記載の慣性力センサは、質
量体の少なくとも一辺を櫛形にし、かつ櫛形にした部分
に向かい合う櫛形の固定電極を設けたものである。
In the inertial force sensor according to the eighth aspect of the present invention, at least one side of the mass body is comb-shaped, and a comb-shaped fixed electrode facing the comb-shaped portion is provided.

【0015】請求項第9項に記載の慣性力センサは、質
量体の変位を制限するストッパを備えたものである。
The inertial force sensor according to a ninth aspect is provided with a stopper for limiting the displacement of the mass body.

【0016】請求項第10項に記載の慣性力センサは、
質量体の少なくとも一辺を櫛形にし、かつ櫛形にした部
分に向かい合う櫛形のストッパを設けたものである。
The inertial force sensor according to claim 10 is:
At least one side of the mass body is comb-shaped, and a comb-shaped stopper facing the comb-shaped portion is provided.

【0017】請求項第11項に記載の慣性力センサは、
質量体の中央付近をくり抜いたものである。
The inertial force sensor according to claim 11 is
It is a hollowed out part near the center of the mass body.

【0018】請求項第12項に記載の慣性力センサは、
中央付近をくり抜いた形状をもたせた質量体の中空部分
に梁とアンカーとを設けた設けたものである。
The inertial force sensor according to claim 12 is
A beam and an anchor are provided in a hollow portion of a mass body having a hollowed-out shape near the center.

【0019】請求項第13項に記載の慣性力センサは、
中央付近をくり抜いた形状をもたせた質量体の中空部
分、あるいは振動体の周囲にアクチュエート用電極を設
けたものである。
The inertial force sensor according to claim 13 is
The actuating electrode is provided around the hollow portion of the mass body having a hollowed-out shape near the center or around the vibrating body.

【0020】請求項第14項に記載の慣性力センサは、
構造体を作るための上記ウエハ上に加速度を検出するた
めのIC化された検出回路を設けたものである。
The inertial force sensor according to claim 14 is
An IC detection circuit for detecting acceleration is provided on the wafer for forming a structure.

【0021】請求項第15項に記載の慣性力センサは、
加速度を検出するためのIC化された検出回路を構造体
上に設けたものである。
The inertial force sensor according to claim 15 is:
An IC detection circuit for detecting acceleration is provided on the structure.

【0022】請求項第16項に記載の慣性力センサは、
構造体の周囲に補助支持部と、該補助支部の上に構造体
を密閉するための保護基板とを設けたものである。
The inertial force sensor according to claim 16 is
An auxiliary support part is provided around the structure, and a protective substrate for sealing the structure is provided on the auxiliary support part.

【0023】請求項第17項に記載の慣性力センサは、
検出方向が異なる少なくとも2つの慣性力センサを同一
基板上に組み込んだものである。
The inertial force sensor according to claim 17 is
At least two inertial force sensors having different detection directions are incorporated on the same substrate.

【0024】請求項第18項に記載の慣性力センサは、
下部固定電極を2つ備えた基板と、該基板に接合し、か
つ(110)面を有する単結晶シリコンからなるウエハ
を(111)面方向に沿ってエッチングすることにより
作られた構造体とを備え、該構造体は2つの前記下部固
定電極の上方に空隙を有して位置する2つの質量体と、
該質量体を支持し、かつ前記基板と空隙を有して位置す
る梁と、該梁を支持し、かつ前記基板に接合するアンカ
ーとを有する振動体、前記質量体の外側に設けられた2
つの固定電極、および2つの前記質量体の間に位置する
駆動電極を備えたものである。
The inertial force sensor according to claim 18 is
A substrate provided with two lower fixed electrodes and a structure formed by etching a wafer made of single crystal silicon having a (110) plane and bonded to the substrate along the (111) plane direction. The structure includes two mass bodies positioned above the two lower fixed electrodes with a gap,
A vibrating body having a beam that supports the mass body and is positioned with a gap from the substrate, and an anchor that supports the beam and is bonded to the substrate; and a vibrator provided outside the mass body.
One fixed electrode and a drive electrode located between the two mass bodies.

【0025】請求項第19項に記載の慣性力センサは、
梁と質量体とがなす形状を上記ウエハ面内で180度の
回転対称となるような構造にしたものである。
The inertial force sensor according to claim 19 is
The shape formed by the beam and the mass body is such that it has rotational symmetry of 180 degrees in the plane of the wafer.

【0026】請求項第20項に記載の慣性力センサは、
質量体の形状を平行四辺形にしたものである。
The inertial force sensor according to claim 20 is:
The shape of the mass body is a parallelogram.

【0027】請求項第21項に記載の慣性力センサは、
質量体は平行四辺形の形状を有し、梁の一端は平行四辺
形の質量体の鋭角側に位置する構造を有するものであ
る。
The inertial force sensor according to claim 21 is
The mass body has a parallelogram shape, and one end of the beam has a structure positioned on the acute angle side of the parallelogram mass body.

【0028】請求項第22項に記載の慣性力センサは、
質量体の中央付近をくり抜いたものである。
The inertial force sensor according to claim 22 is
It is a hollowed out part near the center of the mass body.

【0029】請求項第23項に記載の慣性力センサは、
構造体を作るための上記ウエハ上に角速度を検出するた
めのIC化された検出回路を設けたものである。
The inertial force sensor according to claim 23 is
An IC detection circuit for detecting an angular velocity is provided on the wafer for forming a structure.

【0030】請求項第24項に記載の慣性力センサは、
角速度を検出するためのIC化された検出回路を構造体
上に設けたものである。
The inertial force sensor according to claim 24 is
An IC detection circuit for detecting an angular velocity is provided on the structure.

【0031】請求項第25項に記載の慣性力センサは、
構造体の周囲に補助支持部と、該補助支部の上に構造体
を密閉するための保護基板とを設けたものである。
The inertial force sensor according to claim 25 is
An auxiliary support part is provided around the structure, and a protective substrate for sealing the structure is provided on the auxiliary support part.

【0032】請求項第26項に記載の慣性力センサは、
検出方向が異なる少なくとも2つの慣性力センサを同一
基板上に組み込んだものである。
The inertial force sensor according to claim 26 is
At least two inertial force sensors having different detection directions are incorporated on the same substrate.

【0033】請求項第27項記載の慣性力センサの製造
方法は下記の(1)から(5)の工程を含む。 (1) 表面に第一の絶縁膜を堆積した基板と、表面に
第二の絶縁膜を堆積した表面の結晶面が(110)面で
ある単結晶シリコンからなるウエハとを前記第一の絶縁
膜表面、または前記第二の絶縁膜表面にエッチング溝を
形成した後、互いに絶縁膜を有する面が向かい合うよう
に接合する工程 (2) 前記ウエハの前記第二の絶縁膜を有する面の背
面を研磨する工程 (3) 前記ウエハの前記第二の絶縁膜を有する面の背
面に第三の絶縁膜を堆積し、該第三の絶縁膜に希望する
パターンを得るためにエッチングを用いて不要な前記第
三の絶縁膜を除去した後、異方性エッチングを用いて前
記ウエハの(111)面方向に沿って前記ウエハと前記
第二の絶縁膜との境界までエッチングすることにより前
記振動体と、前記固定電極とを備えた前記構造体を作る
工程 (4) 前記工程(3)で前記ウエハをエッチングした
ことにより露出した前記第二の絶縁膜をエッチングを用
いて除去することにより前記質量体と、前記梁とを解放
する工程 (5) 前記振動体と前記固定電極との上に金属電極を
選択メタライズする工程
A method of manufacturing an inertial force sensor according to claim 27 includes the following steps (1) to (5). (1) The substrate having the first insulating film deposited on the surface thereof and the wafer of single crystal silicon having the crystal surface of the surface having the second insulating film deposited on the (110) surface are formed of the first insulating film. After forming an etching groove on the surface of the film or on the surface of the second insulating film, bonding the surfaces having the insulating film to each other so as to face each other. (2) The back surface of the surface having the second insulating film of the wafer Polishing step (3) A third insulating film is deposited on the back surface of the surface of the wafer having the second insulating film, and etching is performed to obtain a desired pattern on the third insulating film. After removing the third insulating film, anisotropic etching is performed along the (111) plane direction of the wafer up to the boundary between the wafer and the second insulating film, whereby the vibrating body is formed. , The fixed electrode and the (4) A step of releasing the mass body and the beam by removing the second insulating film exposed by etching the wafer in the step (3) by etching (5) Step of selectively metallizing a metal electrode on the vibrating body and the fixed electrode

【0034】請求項第28項記載の慣性力センサの製造
方法は下記の(1)から(4)の工程を含む。 (1) 表面に第一の絶縁膜を堆積した基板と、表面の
結晶面が(110)面を有し、かつ少なくとも1つのエ
ッチング溝を有し、該エッチング溝を有する面に第二の
絶縁膜を堆積した単結晶シリコンからなるウエハとを互
いに絶縁膜を有する面が向かい合うように接合する工程 (2) 前記ウエハの前記第二の絶縁膜を有する面の背
面に第三の絶縁膜を堆積し、該第三の絶縁膜に希望する
パターンを得るためにエッチングを用いて不要な前記第
三の絶縁膜を除去した後、異方性エッチングを用いて前
記ウエハの(111)面方向に沿って前記ウエハと前記
第二の絶縁膜との境界までエッチングすることにより前
記振動体と、前記固定電極とを備えた前記構造体を作る
工程 (3) 前記工程(2)で前記ウエハをエッチングした
ことにより露出した前記第二の絶縁膜をエッチングを用
いて除去することにより前記質量体と、前記梁とを解放
する工程 (4) 前記振動体と前記固定電極との上に金属電極を
選択メタライズする工程
A method of manufacturing an inertial force sensor according to claim 28 includes the following steps (1) to (4). (1) A substrate having a first insulating film deposited on the surface thereof, and a crystal plane of the surface having a (110) plane and at least one etching groove, and a second insulating film on the surface having the etching groove. Bonding a film-deposited wafer made of single crystal silicon so that the surfaces having the insulating film face each other (2) depositing a third insulating film on the back surface of the surface having the second insulating film of the wafer Then, after removing the unnecessary third insulating film by etching to obtain a desired pattern on the third insulating film, anisotropic etching is performed along the (111) plane direction of the wafer. Etching the wafer to the boundary between the wafer and the second insulating film to form the structure including the vibrating body and the fixed electrode. (3) The wafer was etched in the step (2). Exposed by Step of selecting metallized metal electrode on said mass body and said step of releasing the beam (4) the vibrator and the fixed electrode by removing by etching the second insulating film

【0035】請求項第29項記載の慣性力センサの製造
方法は下記の(1)から(3)の工程を含む。 (1) 基板と、表面の結晶面が(110)面であり、
かつ少なくとも1つのエッチング溝を有する単結晶シリ
コンからなるウエハとを、該エッチング溝と、該基板と
が向かい合うように接合する工程 (2) 前記ウエハの接合面の背面に絶縁膜を堆積し、
該絶縁膜に希望するパターンを得るためにエッチングを
用いて不要な該絶縁膜を除去した後、異方性エッチング
を用いて前記ウエハの(111)面に沿ってエッチング
することにより前記振動体と、前記固定電極とを備えた
前記構造体を作る工程 (3) 前記固定電極と前記振動体との上に金属電極を
選択メタライズする工程
A method for manufacturing an inertial force sensor according to claim 29 includes the following steps (1) to (3). (1) The substrate and the crystal plane of the surface are (110) planes,
And a step of bonding a wafer made of single crystal silicon having at least one etching groove so that the etching groove and the substrate face each other (2) depositing an insulating film on the back surface of the bonding surface of the wafer,
After removing the unnecessary insulating film by using etching in order to obtain a desired pattern in the insulating film, anisotropic etching is performed along the (111) plane of the wafer to form the vibrator. And (3) a step of selectively metallizing a metal electrode on the fixed electrode and the vibrating body.

【0036】請求項第30項記載の慣性力センサの製造
方法は下記の(1)から(5)の工程を含む。 (1) 表面に第一の絶縁膜を介し下部固定電極を取り
付けた基板と、第二の絶縁膜を表面に堆積した表面の結
晶面が(110)面である単結晶シリコンからなるウエ
ハとを前記第二の絶縁膜表面にエッチング溝を形成した
後、前記下部固定電極と、前記エッチング溝とが向かい
合うように接合する工程 (2) 前記ウエハの前記第二の絶縁膜を有する面の背
面を研磨する工程 (3) 前記ウエハの前記第二の絶縁膜を有する面の背
面に第三の絶縁膜を堆積し、その面に希望するパターン
を得るためにエッチングを用いて不要な該第三の絶縁膜
を除去した後、異方性エッチングを用いて前記ウエハの
(111)面方向に沿って前記ウエハと前記第二の絶縁
膜との境界までエッチングすることにより前記振動体
と、前記固定電極と、前記駆動電極とを備えた前記構造
体を作る工程 (4) 前記工程(3)で前記ウエハをエッチングした
ことにより露出した前記第二の絶縁膜をエッチングを用
いてこれらを除去することにより前記質量体と前記梁と
を解放する工程 (5) 前記振動体と、前記固定電極と、前記駆動電極
との上に金属電極を選択メタライズする工程
A method of manufacturing an inertial force sensor according to claim 30 includes the following steps (1) to (5). (1) A substrate having a lower fixed electrode attached to the surface via a first insulating film, and a wafer made of single crystal silicon having a (110) crystal face on which a second insulating film is deposited. After forming an etching groove on the surface of the second insulating film, bonding the lower fixed electrode and the etching groove so as to face each other. (2) A back surface of the surface of the wafer having the second insulating film is formed. Step of polishing (3) A third insulating film is deposited on the back surface of the surface of the wafer having the second insulating film, and an unnecessary third film is formed on the surface by etching to obtain a desired pattern. After removing the insulating film, etching is performed to the boundary between the wafer and the second insulating film along the (111) plane direction of the wafer by using anisotropic etching, whereby the vibrating body and the fixed electrode are formed. And the drive electrode (4) The second insulating film exposed by etching the wafer in step (3) is removed by etching to remove the mass and the beam. And (5) a step of selectively metallizing a metal electrode on the vibrating body, the fixed electrode, and the drive electrode.

【0037】請求項第31項記載の慣性力センサの製造
方法は下記の(1)から(5)の工程を含む。 (1) 表面に第一の絶縁膜を介し下部固定電極を取り
付けた基板と、表面の結晶面が(110)面を有し、か
つ少なくとも1つのエッチング溝を有し、該エッチング
溝を有する面に第二の絶縁膜を堆積した単結晶シリコン
からなるウエハとを前記下部固定電極と、該エッチング
溝とが向かい合うように接合する工程 (2) 前記ウエハの前記第二の絶縁膜を有する面の背
面を研磨する工程 (3) 前記ウエハの前記第二の絶縁膜を有する面の背
面に第三の絶縁膜を堆積し、その面に希望するパターン
を得るためにエッチングを用いて不要な該第三の絶縁膜
を除去した後、異方性エッチングを用いて前記ウエハの
(111)面方向に沿って前記ウエハと前記第二の絶縁
膜との境界までエッチングすることにより前記振動体
と、前記固定電極と、前記駆動電極とを備えた前記構造
体を作る工程 (4) 前記工程(3)で前記ウエハをエッチングした
ことにより露出した前記第二の絶縁膜をエッチングを用
いてこれらを除去することにより前記質量体と、前記梁
とを解放する工程 (5) 前記振動体と、前記固定電極と、前記駆動電極
との上に金属電極を選択メタライズする工程
A method for manufacturing an inertial force sensor according to claim 31 includes the following steps (1) to (5). (1) A substrate having a lower fixed electrode attached to the surface thereof via a first insulating film, and a crystal plane of the surface having a (110) plane and having at least one etching groove, and a surface having the etching groove. A step of joining a wafer made of single crystal silicon having a second insulating film deposited thereon so that the lower fixed electrode and the etching groove face each other (2) Step 3 of polishing the back surface. (3) Depositing a third insulating film on the back surface of the surface of the wafer having the second insulating film, and using etching to obtain a desired pattern on the surface. After removing the third insulating film, anisotropic etching is used to etch along the (111) plane direction of the wafer to the boundary between the wafer and the second insulating film. Fixed electrode, (4) A step of forming the structure having a drive electrode (4) The second insulating film exposed by etching the wafer in the step (3) is removed by etching to remove the mass. Step of releasing the body and the beam (5) Step of selectively metallizing a metal electrode on the vibrating body, the fixed electrode, and the drive electrode

【0038】請求項第32項記載の慣性力センサの製造
方法は下記の(1)から(4)の工程を含む。 (1) 表面に下部固定電極を取り付けた基板と、表面
の結晶面が(110)面を有し、かつ少なくとも1つの
エッチング溝を有する単結晶シリコンウエハとを該下部
固定電極電極と、該エッチング溝とが向かい合うように
接合する工程 (2) 前記ウエハの接合面の背面を研磨する工程 (3) 前記ウエハの接合面の背面に絶縁膜を堆積し、
その面に希望するパターンを得るためにエッチングを用
いて前記絶縁膜を除去した後、異方性エッチングを用い
て前記ウエハの(111)面方向に沿って前記ウエハに
エッチングすることにより前記振動体と、前記固定電極
と、前記駆動電極とを備えた前記構造体を作る工程 (4) 前記振動体と、前記固定電極と、前記駆動電極
との上に金属電極を選択メタライズする工程
A method for manufacturing an inertial force sensor according to claim 32 includes the following steps (1) to (4). (1) A substrate having a lower fixed electrode attached to the surface thereof, and a single crystal silicon wafer having a crystal plane on the surface of which is a (110) plane and having at least one etching groove, the lower fixed electrode electrode and the etching Bonding so that the grooves face each other (2) Polishing the back surface of the bonding surface of the wafer (3) Depositing an insulating film on the back surface of the bonding surface of the wafer,
The vibrator is formed by removing the insulating film by etching to obtain a desired pattern on the surface and then etching the wafer along the (111) plane direction of the wafer by anisotropic etching. And a step of producing the structure including the fixed electrode and the drive electrode. (4) A step of selectively metallizing a metal electrode on the vibrating body, the fixed electrode, and the drive electrode.

【0039】[0039]

【作用】請求項第1項記載の慣性力センサは基板と(1
10)面を有するウエハとを接合することにより二層で
構成されたものに対し、ウエハを異方性エッチングする
ことにより振動体と、固定電極とを有する構造体を作る
ため、慣性力センサを製造する際に生じる残留ひずみを
少なくすることが可能となる。
The inertial force sensor according to the first aspect of the present invention includes a substrate and (1
10) An inertial force sensor is used in order to form a structure having a vibrating body and a fixed electrode by anisotropically etching a wafer with respect to what is formed of two layers by joining a wafer having a surface. It is possible to reduce the residual strain that occurs during manufacturing.

【0040】請求項第2項に記載の慣性力センサは、梁
と質量体のなす形状をウエハ面内で180度の回転対称
となるような構造にしたことにより質量体の変位が平行
移動となるので、質量体が変位できる量を大きくするこ
とができるため、質量体と固定電極とがなすコンデンサ
の静電容量の変化を大きくできる。
In the inertial force sensor according to the second aspect of the present invention, the beam and the mass body are formed so that the shape formed by the beam and the mass body is rotationally symmetrical with respect to each other by 180 degrees in the wafer plane. Therefore, the amount by which the mass body can be displaced can be increased, so that the change in the capacitance of the capacitor formed by the mass body and the fixed electrode can be increased.

【0041】請求項第3項に記載の慣性力センサは、質
量体の形状を平行四辺形にしたことにより質量体の側面
が(110)面に垂直となる(111)面で形成される
ことを保証する。
In the inertial force sensor according to the third aspect of the present invention, the shape of the mass body is a parallelogram, so that the side surface of the mass body is formed of the (111) plane perpendicular to the (110) plane. Guarantee.

【0042】請求項第4項に記載の慣性力センサは、質
量体は平行四辺形の形状を有し、梁の一端は平行四辺形
の質量体の鋭角側に位置する構造を設けたことにより上
記ウエハをエッチングすることにより形成される質量体
と梁の境界付近の側面は、結晶面(110)面に垂直と
なる(111)面のみで形成されることを保証する。
In the inertial force sensor according to the fourth aspect, the mass body has a parallelogram shape, and one end of the beam is provided on the acute angle side of the parallelogram mass body. It is guaranteed that the side surface near the boundary between the mass body and the beam formed by etching the wafer is formed only by the (111) plane perpendicular to the crystal plane (110) plane.

【0043】請求項第5項に記載の慣性力センサは、質
量体の振動方向に対する梁の寸法を他の方向の梁の寸法
よりも小となるような構造にしたことにより、特定方向
の感度が向上する。
The inertial force sensor according to the fifth aspect of the invention has a structure in which the dimension of the beam with respect to the vibration direction of the mass body is smaller than the dimension of the beam in the other directions, so that the sensitivity in the specific direction is increased. Is improved.

【0044】請求項第6項または請求項第7項に記載の
慣性力センサは、質量体の振動特性を調節するためのダ
ンピング調節機構を設けることにより、慣性力センサの
周波数特性を改善することが可能となる。
The inertial force sensor according to the sixth or seventh aspect is to improve the frequency characteristic of the inertial force sensor by providing a damping adjusting mechanism for adjusting the vibration characteristic of the mass body. Is possible.

【0045】請求項第8項に記載の慣性力センサは、櫛
形の固定電極を設けることにより、慣性力センサの周波
数特性を改善できるとともに、慣性力センサ内のコンデ
ンサの静電容量を増加することが可能となる。
In the inertial force sensor according to the eighth aspect, the frequency characteristic of the inertial force sensor can be improved and the capacitance of the capacitor in the inertial force sensor can be increased by providing the comb-shaped fixed electrode. Is possible.

【0046】請求項第9項または請求項第10項に記載
の慣性力センサは、質量体の変位を制限するストッパを
備えたことにより質量体の過大な変位による振動体の梁
にかかる過大な応力による破壊から振動体を守ることが
可能となる。また、質量体と固定電極との吸着を防ぐこ
とも可能となる。
The inertial force sensor according to the ninth or tenth aspect is provided with a stopper for limiting the displacement of the mass body, so that an excessive displacement of the mass body exerts an excessive force on the beam of the vibrating body. It is possible to protect the vibrating body from damage due to stress. Further, it becomes possible to prevent adsorption between the mass body and the fixed electrode.

【0047】請求項第11項に記載の慣性力センサは、
質量体の中央付近をくり抜いたことにより、質量体の質
量をくり抜く大きさによって調節することができるの
で、これにより慣性力センサの周波数特性を調節するこ
とが可能となる。
The inertial force sensor according to claim 11 is:
By hollowing out the vicinity of the center of the mass body, it is possible to adjust the mass of the mass body according to the size of the hollowed body, and thus it is possible to adjust the frequency characteristic of the inertial force sensor.

【0048】請求項第12項に記載の慣性力センサは、
中央付近をくり抜いた形状をもたせた質量体の中空部分
に梁とアンカーとを設けたことにより、慣性力センサが
より小型になる。さらにウエハと基板の材質が異なる場
合に生じる応力を回避することが可能となる。
The inertial force sensor according to claim 12 is
By providing the beam and the anchor in the hollow portion of the mass body having a hollowed-out shape near the center, the inertial force sensor becomes smaller. Further, it is possible to avoid the stress generated when the materials of the wafer and the substrate are different.

【0049】請求項第13項に記載の慣性力センサは、
中央付近をくり抜いた形状をもたせた質量体の中空部
分、あるいは振動体の周囲にアクチュエート用電極を設
けることにより、慣性力センサに自己診断機能を備える
ことが可能となる。
The inertial force sensor according to claim 13 is:
The inertial force sensor can be provided with a self-diagnosis function by providing an actuating electrode around the hollow part of the mass body having a hollowed-out shape near the center or around the vibrating body.

【0050】請求項第14項に記載の慣性力センサは、
構造体を作るための上記ウエハ上に加速度を検出するた
めのIC化された検出回路を設けることにより、慣性力
センサを小型にすることが可能となる。
The inertial force sensor according to claim 14 is:
The inertial force sensor can be downsized by providing an IC detection circuit for detecting acceleration on the wafer for forming the structure.

【0051】請求項第15項に記載の慣性力センサは、
構造体上に加速度を検出するためのIC化された検出回
路を設けることにより、慣性力センサを小型にすること
が可能となる。
The inertial force sensor according to claim 15 is:
By providing an IC detection circuit for detecting acceleration on the structure, the inertial force sensor can be downsized.

【0052】請求項第16項に記載の慣性力センサは、
構造体の周囲に補助支持部と、該補助支持部上に構造体
を密閉するための保護基板とを設けることにより、パッ
ケージのコストを下げることが可能となる。
The inertial force sensor according to claim 16 is:
By providing the auxiliary support portion around the structure and the protective substrate for sealing the structure on the auxiliary support portion, the cost of the package can be reduced.

【0053】請求項第17項に記載の慣性力センサは、
検出方向が異なる少なくとも2つの慣性力センサを同一
基板上に組み込むことにより運動する物体の加速度を少
なくとも2つの成分に分けて検出することが可能な慣性
力センサを実現する。
The inertial force sensor according to claim 17 is
By incorporating at least two inertial force sensors having different detection directions on the same substrate, an inertial force sensor capable of detecting the acceleration of a moving object by dividing it into at least two components is realized.

【0054】請求項第18項に記載の慣性力センサは、
下部固定電極を2つ備えた基板と、該基板に接合し、か
つ(110)面を有する単結晶シリコンからなるウエハ
を(111)面方向に沿ってエッチングすることにより
作られた構造体とを備え、該構造体は2つの前記下部固
定電極の上方に空隙を有して位置する2つの質量体と、
該質量体を支持し、かつ前記基板と空隙を有して位置す
る梁と、該梁を支持し、かつ前記基板に接合するアンカ
ーとを有する振動体、前記質量体の外側に設けられた2
つの固定電極、および2つの前記質量体の間に位置する
駆動電極を備えることにより、回転運動による生じるコ
リオリ力から角速度を検出する慣性力センサを実現する
ことが可能となる。
The inertial force sensor according to claim 18 is
A substrate provided with two lower fixed electrodes and a structure formed by etching a wafer made of single crystal silicon having a (110) plane and bonded to the substrate along the (111) plane direction. The structure includes two mass bodies positioned above the two lower fixed electrodes with a gap,
A vibrating body having a beam that supports the mass body and is positioned with a gap from the substrate, and an anchor that supports the beam and is bonded to the substrate; and a vibrator provided outside the mass body.
By providing one fixed electrode and the drive electrode located between the two mass bodies, it becomes possible to realize an inertial force sensor that detects an angular velocity from the Coriolis force generated by the rotational movement.

【0055】請求項第19項に記載の慣性力センサは、
梁と質量体とがなす形状をウエハ面内で180度の回転
対称となるような構造にしたことにより質量体の変位が
平行移動となるので、質量体が変位できる量を大きくす
ることができるため、質量体と固定電極とがなすコンデ
ンサの静電容量の変化を大きくできる。
The inertial force sensor according to claim 19 is
Since the shape of the beam and the mass body is configured to have rotational symmetry of 180 degrees in the plane of the wafer, the displacement of the mass body is translated, so that the amount of displacement of the mass body can be increased. Therefore, the change in the electrostatic capacitance of the capacitor formed by the mass body and the fixed electrode can be increased.

【0056】請求項第20項に記載の慣性力センサは、
質量体の形状を平行四辺形にしたことにより質量体の側
面が(110)面に垂直となる(111)面で形成され
ることを保証する。
The inertial force sensor according to claim 20 is:
The parallelogram shape of the mass body ensures that the side surface of the mass body is formed by the (111) plane perpendicular to the (110) plane.

【0057】請求項第21項に記載の慣性力センサは、
質量体は平行四辺形の形状を有し、梁の一端は平行四辺
形の質量体の鋭角側に位置する構造を設けたことにより
上記ウエハをエッチングすることにより形成される質量
体と梁の境界付近の側面は、結晶面(110)面に垂直
となる(111)面のみで形成されることを保証する。
The inertial force sensor according to claim 21 is
The mass has a parallelogram shape, and one end of the beam has a structure in which one end of the beam is located on the acute angle side of the parallelogram mass, so that the boundary between the mass and the beam formed by etching the wafer. It is guaranteed that the side surface in the vicinity is formed only by the (111) plane perpendicular to the crystal plane (110) plane.

【0058】請求項第22項に記載の慣性力センサは、
質量体の中央付近をくり抜いたことにより、質量体の質
量をくり抜く大きさによって調節することができるの
で、これにより慣性力センサの周波数特性を調節するこ
とが可能となる。
The inertial force sensor according to claim 22 is
By hollowing out the vicinity of the center of the mass body, it is possible to adjust the mass of the mass body according to the size of the hollowed body, and thus it is possible to adjust the frequency characteristic of the inertial force sensor.

【0059】請求項第23項に記載の慣性力センサは、
構造体を作るための上記ウエハ上に角速度を検出するた
めのIC化された検出回路を設けることにより、慣性力
センサを小型にすることが可能となる。
The inertial force sensor according to claim 23 is
The inertial force sensor can be downsized by providing an IC detection circuit for detecting the angular velocity on the wafer for forming the structure.

【0060】請求項第24項に記載の慣性力センサは、
構造体上に角速度を検出するためのIC化された検出回
路を設けることにより、慣性力センサを小型にすること
が可能となる。
The inertial force sensor according to claim 24 is
The inertial force sensor can be downsized by providing an IC detection circuit for detecting the angular velocity on the structure.

【0061】請求項第25項に記載の慣性力センサは、
構造体の周囲に補助支持部と、該補助支持部上に構造体
を密閉するための保護基板とを設けることにより、パッ
ケージのコストを下げることが可能となる。
The inertial force sensor according to claim 25 is:
By providing the auxiliary support portion around the structure and the protective substrate for sealing the structure on the auxiliary support portion, the cost of the package can be reduced.

【0062】請求項第26項に記載の慣性力センサは、
検出方向が異なる少なくとも2つの慣性力センサを同一
基板上に組み込むことにより運動する物体の角速度を少
なくとも2つの成分に分けて検出することが可能な慣性
力センサを実現する。
The inertial force sensor according to claim 26 is
By incorporating at least two inertial force sensors having different detection directions on the same substrate, an inertial force sensor capable of detecting the angular velocity of a moving object by dividing it into at least two components is realized.

【0063】請求項第27項から請求項第28項のいず
れかに記載の慣性力センサの製造方法により、高感度、
高信頼性の慣性力センサを提供することが可能となる。
With the method for manufacturing an inertial force sensor according to any one of claims 27 to 28, high sensitivity,
It is possible to provide a highly reliable inertial force sensor.

【0064】[0064]

【実施例】【Example】

実施例1.図1は、この発明による直線運動する物体の
加速度を検出する加速度センサの一実施例の構成を示す
ものである。図1(a)は、この加速度センサの平面
図、図1(b)は、A−Aで切断したときの断面図、図
1(b)は、図1(a)をB−Bで切断したときの断面
図を表す。
Example 1. FIG. 1 shows the configuration of an embodiment of an acceleration sensor for detecting the acceleration of a linearly moving object according to the present invention. 1A is a plan view of the acceleration sensor, FIG. 1B is a sectional view taken along line AA, and FIG. 1B is a view taken along line BB of FIG. FIG.

【0065】図1において、3は梁、4は質量体、5は
アンカー、6は固定電極、7は固定電極、8は金属電
極、9はシリコンからなる基板である。梁3、質量体4
およびアンカー5は一体化形成され振動体を構成する。
さらに振動体と、固定電極6と、固定電極7とで構造体
を構成する。構造体は、基板9に絶縁膜を介して接合さ
れた表面の結晶面が(110)である単結晶シリコンか
らなるウエハを異方性エッチングすることにより作る。
振動体には電極が形成されている。これにより質量体4
は固定電極6と、固定電極7との間を変位することが可
能な可動電極を構成する。構造体の側面の結晶面は、ウ
エハの表面の結晶面(110)面に対して垂直となる
(111)面で構成されている。振動体、固定電極6お
よび固定電極7の表面には金属電極8が形成されてい
る。振動体の梁3と質量体4とは、基板9に対し、例え
ば約2μmから3μmの空隙を有しており、アンカー5
が基板9に接合している。
In FIG. 1, 3 is a beam, 4 is a mass body, 5 is an anchor, 6 is a fixed electrode, 7 is a fixed electrode, 8 is a metal electrode, and 9 is a substrate made of silicon. Beam 3, mass 4
The anchor 5 is integrally formed to form a vibrating body.
Further, the vibrating body, the fixed electrode 6, and the fixed electrode 7 form a structure. The structure is formed by anisotropically etching a wafer made of single crystal silicon whose surface has a crystal plane of (110) and is bonded to the substrate 9 via an insulating film.
Electrodes are formed on the vibrating body. This makes the mass 4
Constitutes a movable electrode capable of being displaced between the fixed electrode 6 and the fixed electrode 7. The crystal plane on the side surface of the structure is composed of the (111) plane which is perpendicular to the crystal plane (110) plane of the surface of the wafer. Metal electrodes 8 are formed on the surfaces of the vibrating body, the fixed electrode 6 and the fixed electrode 7. The beam 3 and the mass body 4 of the vibrating body have a gap of, for example, about 2 μm to 3 μm with respect to the substrate 9, and the anchor 5
Are bonded to the substrate 9.

【0066】加速度センサは、その感度を上げるため特
定の方向(実施例1ではy方向)の感度のみ大きくする
ことが望ましい。これを実現するためには、前記特定の
方向の感度を他の方向の感度よりも十分高くなるように
設計すればよい。このため梁3は、厚さtに比べ幅wが
極めて小さくなるようなハイアスペクト(例えば、w/
t<0.1)な構造を有している。梁3をハイアスペク
トな構造にすることによりx軸、y軸およびz軸にそれ
ぞれ等しい慣性力を加えたとき、質量体4のz軸方向の
変位は、y軸方向の変位に対して数十倍小さく設計する
こと(例えば、1/50以下)が可能となり、z軸方向
の感度を非常に低く設計することが可能となる。また、
x軸方向の変位は、梁3の圧縮モードまたは引張りモー
ドにより規定され、z軸方向の曲げモードに比較して小
さくできるので、z軸方向の変位よりもさらに小さく設
計することが可能となる。
In order to increase the sensitivity of the acceleration sensor, it is desirable to increase only the sensitivity in a specific direction (the y direction in the first embodiment). In order to realize this, the sensitivity in the specific direction may be designed to be sufficiently higher than the sensitivity in other directions. Therefore, the beam 3 has a high aspect ratio (for example, w /
It has a structure of t <0.1). When an equal inertial force is applied to each of the x-axis, the y-axis, and the z-axis by making the beam 3 have a high aspect structure, the displacement of the mass body 4 in the z-axis direction is several tens of the displacement in the y-axis direction. It is possible to design twice as small (for example, 1/50 or less), and the sensitivity in the z-axis direction can be designed to be extremely low. Also,
The displacement in the x-axis direction is defined by the compression mode or the tension mode of the beam 3 and can be made smaller than the bending mode in the z-axis direction, so that it is possible to design the displacement smaller than the displacement in the z-axis direction.

【0067】質量体4は、その形状は、平行四辺形であ
り、その鋭角は、70.53度、鈍角は109.47度
である。このような角度になるのは、ウエハに作り込ま
れる構造体の側面の結晶面が(110)面に垂直となる
ような(111)面で形成されるように異方性エッチン
グを行ったためである。
The mass body 4 has a parallelogram shape and its acute angle is 70.53 degrees and its obtuse angle is 109.47 degrees. Such an angle is obtained because anisotropic etching is performed so that the crystal planes of the side surfaces of the structure to be formed on the wafer are formed by the (111) plane perpendicular to the (110) plane. is there.

【0068】次に、図1に示す加速度センサの動作につ
いて図2を用いて説明する。図2において、10および
11は、質量体4と固定電極7、および質量体4と固定
電極6とが形成するコンデンサ、12はAC信号源、1
3は反転増幅器、14はコンデンサ10とコンデンサ1
1とを有する加速度センサ素子、15はチャージアン
プ、16は同期検波器などの復調器、17はLPFから
なるフィルタである。今、y軸正の方向に外力を加えた
とする。この時、加速度センサにはy軸負の方向に慣性
力をうけるので質量体4はy軸負の方向に変位する。質
量体4には、電極が形成されているので質量体4は、可
動電極とみることができる。この質量体4の変位によ
り、質量体4と、固定電極6と固定電極7とがなすコン
デンサの静電容量が慣性力を受ける前に比べ変化をおこ
す。この様子を図2(a)に、また図2(a)をコンデ
ンサ10、および11に置き換えたものを図2(b)に
示す。また、加速度センサ素子14を用いて加速度を検
出するための検出回路の一例を図2(c)で図示する。
検出回路の一例としては、発振周波数の変化を調べる回
路、コンデンサの容量変化に伴うインピーダンス変化を
取り出す回路、電化蓄積の差動量を電圧に変換する回路
などがある。ここでは、質量体4の変位によるコンデン
サの容量変化に伴うインピーダンス変化を計測しその値
から加速度を算出するような回路の構成について説明す
る。
Next, the operation of the acceleration sensor shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. In FIG. 2, 10 and 11 are capacitors formed by the mass body 4 and the fixed electrode 7, and the mass body 4 and the fixed electrode 6, and 12 is an AC signal source, 1
3 is an inverting amplifier, 14 is a capacitor 10 and a capacitor 1.
1 is an acceleration sensor element, 15 is a charge amplifier, 16 is a demodulator such as a synchronous detector, and 17 is a filter including an LPF. Now, assume that an external force is applied in the positive direction of the y-axis. At this time, since the acceleration sensor receives an inertial force in the negative y-axis direction, the mass body 4 is displaced in the negative y-axis direction. Since electrodes are formed on the mass body 4, the mass body 4 can be regarded as a movable electrode. Due to this displacement of the mass body 4, the capacitance of the capacitor formed by the mass body 4 and the fixed electrode 6 and the fixed electrode 7 changes as compared with before the inertial force is applied. This state is shown in FIG. 2 (a), and FIG. 2 (b) shows that in which FIG. 2 (a) is replaced with capacitors 10 and 11. An example of a detection circuit for detecting acceleration using the acceleration sensor element 14 is shown in FIG.
Examples of the detection circuit include a circuit for examining a change in oscillation frequency, a circuit for extracting an impedance change due to a capacitance change in a capacitor, and a circuit for converting a differential amount of electrification and accumulation into a voltage. Here, a configuration of a circuit that measures an impedance change due to a capacitance change of a capacitor due to a displacement of the mass body 4 and calculates an acceleration from the measured value will be described.

【0069】図2(c)に上記検出回路の一例を示す。
AC信号源12と反転増幅器13により固定電極6と、
固定電極7とにそれぞれ位相の反転した電圧を加える。
固定電極6と質量体4との電極間距離と、固定電極7と
質量体4との電極間距離との和を2d、質量体4の平衡
状態(外力が加わらない状態)からの変位をΔdとする
と差動容量ΔCおよび質量体4に流れる電流Iは次式で
表される。 ΔC ≒ 2C0×Δd/d ( Δd《d のとき )・・・・(1) I = jω×ΔC×V ・・・・(2) ここで、 C0: 平衡状態における固定電極6または固定電極7
と質量体4とがなすコンデンサの静電容量 I : 質量体4に流れる電流 V : AC信号源12の電圧 ω : AC信号源12の角周波数 t : 時間 質量体4に流れる電流をチャージアンプ15により検出
し、これを電圧に変換する。これに後段の同期検波器な
どからなる復調器16により復調される。この後、LP
Fなどのフィルタ17を通して質量体4の変位による2
つのコンデンサの差動容量変化に比例した電圧信号を出
力する。本発明の加速度センサは、このように加速度に
応じて差動容量が変化するので、その差動容量の変化に
ともない出力される電圧信号により加速度を検出する構
成となっている。さらに、梁3と質量体4とがウエハ面
内で180度の回転対称となるような形状をもつことよ
り、質量体4は、y軸方向の慣性力に対して平行に変位
することができ、質量体4が平行に変位することによ
り、質量体4の変位する量を大きくすることができるた
め、質量体4と、固定電極6および7とがなすコンデン
サの静電容量の変化を大きくすることができる。
FIG. 2C shows an example of the above detection circuit.
A fixed electrode 6 by an AC signal source 12 and an inverting amplifier 13,
Voltages with inverted phases are applied to the fixed electrode 7 and the fixed electrode 7, respectively.
The sum of the electrode distance between the fixed electrode 6 and the mass body 4 and the electrode distance between the fixed electrode 7 and the mass body 4 is 2d, and the displacement of the mass body 4 from the equilibrium state (the state in which no external force is applied) is Δd. Then, the differential capacitance ΔC and the current I flowing through the mass body 4 are expressed by the following equations. ΔC ≈ 2C0 × Δd / d (when Δd << d) ・ ・ ・ (1) I = jω × ΔC × V (2) where C0: fixed electrode 6 or fixed electrode 7 in equilibrium state
Capacitance of the capacitor formed by the mass body 4 I: current flowing in the mass body 4 V: voltage of the AC signal source 12 ω: angular frequency of the AC signal source t t: time charge amplifier 15 Is detected and converted into a voltage. This is demodulated by a demodulator 16 including a synchronous detector in the subsequent stage. After this, LP
2 due to displacement of the mass body 4 through the filter 17 such as F
It outputs a voltage signal proportional to the change in the differential capacitance of two capacitors. Since the differential capacitance changes in accordance with the acceleration as described above, the acceleration sensor of the present invention is configured to detect the acceleration based on the voltage signal output according to the change in the differential capacitance. Further, since the beam 3 and the mass body 4 have a shape such that they have rotational symmetry of 180 degrees in the wafer plane, the mass body 4 can be displaced in parallel to the inertial force in the y-axis direction. By displacing the mass body 4 in parallel, the amount of displacement of the mass body 4 can be increased, so that the capacitance change of the capacitor formed by the mass body 4 and the fixed electrodes 6 and 7 can be increased. be able to.

【0070】図3に実施例1の加速度センサの製造方法
について説明する。図3において、18および19は酸
化膜、20は単結晶シリコンからなり結晶面が(11
0)面を有するデバイスウエハ、21はエッチング溝、
22および23は酸化膜または窒化膜などからなるパッ
シベーション膜、24はp型またはn型の不純物拡散
層、25は加速度を検出するための検出回路IC、26
は検出回路IC25を組み込むためのシリコンIC基
板、27はボンディングワイヤーである。まず、デバイ
スウエハ20上に厚さ3μm程度の酸化膜18を堆積し
た後、半導体リソグラフィー技術を用いて酸化膜18上
にパターンを形成する。その後ドライエッチングまたは
ウエットエッチングにより酸化膜18表面から2μmか
ら3μm程度の深さをもつエッチング溝21を形成す
る。また、エッチング溝21は完成後の質量体4および
梁3を自由に振動させるためのものであるから、基板9
上の酸化膜19の上にエッチング溝21を設けてもよ
い。その後、このデバイスウエハ20と酸化膜19を堆
積した基板9を融合接合(ヒュージョンボンディング)
技術を用いて両者を接合する(図3(a))。
A method of manufacturing the acceleration sensor of the first embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 3, 18 and 19 are oxide films, 20 is single crystal silicon, and has a crystal plane of (11
A device wafer having a (0) plane, 21 is an etching groove,
22 and 23 are passivation films made of an oxide film or a nitride film, 24 is a p-type or n-type impurity diffusion layer, 25 is a detection circuit IC for detecting acceleration, 26
Is a silicon IC substrate for incorporating the detection circuit IC 25, and 27 is a bonding wire. First, after depositing an oxide film 18 having a thickness of about 3 μm on the device wafer 20, a pattern is formed on the oxide film 18 using a semiconductor lithography technique. Thereafter, dry etching or wet etching is performed to form an etching groove 21 having a depth of about 2 μm to 3 μm from the surface of the oxide film 18. Further, since the etching groove 21 is for freely vibrating the completed mass body 4 and the beam 3, the substrate 9
An etching groove 21 may be provided on the upper oxide film 19. Thereafter, the device wafer 20 and the substrate 9 on which the oxide film 19 is deposited are fusion bonded (fusion bonding).
The two are joined by using a technique (FIG. 3 (a)).

【0071】次に、デバイスウエハ20の表面を研磨し
デバイスウエハ20の厚さを所望する厚さに調節する
(図3(b))。この後、デバイスウエハ20の表面を
保護するためにパッシベーション膜22、および基板9
の表面を保護するためにパッシベーション膜23をCV
D法(LPCVD、PECVDなど)やスパッタ法によ
りデバイスウエハ20、および基板9の表面に形成す
る。その後、パッシベーション膜22の表面に加速度セ
ンサを構成する構造体の平面図パターンをドライエッチ
ング(例えば、反応性イオンエッチング(RIE)な
ど)で形成する。
Next, the surface of the device wafer 20 is polished to adjust the thickness of the device wafer 20 to a desired thickness (FIG. 3 (b)). After that, in order to protect the surface of the device wafer 20, the passivation film 22 and the substrate 9 are formed.
The passivation film 23 to protect the surface of the
It is formed on the surface of the device wafer 20 and the substrate 9 by the D method (LPCVD, PECVD, etc.) or the sputtering method. After that, a plan view pattern of a structure forming the acceleration sensor is formed on the surface of the passivation film 22 by dry etching (eg, reactive ion etching (RIE)).

【0072】但し、パッシベーション膜22の表面に加
速度センサのパターンを形成する際、デバイスウエハ2
0の結晶面方位を考慮にいれておく必要がある。これ
は、デバイスウエハ20にエッチング処理を施す際に垂
直方向のエッチングの進行が横方向のエッチングのエッ
チングの進行よりも速く、エッチング処理終了後には、
垂直または垂直に近い断面形状が得られれば、デバイス
ウエハ20により形成される固定電極6と質量体4とが
なす電極面間のギャップ、および固定電極7と質量体4
とがなす電極面間のギャップの広がりを抑えることがで
き、かつエッチングにより形成される電極面がデバイス
ウエハ20の表面に対してともに垂直となるような構造
となるためである。
However, when the pattern of the acceleration sensor is formed on the surface of the passivation film 22, the device wafer 2
It is necessary to take the crystal plane orientation of 0 into consideration. This is because the progress of the vertical etching is faster than the progress of the horizontal etching when the device wafer 20 is subjected to the etching process, and after the etching process is completed,
If a vertical or near-vertical cross-sectional shape is obtained, the gap between the electrode surfaces formed by the fixed electrode 6 formed by the device wafer 20 and the mass body 4, and the fixed electrode 7 and the mass body 4.
This is because the gap between the electrode surfaces formed by and can be suppressed, and the electrode surfaces formed by etching are both perpendicular to the surface of the device wafer 20.

【0073】このような垂直方向のエッチングの進行が
横方向のエッチングのエッチングの進行よりも速く、エ
ッチング処理終了後には、デバイスウエハ20の表面に
対し、垂直となる断面形状が得られるようなエッチング
方法を異方性エッチングという。表面の結晶面が(11
0)である単結晶シリコンをエッチングする際、エッチ
ング液の浸透により形成される側面の結晶面が(11
0)面に対して垂直となる(111)面となるようにエ
ッチングを行ったときエッチング液の横方向の進行をか
なり抑えることが可能となることが知られている。この
ため、結晶の表面が(110)であるデバイスウエハ2
0において異方性エッチングを行うためには、エッチン
グ液の浸透により形成される側面の結晶面がデバイスウ
エハ20の表面の結晶面である(110)面に対して垂
直となるような(111)面となる結晶面の面方位を調
べておく必要がある。
The progress of the etching in the vertical direction is faster than the progress of the etching in the lateral direction, and after the etching process is completed, a cross-sectional shape perpendicular to the surface of the device wafer 20 is obtained. The method is called anisotropic etching. The crystal plane of the surface is (11
When the single crystal silicon of (0) is etched, the side crystal faces formed by the permeation of the etching solution are (11
It is known that when etching is performed so as to form a (111) plane that is perpendicular to the (0) plane, it is possible to considerably suppress the lateral movement of the etching solution. Therefore, the device wafer 2 whose crystal surface is (110)
In order to perform anisotropic etching at 0, the crystal plane of the side surface formed by the permeation of the etching solution is perpendicular to the (110) plane which is the crystal plane of the surface of the device wafer (111). It is necessary to investigate the plane orientation of the crystal plane that becomes the plane.

【0074】結晶面(111)の面方位を調べる方法と
して、デバイスウエハ20の結晶方向を確認するために
デバイスウエハ20に付けられたメジャーフラット(方
位マーク)をもとにして(111)面を調べる方法があ
る。または、結晶面が(110)であるデバイスウエハ
20のパッシベーション膜22の上にあらかじめ面方位
を調べるための例えば角度を0.1度づつずらせたいく
つかの矩形状のパターンを形成し、これらのパターンに
エッチングを行い、横方向のエッチングの進行速度が最
小となる面を採用するようにしてもよい(図示せず)。
As a method for investigating the plane orientation of the crystal plane (111), the (111) plane is determined based on a major flat (orientation mark) attached to the device wafer 20 in order to confirm the crystal orientation of the device wafer 20. There is a way to find out. Alternatively, for example, some rectangular patterns with an angle of 0.1 ° are formed on the passivation film 22 of the device wafer 20 having a crystal plane of (110) for examining the plane orientation in advance. The pattern may be etched, and the surface that minimizes the rate of lateral etching may be employed (not shown).

【0075】このように、異方性エッチングにより形成
される側面の結晶面が(110)面に対し垂直となるよ
うな(111)面となるようにデバイスウエハ20のパ
ッシベーション膜22上に加速度センサを構成する構造
体および固定電極のパターンを形成した後、異方性エッ
チング液(例えば、KOH、TMAH、ヒドラジン、C
sOHなど)を用いてパッシベーション膜22のパター
ン面からデバイスウエハ20と酸化膜18の境界に到達
するまで異方性エッチングを行う。この工程により加速
度センサの基本的構成要素である振動体と、固定電極6
と、固定電極7とを有する構造体が、同一のデバイスウ
エハ20から形成される(図3(c))。異方性エッチ
ングの深さは、製造する加速度センサの電極間のギャッ
プと、エッチングレートの選択比(シリコンの(11
0)面のエッチングレートとシリコンの(111)面の
エッチングレートとの比)と、加速度センサの構造と、
要求性能とにより適切な値が選ばれる。静電容量の変化
から加速度を検出する加速度センサにおいては、電極間
ギャップを小さくすることにより電極間容量を大きくす
ることが、感度を高めるために重要である。形成される
電極間のギャップは、パターニング精度と、エッチング
レートの選択比と、エッチングの深さとに依存する。こ
のためパターニング精度と、エッチングレートの選択比
とを一定値とすると、形成される電極間のギャップの最
小値は、エッチングの深さにより決めることができる。
よって、同じ厚みをもつウエハの異方性エッチングで
も、一方向からの異方性エッチングを行うのと両面から
異方性エッチングを行うのとでは、後者の方が横方向の
エッチングの進行をより抑えることができる。よって、
図3(a)工程において、酸化膜18上にエッチング溝
21を形成した後、エッチング溝21をもつ表面に構造
体のパターンをもつ窒化膜をマスクとしてウエハの厚み
の半分程度の厚みを異方性エッチングを用いてあらかじ
めエッチングしておくのもよい(図示せず)。
As described above, the acceleration sensor is formed on the passivation film 22 of the device wafer 20 so that the crystal face of the side surface formed by anisotropic etching becomes the (111) plane perpendicular to the (110) plane. After forming the pattern of the structure and the fixed electrode constituting the structure, an anisotropic etching solution (eg, KOH, TMAH, hydrazine, C
anisotropic etching is performed from the pattern surface of the passivation film 22 to the boundary between the device wafer 20 and the oxide film 18 using sOH or the like. Through this process, the vibrating body, which is a basic component of the acceleration sensor, and the fixed electrode 6
And a fixed electrode 7 are formed from the same device wafer 20 (FIG. 3C). The depth of anisotropic etching depends on the gap between the electrodes of the acceleration sensor to be manufactured and the etching rate selection ratio ((11
(Ratio of etching rate of (0) plane to etching rate of (111) plane of silicon), structure of acceleration sensor,
An appropriate value is selected depending on the required performance. In an acceleration sensor that detects acceleration from a change in electrostatic capacitance, it is important to increase the interelectrode capacitance by reducing the interelectrode gap to improve the sensitivity. The gap between the formed electrodes depends on the patterning accuracy, the etching rate selection ratio, and the etching depth. Therefore, when the patterning accuracy and the etching rate selection ratio are constant, the minimum value of the gap between the electrodes to be formed can be determined by the etching depth.
Therefore, even if anisotropic etching is performed on a wafer having the same thickness, anisotropic etching is performed from one direction and anisotropic etching is performed from both sides. Can be suppressed. Therefore,
In the step of FIG. 3A, after forming the etching groove 21 on the oxide film 18, using the nitride film having the pattern of the structure on the surface having the etching groove 21 as a mask, an anisotropic thickness of about half the wafer thickness is obtained. It may be pre-etched by using a reactive etching (not shown).

【0076】次に、デバイスウエハ20からエッチング
により形成された構造体において、その表面のパッシベ
ーション膜22をエッチングにより除去し、p型または
n型の不純物を構造体の表面及び側面に拡散しp型また
はn型の不純物拡散層24を形成する。構造体の表面お
よび側面に不純物拡散層24を形成することにより、固
定電極6、固定電極7および振動体の導電率を高くする
ことができる。ただし、不純物拡散層24を形成する工
程は、デバイスウエハ20の材質である単結晶シリコン
の導電率が高い場合は省略してもよい。その後、振動体
の梁3と質量体4とを支持している酸化膜18をエッチ
ングにより除去し梁3と質量体4とを解放する(図3
(d))。そしてデバイスウエハ20から形成される構
造体の振動体、固定電極6および固定電極7の上に金属
電極8をスパッタ装置などにより選択メタライズする
(図3(e))。
Next, in the structure formed by etching from the device wafer 20, the passivation film 22 on the surface of the structure is removed by etching, and p-type or n-type impurities are diffused to the surface and side surfaces of the structure to form the p-type. Alternatively, the n-type impurity diffusion layer 24 is formed. By forming the impurity diffusion layer 24 on the surface and the side surface of the structure, the conductivity of the fixed electrode 6, the fixed electrode 7 and the vibrating body can be increased. However, the step of forming the impurity diffusion layer 24 may be omitted when the conductivity of the single crystal silicon that is the material of the device wafer 20 is high. After that, the oxide film 18 supporting the beam 3 and the mass body 4 of the vibrating body is removed by etching to release the beam 3 and the mass body 4 (FIG. 3).
(D)). Then, the metal electrode 8 is selectively metallized on the vibrating body of the structure formed from the device wafer 20, the fixed electrode 6 and the fixed electrode 7 by a sputtering device or the like (FIG. 3E).

【0077】次に、別に用意された、加速度を検出する
ための検出回路をIC化した検出回路IC25を組み込
んだシリコンIC基板26をダイボンディング剤を用い
て上述の工程により作成された加速度センサ素子14の
上に接合する。または、シリコンの低温融合接合技術を
用いて加速度センサ素子14と接合してもよい。ここで
シリコンの低温融合接合技術を用いるのは検出回路IC
25が熱破壊をおこさないようにするためである(図3
(g))。その後、ボンディングワイヤー27を用いて
構造体、および検出回路IC25の上の金属電極8を配
線する。そしてダイシングにより個々の加速度センサに
分離する。このダイシングの工程は、検出回路IC25
を組み込んだシリコンIC基板26と加速度センサ素子
14とを接合する前に行ってもよい。
Next, a separately prepared acceleration sensor element prepared by the above-described process using a silicon IC substrate 26 in which a detection circuit IC25 in which a detection circuit for detecting acceleration is integrated is incorporated by using a die bonding agent. Join on top of 14. Alternatively, it may be bonded to the acceleration sensor element 14 using a low temperature fusion bonding technique of silicon. Here, the low temperature fusion bonding technology of silicon is used for the detection circuit IC.
This is to prevent 25 from causing thermal destruction (FIG. 3).
(G)). After that, the bonding wire 27 is used to wire the structure and the metal electrode 8 on the detection circuit IC 25. Then, the individual acceleration sensors are separated by dicing. This dicing process is performed by the detection circuit IC 25.
It may be performed before joining the silicon IC substrate 26 in which the above is incorporated and the acceleration sensor element 14.

【0078】または、上述のように加速度を検出するた
めの検出回路をIC化した検出回路IC25を組み込ん
だシリコンIC基板26を別に用意するのではなく、デ
バイスウエハ20にあらかじめ検出回路IC25を組み
込んでおくのでもよい。組み込みの方法として、図3
(b)工程の終了後デバイスウエハ20の上に検出回路
IC25を鏡面化された面に作り込めばよい。または、
初めからデバイスウエハ20にIC化された検出回路I
C25を組込んでおくのでもよい。上述のように図3
(b)工程、つまりデバイスウエハ20の表面を研磨
し、デバイスウエハ20の厚さを所望する厚さに調節し
た後、デバイスウエハ20の上に検出回路IC25を鏡
面化された面に組み込み、パッシベーション膜22を堆
積し、加速度センサのパターンを形成し、異方性エッチ
ングにより振動体、固定電極6、固定電極7、およびシ
リコンIC基板26を形成する。その後、パッシベーシ
ョン膜22を除去し、異方性エッチングにより外気にさ
らされた酸化膜18をエッチングにより除去することに
より梁3と質量体4とを解放する。その後、金属電極8
を形成し、ボンディングワイヤー27を用いて構造体お
よび検出回路IC25の上の金属電極8を配線する(図
3(f))。このような方法を用いると検出回路IC2
5を組み込んだシリコンIC基板26を基板9に接合す
る工程を省略することができる。
Alternatively, as described above, instead of separately preparing the silicon IC substrate 26 in which the detection circuit IC25 in which the detection circuit for detecting the acceleration is integrated is incorporated, the detection circuit IC25 is previously incorporated in the device wafer 20. You can leave it. As an assembling method, see Fig. 3.
After the step (b) is completed, the detection circuit IC 25 may be formed on the device wafer 20 on a mirror-finished surface. Or
The detection circuit I which has been integrated into the device wafer 20 from the beginning
It is also possible to incorporate C25. As described above, FIG.
Step (b), that is, after polishing the surface of the device wafer 20 and adjusting the thickness of the device wafer 20 to a desired thickness, the detection circuit IC 25 is mounted on the mirror-finished surface of the device wafer 20, and passivation is performed. The film 22 is deposited, the pattern of the acceleration sensor is formed, and the vibrating body, the fixed electrode 6, the fixed electrode 7, and the silicon IC substrate 26 are formed by anisotropic etching. After that, the passivation film 22 is removed, and the oxide film 18 exposed to the outside air by anisotropic etching is removed by etching to release the beam 3 and the mass body 4. After that, the metal electrode 8
Is formed, and the metal electrode 8 on the structure and the detection circuit IC 25 is wired using the bonding wire 27 (FIG. 3F). When such a method is used, the detection circuit IC2
The step of joining the silicon IC substrate 26 incorporating 5 to the substrate 9 can be omitted.

【0079】また次のような方法を用いても加速度セン
サは、製造することができる。これを図4を用いて説明
する。これは、デバイスウエハ20の上に酸化膜18を
堆積しパターン化しエッチングにより酸化膜18上にエ
ッチング溝21を形成するかわりに、デバイスウエハ2
0自体をエッチングすることによりデバイスウエハ20
にエッチング溝21を形成し、その後に酸化膜18を熱
酸化やスパッタ法CVD法を用いてデバイスウエハ20
の上に堆積させる(図4(a))。その後、シリコンの
融合接合を用いて基板9と接合する(図4(b))。そ
の後は、図3(c)工程以降の工程をとることによって
も加速度センサを製造することが可能となる。この方法
のようにデバイスウエハ20自体に適当な深さをもつエ
ッチング溝21をエッチング技術により形成し、その深
さを調整(例えば、数百μm)することにより、図3
(b)の工程、つまりデバイスウエハ20の表面を研磨
しその厚さを調節する工程を省略することができる。
The acceleration sensor can also be manufactured by using the following method. This will be described with reference to FIG. Instead of depositing the oxide film 18 on the device wafer 20 and patterning and forming the etching groove 21 on the oxide film 18 by etching, the device wafer 2
Device wafer 20 by etching 0 itself
An etching groove 21 is formed in the device wafer 20 after the oxide film 18 is formed by thermal oxidation or a sputtering CVD method.
Is deposited on top (FIG. 4 (a)). After that, it is bonded to the substrate 9 by using fusion bonding of silicon (FIG. 4B). After that, the acceleration sensor can be manufactured by taking steps after the step of FIG. As in this method, an etching groove 21 having an appropriate depth is formed in the device wafer 20 itself by an etching technique, and the depth is adjusted (for example, several hundreds of μm), so that FIG.
The step (b), that is, the step of polishing the surface of the device wafer 20 and adjusting the thickness thereof can be omitted.

【0080】基板9の材質はシリコンとしたが、ガラス
(例えば、アルミノ珪酸塩、ホウ珪酸系のガラスなどの
ようなシリコンの線膨張係数に近い材質)などを基板9
の材料に用いてもよい。このガラスからなる基板9を用
いて加速度センサを製造する工程の一例を図5を用いて
説明する。図5において、28は酸化膜または窒化膜な
どからなるパッシベーション膜である。
Although the material of the substrate 9 is silicon, glass (for example, a material having a linear expansion coefficient close to that of silicon such as aluminosilicate or borosilicate glass) is used.
You may use it for the material. An example of a process of manufacturing an acceleration sensor using the substrate 9 made of glass will be described with reference to FIG. In FIG. 5, 28 is a passivation film made of an oxide film or a nitride film.

【0081】検出回路IC25をあらかじめ組み込んだ
デバイスウエハ20にパッシベーション膜28を堆積
し、エッチングを用いてエッチング溝21を形成する
(図5(a))。次にパッシベーション膜28を除去し
た後、陽極接合を用いてデバイスウエハ20と基板9と
を接合する(図5(b))。または、基板9とデバイス
ウエハ20とを直接陽極接合するのではなく、酸化膜ま
たは窒化膜などからなる絶縁膜を介して基板9とデバイ
スウエハ20とを陽極接合するのでもよい。その後、異
方性エッチングによりデバイスウエハ20から構造体
と、シリコンIC基板26とを作る(図5(c))。パ
ッシベーション膜22を除去し、構造体に金属電極8を
選択メタライズする(図5(d))。あるいは異方性エ
ッチングをするためにパッシベーション膜22に構造体
とシリコンIC基板26のパターンを形成する前に金属
電極8のパターンを形成し、リフトオフによりCr、A
uなどからなる金属電極8を形成してもよい。
A passivation film 28 is deposited on the device wafer 20 in which the detection circuit IC 25 is incorporated, and an etching groove 21 is formed by etching (FIG. 5A). Next, after removing the passivation film 28, the device wafer 20 and the substrate 9 are bonded by anodic bonding (FIG. 5B). Alternatively, the substrate 9 and the device wafer 20 may not be directly anodically bonded, but the substrate 9 and the device wafer 20 may be anodically bonded via an insulating film such as an oxide film or a nitride film. After that, the structure and the silicon IC substrate 26 are formed from the device wafer 20 by anisotropic etching (FIG. 5C). The passivation film 22 is removed, and the metal electrode 8 is selectively metallized on the structure (FIG. 5D). Alternatively, in order to perform anisotropic etching, the pattern of the metal electrode 8 is formed on the passivation film 22 before forming the pattern of the structure and the silicon IC substrate 26, and lift-off is performed to form Cr, A
You may form the metal electrode 8 which consists of u.

【0082】次に上述したいずれかの方法により製造さ
れた加速度センサをパッケージ収納した状態の平面図と
側面図(図6及び図7)を示す。図6および図7におい
て、29はリードピン、30はステム、31はキャッ
プ、32は接着剤である。図示したものは、検出回路I
C25を組み込んだシリコンIC基板26が加速度セン
サ素子14の上に接合された加速度センサをパッケージ
したもの(図6)、および検出回路IC25をデバイス
ウエハ20に組み込んで製造した加速度センサをパッケ
ージ(図7)したものである。検出回路をIC化してい
ない場合は、ハイブリッドIC用のセラミック基板上に
検出回路IC25を除いた加速度センサの構成部分と、
検出回路を構成するディスクリート電子部品からなる検
出回路とをマウントしこれをパッケージしてもよい(図
示せず)。キャップ31内には、センサの周波数特性を
調整する場合、必要に応じて圧力媒体(例えば、ある特
定圧力の空気、窒素またはAr等の不活性ガス)や液体
(例えば、シリコンオイルなど)を封入すればよい。
Next, a plan view and a side view (FIGS. 6 and 7) showing a state in which the acceleration sensor manufactured by any of the above-mentioned methods is housed in a package are shown. 6 and 7, 29 is a lead pin, 30 is a stem, 31 is a cap, and 32 is an adhesive. What is shown is a detection circuit I
A package of an acceleration sensor in which a silicon IC substrate 26 incorporating C25 is bonded onto the acceleration sensor element 14 (FIG. 6) and an acceleration sensor manufactured by incorporating the detection circuit IC25 in the device wafer 20 (FIG. 7). ). When the detection circuit is not integrated into an IC, the components of the acceleration sensor excluding the detection circuit IC25 on the ceramic substrate for the hybrid IC,
A detection circuit composed of discrete electronic components forming the detection circuit may be mounted and packaged (not shown). When adjusting the frequency characteristics of the sensor, a pressure medium (for example, air at a specific pressure, an inert gas such as nitrogen or Ar) or a liquid (for example, silicon oil) is enclosed in the cap 31 as needed. do it.

【0083】加速度センサをパッケージする工程は、微
細なごみや埃が加速度センサの電極間に入り込むことに
より加速度センサに悪影響を与えることがあるので、こ
の工程を行う際には、クリーンな環境で行う必要があ
る。またダイシングの工程で発生する切り屑による汚染
から加速度センサを守る必要もある。
Since the step of packaging the acceleration sensor may adversely affect the acceleration sensor due to fine dust and dust entering between the electrodes of the acceleration sensor, it is necessary to perform this step in a clean environment. There is. It is also necessary to protect the acceleration sensor from contamination by chips generated in the dicing process.

【0084】また、図8に示すような構成にしてもよ
い。図8において、33は補助支持部、34は保護基
板、35はエッチング溝である。また保護基板34に
は、エッチング溝35、および金属電極8と向い合う部
分に穴が形成されている。図8のように補助支持部33
を加速度センサ素子14の側面を取り囲むように(検出
回路IC25が同基板上に作られている場合これを含
む)形成し、ガラスなどからなる保護基板34を補助支
持部33と陽極接合することにより加速度センサは汚染
防止される。陽極接合する際、補助支持部33を陽極と
し、保護基板34を陰極として陽極接合をする。また
は、基板9の材質がガラスである場合、基板9を陽極と
し、保護基板34を陰極として陽極接合をするのでもよ
い。または基板9および補助支持部33を陽極とし、保
護基板34を陰極として陽極接合するのでもよい。保護
基板34には、酸化膜または窒化膜などの絶縁膜を有す
るシリコンを用いてもよい。絶縁膜を有するシリコンか
らなる保護基板34を用いる場合は、補助支持部33と
の接合にシリコンの低温融合接合を用いて接合してもよ
い。陽極接合の際には、加速度センサの周波数特性の最
適化を行うために不活性ガスを導入したり、内部圧力を
調整することがある。また補助支持部33に電気的に接
地するための電極を設けて接地することにより、浮遊容
量を安定化することができ、静電シールドとして利用す
ることもできる(図示せず)。
Further, the structure shown in FIG. 8 may be adopted. In FIG. 8, 33 is an auxiliary support part, 34 is a protective substrate, and 35 is an etching groove. In addition, holes are formed in the protective substrate 34 in the portions facing the etching grooves 35 and the metal electrodes 8. As shown in FIG. 8, the auxiliary support portion 33
Is formed so as to surround the side surface of the acceleration sensor element 14 (including the detection circuit IC25 when it is formed on the same substrate), and the protective substrate 34 made of glass or the like is anodically bonded to the auxiliary support portion 33. The acceleration sensor is protected from contamination. At the time of anodic bonding, the auxiliary support portion 33 is used as an anode and the protective substrate 34 is used as a cathode to perform anodic bonding. Alternatively, when the material of the substrate 9 is glass, the substrate 9 may be used as an anode and the protective substrate 34 may be used as a cathode to perform anodic bonding. Alternatively, the substrate 9 and the auxiliary support portion 33 may be used as an anode, and the protective substrate 34 may be used as a cathode for anodic bonding. For the protective substrate 34, silicon having an insulating film such as an oxide film or a nitride film may be used. When the protective substrate 34 made of silicon having an insulating film is used, the low temperature fusion bonding of silicon may be used for the bonding with the auxiliary supporting portion 33. At the time of anodic bonding, an inert gas may be introduced or the internal pressure may be adjusted in order to optimize the frequency characteristics of the acceleration sensor. Further, by providing an electrode for electrically grounding the auxiliary support portion 33 and grounding it, the stray capacitance can be stabilized and can be used as an electrostatic shield (not shown).

【0085】こうして作られた補助支持部33と保護基
板34を有する加速度センサの構造体は検出回路IC2
5またはディスクリート部品からなる検出回路とともに
セラミックスなどからなる基板上にマウントされ、簡易
なプラスチックパッケージに収納することが可能となる
(図示せず)。これにより、加速度センサのパッケージ
のコストを下げることが可能となり、より低コストの加
速度センサを提供することが可能となる。
The structure of the acceleration sensor having the auxiliary support portion 33 and the protective substrate 34 thus formed is the detection circuit IC2.
5 or a detection circuit composed of discrete components, mounted on a substrate composed of ceramics or the like, and can be housed in a simple plastic package (not shown). As a result, the cost of the acceleration sensor package can be reduced, and a lower cost acceleration sensor can be provided.

【0086】図8にみられるように、保護基板34の質
量体4の鉛直上方付近に位置する部分には、あらかじめ
ウエットエッチングなどによりエッチング溝35が設け
られており質量体4の上下方向の過大な変位を防ぐスト
ッパの機能をもつ。エッチング溝35は質量体4と梁3
とを自由に振動させるためのものであるからデバイスウ
エハ20にエッチング溝35を設けてもよい。
As shown in FIG. 8, an etching groove 35 is previously formed by wet etching or the like in a portion of the protective substrate 34 located in the vicinity of the upper portion of the mass body 4 in the vertical direction. It has the function of a stopper that prevents various displacements. The etching groove 35 includes the mass 4 and the beam 3.
The device wafer 20 may be provided with the etching groove 35 because it is intended to freely vibrate and.

【0087】実施例2.図9の加速度センサにおいて、
36は加速度センサの周波数特性を調節するためのダン
ピング調節機構である。慣性力により質量体4が変位す
る際、変位方向に直角な全ての質量体4の側面は、周囲
の媒体(周波数特性を調整するために封入した圧力媒体
や液体など)により抵抗力をうける。この抵抗力は、質
量体4の振動方向に垂直な側面の面積が大きいほど、大
きくなる。図1の加速度センサにおいて、固定電極6お
よび固定電極7は質量体4に対向するように配置してい
るので、これらの構成自体ダンピング調節機能を有して
いるといえる。しかし、図1で構成される加速度センサ
における質量体4の振動方向に垂直な側面の面積だけで
は、希望する抵抗力がえられない場合がある。
Example 2. In the acceleration sensor of FIG.
Reference numeral 36 denotes a damping adjusting mechanism for adjusting the frequency characteristic of the acceleration sensor. When the mass body 4 is displaced by the inertial force, the side surfaces of all the mass bodies 4 which are perpendicular to the displacement direction are subjected to a resistance force by the surrounding medium (a pressure medium or a liquid enclosed for adjusting frequency characteristics). This resistance becomes larger as the area of the side surface of the mass body 4 perpendicular to the vibration direction becomes larger. In the acceleration sensor of FIG. 1, since the fixed electrode 6 and the fixed electrode 7 are arranged so as to face the mass body 4, it can be said that these configurations themselves have a damping adjusting function. However, the desired resistance force may not be obtained only by the area of the side surface perpendicular to the vibration direction of the mass body 4 in the acceleration sensor configured in FIG.

【0088】図9の加速度センサは、質量体4の振動方
向に垂直な側面の面積を増やすために、質量体4の相向
かう2辺を櫛形の形状にし、かつこの櫛形の形状に向か
い合う櫛形形状のダンピング調整機構36を設けたもの
である。これにより構造体の表面の結晶面(110)面
に対し35.26度の角度をなす新たな(111)面の
結晶面を生じる。これは、構造体の表面の結晶面である
(110)面と垂直になる2つの(111)面のなす角
度が70.53度をとなる部分に異方性エッチングを行
うことにより形成される。実施例1では(110)面と
35.26度の角度をなす(111)面が生じないよう
に設計している。異方性エッチングを行うことにより
(110)面と35.26度の角度をなす(111)面
が形成される場合、この面が質量体4の運動を妨げない
ように設計しなければならない。
In the acceleration sensor of FIG. 9, in order to increase the area of the side surface perpendicular to the vibration direction of the mass body 4, two opposite sides of the mass body 4 are formed in a comb shape, and the comb shape facing the comb shape is formed. The damping adjusting mechanism 36 is provided. As a result, a new (111) crystal face forming an angle of 35.26 degrees with respect to the crystal face (110) face of the surface of the structure is generated. This is formed by anisotropically etching a portion where the angle formed by two (111) planes perpendicular to the (110) plane, which is the crystal plane of the structure, is 70.53 degrees. . In Example 1, it is designed so that the (111) plane forming an angle of 35.26 degrees with the (110) plane does not occur. When the (111) plane forming an angle of 35.26 degrees with the (110) plane is formed by performing anisotropic etching, it must be designed so that this plane does not hinder the movement of the mass body 4.

【0089】加速度センサの質量体4が慣性力により変
位する際に受ける抵抗力は、質量体4の振動方向に垂直
な側面の面積に比例する。よって、櫛形形状のダンピン
グ調節機構36と質量体4の櫛の本数と長さを調節する
ことにより質量体4の受ける抵抗力を調節することが可
能となり、これより図10のように加速度センサの周波
数特性を任意に調節してやること(例えば、臨界減衰状
態:ζ=0.707、ζ:減衰係数)が可能となる。ま
た、この周波数特性はパッケージ内の気体圧力を変えた
り、粘性がある液体を封入することにより調整すること
も可能である。
The resistance force received when the mass body 4 of the acceleration sensor is displaced by the inertial force is proportional to the area of the side surface perpendicular to the vibration direction of the mass body 4. Therefore, by adjusting the number of combs and the length of the comb-shaped damping adjusting mechanism 36 and the mass body 4, it is possible to adjust the resistance force received by the mass body 4, and as shown in FIG. It is possible to arbitrarily adjust the frequency characteristic (for example, critical damping state: ζ = 0.707, ζ: damping coefficient). Further, this frequency characteristic can be adjusted by changing the gas pressure in the package or enclosing a viscous liquid.

【0090】このように櫛形構造のダンピング調節機構
36と質量体4のなす櫛形のペアのうち少なくとも1つ
のペアのギャップをある一定値に設計することにより、
過大な衝撃加速度により質量体4が大変位することによ
る梁3の破壊、または質量体4と固定電極の静電引力に
よる吸着を防止するストッパの機能も備えることが可能
となる。以上のように櫛形構造をもつダンピング調節機
構36および質量体4を設けることにより周波数特性、
耐衝撃性、信頼性に優れた加速度センサを提供すること
が可能となる。
By designing the gap of at least one pair of the comb-shaped damping adjustment mechanism 36 and the mass body 4 to have a certain constant value,
It is also possible to provide a function of a stopper that prevents the beam 3 from being broken due to the large displacement of the mass body 4 due to excessive impact acceleration, or the attraction by the electrostatic attraction between the mass body 4 and the fixed electrode. By providing the damping adjusting mechanism 36 and the mass body 4 having the comb structure as described above, the frequency characteristic,
It is possible to provide an acceleration sensor having excellent impact resistance and reliability.

【0091】実施例3.実施例3の加速度センサの一例
を図11に示す。図11において、38および39は櫛
形の固定電極、40はアクチュエート用電極である。質
量体4の櫛は、質量体4の櫛と隣り合う固定電極39の
櫛とのギャップを、一方が他方よりも小さくなるような
非対称な配置をしている。これは、慣性力により質量体
4が変位する際、質量体4の櫛と隣合う固定電極39と
のギャップが小さい部分で形成されるコンデンサが、質
量体4の櫛と隣合う固定電極39の櫛とのギャップが大
きい部分で形成されるコンデンサよりも、その静電容量
を十分大きく変化させることができるようにギャップの
値を設計しているからである。これより、質量体4の櫛
と、隣り合う固定電極39の櫛とのギャップが、一方が
他方よりも小さくなる部分で櫛形電極ペア37を形成し
ており、1組の櫛形電極ペアでコンデンサを形成してい
る。また、質量体4の櫛と隣り合う固定電極38の櫛と
にも同じ関係がある。また、質量体4と固定電極38と
がなす櫛形電極ペア37のギャップを質量体4と固定電
極6との電極間のギャップに等しくし、かつ質量体4と
固定電極39とがなす櫛形電極ペア37のギャップを質
量体4と固定電極7との電極間のギャップに等しくして
いる。さらに、固定電極6と固定電極38とを外部で電
気的に接続し、かつ固定電極7と固定電極39とを外部
で電気的に接続している。または、はじめから固定電極
6と固定電極38とを共通にし、かつ固定電極7と固定
電極39とを共通にしてもよい。
Example 3. FIG. 11 shows an example of the acceleration sensor of the third embodiment. In FIG. 11, 38 and 39 are comb-shaped fixed electrodes, and 40 is an actuating electrode. The combs of the mass body 4 are arranged asymmetrically so that the gap between the combs of the mass body 4 and the combs of the adjacent fixed electrodes 39 becomes smaller than the other. This is because when the mass body 4 is displaced by the inertial force, a capacitor formed in a portion where the gap between the comb of the mass body 4 and the adjacent fixed electrode 39 is small is a capacitor of the fixed electrode 39 adjacent to the comb of the mass body 4. This is because the gap value is designed so that the capacitance can be changed sufficiently larger than that of the capacitor formed in the portion having a large gap with the comb. As a result, the comb-shaped electrode pair 37 is formed at a portion where the gap between the comb of the mass body 4 and the comb of the adjacent fixed electrodes 39 is smaller than the other, and one comb-shaped electrode pair forms a capacitor. Is forming. Further, the comb of the mass body 4 and the comb of the adjacent fixed electrode 38 have the same relationship. Further, the gap of the comb-shaped electrode pair 37 formed by the mass body 4 and the fixed electrode 38 is made equal to the gap between the electrodes of the mass body 4 and the fixed electrode 6, and the comb-shaped electrode pair formed by the mass body 4 and the fixed electrode 39. The gap of 37 is made equal to the gap between the mass body 4 and the fixed electrode 7. Furthermore, the fixed electrode 6 and the fixed electrode 38 are electrically connected to the outside, and the fixed electrode 7 and the fixed electrode 39 are electrically connected to the outside. Alternatively, the fixed electrode 6 and the fixed electrode 38 may be made common and the fixed electrode 7 and the fixed electrode 39 may be made common from the beginning.

【0092】コンデンサの容量の変化から加速度を検出
する場合、質量体4と固定電極とが形成するコンデンサ
の静電容量が大きい程、加速度をより高感度に検出する
ことが可能である。またコンデンサの静電容量は、電極
面積に比例する。よって固定電極38および固定電極3
9と、質量体4とを櫛形にし、かつ質量体4と、固定電
極38とで形成される櫛形電極ペア37のギャップを質
量体4と固定電極6とのギャップに等しく設定し、かつ
質量体4と固定電極39とで形成される櫛形電極ペア3
7のギャップを質量体4と固定電極7とのギャップに等
しく設定し、かつ櫛形電極ペア37の数を増やすことに
より限られた面積内(素子のサイズが同じであったとし
ても)でコンデンサの静電容量を増加させることが可能
となる。固定電極38および固定電極39を櫛形電極で
構成することにより、固定電極38および固定電極39
は、ダンピング調節機能と、コンデンサの静電容量を増
加させる機能とを合わせもつことになる。よって、櫛形
電極ペア37のペア数の設計においては、両者を考慮に
入れて設計する必要がある。
When the acceleration is detected from the change of the capacitance of the capacitor, the acceleration can be detected with higher sensitivity as the capacitance of the capacitor formed by the mass body 4 and the fixed electrode is larger. The capacitance of the capacitor is proportional to the electrode area. Therefore, the fixed electrode 38 and the fixed electrode 3
9 and the mass body 4 are comb-shaped, and the gap of the comb-shaped electrode pair 37 formed by the mass body 4 and the fixed electrode 38 is set to be equal to the gap between the mass body 4 and the fixed electrode 6, and 4 and the fixed electrode 39 are formed into a comb-shaped electrode pair 3
By setting the gap of 7 to be equal to the gap between the mass body 4 and the fixed electrode 7 and increasing the number of the comb-shaped electrode pairs 37, the capacitance of the capacitor can be reduced within a limited area (even if the element size is the same). It is possible to increase the capacitance. By forming the fixed electrode 38 and the fixed electrode 39 with comb-shaped electrodes, the fixed electrode 38 and the fixed electrode 39 are formed.
Will have both a damping control function and a function of increasing the capacitance of the capacitor. Therefore, in designing the number of pairs of the comb-shaped electrode pairs 37, it is necessary to consider both of them.

【0093】また図11では、質量体4に空洞を設け、
その中にアクチュエート用電極40を設けている。これ
により加速度センサに自己診断機能をもたせることが可
能である。つまり、アクチュエート用電極40と質量体
4との間に電位差を生じさせると静電引力により質量体
は変位をする。この静電引力は加速度センサに外力を与
えたのに見かけ上等しく、加速度センサの質量体4がこ
れにより確実に変位するかどうかをコンデンサの容量変
化にともない出力された値から診断することができる。
この意味で加速度センサにはアクチュエート用電極40
を設けることにより自己診断機能をもたせることが可能
となる。または、固定電極38の一部を電気的に切り離
すことによりアクチュエート用電極とすることができ
る。このアクチュエート用電極40は、図1、図8、図
9および後述する図12、図13、図16に対しても適
用することが可能となる。また、固定電極6と固定電極
38、または固定電極7と固定電極39のいずれかのペ
アを他方のペアに対して若干質量体4寄りに配置するこ
とにより質量体4の変位を制限するストッパとすること
も可能である。
In FIG. 11, the mass body 4 is provided with a cavity,
An actuate electrode 40 is provided therein. This allows the acceleration sensor to have a self-diagnosis function. That is, when a potential difference is generated between the actuating electrode 40 and the mass body 4, the mass body is displaced by electrostatic attraction. This electrostatic attraction is apparently equal when an external force is applied to the acceleration sensor, and it is possible to diagnose whether or not the mass body 4 of the acceleration sensor is reliably displaced by this, from the value output according to the capacitance change of the capacitor. .
In this sense, the acceleration sensor includes an actuate electrode 40.
It becomes possible to have a self-diagnosis function by providing. Alternatively, an electrode for actuate can be obtained by electrically disconnecting a part of the fixed electrode 38. The actuating electrode 40 can also be applied to FIGS. 1, 8, and 9 and FIGS. 12, 13, and 16 described later. Further, a pair of the fixed electrode 6 and the fixed electrode 38, or the fixed electrode 7 and the fixed electrode 39 is disposed slightly closer to the mass body 4 with respect to the other pair, and serves as a stopper for limiting the displacement of the mass body 4. It is also possible to do so.

【0094】実施例4.実施例4の加速度センサの一例
を図12に示す。図12において41は質量体突き出し
部である。図12のように梁3を質量体4から突き出さ
ず、質量体4の一辺にそった形にすることで加速度セン
サをより小型に製造することが可能となる。また、振動
体に質量体突き出し部41を設けることで、梁3とおよ
びアンカー5とこの質量体突き出し部41との間隔を梁
3と固定電極との間隔よりも小さい値に設計することに
よりセルフストッパとすることが可能である。
Example 4. FIG. 12 shows an example of the acceleration sensor of the fourth embodiment. In FIG. 12, reference numeral 41 denotes a mass body protruding portion. As shown in FIG. 12, the beam 3 is not protruded from the mass body 4 but is formed along one side of the mass body 4, whereby the acceleration sensor can be manufactured in a smaller size. Further, by providing the mass body protruding portion 41 on the vibrating body, the distance between the beam 3 and the anchor 5 and the mass body protruding portion 41 is designed to be a value smaller than the distance between the beam 3 and the fixed electrode. It can be a stopper.

【0095】図13は、図12に改良を加えたものであ
る。図13において、42は質量体4の質量を調整する
ための質量体質量調整ホールである。図13は、櫛形の
固定電極6および固定電極7と、ダンピング調節機構3
6と、アクチュエート用電極40と、質量体質量調整ホ
ール42とを設けたものである。この質量体質量調整ホ
ール42の大きさにより質量体4の質量を調節すること
ができる。これより、梁3の長さを変えずに加速度セン
サの周波数特性と、感度の調節とを質量体質量調整ホー
ル42の大きさを変化させることで実行することができ
る。
FIG. 13 is a modification of FIG. In FIG. 13, reference numeral 42 denotes a mass body mass adjusting hole for adjusting the mass of the mass body 4. FIG. 13 shows a comb-shaped fixed electrode 6 and fixed electrode 7, and a damping adjusting mechanism 3.
6, an electrode 40 for actuate, and a mass body mass adjusting hole 42. The mass of the mass body 4 can be adjusted by the size of the mass body mass adjusting hole 42. As a result, the frequency characteristic of the acceleration sensor and the sensitivity can be adjusted by changing the size of the mass body mass adjusting hole 42 without changing the length of the beam 3.

【0096】実施例5.図14は、質量体4の内側に梁
3とアンカー5とを作ったものである。これまでの実施
例のように構造体がアンカーを2つ有する場合、基板9
と構造体との材質が異なる場合、線膨張係数が異なるた
め温度変化により基板9と振動体の2つのアンカー4に
生じるひずみから梁3に応力を生じるといった問題があ
る。振動体をこのような構造にすると、基板9と線膨張
係数が異なっても基板9とアンカーに生じるひずみによ
り梁3が応力を受けるということはない。
Example 5. In FIG. 14, the beam 3 and the anchor 5 are formed inside the mass body 4. If the structure has two anchors as in the previous embodiments, the substrate 9
When the material of the structure is different from that of the structure, there is a problem that stress is generated in the beam 3 due to the strain generated in the substrate 9 and the two anchors 4 of the vibrating body due to the difference in linear expansion coefficient. When the vibrating body has such a structure, even if the linear expansion coefficient is different from that of the substrate 9, the beam 3 is not stressed by the strain generated in the substrate 9 and the anchor.

【0097】実施例6.図15は変位可能な方向が互い
に直交する2つの加速度センサを同一の基板上に製造し
たものである。図15において、43はx軸方向の加速
度を検出するためのx軸方向加速度センサ、44はy軸
方向の加速度を検出するためのy軸方向加速度センサで
ある。これによりx軸およびy軸の2軸の加速度を測定
することが可能となる。
Example 6. In FIG. 15, two acceleration sensors whose displaceable directions are orthogonal to each other are manufactured on the same substrate. In FIG. 15, 43 is an x-axis direction acceleration sensor for detecting the x-axis direction acceleration, and 44 is a y-axis direction acceleration sensor for detecting the y-axis direction acceleration. This makes it possible to measure acceleration along two axes of x-axis and y-axis.

【0098】実施例7.実施例7は、回転運動をする物
体の角速度を検知することが可能な角速度センサであ
る。図16は、回転運動をする物体の角速度を検知する
角速度センサの構成を示す平面図(a)とそのF−Fで
の断面図(b)である。図16において、45は駆動電
極、46および47は振動モニタ用電極、並びに48お
よび49は下部固定電極である。この角速度センサの振
動体は、4つの梁3、2つの質量体4、および3つのア
ンカー5を備えている。また、この角速度センサの構造
体は、振動体と駆動電極45、振動モニタ用固定電極4
6および振動モニタ用電極47を備えている。このセン
サの具体的な構造は、振動体において電気的に電位が等
しい2つの質量体4の間に固定電極である駆動電極45
を配置し、各質量体4の外側には振動モニタ用固定電極
46、および振動モニタ用固定電極47を配置したもの
である。この角速度センサは、振動体と、駆動電極45
と、振動モニタ用固定電極46と、振動モニタ用固定電
極47とを有する構造体を同一ウエハから異方性エッチ
ングにより作っている。さらに各質量体4の下面に位置
する基板9上には、質量体4の振動を検出するための下
部固定電極48と、下部固定電極49とを設けたもので
ある。また加速度センサと同様に補助支持部33に電気
的に接地するための電極を設けて接地することにより、
浮遊容量を安定化することができ、静電シールドとして
利用することもできる(図示せず)。
Example 7. Example 7 is an angular velocity sensor capable of detecting the angular velocity of an object that makes a rotational motion. FIG. 16 is a plan view (a) showing the configuration of an angular velocity sensor for detecting the angular velocity of an object that makes a rotational motion, and a cross-sectional view (b) taken along line FF thereof. In FIG. 16, 45 is a drive electrode, 46 and 47 are vibration monitoring electrodes, and 48 and 49 are lower fixed electrodes. The vibrating body of this angular velocity sensor includes four beams 3, two mass bodies 4, and three anchors 5. Further, the structure of this angular velocity sensor includes a vibrating body, a driving electrode 45, and a vibration monitoring fixed electrode 4.
6 and a vibration monitoring electrode 47. The specific structure of this sensor is such that a drive electrode 45, which is a fixed electrode, is provided between two mass bodies 4 of a vibrator that are electrically equal in potential.
The vibration monitor fixed electrode 46 and the vibration monitor fixed electrode 47 are arranged outside each mass body 4. This angular velocity sensor includes a vibrating body and a drive electrode 45.
And a fixed electrode for vibration monitor 46 and a fixed electrode for vibration monitor 47 are formed from the same wafer by anisotropic etching. Further, a lower fixed electrode 48 and a lower fixed electrode 49 for detecting the vibration of the mass body 4 are provided on the substrate 9 located on the lower surface of each mass body 4. Further, similarly to the acceleration sensor, an electrode for electrically grounding is provided on the auxiliary support portion 33 and grounded,
Stray capacitance can be stabilized and can also be used as an electrostatic shield (not shown).

【0099】次に、この角速度センサの動作を図17を
用いて説明する。図17において、50および51は質
量体4と、下部固定電極48および49とで構成される
コンデンサ、52はDCバイアス電圧源、53はAGC
(オートゲインコントロール)回路、54はC−V(容
量ー電圧)変換器、58はAC電圧源である。駆動電極
45に接続されたAC電圧源58とバイアスのためのD
Cバイアス電圧源52とにより、2つの質量体4は駆動
電極45との間に生じる静電引力により互いに180度
の位相差をもってAC電圧源58の周波数に応じて励起
振動する。このとき図の平面図に示す水平軸方向の角速
度ベクトルΩxがある場合、すなわち角速度センサが、
水平軸のまわりに回転運動することにより生じる角速度
Ωxがある場合、質量体4には図16(b)F−F断面
図に示す方向に慣性力としてのコリオリ力が発生する。
よって、回転運動をする場合、このセンサの質量体4
は、AC電圧源58による励起振動と、回転運動により
生じたコリオリ力による振動とを重畳した振動をする。
また、AC電圧源58により生じた静電引力による励起
振動の方向と、回転運動により生じたコリオリ力による
振動の方向とは互いに直交する。
Next, the operation of this angular velocity sensor will be described with reference to FIG. In FIG. 17, 50 and 51 are capacitors composed of the mass body 4 and the lower fixed electrodes 48 and 49, 52 is a DC bias voltage source, and 53 is AGC.
(Auto gain control) circuit, 54 is a CV (capacitance-voltage) converter, and 58 is an AC voltage source. AC voltage source 58 connected to drive electrode 45 and D for bias
With the C bias voltage source 52, the two mass bodies 4 are excited and oscillated according to the frequency of the AC voltage source 58 with a phase difference of 180 degrees from each other due to the electrostatic attraction generated between the two mass bodies 4. At this time, when there is an angular velocity vector Ωx in the horizontal axis direction shown in the plan view of the drawing, that is, the angular velocity sensor is
When there is an angular velocity Ωx generated by the rotational movement about the horizontal axis, Coriolis force as an inertial force is generated in the mass body 4 in the direction shown in the FF sectional view of FIG.
Therefore, when rotating, the mass body 4 of this sensor
Causes the vibration excited by the AC voltage source 58 and the vibration caused by the Coriolis force generated by the rotational movement to be superimposed.
Further, the direction of excitation vibration due to the electrostatic attractive force generated by the AC voltage source 58 and the direction of vibration due to the Coriolis force generated due to the rotational movement are orthogonal to each other.

【0100】質量体4の励起振動によるy方向の変位u
y、y方向の速度uy’に以下の関係があるとする。 uy = A×sin(ωrT) ・・・・・・・・・(3) uy’= A×ωr×cos(ωrT) ・・・・・・・・・(4) A : 質量体4のy方向の最大変位 ωr: 質量体4のy方向振動の角周波数 回転運動をするとき、質量体4は、uy’に比例するコ
リオリ力Fcを生じ、その方向は図16に図示した通り
である。コリオリ力Fcは、測定対象の角速度をΩx、
各質量体4の質量をmとすると Fc = 2Ωx×m×uy’ ・・・・・・・・・(5) なる関係がある。また、コリオリ力Fcとz方向の変位
uzとの関係は、z方向の剛性率をkzとすると Fc = kz×uz ・・・・・・・・・(6) なる関係がある。これら(6)、(7)の2式より uz = (2Ωx×m×uy’)/kz ・・・・・・・・・(7) となる。これより質量体4と下部固定電極48との間の
静電容量、並びに質量体4と下部固定電極49との間の
静電容量の変化が励起振動で変調された形で変化するこ
とが分かる。この様子を図17(a)に、またこの等価
回路を図17(b)に図示する。また角速度を検出する
ための検出回路構成の一例を図17(c)に示す。
Displacement u in the y direction due to the excited vibration of the mass body 4
It is assumed that the speeds uy ′ in the y and y directions have the following relationship. uy = A × sin (ωrT) ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ (3) uy ′ = A × ωr × cos (ωrT) ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ (4) A: y of the mass body 4 Maximum displacement in direction ωr: Angular frequency of y-direction vibration of the mass body 4 When rotating, the mass body 4 produces a Coriolis force Fc proportional to uy ′, the direction of which is as shown in FIG. Coriolis force Fc is the angular velocity of the measurement target, Ωx,
When the mass of each mass body 4 is m, there is a relationship of Fc = 2Ωx × m × uy ′ ... (5). Further, the relationship between the Coriolis force Fc and the displacement uz in the z direction is Fc = kz × uz (6) when the rigidity in the z direction is kz. From these two equations (6) and (7), uz = (2Ωx × m × uy ′) / kz (7) From this, it can be seen that the electrostatic capacitance between the mass body 4 and the lower fixed electrode 48 and the electrostatic capacitance between the mass body 4 and the lower fixed electrode 49 change in a form modulated by the excitation vibration. . This state is shown in FIG. 17A, and this equivalent circuit is shown in FIG. 17B. An example of a detection circuit configuration for detecting the angular velocity is shown in FIG. 17 (c).

【0101】2つの質量体4のy方向の励起振動変位u
yは、お互いに位相が180度ずれているため、2つの
質量体に働くコリオリ力Fcの位相もお互いに180度
ずれる。よって、質量体4と下部固定電極48とがなす
コンデンサの容量、並びに質量体4と下部固定電極49
とがなすコンデンサの容量は一方が増加すれば他方は減
少する。この差動容量変化に比例した電圧を図17
(c)で示す回路でとりだす。この検出回路は、図2
(c)と基本的な構成は同じである。異なる点は、質量
体を一定振幅で励起振動させるため、DCバイアス電圧
源52、AC電圧源58とAGC(オートゲインコント
ロール)回路53、振動モニター用電極46および振動
モニタ用電極47を有する点である。またC−V(容量
ー電圧)変換器54は、図2(c)の12、13、1
5、16、17で形成される回路で表される。
Excited vibration displacement u of the two mass bodies 4 in the y direction
Since y is 180 degrees out of phase with each other, the phases of the Coriolis forces Fc acting on the two mass bodies are also out of phase with each other by 180 degrees. Therefore, the capacitance of the capacitor formed by the mass body 4 and the lower fixed electrode 48, and the mass body 4 and the lower fixed electrode 49.
The capacitance of the capacitor formed by and increases when one increases. The voltage proportional to the change in the differential capacitance is shown in FIG.
It is taken out by the circuit shown in (c). This detection circuit is shown in FIG.
The basic configuration is the same as that of (c). The different point is that it has a DC bias voltage source 52, an AC voltage source 58, an AGC (auto gain control) circuit 53, a vibration monitor electrode 46, and a vibration monitor electrode 47 in order to excite and vibrate the mass body at a constant amplitude. is there. Further, the CV (capacitance-voltage) converter 54 includes 12, 13, 1 in FIG.
It is represented by the circuit formed by 5, 16, and 17.

【0102】次に、この回転運動をする物体の角速度を
検出する角速度センサの製造工程の一例を図18により
説明する。図18は基板9の材質がガラス(例えば、ア
ルミノ珪酸塩、ホウ珪酸系のガラスなどのようなシリコ
ンの線膨張係数に近い材質)である場合の角速度センサ
の製造工程を示す図である。このセンサの製造工程は、
直線運動する物体の加速度を検出する加速度センサの製
造工程と共通している点が多い。ここで、梁3は、その
幅と、厚さとを等しくする必要がある。なぜなら、y軸
方向の振動の駆動周波数は、検出感度を上げるため、そ
の振動方向の構造上の共振点またはその付近を利用する
ため、この周波数で変調されるz軸方向の構造上の共振
点と共通にしておくのが望ましいからである。
Next, an example of a manufacturing process of the angular velocity sensor for detecting the angular velocity of the object which makes the rotational motion will be described with reference to FIG. FIG. 18 is a diagram showing the manufacturing process of the angular velocity sensor when the material of the substrate 9 is glass (for example, a material having a coefficient of linear expansion close to that of silicon such as aluminosilicate or borosilicate glass). The manufacturing process of this sensor is
There are many points in common with the manufacturing process of the acceleration sensor that detects the acceleration of a linearly moving object. Here, the beam 3 needs to have the same width and thickness. Because the driving frequency of vibration in the y-axis direction uses the structural resonance point in the vibration direction or its vicinity in order to increase the detection sensitivity, the structural resonance point in the z-axis direction modulated by this frequency is used. This is because it is desirable to keep it in common.

【0103】まず、デバイスウエハ20上にフォトリソ
グラフィーおよびエッチングによりエッチング溝21を
設け、その後エッチング溝21を設けた表面に酸化膜1
8を形成する。この場合、角速度検出の感度は、質量体
4と下部固定電極48および49とが形成するコンデン
サ容量に依存する。エッチング溝21は質量体4の変位
できる量を規定する。つまり検出感度はエッチング溝2
1の深さに依存するため、数μm(例えば、2μmから
3μm)程度とする。一方、基板9に下部固定電極48
および下部固定電極49を蒸着またはスパッタなどによ
り選択メタライズする(図18(a))。またはリフト
オフにより金属電極8を形成するのでもよい。この後、
デバイスウエハ20と基板9をアライメントし、陽極接
合をする。次に、デバイスウエハ20の厚みを調整す
る。y軸方向の振動の駆動周波数は、検出感度を上げる
ため、その振動方向の構造上の共振点またはその付近を
利用するため、この周波数で変調されるz軸方向の構造
上の共振点と共通にしておくのが望ましい。よって、デ
バイスウエハ20の厚みは、デバイスウエハ20から形
成される梁3の幅と同じになるように調整してやるとよ
い(図18(b))。または、質量体4の質量を調整す
るために質量体4に質量体質量調整ホール42(図示せ
ず)を設けることにより、角速度センサの周波数特性と
感度とを調節することも可能である。
First, the etching groove 21 is formed on the device wafer 20 by photolithography and etching, and then the oxide film 1 is formed on the surface where the etching groove 21 is formed.
8 is formed. In this case, the sensitivity of angular velocity detection depends on the capacitance of the capacitor formed by the mass body 4 and the lower fixed electrodes 48 and 49. The etching groove 21 defines the amount by which the mass body 4 can be displaced. That is, the detection sensitivity is the etching groove 2
Since it depends on the depth of 1, it is about several μm (for example, 2 μm to 3 μm). On the other hand, the lower fixed electrode 48 is formed on the substrate 9.
Then, the lower fixed electrode 49 is selectively metallized by vapor deposition or sputtering (FIG. 18A). Alternatively, the metal electrode 8 may be formed by lift-off. After this,
The device wafer 20 and the substrate 9 are aligned and anodically bonded. Next, the thickness of the device wafer 20 is adjusted. The drive frequency of vibration in the y-axis direction is the same as the structural resonance point in the z-axis direction that is modulated by this frequency because the structural resonance point in the vibration direction or its vicinity is used in order to increase the detection sensitivity. It is desirable to leave it. Therefore, the thickness of the device wafer 20 may be adjusted to be the same as the width of the beam 3 formed from the device wafer 20 (FIG. 18B). Alternatively, it is possible to adjust the frequency characteristics and the sensitivity of the angular velocity sensor by providing the mass body 4 with a mass body mass adjusting hole 42 (not shown) for adjusting the mass of the mass body 4.

【0104】また、基板9がシリコンからなる場合、基
板9と下部固定電極48および下部固定電極49との間
を絶縁する必要があるため、基板9の表面に酸化膜また
は窒化膜からなる絶縁膜を堆積し、下部固定電極48お
よび下部固定電極49のパターンを形成後、蒸着または
スパッタなどにより下部固定電極48および下部固定電
極49を選択メタライズする。または、下部固定電極4
8および下部固定電極49のレジストパターンを形成後
蒸着またはスパッタを行いリフトオフにより下部固定電
極48および下部固定電極49を形成するのでもよい。
または、酸化膜または窒化膜などからなる絶縁膜をマス
クとして基板9自体にp型またはn型の不純物を拡散さ
せることにより形成される不純物拡散層を下部固定電極
48および49としてもよい(図示せず)。この後、デ
バイスウエハ20と基板9をアライメントし、低温融合
接合により両者を接合する。
When the substrate 9 is made of silicon, it is necessary to insulate the substrate 9 from the lower fixed electrode 48 and the lower fixed electrode 49. Therefore, an insulating film made of an oxide film or a nitride film is formed on the surface of the substrate 9. And the patterns of the lower fixed electrode 48 and the lower fixed electrode 49 are formed, and then the lower fixed electrode 48 and the lower fixed electrode 49 are selectively metallized by vapor deposition or sputtering. Alternatively, the lower fixed electrode 4
It is also possible to form the lower fixed electrode 48 and the lower fixed electrode 49 by lift-off by performing vapor deposition or sputtering after forming the resist patterns of the lower fixed electrode 8 and the lower fixed electrode 49.
Alternatively, the impurity diffusion layers formed by diffusing p-type or n-type impurities in the substrate 9 itself using the insulating film made of an oxide film or a nitride film as a mask may be used as the lower fixed electrodes 48 and 49 (not shown). No). After that, the device wafer 20 and the substrate 9 are aligned, and both are bonded by low-temperature fusion bonding.

【0105】次に、デバイスウエハ20の表面にPEC
VDまたはスパッタなどにより窒化膜または酸化膜など
からなるパッシベーション膜22を堆積させた後、パタ
ーニングする(図18(c))。この際、次の工程でデ
バイスウエハ20をエッチングする際に異方性エッチン
グを利用する場合、デバイスウエハ20の結晶方向を考
慮して行わなければならない。結晶方向を調べる方法、
および異方性エッチングについては、既に述べたので、
ここでは省略する。
Next, the PEC is formed on the surface of the device wafer 20.
After the passivation film 22 made of a nitride film or an oxide film is deposited by VD or sputtering, patterning is performed (FIG. 18C). At this time, when anisotropic etching is used when etching the device wafer 20 in the next step, the crystal orientation of the device wafer 20 must be taken into consideration. How to find the crystal orientation,
Since the anisotropic etching has already been described,
Here, it is omitted.

【0106】次に、異方性エッチング液によるウエット
エッチング、またはドライエッチング(例えば、反応性
イオンエッチング(RIE)法など)を用いてデバイス
ウエハ20を異方性エッチングすることにより振動体、
駆動電極45、振動モニタ用固定電極46、および振動
モニタ用固定電極47を有する構造体、並びに補助支持
部54を作り、パッシベ−ション膜22を除去し、蒸着
またはスパッタなどにより金属電極8を選択メタライズ
する(図18(d))。あるいは異方性エッチングをす
るためにパッシベーション膜22に構造体とシリコンI
C基板26のパターンを形成する前に金属電極8のパタ
ーンを形成し、リフトオフによりCr、Auなどからな
る金属電極8を形成してもよい。
Next, the device wafer 20 is anisotropically etched by wet etching using an anisotropic etching solution or dry etching (for example, reactive ion etching (RIE) method).
A structure having the drive electrode 45, the vibration monitor fixed electrode 46, and the vibration monitor fixed electrode 47, and the auxiliary support portion 54 are formed, the passivation film 22 is removed, and the metal electrode 8 is selected by vapor deposition or sputtering. Metallize (FIG. 18 (d)). Alternatively, the structure and silicon I may be formed on the passivation film 22 for anisotropic etching.
The pattern of the metal electrode 8 may be formed before forming the pattern of the C substrate 26, and the metal electrode 8 made of Cr, Au or the like may be formed by lift-off.

【0107】次に、減圧雰囲気(例えば真空または真空
に近い状態)で、エッチング溝35および金属電極8と
向い合う部分に穴を設けた保護基板34(この例では材
質はガラス)と、デバイスウエハ20とを陽極接合す
る。陽極接合する際、補助支持部33を陽極とし、保護
基板34を陰極として陽極接合をする。または、基板9
の材質がガラスである場合、基板9を陽極とし、保護基
板34を陰極として陽極接合をするのでもよい。また
は、基板9および補助支持部33を陽極とし、保護基板
34を陰極として陽極接合するのでもよい。保護基板3
4がシリコンである場合、低温融合接合する。回転運動
する物体の角速度を検出する角速度センサにおいては、
質量体の共振現象を利用するため質量体とその他の電極
との間に生じるダンピング(例えば、空気粘性によるダ
ンピングまたはスクイーズダンピングなど)を極力抑え
る必要がある。よって保護基板34のエッチング溝35
とデバイスウエハ20のエッチング溝21によりできた
質量体4の周りの空洞部は、真空または真空に近い状態
であることが望ましい(図18(e))。
Next, in a depressurized atmosphere (for example, a vacuum or a state close to a vacuum), a protective substrate 34 (a glass material in this example) having a hole provided in a portion facing the etching groove 35 and the metal electrode 8 and a device wafer 20 and 20 are anodically bonded. At the time of anodic bonding, the auxiliary support portion 33 is used as an anode and the protective substrate 34 is used as a cathode to perform anodic bonding. Or substrate 9
When the material is glass, the substrate 9 may be used as an anode and the protective substrate 34 may be used as a cathode for anodic bonding. Alternatively, the substrate 9 and the auxiliary support portion 33 may be used as an anode, and the protective substrate 34 may be used as a cathode for anodic bonding. Protective substrate 3
When 4 is silicon, low temperature fusion bonding is performed. In an angular velocity sensor that detects the angular velocity of a rotating object,
Since the resonance phenomenon of the mass body is used, it is necessary to suppress damping (for example, damping due to air viscosity or squeeze damping) that occurs between the mass body and other electrodes as much as possible. Therefore, the etching groove 35 of the protective substrate 34
The cavity around the mass body 4 formed by the etching groove 21 of the device wafer 20 is preferably in a vacuum or in a state close to a vacuum (FIG. 18E).

【0108】以上の工程により回転運動をする物体の角
速度を検出する角速度センサの構造体が完成する。この
工程は、前述の直線運動する物体の加速度を検出する加
速度センサの製造工程と共通部分が多いので、直線運動
する物体の加速度を検出する加速度センサの製造工程を
用いて回転運動をする物体の角速度を検出する角速度セ
ンサを製造することが可能である。また角速度を検出す
るための検出回路IC25を基板9に作り込むことも可
能である。
Through the above steps, the structure of the angular velocity sensor for detecting the angular velocity of the rotating object is completed. This process has many common parts with the manufacturing process of the acceleration sensor that detects the acceleration of the object that moves linearly, so that the manufacturing process of the acceleration sensor that detects the acceleration of the object that moves linearly It is possible to manufacture an angular velocity sensor that detects the angular velocity. Further, the detection circuit IC 25 for detecting the angular velocity can be built in the substrate 9.

【0109】また、回転運動をする物体の角速度を検出
する2つの角速度センサにおいて、AC電圧源58によ
る振動励起方向が互いに直交するように同一基板上に配
置することにより回転方向が異なる2軸に対して角速度
を検出することができる角速度センサができる(図示せ
ず)。
Further, in the two angular velocity sensors for detecting the angular velocity of the rotating object, by arranging them on the same substrate so that the vibration excitation directions of the AC voltage source 58 are orthogonal to each other, the two axes having different rotation directions are provided. In contrast, an angular velocity sensor capable of detecting an angular velocity is formed (not shown).

【0110】また、実施例7の角速度センサと実施例1
から5に述べた少なくともいずれか1つの角速度センサ
を同一基板上に作り込むことにより回転運動による角速
度と直線運動による加速度とを検出することが可能な角
速度センサができる。(図示せず)
The angular velocity sensor according to the seventh embodiment and the first embodiment.
By forming at least one of the angular velocity sensors described in 5 to 5 on the same substrate, an angular velocity sensor capable of detecting the angular velocity due to the rotational movement and the acceleration due to the linear movement can be provided. (Not shown)

【0111】[0111]

【発明の効果】請求項第1項記載の慣性力センサは基板
と(110)面を有するウエハとを接合することにより
二層で構成されたものに対し、ウエハを異方性エッチン
グすることにより振動体と、固定電極とを有する構造体
を作るため、慣性力センサを製造する際に生じる残留ひ
ずみを少なくすることが可能となる。
The inertial force sensor according to the first aspect of the present invention is formed by joining a substrate and a wafer having a (110) plane to form a two-layer structure, and anisotropically etching the wafer. Since the structure having the vibrating body and the fixed electrode is formed, it is possible to reduce the residual strain generated when the inertial force sensor is manufactured.

【0112】請求項第2項に記載の慣性力センサは、梁
と質量体のなす形状をウエハ面内で180度の回転対称
となるような構造にしたことにより質量体の変位が平行
移動となるので、質量体が変位できる量を大きくするこ
とができるため、質量体と固定電極とがなすコンデンサ
の静電容量の変化を大きくできる。
In the inertial force sensor according to the second aspect of the present invention, the beam and the mass body are formed so that the shape of the mass body is rotationally symmetrical by 180 degrees in the plane of the wafer. Therefore, the amount by which the mass body can be displaced can be increased, so that the change in the capacitance of the capacitor formed by the mass body and the fixed electrode can be increased.

【0113】請求項第3項に記載の慣性力センサは、質
量体の形状を平行四辺形にしたことにより質量体の側面
が(110)面に垂直となる(111)面で形成される
ことを保証する。
In the inertial force sensor according to the third aspect of the present invention, since the shape of the mass body is a parallelogram, the side surface of the mass body is formed of the (111) plane perpendicular to the (110) plane. Guarantee.

【0114】請求項第4項に記載の慣性力センサは、質
量体は平行四辺形の形状を有し、梁の一端は平行四辺形
の質量体の鋭角側に位置する構造を設けたことにより上
記ウエハをエッチングすることにより形成される質量体
と梁の境界付近の側面は、結晶面(110)面に垂直と
なる(111)面のみで形成されることを保証する。
In the inertial force sensor according to the fourth aspect of the present invention, the mass body has a parallelogram shape, and one end of the beam is provided on the acute angle side of the parallelogram mass body. It is guaranteed that the side surface near the boundary between the mass body and the beam formed by etching the wafer is formed only by the (111) plane perpendicular to the crystal plane (110) plane.

【0115】請求項第5項に記載の慣性力センサは、質
量体の振動方向に対する梁の寸法を他の方向の梁の寸法
よりも小となるような構造にしたことにより、特定方向
の感度が向上する。
In the inertial force sensor according to the fifth aspect of the present invention, the structure is such that the dimension of the beam with respect to the vibration direction of the mass body is smaller than the dimension of the beam in other directions, so that the sensitivity in the specific direction is increased. Is improved.

【0116】請求項第6項または請求項第7項に記載の
慣性力センサは、質量体の振動特性を調節するためのダ
ンピング調節機構を設けることにより、慣性力センサの
周波数特性を改善することが可能となる。
The inertial force sensor according to the sixth or seventh aspect is to improve the frequency characteristic of the inertial force sensor by providing a damping adjusting mechanism for adjusting the vibration characteristic of the mass body. Is possible.

【0117】請求項第8項に記載の慣性力センサは、櫛
形の固定電極を設けることにより、慣性力センサの周波
数特性を改善できるとともに、慣性力センサ内のコンデ
ンサの静電容量を増加することが可能となる。
In the inertial force sensor according to the eighth aspect, the frequency characteristic of the inertial force sensor can be improved and the capacitance of the capacitor in the inertial force sensor can be increased by providing the comb-shaped fixed electrode. Is possible.

【0118】請求項第9項または請求項第10項に記載
の慣性力センサは、質量体の変位を制限するストッパを
備えたことにより質量体の過大な変位による振動体の梁
にかかる過大な応力による破壊から振動体を守ることが
可能となる。また、質量体と固定電極との吸着を防ぐこ
とも可能となる。
The inertial force sensor according to the ninth or tenth aspect is provided with a stopper for limiting the displacement of the mass body, so that an excessive displacement of the mass body exerts an excessive force on the beam of the vibrating body. It is possible to protect the vibrating body from damage due to stress. Further, it becomes possible to prevent adsorption between the mass body and the fixed electrode.

【0119】請求項第11項に記載の慣性力センサは、
質量体の中央付近をくり抜いたことにより、質量体の質
量をくり抜く大きさによって調節することができるの
で、これにより慣性力センサの周波数特性を調節するこ
とが可能となる。
The inertial force sensor according to claim 11 is:
By hollowing out the vicinity of the center of the mass body, it is possible to adjust the mass of the mass body according to the size of the hollowed body, and thus it is possible to adjust the frequency characteristic of the inertial force sensor.

【0120】請求項第12項に記載の慣性力センサは、
中央付近をくり抜いた形状をもたせた質量体の中空部分
に梁とアンカーとを設けたことにより、慣性力センサが
より小型になる。さらにウエハと基板の材質が異なる場
合に生じる応力を回避することが可能となる。
The inertial force sensor according to claim 12 is:
By providing the beam and the anchor in the hollow portion of the mass body having a hollowed-out shape near the center, the inertial force sensor becomes smaller. Further, it is possible to avoid the stress generated when the materials of the wafer and the substrate are different.

【0121】請求項第13項に記載の慣性力センサは、
中央付近をくり抜いた形状をもたせた質量体の中空部
分、あるいは振動体の周囲にアクチュエート用電極を設
けることにより、慣性力センサに自己診断機能を備える
ことが可能となる。
The inertial force sensor according to claim 13 is
The inertial force sensor can be provided with a self-diagnosis function by providing an actuating electrode around the hollow part of the mass body having a hollowed-out shape near the center or around the vibrating body.

【0122】請求項第14項に記載の慣性力センサは、
構造体を作るための上記ウエハ上に加速度を検出するた
めのIC化された検出回路を設けることにより、慣性力
センサを小型にすることが可能となる。
The inertial force sensor according to claim 14 is
The inertial force sensor can be downsized by providing an IC detection circuit for detecting acceleration on the wafer for forming the structure.

【0123】請求項第15項に記載の慣性力センサは、
構造体上に加速度を検出するためのIC化された検出回
路を設けることにより、慣性力センサを小型にすること
が可能となる。
The inertial force sensor according to claim 15 is:
By providing an IC detection circuit for detecting acceleration on the structure, the inertial force sensor can be downsized.

【0124】請求項第16項に記載の慣性力センサは、
構造体の周囲に補助支持部と、該補助支持部上に構造体
を密閉するための保護基板とを設けることにより、パッ
ケージのコストを下げることが可能となる。
The inertial force sensor according to claim 16 is:
By providing the auxiliary support portion around the structure and the protective substrate for sealing the structure on the auxiliary support portion, the cost of the package can be reduced.

【0125】請求項第17項に記載の慣性力センサは、
検出方向が異なる少なくとも2つの慣性力センサを同一
基板上に組み込むことにより運動する物体の加速度を少
なくとも2つの成分に分けて検出することが可能な慣性
力センサを実現する。
The inertial force sensor according to claim 17 is:
By incorporating at least two inertial force sensors having different detection directions on the same substrate, an inertial force sensor capable of detecting the acceleration of a moving object by dividing it into at least two components is realized.

【0126】請求項第18項に記載の慣性力センサは、
下部固定電極を2つ備えた基板と、該基板に接合し、か
つ(110)面を有する単結晶シリコンからなるウエハ
を(111)面方向に沿ってエッチングすることにより
作られた構造体とを備え、該構造体は2つの前記下部固
定電極の上方に空隙を有して位置する2つの質量体と、
該質量体を支持し、かつ前記基板と空隙を有して位置す
る梁と、該梁を支持し、かつ前記基板に接合するアンカ
ーとを有する振動体、前記質量体の外側に設けられた2
つの固定電極、および2つの前記質量体の間に位置する
駆動電極を備えることにより、回転運動による生じるコ
リオリ力から角速度を検出する慣性力センサを実現する
ことが可能となる。
The inertial force sensor according to claim 18 is
A substrate provided with two lower fixed electrodes and a structure formed by etching a wafer made of single crystal silicon having a (110) plane and bonded to the substrate along the (111) plane direction. The structure includes two mass bodies positioned above the two lower fixed electrodes with a gap,
A vibrating body having a beam that supports the mass body and is positioned with a gap from the substrate, and an anchor that supports the beam and is bonded to the substrate; and a vibrator provided outside the mass body.
By providing one fixed electrode and the drive electrode located between the two mass bodies, it becomes possible to realize an inertial force sensor that detects an angular velocity from the Coriolis force generated by the rotational movement.

【0127】請求項第19項に記載の慣性力センサは、
梁と質量体のなす形状をウエハ面内で180度の回転対
称となるような構造にしたことにより質量体の変位が平
行移動となるので、質量体が変位できる量を大きくする
ことができるため、質量体と固定電極とがなすコンデン
サの静電容量の変化を大きくできる。
The inertial force sensor according to claim 19 is:
Since the shape of the beam and the mass body is configured to have a rotational symmetry of 180 degrees in the plane of the wafer, the displacement of the mass body is translated, so that the amount of displacement of the mass body can be increased. The change in the capacitance of the capacitor formed by the mass body and the fixed electrode can be increased.

【0128】請求項第20項に記載の慣性力センサは、
質量体の形状を平行四辺形にしたことにより質量体の側
面が(110)面に垂直となる(111)面で形成され
ることを保証する。
The inertial force sensor according to claim 20 is:
The parallelogram shape of the mass body ensures that the side surface of the mass body is formed by the (111) plane perpendicular to the (110) plane.

【0129】請求項第21項に記載の慣性力センサは、
質量体は平行四辺形の形状を有し、梁の一端は平行四辺
形の質量体の鋭角側に位置する構造を設けたことにより
上記ウエハをエッチングすることにより形成される質量
体と梁の境界付近の側面は、結晶面(110)面に垂直
となる(111)面のみで形成されることを保証する。
The inertial force sensor according to claim 21 is
The mass has a parallelogram shape, and one end of the beam has a structure in which one end of the beam is located on the acute angle side of the parallelogram mass, so that the boundary between the mass and the beam formed by etching the wafer. It is guaranteed that the side surface in the vicinity is formed only by the (111) plane perpendicular to the crystal plane (110) plane.

【0130】請求項第22項に記載の慣性力センサは、
質量体の中央付近をくり抜いたことにより、質量体の質
量をくり抜く大きさによって調節することができるの
で、これにより慣性力センサの周波数特性を調節するこ
とが可能となる。
The inertial force sensor according to claim 22 is
By hollowing out the vicinity of the center of the mass body, it is possible to adjust the mass of the mass body according to the size of the hollowed body, and thus it is possible to adjust the frequency characteristic of the inertial force sensor.

【0131】請求項第23項に記載の慣性力センサは、
構造体を作るための上記ウエハ上に角速度を検出するた
めのIC化された検出回路を設けることにより、慣性力
センサを小型にすることが可能となる。
The inertial force sensor according to claim 23 is
The inertial force sensor can be downsized by providing an IC detection circuit for detecting the angular velocity on the wafer for forming the structure.

【0132】請求項第24項に記載の慣性力センサは、
構造体上に角速度を検出するためのIC化された検出回
路を設けることにより、慣性力センサを小型にすること
が可能となる。
The inertial force sensor according to claim 24 is
The inertial force sensor can be downsized by providing an IC detection circuit for detecting the angular velocity on the structure.

【0133】請求項第25項に記載の慣性力センサは、
構造体の周囲に補助支持部と、該補助支持部上に構造体
を密閉するための保護基板とを設けることにより、パッ
ケージのコストを下げることが可能となる。
The inertial force sensor according to claim 25 is
By providing the auxiliary support portion around the structure and the protective substrate for sealing the structure on the auxiliary support portion, the cost of the package can be reduced.

【0134】請求項第26項に記載の慣性力センサは、
検出方向が異なる少なくとも2つの慣性力センサを同一
基板上に組み込むことにより運動する物体の角速度を少
なくとも2つの成分に分けて検出することが可能な慣性
力センサを実現する。
The inertial force sensor according to claim 26 is
By incorporating at least two inertial force sensors having different detection directions on the same substrate, an inertial force sensor capable of detecting the angular velocity of a moving object by dividing it into at least two components is realized.

【0135】請求項第27項から請求項第28項のいず
れかに記載の慣性力センサの製造方法により、高感度、
高信頼性の慣性力センサを提供することが可能となる。
With the method for manufacturing an inertial force sensor according to any one of claims 27 to 28, high sensitivity,
It is possible to provide a highly reliable inertial force sensor.

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

【図1】 本発明の実施例1の加速度センサの平面図と
断面図である。
FIG. 1 is a plan view and a sectional view of an acceleration sensor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の実施例1の加速度センサの検出原理
を示す図、その等価回路を示す図、加速度を検出するた
めの検出回路の一例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a detection principle of the acceleration sensor according to the first embodiment of the present invention, a diagram showing an equivalent circuit thereof, and a diagram showing an example of a detection circuit for detecting acceleration.

【図3】 本発明の実施例1の加速度センサの製造工程
の一例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a manufacturing process of the acceleration sensor according to the first embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の実施例1の加速度センサの製造工程
の一例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example of a manufacturing process of the acceleration sensor according to the first embodiment of the present invention.

【図5】 本発明の実施例1の加速度センサの製造工程
の一例を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a manufacturing process of the acceleration sensor according to the first embodiment of the present invention.

【図6】 本発明の実施例1の加速度センサのパッケー
ジングの一例を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an example of packaging of the acceleration sensor according to the first embodiment of the present invention.

【図7】 本発明の実施例1の加速度センサのパッケー
ジングの一例を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing an example of packaging of the acceleration sensor according to the first embodiment of the present invention.

【図8】 本発明の実施例1の加速度センサをガラス基
板でパッケージングしたときの平面図(a)と断面図
(b)を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a plan view (a) and a cross-sectional view (b) when the acceleration sensor of Example 1 of the present invention is packaged on a glass substrate.

【図9】 本発明の実施例2の加速度センサの平面図と
断面図を示す図である。
9A and 9B are a plan view and a cross-sectional view of an acceleration sensor according to a second embodiment of the present invention.

【図10】 本発明の実施例2の加速度センサをダンピ
ング調節を行ったときと行わないときの周波数に対する
ゲインの変化を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing changes in gain with respect to frequency when damping adjustment is performed and when the acceleration sensor of Example 2 of the present invention is not adjusted.

【図11】 本発明の実施例3の加速度センサの平面図
と断面図を示す図である。
11A and 11B are a plan view and a sectional view of an acceleration sensor according to a third embodiment of the invention.

【図12】 本発明の実施例4の加速度センサの一例を
示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing an example of an acceleration sensor according to a fourth embodiment of the invention.

【図13】 本発明の実施例4の加速度センサの一例を
示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing an example of an acceleration sensor according to a fourth embodiment of the present invention.

【図14】 本発明の実施例5の加速度センサの一例を
示す平面図と断面図である。
14A and 14B are a plan view and a sectional view showing an example of an acceleration sensor according to a fifth embodiment of the invention.

【図15】 本発明の実施例6の加速度センサの一例を
示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing an example of an acceleration sensor according to a sixth embodiment of the present invention.

【図16】 本発明の実施例7の角速度センサの平面図
と断面図を示す図である。
16A and 16B are a plan view and a sectional view of an angular velocity sensor according to a seventh embodiment of the present invention.

【図17】 本発明の実施例7の角速度センサの検出原
理を示す図、その等価回路を示す図(b)、角速度を検
出するための検出回路の一例を示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing a detection principle of an angular velocity sensor according to a seventh embodiment of the present invention, a diagram (b) showing an equivalent circuit thereof, and a diagram showing an example of a detection circuit for detecting an angular velocity.

【図18】 本発明の実施例7の角速度センサの製造工
程の一例を示す図である。
FIG. 18 is a diagram showing an example of manufacturing process of the angular velocity sensor according to the seventh embodiment of the present invention.

【図19】 従来の加速度センサを示す図である。FIG. 19 is a diagram showing a conventional acceleration sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3:梁 4:質量体 5:
アンカー 6:固定電極 7:固定電極 8:
金属電極 9:基板 10:コンデンサ 1
1:コンデンサ 12:AC信号源 13:反転増幅器 1
4:加速度センサ素子 15:チャージアンプ 16:復調器 1
7:フィルタ 18:酸化膜 19:酸化膜 2
0:デバイスウエハ 21:エッチング溝 22:パッシベーション膜 23:パッシベーション膜 2
4:不純物拡散層 25:検出回路IC 26:シリコンIC基板 2
7:ボンディングワイヤー 28:パッシベーション膜 2
9:リードピン 30:ステム 31:キャップ 3
2:接着剤 33:補助支持部 34:保護基板 3
5:エッチング溝 36:ダンピング調節機構 37
櫛形電極ペア 38:固定電極 39:固定電極 4
0:アクチュエート用電極 41:質量体突き出し部 4
2:質量体質量調整ホール 43:x軸方向加速度センサ 4
4:y軸方向加速度センサ 45:駆動電極 46:振動モニタ用電極 4
7:振動モニタ用電極 48:下部固定電極 49:下部固定電極 5
0:コンデンサ 51:コンデンサ 52:DCバイアス電圧源 53:AGC(オートゲインコントロール)回路 54:C−V(容量ー電圧)変換器 5
5:シリコン基板 56:ガラス基板 57:ガラス基板 5
8:AC電圧源
3: Beam 4: Mass body 5:
Anchor 6: Fixed electrode 7: Fixed electrode 8:
Metal electrode 9: Substrate 10: Capacitor 1
1: Capacitor 12: AC signal source 13: Inverting amplifier 1
4: Acceleration sensor element 15: Charge amplifier 16: Demodulator 1
7: Filter 18: Oxide film 19: Oxide film 2
0: Device wafer 21: Etching groove 22: Passivation film 23: Passivation film 2
4: Impurity diffusion layer 25: Detection circuit IC 26: Silicon IC substrate 2
7: Bonding wire 28: Passivation film 2
9: Lead pin 30: Stem 31: Cap 3
2: Adhesive 33: Auxiliary support 34: Protective substrate 3
5: Etching groove 36: Damping adjusting mechanism 37
Comb-shaped electrode pair 38: fixed electrode 39: fixed electrode 4
0: Actuate electrode 41: Mass body protrusion 4
2: Mass body mass adjustment hole 43: x-axis direction acceleration sensor 4
4: y-axis direction acceleration sensor 45: drive electrode 46: vibration monitor electrode 4
7: Vibration monitoring electrode 48: Lower fixed electrode 49: Lower fixed electrode 5
0: Capacitor 51: Capacitor 52: DC bias voltage source 53: AGC (auto gain control) circuit 54: CV (capacitance-voltage) converter 5
5: Silicon substrate 56: Glass substrate 57: Glass substrate 5
8: AC voltage source

Claims (32)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板と、該基板に接合し、かつ(11
0)面を有する単結晶シリコンからなるウエハを(11
1)面方向に沿ってエッチングすることにより作られた
構造体とを備え、該構造体は、前記基板に対し空隙を有
して位置する質量体と、該質量体を支持し、かつ前記基
板に対し空隙を有して位置する梁と、該梁を支持し、か
つ前記基板に接合するアンカーとを備えた振動体、およ
び前記質量体の側面に位置する固定電極を備え、前記質
量体を可動電極とし、該可動電極の変位を電気的に検出
することを特徴とする慣性力センサ。
1. A substrate, a substrate bonded to the substrate, and (11)
A wafer made of single crystal silicon having a (0) plane is
1) A structure made by etching along a plane direction, the structure having a mass positioned with respect to the substrate, a mass supporting the mass, and the substrate A vibrating body having a beam positioned with a gap, and an anchor that supports the beam and is bonded to the substrate, and a fixed electrode positioned on a side surface of the mass body. An inertial force sensor comprising a movable electrode and electrically detecting a displacement of the movable electrode.
【請求項2】 前記梁と前記質量体とは、前記ウエハ面
内で180度の回転対称となるような形状をもたせたこ
とを特徴とする請求項1に記載の慣性力センサ。
2. The inertial force sensor according to claim 1, wherein the beam and the mass body are shaped to have rotational symmetry of 180 degrees in the wafer plane.
【請求項3】 前記質量体は平行四辺形の形状を有する
請求項1または2に記載の慣性力センサ。
3. The inertial force sensor according to claim 1, wherein the mass body has a parallelogram shape.
【請求項4】 前記質量体は平行四辺形の形状を有し、
前記梁の一端は該平行四辺形の鋭角側に位置することを
特徴とする請求項3に記載の慣性力センサ。
4. The mass body has a parallelogram shape,
The inertial force sensor according to claim 3, wherein one end of the beam is located on an acute angle side of the parallelogram.
【請求項5】 前記質量体の振動方向の前記梁の寸法
は、他の方向の該梁の寸法よりも小とすることにより、
前記振動体が選択的に一方向のみに振動可能となる梁を
有する請求項1から4のいずれかに記載の慣性力セン
サ。
5. The dimension of the beam in the vibration direction of the mass body is smaller than the dimension of the beam in other directions,
The inertial force sensor according to claim 1, wherein the vibrating body has a beam that can selectively vibrate in only one direction.
【請求項6】 前記質量体の振動特性を調節するための
ダンピング調節機構を備えた請求項1から5のいずれか
に記載の慣性力センサ。
6. The inertial force sensor according to claim 1, further comprising a damping adjusting mechanism for adjusting a vibration characteristic of the mass body.
【請求項7】 前記質量体の少なくとも一辺を櫛形に
し、かつ櫛形にした部分に向かい合う櫛形のダンピング
調節機構を備えた請求項6に記載の慣性力センサ。
7. The inertial force sensor according to claim 6, wherein at least one side of the mass body is comb-shaped, and a comb-shaped damping adjusting mechanism facing the comb-shaped portion is provided.
【請求項8】 前記質量体の少なくとも一辺を櫛形に
し、かつ櫛形にした部分に向かい合う櫛形の固定電極を
備えた請求項1から7のいずれかに記載の慣性力セン
サ。
8. The inertial force sensor according to claim 1, wherein at least one side of the mass body is comb-shaped, and a comb-shaped fixed electrode facing the comb-shaped portion is provided.
【請求項9】 前記質量体の変位を制限するストッパを
備えた請求項1から8のいずれかに記載の慣性力セン
サ。
9. The inertial force sensor according to claim 1, further comprising a stopper that limits displacement of the mass body.
【請求項10】 前記質量体の少なくとも一辺を櫛形に
し、かつ櫛形にした部分に向かい合う櫛形のストッパを
備えた請求項9に記載の慣性力センサ。
10. The inertial force sensor according to claim 9, wherein at least one side of the mass body is comb-shaped, and a comb-shaped stopper facing the comb-shaped portion is provided.
【請求項11】 前記質量体の中央付近をくり抜いた形
状を有する請求項1から10のいずれかに記載の慣性力
センサ。
11. The inertial force sensor according to claim 1, having a shape in which the vicinity of the center of the mass body is hollowed out.
【請求項12】 前記質量体に中央付近をくり抜いた形
状をもたせ、かつ前記質量体の中空部分に前記梁と、前
記アンカーとを設けた請求項11に記載の慣性力セン
サ。
12. The inertial force sensor according to claim 11, wherein the mass body has a hollowed-out shape near the center, and the beam and the anchor are provided in a hollow portion of the mass body.
【請求項13】 前記質量体に中央付近をくり抜いた形
状をもたせ、かつ前記質量体の中空部分、あるいは前記
振動体の周囲にアクチュエート用電極を備えた請求項1
から12のいずれかに記載の慣性力センサ。
13. The actuation electrode is provided in the hollow mass of the mass or around the vibrating body, wherein the mass has a hollowed-out shape in the vicinity of the center.
11. The inertial force sensor according to any one of 1 to 12.
【請求項14】 前記構造体を作るための前記ウエハ上
に、加速度を検出するためのIC化された検出回路を備
えた請求項1から13のいずれかに記載の慣性力セン
サ。
14. The inertial force sensor according to claim 1, further comprising an IC detection circuit for detecting acceleration on the wafer for forming the structure.
【請求項15】 前記検出回路を前記構造体の上に備え
た請求項1から13のいずれかに記載の慣性力センサ。
15. The inertial force sensor according to claim 1, wherein the detection circuit is provided on the structure.
【請求項16】 前記構造体の周囲に補助支持部と、該
補助支持部の上に前記構造体を密閉するための保護基板
とを備えた請求項1から15のいずれかに記載の慣性力
センサ。
16. The inertial force according to claim 1, further comprising: an auxiliary support portion around the structure, and a protective substrate for sealing the structure on the auxiliary support portion. Sensor.
【請求項17】 検出方向が異なる少なくとも2つの前
記慣性力センサを同一の前記基板上に組み込んだことを
特徴とする請求項1から16のいずれかに記載の慣性力
センサ。
17. The inertial force sensor according to claim 1, wherein at least two inertial force sensors having different detection directions are incorporated on the same substrate.
【請求項18】 下部固定電極を2つ備えた基板と、該
基板に接合し、かつ(110)面を有する単結晶シリコ
ンからなるウエハを(111)面方向に沿ってエッチン
グすることにより作られた構造体とを備え、該構造体は
2つの前記下部固定電極の上方に空隙を有して位置する
2つの質量体と、該質量体を支持し、かつ前記基板と空
隙を有して位置する梁と、該梁を支持し、かつ前記基板
に接合するアンカーとを有する振動体、前記質量体の外
側に設けられた2つの固定電極、および2つの前記質量
体の間に位置する駆動電極を備え、前記質量体を可動電
極とし、該可動電極の変位を電気的に検出することを特
徴とする慣性力センサ。
18. A substrate provided with two lower fixed electrodes, and a wafer which is bonded to the substrate and is made of single crystal silicon having a (110) plane and is etched along the (111) plane direction. And two mass bodies that are located above the two lower fixed electrodes with a space, and that support the mass body and are located with a space between the substrate and the two mass bodies. A vibrating body having a beam for controlling the beam and an anchor that supports the beam and is bonded to the substrate, two fixed electrodes provided outside the mass body, and a drive electrode located between the two mass bodies. An inertial force sensor comprising: a mass electrode as a movable electrode, and a displacement of the movable electrode being electrically detected.
【請求項19】 前記梁と前記質量体とは、前記ウエハ
面内で180度の回転対称となるような形状をもたせた
ことを特徴とする請求項18に記載の慣性力センサ。
19. The inertial force sensor according to claim 18, wherein the beam and the mass body are shaped so as to have rotational symmetry of 180 degrees in the wafer plane.
【請求項20】 前記質量体は平行四辺形の形状を有す
る請求項18または19に記載の慣性力センサ。
20. The inertial force sensor according to claim 18, wherein the mass body has a parallelogram shape.
【請求項21】 前記質量体は平行四辺形の形状を有
し、前記梁の一端は該平行四辺形の鋭角側に位置するこ
とを特徴とする請求項20に記載の慣性力センサ。
21. The inertial force sensor according to claim 20, wherein the mass body has a parallelogram shape, and one end of the beam is located on an acute angle side of the parallelogram.
【請求項22】 前記質量体の中央付近をくり抜いた形
状を有する請求項18から21のいずれかに記載の慣性
力センサ。
22. The inertial force sensor according to claim 18, which has a shape in which the vicinity of the center of the mass body is hollowed out.
【請求項23】 前記構造体を作るための前記ウエハ上
に、角速度を検出するためのIC化された検出回路を備
えた請求項18から22のいずれかに記載の慣性力セン
サ。
23. The inertial force sensor according to claim 18, further comprising an IC detection circuit for detecting an angular velocity on the wafer for forming the structure.
【請求項24】 前記検出回路を前記構造体の上に備え
た請求項18から22のいずれかに記載の慣性力セン
サ。
24. The inertial force sensor according to claim 18, wherein the detection circuit is provided on the structure.
【請求項25】 前記構造体の周囲に補助支持部と、該
補助支持部の上に前記構造体を密閉するための保護基板
とを備えた請求項18から24のいずれかに記載の慣性
力センサ。
25. The inertial force according to claim 18, further comprising: an auxiliary support portion around the structure, and a protective substrate for sealing the structure on the auxiliary support portion. Sensor.
【請求項26】 検出方向が異なる少なくとも2つの前
記慣性力センサを同一の前記基板上に組み込んだことを
特徴とする請求項18から25のいずれかに記載の慣性
力センサ。
26. The inertial force sensor according to claim 18, wherein at least two inertial force sensors having different detection directions are incorporated on the same substrate.
【請求項27】 下記の(1)から(5)の工程を含む
ことを特徴とする慣性力センサの製造方法。 (1) 表面に第一の絶縁膜を堆積した基板と、表面に
第二の絶縁膜を堆積した表面の結晶面が(110)面で
ある単結晶シリコンからなるウエハとを前記第一の絶縁
膜表面、または前記第二の絶縁膜表面にエッチング溝を
形成した後、互いに絶縁膜を有する面が向かい合うよう
に接合する工程 (2) 前記ウエハの前記第二の絶縁膜を有する面の背
面を研磨する工程 (3) 前記ウエハの前記第二の絶縁膜を有する面の背
面に第三の絶縁膜を堆積し、該第三の絶縁膜に希望する
パターンを得るためにエッチングを用いて不要な前記第
三の絶縁膜を除去した後、異方性エッチングを用いて前
記ウエハの(111)面方向に沿って前記ウエハと前記
第二の絶縁膜との境界までエッチングすることにより前
記振動体と、前記固定電極とを備えた前記構造体を作る
工程 (4) 前記工程(3)で前記ウエハをエッチングした
ことにより露出した前記第二の絶縁膜をエッチングを用
いて除去することにより前記質量体と、前記梁とを解放
する工程 (5) 前記振動体と前記固定電極との上に金属電極を
選択メタライズする工程
27. A method for manufacturing an inertial force sensor, comprising the following steps (1) to (5). (1) The substrate having the first insulating film deposited on the surface thereof and the wafer of single crystal silicon having the crystal surface of the surface having the second insulating film deposited on the (110) surface are formed of the first insulating film. After forming an etching groove on the surface of the film or on the surface of the second insulating film, bonding the surfaces having the insulating film to each other so as to face each other. (2) The back surface of the surface having the second insulating film of the wafer Polishing step (3) A third insulating film is deposited on the back surface of the surface of the wafer having the second insulating film, and etching is performed to obtain a desired pattern on the third insulating film. After removing the third insulating film, anisotropic etching is performed along the (111) plane direction of the wafer up to the boundary between the wafer and the second insulating film, whereby the vibrating body is formed. , The fixed electrode and the (4) A step of releasing the mass body and the beam by removing the second insulating film exposed by etching the wafer in the step (3) by etching (5) Step of selectively metallizing a metal electrode on the vibrating body and the fixed electrode
【請求項28】 下記の(1)から(4)の工程を含む
ことを特徴とする慣性力センサの製造方法。 (1) 表面に第一の絶縁膜を堆積した基板と、表面の
結晶面が(110)面を有し、かつ少なくとも1つのエ
ッチング溝を有し、該エッチング溝を有する面に第二の
絶縁膜を堆積した単結晶シリコンからなるウエハとを互
いに絶縁膜を有する面が向かい合うように接合する工程 (2) 前記ウエハの前記第二の絶縁膜を有する面の背
面に第三の絶縁膜を堆積し、該第三の絶縁膜に希望する
パターンを得るためにエッチングを用いて不要な前記第
三の絶縁膜を除去した後、異方性エッチングを用いて前
記ウエハの(111)面方向に沿って前記ウエハと前記
第二の絶縁膜との境界までエッチングすることにより前
記振動体と、前記固定電極とを備えた前記構造体を作る
工程 (3) 前記工程(2)で前記ウエハをエッチングした
ことにより露出した前記第二の絶縁膜をエッチングを用
いて除去することにより前記質量体と、前記梁とを解放
する工程 (4) 前記振動体と前記固定電極との上に金属電極を
選択メタライズする工程
28. A method for manufacturing an inertial force sensor, comprising the following steps (1) to (4). (1) A substrate having a first insulating film deposited on the surface thereof, and a crystal plane of the surface having a (110) plane and at least one etching groove, and a second insulating film on the surface having the etching groove. Bonding a film-deposited wafer made of single crystal silicon so that the surfaces having the insulating film face each other (2) depositing a third insulating film on the back surface of the surface having the second insulating film of the wafer Then, after removing the unnecessary third insulating film by etching to obtain a desired pattern on the third insulating film, anisotropic etching is performed along the (111) plane direction of the wafer. Etching the wafer to the boundary between the wafer and the second insulating film to form the structure including the vibrating body and the fixed electrode. (3) The wafer was etched in the step (2). Exposed by Step of selecting metallized metal electrode on said mass body and said step of releasing the beam (4) the vibrator and the fixed electrode by removing by etching the second insulating film
【請求項29】 下記の(1)から(3)の工程を含む
ことを特徴とする慣性力センサの製造方法。 (1) 基板と、表面の結晶面が(110)面であり、
かつ少なくとも1つのエッチング溝を有する単結晶シリ
コンからなるウエハとを、該エッチング溝と、該基板と
が向かい合うように接合する工程 (2) 前記ウエハの接合面の背面に絶縁膜を堆積し、
該絶縁膜に希望するパターンを得るためにエッチングを
用いて不要な該絶縁膜を除去した後、異方性エッチング
を用いて前記ウエハの(111)面に沿ってエッチング
することにより前記振動体と、前記固定電極とを備えた
前記構造体を作る工程 (3) 前記固定電極と前記振動体との上に金属電極を
選択メタライズする工程
29. A method for manufacturing an inertial force sensor, comprising the following steps (1) to (3). (1) The substrate and the crystal plane of the surface are (110) planes,
And a step of bonding a wafer made of single crystal silicon having at least one etching groove so that the etching groove and the substrate face each other (2) depositing an insulating film on the back surface of the bonding surface of the wafer,
After removing the unnecessary insulating film by using etching in order to obtain a desired pattern in the insulating film, anisotropic etching is performed along the (111) plane of the wafer to form the vibrator. And (3) a step of selectively metallizing a metal electrode on the fixed electrode and the vibrating body.
【請求項30】 下記の(1)から(5)の工程を含む
ことを特徴とする慣性力センサの製造方法。 (1) 表面に第一の絶縁膜を介し下部固定電極を取り
付けた基板と、第二の絶縁膜を表面に堆積した表面の結
晶面が(110)面である単結晶シリコンからなるウエ
ハとを前記第二の絶縁膜表面にエッチング溝を形成した
後、前記下部固定電極と、前記エッチング溝とが向かい
合うように接合する工程 (2) 前記ウエハの前記第二の絶縁膜を有する面の背
面を研磨する工程 (3) 前記ウエハの前記第二の絶縁膜を有する面の背
面に第三の絶縁膜を堆積し、その面に希望するパターン
を得るためにエッチングを用いて不要な該第三の絶縁膜
を除去した後、異方性エッチングを用いて前記ウエハの
(111)面方向に沿って前記ウエハと前記第二の絶縁
膜との境界までエッチングすることにより前記振動体
と、前記固定電極と、前記駆動電極とを備えた前記構造
体を作る工程 (4) 前記工程(3)で前記ウエハをエッチングした
ことにより露出した前記第二の絶縁膜をエッチングを用
いてこれらを除去することにより前記質量体と前記梁と
を解放する工程 (5) 前記振動体と、前記固定電極と、前記駆動電極
との上に金属電極を選択メタライズする工程
30. A method of manufacturing an inertial force sensor, comprising the following steps (1) to (5). (1) A substrate having a lower fixed electrode attached to the surface via a first insulating film, and a wafer made of single crystal silicon having a (110) crystal face on which a second insulating film is deposited. After forming an etching groove on the surface of the second insulating film, bonding the lower fixed electrode and the etching groove so as to face each other. (2) A back surface of the surface of the wafer having the second insulating film is formed. Step of polishing (3) A third insulating film is deposited on the back surface of the surface of the wafer having the second insulating film, and an unnecessary third film is formed on the surface by etching to obtain a desired pattern. After removing the insulating film, etching is performed to the boundary between the wafer and the second insulating film along the (111) plane direction of the wafer by using anisotropic etching, whereby the vibrating body and the fixed electrode are formed. And the drive electrode (4) The second insulating film exposed by etching the wafer in step (3) is removed by etching to remove the mass and the beam. And (5) a step of selectively metallizing a metal electrode on the vibrating body, the fixed electrode, and the drive electrode.
【請求項31】 下記の(1)から(5)の工程を含む
ことを特徴とする慣性力センサの製造方法。 (1) 表面に第一の絶縁膜を介し下部固定電極を取り
付けた基板と、表面の結晶面が(110)面を有し、か
つ少なくとも1つのエッチング溝を有し、該エッチング
溝を有する面に第二の絶縁膜を堆積した単結晶シリコン
からなるウエハとを前記下部固定電極と、該エッチング
溝とが向かい合うように接合する工程 (2) 前記ウエハの前記第二の絶縁膜を有する面の背
面を研磨する工程 (3) 前記ウエハの前記第二の絶縁膜を有する面の背
面に第三の絶縁膜を堆積し、その面に希望するパターン
を得るためにエッチングを用いて不要な該第三の絶縁膜
を除去した後、異方性エッチングを用いて前記ウエハの
(111)面方向に沿って前記ウエハと前記第二の絶縁
膜との境界までエッチングすることにより前記振動体
と、前記固定電極と、前記駆動電極とを備えた前記構造
体を作る工程 (4) 前記工程(3)で前記ウエハをエッチングした
ことにより露出した前記第二の絶縁膜をエッチングを用
いてこれらを除去することにより前記質量体と、前記梁
とを解放する工程 (5) 前記振動体と、前記固定電極と、前記駆動電極
との上に金属電極を選択メタライズする工程
31. A method for manufacturing an inertial force sensor, comprising the following steps (1) to (5). (1) A substrate having a lower fixed electrode attached to the surface thereof via a first insulating film, and a crystal plane of the surface having a (110) plane and having at least one etching groove, and a surface having the etching groove. A step of joining a wafer made of single crystal silicon having a second insulating film deposited thereon so that the lower fixed electrode and the etching groove face each other (2) Step 3 of polishing the back surface. (3) Depositing a third insulating film on the back surface of the surface of the wafer having the second insulating film, and using etching to obtain a desired pattern on the surface. After removing the third insulating film, anisotropic etching is used to etch along the (111) plane direction of the wafer to the boundary between the wafer and the second insulating film. Fixed electrode, (4) A step of forming the structure having a drive electrode (4) The second insulating film exposed by etching the wafer in the step (3) is removed by etching to remove the mass. Step of releasing the body and the beam (5) Step of selectively metallizing a metal electrode on the vibrating body, the fixed electrode, and the drive electrode
【請求項32】 下記の(1)から(4)の工程を含む
ことを特徴とする慣性力センサの製造方法。 (1) 表面に下部固定電極を取り付けた基板と、表面
の結晶面が(110)面を有し、かつ少なくとも1つの
エッチング溝を有する単結晶シリコンウエハとを該下部
固定電極電極と、該エッチング溝とが向かい合うように
接合する工程 (2) 前記ウエハの接合面の背面を研磨する工程 (3) 前記ウエハの接合面の背面に絶縁膜を堆積し、
その面に希望するパターンを得るためにエッチングを用
いて前記絶縁膜を除去した後、異方性エッチングを用い
て前記ウエハの(111)面方向に沿って前記ウエハに
エッチングすることにより前記振動体と、前記固定電極
と、前記駆動電極とを備えた前記構造体を作る工程 (4) 前記振動体と、前記固定電極と、前記駆動電極
との上に金属電極を選択メタライズする工程
32. A method for manufacturing an inertial force sensor, comprising the following steps (1) to (4). (1) A substrate having a lower fixed electrode attached to the surface thereof, and a single crystal silicon wafer having a crystal plane on the surface of which is a (110) plane and having at least one etching groove, the lower fixed electrode electrode and the etching Bonding so that the grooves face each other (2) Polishing the back surface of the bonding surface of the wafer (3) Depositing an insulating film on the back surface of the bonding surface of the wafer,
The vibrator is formed by removing the insulating film by etching to obtain a desired pattern on the surface and then etching the wafer along the (111) plane direction of the wafer by anisotropic etching. And a step of producing the structure including the fixed electrode and the drive electrode. (4) A step of selectively metallizing a metal electrode on the vibrating body, the fixed electrode, and the drive electrode.
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