DE10141867B4

DE10141867B4 - Halbleitersensor für dynamische Grössen mit beweglichen Elektroden und Festelektroden auf einem Unterstützungssubstrat

Info

Publication number: DE10141867B4
Application number: DE10141867A
Authority: DE
Inventors: Minekazu Kariya Sakai; Yoshiyuki Kariya Kato; Minoru Kariya Murata
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-08-29
Filing date: 2001-08-27
Publication date: 2011-03-17
Anticipated expiration: 2021-08-28
Also published as: US6973829B2; US20020023492A1; DE10141867A1

Abstract

Halbleitersensor für eine dynamische Größe, der Folgendes umfasst:
ein Trägersubstrat (20), das einen Öffnungsabschnitt (21) aufweist, der auf einer Oberfläche desselben offen ist;
erste und zweite Trägerabschnitte (34a, 34b) für bewegliche Elektroden, die an dem Trägersubstrat befestigt sind;
eine bewegliche Elektrode (30), die durch die ersten und zweiten Trägerabschnitte für bewegliche Elektroden gehalten wird, um in Übereinstimmung mit einer darauf wirkenden dynamischen Größe verschoben zu werden;
erste und zweite Festelektrodenträgerabschnitte (41a, 41b, 51a, 51b), die an dem Trägersubstrat befestigt sind; und
eine Festelektrode (40, 50), die durch die ersten und zweiten Festelektrodenträgerabschnitte gehalten wird und der beweglichen Elektrode mit einem Erfassungsabstand (60), der zwischen beiden definiert ist, gegenüberliegt, wobei der Erfassungsabstand verändert wird, um die dynamische Größe zu erfassen, wenn die bewegliche Elektrode verschoben wird, wobei
die ersten und zweiten Trägerabschnitte für bewegliche Elektroden auf gegenüberliegenden Seiten des Öffnungsabschnitts vorgesehen...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Halbleitersensor für dynamische Größen, der eine bewegliche Elektrode und eine Festelektrode aufweist, um eine darauf wirkende dynamische Größe auf der Grundlage einer Veränderung des Abstands zwischen der beweglichen Elektrode und der Festelektrode zu erfassen.
Diese Art Halbleitersensor für dynamische Größen ist beispielsweise in der JP 11-326365 A bzw. der entsprechenden DE 199 21 863 A1 offenbart. Die 1A und 1B zeigen eine Ausführung dieser Art eines Halbleitersensors für dynamische Größen.
Der Sensor wird, wie in 13 gezeigt, durch Mikrobearbeitungstechniken gebildet, die auf ein Halbleitersubstrat angewendet werden, das aus einer ersten Halbleiterschicht 201, einer zweiten Halbleiterschicht 202 und einer Isolierschicht 203 zwischen den Halbleiterschichten 201 und 202 besteht. Beispielsweise sind die Halbleiterschichten 201 und 202 aus Silizium (Si) und die Isolierschicht 203 ist ein Siliziumoxidfilm.
Eine Struktur, die aus einer beweglichen Elektrode 204 und mit dazwischen definierten Erfassungsabständen 206 gegenüberliegenden Festelektroden 205 gebildet wird, ist durch Gräben in der zweiten Halbleiterschicht 202 des Halbleitersubstrats festgelegt. In der Zeichnung ist jede der Elektroden 204 und 205 kammförmig. Die bewegliche Elektrode 204 weist einen Gewichtsabschnitt 207 und mehrere Stababschnitte 208 auf, die vom Gewichtsabschnitt 207 ausgeheng und die Festelektroden 205 weisen mehrere Stababschnitte 209 auf, die jeweils Seite an Seite einem zugeordneten Stababschnitt 208 gegenüberliegen.
Die erste Halbleiterschicht 201 und die Isolationsschicht 203 bilden ein Trägersubstrat, und ein Öffnungsabschnitt 210, der an einer Seite der zweiten Halbleiterschicht 202 offen ist, wird im Trägersubstrat gebildet. In diesem Beispiel ist der Öffnungsabschnitt 210 ein Rechteck und geht in der Richtung ihrer Dicke sowohl durch die erste Halbleiterschicht 201 als auch durch die Isolierschicht 203.
Beide Enden des Gewichtsabschnitts 207 sind elastisch an einem Paar von gegenüberliegenden Seiten, die den Öffnungsabschnitt 210 bilden, befestigt. Die bewegliche Elektrode 204 kann über dem Öffnungsabschnitt 210 in einer Richtung, die durch den Pfeil X in 1A angezeigt ist, verschoben werden, wenn sie eine dynamische Größe (wie eine Beschleunigung) empfängt. Die Trägerabschnitte 211 der Festelektroden 205 werden durch ein anderes Paar von gegenüberliegenden Seiten, die den Öffnungsabschnitt 210 bilden, fest unterstützt, das sich von den Seiten unterscheidet, die den Gewichtsabschnitt 207 unterstützen.
Im vorstehend beschriebenen Halbleitersensor für dynamische Größen wird die dynamische Größe auf der Grundlage von Veränderungen der Erfassungsabstände 206 erfaßt, wenn die bewegliche Elektrode 204 aufgrund der darauf wirkenden dynamischen Größe verschoben wird.
Aufgrund von Studien und Experimenten der Erfinder wird jedoch festgestellt, dass der vorstehend beschriebene Halbleitersensor für dynamische Größen das folgende Problem aufweist: Die jeweiligen Teile des Trägersubstrats 201, 203 und die Balkenstruktur 204, 205 weisen thermische Ausdehnungskoeffizienten auf, die sich unterscheiden. Daher verziehen sich diese Teile bei einer Temperaturänderung unterschiedlich, so dass die Erfassungsabstände 206 zwischen der beweglichen Elektrode 204 und der Festelektrode 205 erweitert oder verengt werden. Daraus ergeben sich verschlechterte Temperaturcharakteristiken.
Insbesondere wird in den Sensoren, die in den 1A und 1B gezeigt werden, das Trägersubstrat 201, 203 auf einer Unterseite (auf der Seite der ersten Halbleiterschicht 201) mit Klebstoff (der beispielsweise aus Polyimid besteht) auf ein Gehäuse 212 geklebt. Das Gehäuse 212 besteht aus Keramik (wie Aluminiumoxid) mit einem größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als dem des Trägersubstrats.
Daher treten, wie in den 2A und 2B gezeigt, Verformungen aufgrund der Unterschiede der thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen Si, dem Si-Oxidfilm, dem Klebstoff und dem Gehäuse auf. Wenn beispielsweise die Temperatur von einer Raumtemperatur abfällt, verformt sich das Trägersubstrat 201, 203 konvex, wie in 2B gezeigt, weil die Schrumpfung des keramischen Gehäuses 212 größer als die des Trägersubstrats ist. Eine solche konvexe Verformung des Trägersubstrats tritt entlang einer Richtung auf, die durch den Pfeil X in 2A angezeigt ist, und in einer Richtung, die senkrecht auf dieser Richtung X steht.
In diesem Fall verformt sich die bewegliche Elektrode 204, um in der Richtung X größer zu werden. Im Gegensatz dazu verzieht sich jede Festelektrode 205 propellerartig. Das bedeutet mit Bezug auf 2A beim Vergleich der beiden Stapelteile 209a, 209b der Festelektrode 205, die an beiden Enden in Richtung X in 2A angeordnet sind, dass sich der Erfassungsabstand 206 durch das obere Stapelteil 209a verringert, während der Erfassungsabstand 206 durch das untere Stapelteil 209b verbreitert wird.
Daher verändert sich im vorstehend beschriebenen Halbleitersensor für dynamische Größen der Erfassungsabstand mit der Temperaturänderung, weil sich die Festelektroden und die beweglichen Elektroden aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Materialien, aus denen die jeweiligen Teile wie die bewegliche Elektrode, die Festelektroden, das Trägersubstrat, das Gehäuse und der Klebstoff bestehen, unterschiedlich verziehen.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die vorstehend genannten Probleme zu lösen, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Halbleitersensor für dynamische Größen zu schaffen, der es ermöglicht, eine Veränderung des Erfassungsabstands, die durch eine Veränderung der Temperatur hervorgerufen wird, zu unterdrücken.
Demzufolge schafft die vorliegende Erfindung gemäß einer ersten Ausführungsform einen Halbleitersensor für dynamische Größen nach Anspruch 1.
Weil die Trägerabschnitte für die bewegliche Elektrode und die Festelektrodenträgerabschnitte gemäß Anspruch 2 jeweils (getrennt) in zueinander gleicher Richtung angeordnet sind, ist in der vorliegenden vorstehend beschriebenen Erfindung eine Richtung, in der aufgrund des Verziehens des Trägersubstrats eine Spannung wirkt, für die beweglichen Elektroden und für die Festelektroden ungefähr gleich. Das bedeutet, dass sich die beweglichen Elektroden und die Festelektroden bei Temperaturänderungen ungefähr in der gleichen Richtung verziehen. Als Ergebnis kann eine Veränderung des Erfassungsabstands zwischen der beweglichen Elektrode und der Festelektrode, die durch die Temperaturänderung verursacht wird, effektiv unterdrückt werden.
Wenn gemäß Anspruch 7 die Breite des Rahmenteils in Richtung der Verschiebung der beweglichen Elektrode gleichbleibend ist, wird die Verschiebung der beweglichen Elektrode auch dann gleich bleiben, wenn das Rahmenteil durch Temperaturänderungen verformt wird, wodurch eine Veränderung der Ausgabe verhindert wird.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung offenbar. Es zeigen:
1A eine Draufsicht eines Halbleitersensors für dynamische Größen nach dem Stand der Technik;
1B eine Querschnittansicht entlang der Linie IB-IS in 1A;
2A und 2B schematische Ansichten zum Erläutern der Probleme des Halbleitersensors für dynamische Größen nach 1A und 1B;
3 eine Draufsicht eines Halbleiterbeschleunigungssensors nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 eine Querschnittansicht entlang der Linie IV-IV in 3;
5 ein Schaubild, das eine Erfassungsschaltung des in den 3 und 4 gezeigten Halbleiterbeschleunigungssensors zeigt;
6 ein Zeitschaubild bezogen auf die in 5 gezeigte Erfassungsschaltung;
7A und 7B erläuternde Ansichten zum Erklären der Vorteile der ersten Ausführungsform;
8 eine schematische Ansicht, die die Richtungen anzeigt, in der Spannung auf eine Festelektrode in einem herkömmlichen Halbleitersensor für dynamische Größen wirkt;
9A eine Draufsicht, die einen Halbleiterbeschleunigungssensor vom kapazitiven Typ gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
9B eine Querschnittansicht entlang der Linie IXB-IXB in 9A;
10A ein Schaubild, das eine Erfassungsschaltung des Halbleiterbeschleunigungssensors nach den 9A und 9B zeigt;
10B ein Zeitschaubild in Bezug auf den Erfassungsschaltkreis nach 10A;
11A und 11B schematische Schaubilder, die einen Beschleunigungssensor als Vergleichsbeispiel zeigen, wenn der Beschleunigungssensor heftig verschoben wird;
11C und 11D schematische Schaubilder, die den Beschleunigungssensor der zweiten Ausführungsform zeigen, wenn der Beschleunigungssensor heftig verschoben wird;
12 ein Schaubild, das Veränderungen der Ausgabe anzeigt, wenn die in den 11A bis 11C gezeigten Beschleunigungssensoren heftig bewegt werden; und
13A bis 13F Querschnittansichten, die schrittweise ein Verfahren zur Herstellung des Beschleunigungssensors der zweiten Ausführungsform zeigen.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform wird die vorliegende Erfindung auf einen Halbleiterbeschleunigungssensor 1 vom differentialkapazitiven Typ angewendet, der in den 3 und 4 gezeigt und als Sensor vom kapazitiven Typ für dynamische Größen ausgebildet ist.
Mit Bezug auf die 3 und 4 wird der Sensor 1 durch Mikrobearbeitungstechniken gebildet. Ein Halbleitersubstrat, das den Sensor 1 bildet, ist, wie in 4 gezeigt, ein SOI(Silizium auf Isolator)-Substrat 10, das aus einem ersten Siliziumsubstrat 11 als einer ersten Halbleiterschicht, einem zweiten Siliziumsubstrat 12 als einer zweiten Halbleiterschicht und einer Oxidschicht 13 als einer zwischen den ersten und zweiten Siliziumsubstraten 11 und 12 liegenden Isolationsschicht besteht. Das erste Siliziumsubstrat 11 und die Oxidschicht 13 bilden in der vorliegenden Erfindung ein Trägersubstrat 20.
Ein Öffnungsabschnitt 21 wird in Trägersubstrate 20 so gebildet, dass er auf einer Oberfläche des Trägersubstrats 20 offen zu einer Seite des zweiten Siliziumsubstrats 21 ist. Eine Balkenstruktur, die aus einer beweglichen Elektrode 30 und Festelektroden 40, 50 besteht, wird im zweiten Siliziumsubstrat 12 gebildet, indem darin Gräben gebildet werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Öffnungsabschnitt 21 durch Ätzen eines rechteckigen Abschnitts des Trägersubstrats 20 gebildet, wo die Balkenstrukturen 30 bis 50 gebildet werden, um das Trägersubstrat 20 in Richtung seiner Dicke zu durchdringen.
Die aus einem Halbleiter (in dieser Ausführungsform Silizium) gefertigte bewegliche Elektrode 30 wird vom Trägersubstrat 20 unterstützt und als Antwort auf eine darauf wirkende dynamische Größe verschoben. In der vorliegenden Ausführungsform bewegt sich die bewegliche Elektrode 30 über dem Öffnungsabschnitt 21 zwischen gegenüberliegenden Seiten, die den Öffnungsabschnitt 21 festlegen. Die bewegliche Elektrode 30 besteht aus einem rechteckigen Gewichtsabschnitt 31 und Stababschnitten (beweglichen Stababschnitten) 32, die aus dem Gewichtsabschnitt 31 hervorstehen.
Der Gewichtsabschnitt 31 ist mit Ankerteilen 34a, 34b durch Balkenabschnitte 33 (die eine rechteckige Rahmenstruktur aufweisen) an beiden Enden vollständig verbunden. Insbesondere werden die Ankerteile 34a, 34b fest vom Trägersubstrat 20 an den gegenüberliegenden Seiten (Kantenteilen) des Öffnungsabschnitts 21 unterstützt. Jedes Ankerteil wirkt als Trägerabschnitt der beweglichen Elektrode am Trägersubstrat.
Die beweglichen Stababschnitte 32 stehen von beiden Seiten des Gewichtsabschnitts 32 in einander entgegengesetzten Richtungen senkrecht zur Richtung X, in der die bewegliche Elektrode verschoben wird, aus dem Gewichtsabschnitt 31 hervor. Die Anzahl der beweglichen Stababschnitte 32 ist in dieser Ausführungsform an jeder Seite des Gewichtsabschnitts 31 vier. Jeder der beweglichen Stababschnitte 32 weist eine Balkengestalt mit einem rechteckigen Querschnitt auf.
Jeder der Balkenabschnitte 33 weist eine Federfunktion auf, so dass er sich in einer Richtung verformt, die senkrecht zu einer Längsrichtung der Balken ist. Die Balkenabschnitte 33 verschieben den Gewichtsabschnitt 31 in der Richtung X, wenn eine Beschleunigung mit einer Komponente in der X-Richtung darauf wirkt, und bringen den Gewichtsabschnitt 31 in seine ursprüngliche Position, sobald die Beschleunigung verschwindet. Entsprechend kann die bewegliche Elektrode 30 über dem Öffnungsabschnitt 21 als Antwort auf eine darauf wirkende Beschleunigung verschoben werden. Im Folgenden wird die Richtung X als Verschiebungsrichtung X bezeichnet.
Die Festelektroden 40, 50 aus Halbleitermaterial (Silizium in der vorliegenden Ausführungsform) werden vom Unterstütungssubstrat 20 gestützt und liegen den beweglichen Elektroden 30 über dem Öffnungsabschnitt 21 gegen über, wodurch sie Erfassungsabstände 60 dazwischen festlegen. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Festelektroden 40, 50 in eine erste Festelektrode 40, die auf der linken Seite der beweglichen Elektrode 30 in 3 vorgesehen ist, und eine zweite Festelektrode 50, die an der rechten Seite der beweglichen Elektrode 30 vorgesehen ist, unterteilt, wobei die Achse parallel zur Verschiebungsrichtung X ist.
Jede der Festelektroden 40, 50 ist so angeordnet, dass sie den Öffnungsabschnitt 21 in einer gleichen Richtung mit der beweglichen Elektrode 30 überspannt, und ist an beiden Enden an dem Trägersubstrat 20 durch die Ankerteile 41a, 41b, 51a, 51b befestigt. Das bedeutet, dass die beiden Ankerteile jeder Festelektrode 40 oder 50 auf gegenüberliegenden Seiten des Öffnungsabschnitts 21 liegen, und zwar auf denselben, auf denen die Ankerteile 34a, 34b der beweglichen Elektrode 30 vorgesehen sind, und als Trägerabschnitte der Festelektrode am Trägersubstrat wirken.
Jede der Festelektroden 40, 50 besteht aus einem Verbindungsabschnitt 42, 52, der mit den Ankerteilen 41a, 41b, 51a, 51b verbunden ist, und Stababschnitten (festen Stababschnitten) 43, 53, die vom Verbindungsabschnitt 42, 52 hervorstehen. Die festen Stababschnitte 43 liegen jeweils den beweglichen Stababschnitte 32 an deren Seitenflächen gegenüber und legen dadurch die vorstehend beschriebenen Erfassungsabstände 60 fest.
Jede Festelektrode 40, 50 weist verschiedene (in der vorliegenden Ausführungsform vier) feste Stababschnitte 43, 53 auf, die sich jeweils vom Verbindungsabschnitt 42, 52 in einer Richtung senkrecht zur Verschiebungsrichtung X der beweglichen Elektrode 30 ausdehnen. Jeder feste Stababschnitt 43, 53 weist eine Balkenform mit einem rechteckigen Querschnitt auf. Zudem weist jeder Verbindungsabschnitt 43, 53 gebogene Teile (L-förmige Teile in der Figur) 44, 54 auf, die sich in Richtung der Ankerteile 34a, 34b erstrecken.
Daher sind in der vorliegenden Ausführungsform die Ankerteile 34a, 34b der beweglichen Elektrode 30 und die Ankerteile 41a, 41b, 51a, 51b der Festelektroden 40, 50 jeweils an gegenüberliegenden Kantenteilen (gegenüberliegenden Seiten) des Öffnungsabschnitts 21 positioniert. Das bedeutet, dass die Richtung, in der die Ankerteile 34a, 34b voneinander durch den Öffnungsabschnitt 21 getrennt sind, im wesentlichen parallel nicht nur zu der Richtung ist, in der die Ankerteile 41a, 41b der ersten Festelektrode 40 voneinander getrennt sind, sondern auch zu der Richtung, in der die Ankerteile 51a, 51b der zweiten Festelektrode 50 voneinander getrennt sind.
Mit anderen Worten ist die Richtung, in der die Ankerteile 34a, 34b mit dem dazwischen liegenden Öffnungsabschnitt 21 angeordnet sind, im wesentlichen parallel zu der Richtung, in der die Ankerteile 41a, 41b der ersten Festelektrode 40 angeordnet sind, und zu der Richtung, in der die Ankerteile 51a, 51b der zweiten Festelektrode 50 angeordnet sind.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Öffnungsabschnitt rechteckig, um die vorstehend beschriebene Anordnung umzusetzen. Das Ankerteil 34a der beweglichen Elektrode 30 und die Ankerteile 41a, 51a der Festelektroden 40, 50 sind auf einer Seite des Öffnungsabschnitts 21 angeordnet, während das Ankerteil 34b der beweglichen Elektrode 30 und die Ankerteile 41b, 51b der Festelektroden 40, 50 auf der gegenüberliegenden Seite des Öffnungsabschnitts 21 angeordnet sind.
Zudem sind, wie in 3 gezeigt, Achsen, die die Ankerteile 34a, 34b der beweglichen Elektrode 30 verbinden und die die Ankerteile 41a, 41b, 51a, 51b der Festelektroden 40, 50 verbinden, parallel zur Verschiebungsrichtung X der beweglichen Elektrode 30.
Die bewegliche Elektrode 30, die erste Festelektrode 40 und die zweite Festelektrode 50 sind elektrisch voneinander unabhängig, und Kapazitäten (Erfassungskapazitäten) werden in den Erfassungsabständen 60 zwischen den beweglichen Stababschnitten 32 und den zugehörigen festen Stababschnitten 43, 53 gebildet. Die in den Erfassungsabständen 60 zwischen den beweglichen Stababschnitten 32 und den festen Stababschnitten 43 der ersten Festelektrode 40 erzeugte Kapazität wird als eine erste Kapazität CS1 bezeichnet, und die in den Erfassungsabständen 60 zwischen den beweglichen Stababschnitten 32 und den festen Stababschnitten 53 der zweiten Festelektrode 50 erzeugte Kapazität wird als eine zweite Kapazität CS2 bezeichnet.
Ein Anschluß 35 für die bewegliche Elektrode, der elektrisch mit der beweglichen Elektrode 30 verbunden ist, ein erster Festelektrodenanschluß 45, der elektrisch mit der ersten Festelektrode 40 verbunden ist und ein zweiter 55, der elektrisch mit der zweiten Festelektrode 50 verbunden ist, sind jeweils auf festgelegten Punkten des Trägersubstrats 20 vorgesehen. In dem in 3 gezeigten Beispiel werden diese Anschlüsse 35, 45, 55 beispielsweise aus Aluminium hergestellt und stehen jeweils elektrisch mit den Ankerteilen 34b, 41b, 51b auf der Unterseite in 3 in Verbindung.
Zusätzlich werden im Gewichtsabschnitt 31, den beweglichen Stababschnitten 32 und den jeweiligen festen Stababschnitten 43, 53 rechteckige Durchgangslöcher 70, geschaffen, wodurch eine Struktur mit festem Rahmen vorgesehen ist. Demgemäß können die bewegliche Elektrode 30 und die zugehörigen Festelektroden 40, 50, erleichtert werden, und eine Widerstandsfähigkeit gegen Verdrehung kann erhöht werden.
Wie in 4 gezeigt, ist der Sensor 1 durch den Klebstoff 81, beispielsweise Polyimidharz, an einer Rückseite des ersten Siliziumsubstrats 11 (auf einer dem Oxidfilm 13 gegenüberliegenden Seite) fest mit einem Gehäuse 80 verbunden. Dieses Gehäuse 80 besteht aus Keramik wie Aluminiumoxid, und eine Schaltungseinheit (Erfassungseinheit) 90, die unten beschrieben wird, befindet sich in dem Gehäuse 80. Die Schaltungseinheit 90 ist elektrisch mit den jeweiligen Elektrodenanschlüssen 35, 45, 52 durch Drahtbonden mit (nicht gezeigten) Gold- oder Aluminiumdrähten verbunden.
Im Folgenden wird ein Betrieb des wie vorstehend beschrieben aufgebauten Sensors 1 erläutert. Der Sensor 1 ist ein Beschleunigungssensor vom Differenzkapazitätstyp, der eine Beschleunigung auf der Grundlage einer Kapazitätsdifferenz zwischen der ersten Erfassungskapazität (CS1) und der zweiten Erfassungskapazität (CS2) erfasst, wenn die bewegliche Elektrode 30 durch eine darauf wirkende Beschleunigung in der Verschiebungsrichtung X verschoben wird. 5 zeigt die Erfassungsschaltung 90 im Sensor 1.
Die Erfassungsschaltung 90 weist ein schaltbares Kondensatorschaltnetz (SC-Schaltung) 91 auf. Die SC-Schaltung 91 besteht aus einem Kondensator 92 mit einer Kapazität Cf, einem Schalter 93, und einem Differenzverstärker 94, und wandelt einen Kapazitätsunterschied (CS1–CS2) am Eingang in eine Spannung um, wodurch sie die wirkende Beschleunigung erfasst.
6 zeigt beispielhaft ein Zeitschaubild mit Bezug auf die Erfassungsschaltung 90. Im Sensor 1 wird beispielsweise die Trägerwelle 1 (Frequenz 100 kHz, Amplitude: 0–5 V) durch den ersten Festelektrodenanschluß 45 angelegt, während die Trägerwelle 2 (Frequenz 100 kHz, Amplitude: 5–0 V), deren Phase gegenüber der der Trägerwelle 1 um 180° verschoben ist, am zweiten Festelektrodenanschluß 55 angelegt wird. Dann wird der Schalter 93 der SC-Schaltung 91 zu den im Schaubild gezeigten Zeiten geöffnet und geschlossen. Die ausgeübte Beschleunigung wird dann als Spannung V₀ ausgegeben, die durch die Gleichung V₀ = (CS1 – CS2)·V/Cf (1) ausgedrückt wird. In Gleichung (1) ist V eine Differenz der Spannung zwischen den Anschlüssen 45 und 55. Die Beschleunigung entlang der Verschiebungsrichtung X der beweglichen Elektrode 30 kann auf der Grundlage der Spannung V₀, die man wie vorstehend beschrieben erhält, erfasst werden.
Wenn sich die Temperatur im Sensor 1 ändert, verzieht sich das Trägersubstrat 20 (beispielsweise windschief) aufgrund der Unterschiede zwischen den termischen Ausdehnungskoeffizienten der Materialien (Halbleiter, Oxidschicht, Kunststoff, Keramik), aus denen die beweglichen und festen Elektroden 30, 40, 50, das Trägersubstrat 20, den Klebstoff 81 und das Gehäuse 80 bestehen. Beispielsweise wird angenommen, dass die Oberfläche des Trägersubstrats 20, auf der die Balkenstrukturen 30 bis 50 gebildet werden, konvex verzogen ist. Die 7A und 7B sind Ansichten, um die Vorteile der vorliegenden Ausführungsform in einem solchen Fall zu erläutern. 8 ist eine Ansicht, die Richtungen anzeigt, in denen Spannung auf die Festelektrode in einem herkömmlichen Halbleitersensor für dynamische Größen wirkt.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Ankerteile 34A, 34B der beweglichen Elektrode 30, die Ankerteile 41A, 41B der ersten Festelektrode 40, und die Ankerteile 51A, 51B der zweiten Festelektrode 50 jeweils getrennt voneinander ungefähr in der gleichen Richtung mit dem dazwischenliegenden Öffnungsabschnitt 21 angeordnet. Daher sind die Richtungen, in denen Spannungen aufgrund des Verziehens des Trägersubstrats 20 jeweils von den Ankerteilen auf die beweglichen Elektroden und die Festelektroden wirken, ungefähr einander gleich (das heißt, ungefähr parallel zueinander).
Das heißt mit Bezug auf die 7A und 7B, dass, auch wenn das Trägersubstrat 20 mit der Temperaturänderung konvex verformt wird, die bewegliche Elektrode 30, die erste Festelektrode 40 und die zweite Festelektrode 50 jeweils durch Ausdehnen oder Schrumpfen in einer ungefähr gleichen Richtung (in der Verschiebungsrichtung X der beweglichen Elektrode, die durch weiße Pfeile in den 7A und 7B angezeigt ist) zwischen den Ankerteilen 34A, 34B, zwischen den Ankerteilen 41A, 41B und zwischen den Ankerteilen 51A, 51B verzogen werden.
Deshalb ist in der vorliegenden Ausführungsform die Verzugsrichtung der beweglichen Elektrode 30 ungefähr parallel zu den Verzugsrichtungen der Festelektroden 40, 50. Folglich können die Veränderungen der Erfassungsabstände 60 zwischen den beweglichen Elektroden 30 und den Festelektroden 40, 50, die durch die Temperaturänderung erzeugt werden, so weit wie möglich unterdrückt werden.
Im Vergleich mit der vorliegenden Ausführungsform werden im herkömmlichen Sensor, der in den 1A und 1B gezeigt ist, die Trägerabschnitte 211 der Festelektroden 205 an gegenüberliegenden Seiten (Kantenteilen) des Öffnungsabschnitts 210 vorgesehen, die von denen, mit denen die bewegliche Elektrode 204 verbunden ist, verschieden sind. Daher wirkt, wenn das Trägersubstrat 201, 203 konvex verformt wird, wie in 8 gezeigt, Spannung von der beweglichen Elektrode in komlexer Weise auf die Festelektroden 205 in den mit Pfeilen angezeigten Richtungen. Als Ergebnis ändern sich im herkömmlichen Sensor die Erfassungsabstände aufgrund des Unterschieds in der Art des Verzugs zwischen der beweglichen Elektrode und der Festelektrode sehr stark.
Insbesondere in der vorliegenden Ausführungsform ist, wie in 3 gezeigt, bevorzugt die Achse, die die Ankerteile 34a, 34b der beweglichen Elektrode 30 verbindet, parallel zu den Achsen, die die Ankerteile 41a, 41b und 51a, 51b der jeweiligen Festelektroden 40, 50 verbinden. Dementsprechend fallen die Richungen, in die Spannungen von den Ankerteilen auf die Elektroden aufgrund des Verzugs des Trägersubstrats 20 wirken, für die beweglichen Elektroden und die Festelektroden zusammen. Als Ergebnis können die Änderungen der Erfassungsabstände 60 effektiv unterdrückt werden.
Zusätzlich weist gemäß der vorliegenden Ausführungsform wieder unter Bezug auf 7A der Verbindungsabschnitt 42, 52 der Festelektroden 40, 50 dort, wo die Stababschnitte 43, 53 vorgesehen sind, die Breite W1 auf.
Die Breite W1 ist größer als die Breite W2 an den anderen Teilen des Verbindungsabschnitts 42, 52, wie den gebogenen Abschnitten 44, 54. Das heißt, der Verbindungsabschnitt 42, 52 wird an den Sockelabschnitten der Stababschnitte 43, 53 (noch genauer an Teilen, die jeweils zwei Stababschnitte verbinden) im Vergleich mit den anderen Teilen verbreitert, um die Stababschnitte 43, 53 sicher zu unterstützen. Daher wird verhindert, dass sich die Stababschnitte 43, 53 propellerförmig ausdehnen. Hier sind die Breiten W1, W2 Abmessungen des Verbindungsabschnitts 43, 53 in der Richtung senkrecht zur Verschiebungsrichtung X der beweglichen Elektrode 30.
Im Sensor 1 besteht die bewegliche Elektrode 30 aus dem Gewichtsabschnitt 31 und den Stababschnitten 32 und jede Festelektrode 40, 50 besteht aus den Verbindungsabschnitten 42, 52 und den Stababschnitten 43, 53. Zudem weist jeder Verbindungsabschnitt 42, 52 die gebogenen Abschnitte 44, 54 auf, die derart gebogen sind, dass sie sich jeweils in Richtung der Ankerteile 34A, 34B der beweglichen Elektrode 30 erstrecken.
Gemäß dieser Struktur kann erreicht werden, dass sich beide Enden des Verbindungsabschnitts 42, 52 den Ankerteilen 34a, 34b der beweglichen Elektrode 30 über die gebogenen Abschnitte 44, 54 annähern. Daher können sich die Ankerteile 41a, 41b, 51a, 51b der Festelektrode 50 jeweils an die Ankerteile 34a, 34b der beweglichen Elektrode 30 annähern, so dass der Unterschied der Spannungen, die auf die bewegliche Elektrode 30 und die Festelektroden 40, 50 von den Ankerteilen wirken, soweit wie möglich reduziert werden kann.
Das Material, das das Trägersubstrat mit dem Öffnungsabschnitt bildet, ist nicht auf Halbleitermaterial beschränkt, sondern kann ein anderes Material wie Glas oder Keramik sein. Die Form des Öffnungsabschnitts ist nicht auf ein Rechteck beschränkt, es kann eine andere Form wie einen Kreis oder ein anderes Polygon als ein Rechteck aufweisen.
Zudem ist es nicht erforderlich, dass der Öffnungsabschnitt durch das Trägersubstrat durchgeht, und der Öffnungsabschnitt kann durch eine Aussparung auf der Oberfläche des Trägersubstrats ersetzt werden. Beispielsweise kann in dem SOI-Substrat 10, das in 4 gezeigt ist, eine Aussparung als ein Öffnungsabschnitt durch Wegätzen so gebildet werden, dass die Oxidschicht 13 entfernt wird und das erste Siliziumsubstrat 11 als Boden der Aussparung übrigbleibt.
Ebenso kann die bewegliche Elektrode und jede der Festelektroden neben einer Kammform verschiedene geometrische Formen annehmen, wenn sichergestellt ist, dass die bewegliche Elektrode und die Festelektroden einander gegenüber liegen und Erfassungsabstände dazwischen festlegen. Die Anzahl der Erfassungsabstände kann Eins oder größer sein.
Als Nächstes wird ein Halbleiterbeschleunigungssensor vom Kapazitätstyp 100 in einer zweiten bevorzugten Ausführungsform mit Bezug auf die 9A und 9B erläutert, der beispielsweise für ein Airbagsystem, ein ABS-System und Ähnliches für Fahrzeuge verwendet wird.
Wie in 9B gezeigt, ist der Beschleunigungssensor 100 aus einem SOI-Substrat 105, das aus einer ersten Halbleiterschicht 103a aus Einkristall-Silizium besteht und eine Rahmenform mit einem Durchgangsloch 102a aufweist, einer zweiten Halbleiterschicht (SOI-Schicht) 103b, die aus Einkristall-Silizium besteht, um Beschleunigung zu erfassen, und einem zwischen der ersten und zweiten Halbleiterschicht 103a, 103b vorgesehenen eingebetteten Oxidfilm 104 zusammengesetzt. Der Oxidfilm 104 besteht aus SiO₂ und weist ein Durchgangsloch 102b auf. Der Oxidfilm 104 ist ein thermisch bzw. durch Tempern oxidierter Film, der einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der ungefähr gleich dem des Einkristall-Siliziums ist, das die Halbleiterschichten 103a, 103b bildet.
Die zweite Halbleiterschicht 103b des SOI-Substrats 105 wird in eine bestimmte Form gebracht, indem verschiedene Gräben darin gebildet werden, die bis auf den eingebetteten Oxidfilm 104 reichen, und wie in 9A gezeigt, weist sie einen beweglichen Abschnitt 108, eine erste freitragende Festelektrodenstruktur 109a und eine zweite freitragende Festelektrodenstruktur 109b auf.
Der bewegliche Abschnitt 108 besteht aus einem rechteckigen Gewichtsabschnitt 110, kammförmigen beweglichen Elektroden l11a, 111b, die gemeinsam mit dem Gewichtsabschnitt 110 gebildet werden, und Balkenabschnitten 112a, 112b und Ankerteilen 113a, 113b, die an beiden Enden des Gewichtsabschnitts 110 vorgesehen sind. Die Ankerteile 113a, 113b sind an der ersten Halbleiterschicht 103a, die als Trägersubstrat (Rahmenteil) 140 dient, durch die eingebettete Oxidschicht 104 befestigt. Die Balkenabschnitte 112a, 112b sind jeweils mit den Ankerteilen 113a, 113b verbunden und durch diese unterstützt. Der Gewichtsabschnitt 110 und die beweglichen Elektroden 111a, 111b werden dann von den Balkenabschnitten 112a, 112b gestützt. Die beweglichen Elektroden 111a, 111b strecken sich einander entgegen, senkrecht zu den Seitenflächen des Gewichtsabschnitts 110. Jede bewegliche Elektrode weist Stababschnitte auf, die jeweils einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.
Die Balkenabschnitte 112a, 112b verschieben den Gewichtsabschnitt 110 in der Richtung X in 9A, wenn sie eine Beschleunigung erfahren, die eine Komponente in der X-Richtung aufweist, und bringen den Gewichtsabschnitt 110 in seine ursprüngliche Position zurück, sobald die Beschleunigung verschwindet. Daher kann der bewegliche Abschnitt 108 in der Verschiebungsrichtung (Richtung X) der Balkenabschnitte 112a, 112b als Antwort auf die darauf wirkende Beschleunigung verschoben werden.
Ein Elektrodenanschluss 114d für Drahtbonden wird auf dem Ankerteil 113a auf einer Seite des beweglichen Abschnitts 108 gebildet. Der Elektrodenanschluss 104d wird auf der zweiten Halbleiterschicht 103b gebildet, die auf der ersten Halbleiterschicht 103a mit dem dazwischen eingebetteten Oxidfilm 104 vorgesehen ist. In gleicher Weise wird ein Elektrodenanschluss 114a zum Drahtbonden auf dem Ankerteil 113b des beweglichen Abschnitts 108 auf der anderen Seite (auf einer der dem Elektrodenanschluss 114d gegenüberliegenden Seite) gebildet. Der Elektrodenanschluss 114a wird ebenso auf der zweiten Halbleiterschicht 103b gebildet. Beide Elektrodenanschlüsse 114a, 114b bestehen aus Aluminium.
Die erste freitragende Festelektrodenstruktur 109a besteht aus einem ersten Festelektrodenträgerabschnitt 115a und einer ersten Festelektrode 116a. Der erste Festelektrodenträgerabschnitt 115a wird von der zweiten Halbleiterschicht 103b unterstützt und die erste Festelektrode 116a weist eine Kammform auf, wobei ein Zahn davon einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Die kammförmige erste Festelektrode 116a wird von dem ersten Festelektrodenträgerabschnitt 115a unterstützt und weist eine Seitenfläche (Erfassungsoberfläche) auf, die einer Seitenfläche (Erfassungsoberfläche) der kammförmigen beweglichen Elektrode 111a parallel gegenüberliegt, wodurch ein bestimmter Erfassungsabstand dazwischen definiert ist.
Wenn eine Beschleunigung auf den Beschleunigungssensor 100 wirkt, wird die bewegliche Elektrode 111a verschoben, und eine Veränderung der Relativposition zwischen der Festelektrode 116a und der beweglichen Elektrode 111a wird als eine Veränderung der Kapazität zwischen den beiden Elektroden erkannt.
Entsprechend besteht die zweite freitragende Festelektrodenstruktur 109b aus einem zweiten Festelektrodenträgerabschnitt 115b und einer zweiten Festelektrode 116b. Der zweite Festelektrodenträgerabschnitt 115b wird von der zweiten Halbleiterschicht 103b unterstützt, und die zweite Festelektrode 116b weist eine Kammform auf, wobei ein Zahnteil davon im Querschnitt rechteckig ist. Die kammförmige zweite Festelektrode 116b wird von dem zweiten Festelektrodenträgerabschnitt 115b unterstützt, und liegt einer Seitenfläche der kammförmigen beweglichen Elektrode 111b (auf einer gegenüberliegenden Seite des Erfassungsabstandes, das durch die bewegliche Elektrode 111a definiert ist) parallel gegenüber, wodurch ein bestimmter Erfassungsabstand dazwischen festgelegt ist.
Wenn eine Beschleunigung auf den Beschleunigungssensor 100 wirkt, wird die bewegliche Elektrode 111b verschoben, und eine Veränderung der relativen Position zwischen der Festelektrode 116b und der beweglichen Elektrode 111b wird als eine Veränderung der Kapazität zwischen den beiden Elektroden erkannt.
Ein Elektrodenanschluss 114b zum Drahtbonden wird im Festelektrodenträgerabschnitt 115a der ersten freitragenden Festelektrodenstruktur 109a gebildet. Der Elektrodenabschnitt 114b wird auf der zweiten Halbleiterschicht 113b gebildet. Entsprechend wird ein Elektrodenanschluss 114c zum Drahtbonden auf dem Festelektrodenträgerabschnitt 115b der zweiten freitragenden Festelektrodenstruktur 109b gebildet. Der Elektrodenanschluss 114c wird ebenfalls auf der zweiten Halbleiterschicht 103b gebildet. Die Elektrodenanschlüsse 114b, 114c bestehen aus Aluminium.
Weiterhin werden rechteckige Durchgangslöcher 117 in dem Gewichtsabschnitt 110, den Festelektroden 116a, 116b und den beweglichen Elektroden 111a, 111b gebildet, wodurch eine Struktur mit festem Rahmen geschaffen wird. Dadurch wird der Beschleunigungssensor 100 vom Kapazitätstyp erleichtert.
In der vorliegenden Ausführungsform sind mit Bezug auf 9A die Breiten A1 und A2 der Rahmenteile des Trägersubstrats 140 (das aus der ersten Halbleiterschicht 103a besteht), an denen jeweils die Ankerteile 113a, 113b des beweglichen Abschnitts 108 befestigt sind, einander gleich, das heißt, sie genügen einer Beziehung von A1 = A2. Zudem sind die Breiten B1 und B2 der Rahmenteile des Trägersubstrats 140, an denen jeweils das erste Festelektrodenträgerabschnitt 115a und das zweite Festelektrodenträgerabschnitt 115b befestigt sind, einander gleich, das heißt, sie genügen einer Beziehung von B1 = B2. Die obigen Breiten können eine Beziehung von A1 = A2 = B1 = B2 oder eine Beziehung von A1 = A2 ≠ B1 = B2 erfüllen. Die durch diese Beziehung der Breiten erzielten Vorteile werden nachstehend beschrieben.
Hier wird ein Betrieb des Beschleunigungssensors 100 unter Bezug auf die 10A und 10B beschrieben, obwohl er dem in der ersten Ausführungsform ähnlich ist.
Wenn eine Beschleunigung mit einer Komponente in der Richtung X in 9A auf den Beschleunigungssensor 100 wirkt, wird der Gewichtsabschnitt 110 in Richtung X verschoben. Die aus der Beschleunigung resultierende Verschiebungsgröße wird von der Masse des Gewichtsabschnitts 110, den Rückstellkräften der Balkenabschnitte 112a, 112b und den elektrostatischen Kräften bestimmt, die zwischen den beweglichen Elektroden 111a, 111b und den Festelektroden 116a, 116b unter der darauf wirkenden Beschleunigung wirken.
In dieser Ausführungsform wird eine erste Erfassungskapazität CS1 zwischen der beweglichen Elektrode 111a und der ersten Festelektrode 116a erzeugt, und eine zweite Erfassungskapazität CS2 wird zwischen der beweglichen Elektrode 111b und der zweiten Festelektrode 116b erzeugt. Der Beschleunigungssensor 100 kann die darauf wirkende Beschleunigung den Veränderungen der Kapazitäten CS1, CS2, die über die Elektrodenanschlüsse 114a, 114b, 114c und 114d erfasst werden, entnehmen. Zunächst werden die Kapazitäten CS1, CS2 so gesteuert, dass sie einander gleich sind, wenn keine Beschleunigung auf den Sensor 100 wirkt.
Insbesondere heißt dies, dass die Festelektroden 116a, 116b, die auf den rechten und linken Seiten in 9A liegen, zueinander in Bezug auf die dazwischenliegenden beweglichen Elektroden 111a, 111b, symmetrisch sind, um eine Bedingung von CS1 = CS2 zu schaffen. Hier werden parasitäre Kapazitäten, die von den ersten und zweiten Halbleiterschichten 103a, 103b und anderen erzeugt werden, nicht berücksichtigt, um die Erläuterung kurz zu machen.
Unter Bezug auf 10B wird im Sensor 100 eine erste Trägerwelle (Trägerwelle 1), die aus Rechteckwellen (Frequenz: 100 kHz, Spannungspegel: 5 V) besteht, am Elektrodenanschluss 114b der ersten Festelektrode 116a angelegt. Eine zweite Trägerwelle (Trägerwelle 2), die aus Rechteckwellen (Frequenz: 100 kHz, Spannungspegel: 5 V) mit einer von der der ersten Trägerwelle um 180° gedrehten Phase besteht, wird in den Elektrodenanschlüssen 114c der zweiten Festelektrode 116b angelegt. Obwohl dies nicht gezeigt ist, sind die ersten und zweiten Trägerwellensignale von einer Oszillatorschaltung erzeugte synchronisierte Taktsignale.
In dem Zustand, in dem die ersten und zweiten Trägerwellensignale wie vorstehend beschrieben angelegt werden, weist das Potential an den Elektrodenanschlüssen 114a, 114d der beweglichen Elektroden 111a, 111b einen Pegel auf, der den Kapazitäten CS1, CS2 entspricht, und der Potentialpegel wird von einem schaltbaren Kondensatorschaltnetz 91 erfasst. Das schaltbare Kondensatorschaltnetz 91 weist einen Operationsverstärker 94, einen Rückkopplungskondensator 92 und einen Schalter 93 auf, die wie in 10A gezeigt verbunden sind.
Ein Signal (das den Potentialpegel der beweglichen Elektroden 111a, 111b anzeigt) wird an einem invertierten Eingangsanschluss des Operationsverstärker 94 von den Elektrodenanschlüssen 14a, 14d angelegt und ein Spannungssignal von 2,5 V (entsprechend dem Potentialpegel, der an den Elektrodenanschlüssen 114a, 114b anliegt, wenn die Kapazitäten CS1, CS2 einander gleich sind) wird an einem nicht invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärker 94 angelegt.
Der Schalter 93 wird von Triggersignalen, die zur Synchronisierung der Taktsignale von der Oszillatorschaltung erzeugt werden ein- oder ausgeschaltet. Insbesondere wird der Schalter 93 nur für einen bestimmten Zeitabschnitt (kürzer als 1/2 Periode des ersten Trägerwellensignals) zu einer Zeit, wenn das erste Trägerwellensignal abfällt (und übereinstimmend mit der Zeit, wenn das zweite Trägerwellensignal ansteigt), eingeschaltet.
Die in 10A gezeigte Kapazitätserfassungsschaltung arbeitet wie folgt.
Wenn die Kapazitäten CS1, CS2 einander gleich sind, wird zu einem Zeitpunkt T1, wie in 10B gezeigt, 0 V an der ersten Festelektrode 116a angelegt, 5 V an der zweiten Festelektrode 116b angelegt und 2,5 V an den beweglichen Elektroden 111a, 111b angelegt. Zu dieser Zeit ist die Ausgabespannung V₀ des schaltbaren Kondensatorschaltnetzes 91 2,5 V, weil der Schalter 93 eingeschaltet ist. Zum Zeitpunkt T2, wenn ein bestimmter Zeitabschnitt seit dem Zeitpunkt T1 verstrichen ist, wird der Schalter 93 ausgeschaltet. Weil die Spannungen, die an den Festelektroden 116a, 116b anliegen, sich nicht ändern, ändert sich die Ausgangsspannung ebenfalls nicht.
Hier ändern sich die Ausgangsspannungen gemäß einer Änderung des Kapazitätsunterschieds von CS1, CS2, das heißt, entsprechend der Größe der Beschleunigung, die auf den Gewichtsabschnitt 110 wirkt. Daher kann die Größe der Beschleunigung unter Nutzung der Ausgangsspannung erfasst werden. Das heißt, die Ausgabe wird aufgrund der Änderung der Kapazität (CS1–CS2) erzeugt, die von den Änderungen der Abstände zwischen den beweglichen Elektroden 111a, 111b und den Festelektroden 116a, 116b herrührt.
Wie in 98 gezeigt, ist hier das Trägersubstrat 140, das aus der ersten Halbleiterschicht 103a und dem eingebetteten Oxidfilm 104 zusammengesetzt ist, über einen Klebstoff 107 auf Silizium-Basis oder Epoxyd-Basis fest an ein aus Keramik bestehendes Gehäuse 106 auf der Rückseite der ersten Halbleiterschicht 103a (auf einer der eingebetteten Oxidschicht 104 gegenüberliegenden Seite) angebracht. Weil jedoch angenommen werden kann, dass das Trägersubstrat 140 aus metallischen Systemmaterial besteht und der Klebstoff 107, der das Trägersubstrat 104 an das Gehäuse 106 klebt, aus Harzmaterial besteht, sind das Trägersubstrat 140 und der Klebstoff 107 in ihren physikalischen Eigenschaften unterschiedlich.
Insbesondere unterscheiden sich das Trägersubstrat 140 und der Klebstoff 107 im thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Aufgrund dessen ist eine Verformungsgröße des Trägersubstrats 140 von der des Klebstoffs 107 aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten verschieden, wenn sich die Betriebstemperatur des Beschleunigungssensors 100 ändert.
Wenn beispielsweise die Betriebstemperatur des Beschleunigungssensors 100 von einer Raumtemperatur verringert wird, schrumpft der Klebstoff 107 stärker als das Trägersubstrat 140, weil der thermische Ausdehnungskoeffizient des Klebstoffs 107 größer als der des Trägersubstrats 140 ist. Als Ergebnis verzieht sich das Trägersubstrat 140 an den Seiten des Gehäuses 106 konvex.
Der thermische Ausdehnungskoeffizient des aus Keramik bestehenden Gehäuses 106 ist im Vergleich zu dem des Klebstoffs 107 dem des Trägersubstrats 140 sehr ähnlich. Daher kann die Auswirkung des Unterschieds in thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Gehäuse 106 und dem Trägersubstrats 140 auf das Trägersubstrat 140 in der vorliegenden Ausführungsform vernachlässigt werden.
Die thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Siliziums, das die ersten und zweiten Halbleiterschichten 103a, 103b bildet, des Klebstoffs 107, und des Gehäuses 106 sind genauer jeweils 2,5 ppm/°C, 100–300 ppm/°C und 7,7 ppm/°C. Somit ist der Unterschied des thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Silizium und dem Klebstoff 107 groß. Weil der bewegliche Abschnitt 108 und die Festelektroden 106a, 106b vom Trägersubstrat 140 gestützt werden, das aus der ersten Halbleiterschicht 103a und dem eingebetteten Oxidfilm 104 zusammengesetzt ist, wird der von der Temperaturänderung verursachte Verzug des Träger substrats 140 von einem Verzug des beweglichen Abschnitts 108 und der Festelektroden 106a, 106b begleitet.
Als Nächstes werden unter Bezug auf die in den 11A bis 11D gezeigten Schaubilder Fälle erläutert, in denen das Trägersubstrat 40 durch Kräfte verschoben wird.
Wie in 11A gezeigt, bewegt sich der bewegliche Abschnitt 108 in einer Richtung schräg nach oben von der Position ”108a” in die Position ”108b”, wenn das Trägersubstrat kräftig verschoben (deformiert) wird, wenn beispielsweise die Breite des rahmenförmigen Trägersubstrats 140 (die Breite des Trägersubstrats 140, an dem das Ankerteil 113a oder 113b befestigt ist) nicht gleichbleibend ist, wie in 11B gezeigt, wenn die Breite des unteren Abschnitts des Trägersubstrats 140 größer als die Breite seines oberen Abschnitts ist.
Wenn sich der bewegliche Abschnitt 108 von der Pasition 108a in die Position 108b bewegt, ändern sich die Abstände zwischen den beweglichen Elektroden 111a, 111b und den Festelektroden 116a, 116b, und verändern die Sensorausgabe. Das heißt, dass sich die Kapazitätsdifferenz (CS1–CS2) zwischen den Kapazitäten CS1, CS2 verändert. Dieses Ergebnis wird in 12 als Vergleichsbeispiel mit einer gestrichelten Linie gezeigt. In 12 zeigt eine horizontale Achse den Betrag der kraftverursachten Verschiebung des Trägersubstrats 140, und eine senkrechte Achse zeigt die Veränderung der Ausgabe an. Die jeweiligen gegenüberliegenden Bereiche zwischen den beweglichen Elektroden 111a, 111b und Festelektroden 116a, 116b verändern sich in diesem Fall ebenso. Weil jedoch die Veränderungen ungefähr gleich sind, ist der Effekt nicht signifikant.
In diesem Zusammenhang wird in der vorliegenden Ausführungsform, wie in 11C gezeigt, die Breite des Trägersubstrats 140 in Richtung der Verschiebung X des beweglichen Abschnitts 108, der die beweglichen Elektroden 111a, 111b umfaßt, gleichbleibend hergestellt. Entsprechend ist, wie in 11D gezeigt, die Verschiebung ungefähr senkrecht zur Verschiebungsrichtung X und der bewegliche Abschnitt 108 wird kaum in der Verschiebungsrichtung X verschoben, obwohl der bewegliche Abschnitt 108 insgesamt nach oben (das heißt, in 11D aus dem Papier heraus) verschoben wird.
Die Abstände zwischen den beweglichen Elektroden 111a, 111b und den Festelektroden 116a, 116b ändern sich in diesem Fall nicht. Daher kann die Veränderung des Kapazitätsunterschieds (CS1–CS2) unterdrückt werden, auch wenn sich die Temperatur ändert und das Trägersubstrat 140 dadurch verzogen wird. Als Ergebnis kann die durch die Temperaturänderung verursachte Ausgabeveränderung unterdrückt werden, wie durch die durchgezogene Linie in 12 gezeigt.
Wenn der bewegliche Abschnitt 108 verschoben wird, sind die Verformungsgröße des Gewichtsabschnitts 110, der von den Balkenabschnitten 112a, 112b gestützt wird, und die Verformungsgrößen der beweglichen Elektroden 111a, 111b klein, weil sich vorwiegend die in 9A gezeigten Stababschnitte 112a, 112b verformen.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Breite des Trägersubstrats 140 in der Richtung der Verschiebung X des beweglichen Abschnitts 108 gleichbleibend. Die Toleranzen der Differenz zwischen den Breiten A1 und A2 des Trägersubstrats 140 sollten jedoch unter Berücksichtigung der Fertigungstoleranzen beispielsweise bei der Bildung des Durchgangslochs 102a und beim Schneiden bis zu 30 μm betragen.
Um die Veränderung der Ausgabe zu unterdrücken, ist die Differenz zwischen den Breiten A1 und A2 des Trägersubstrats 140 bevorzugt 15% oder weniger der kleineren davon. Noch besser ist ein Unterschied von 10% oder weniger. Um die Variation der Ausgabe deutlich zu reduzieren, sollte der Unterschied 7% oder weniger betragen. Beispielsweise ist in der vorliegenden Ausführungsform A1 320 μm und A2 340 μm.
Zudem ist in der vorliegenden Ausführungsform die Breite des Trägersubstrats 140 in der Richtung senkrecht zur Verschiebungsrichtung X des beweglichen Abschnitts 108 ebenfalls gleichbleibend.
Wenn die Breite des Trägersubstrats 140 in der Richtung senkrecht zur Verschiebungsrichtung X nicht gleichbleibend ist, verändern sich die gegenüberliegenden Bereiche zwischen den beweglichen Elektroden 111a, 111b und den Festelektroden 116a, 116b aufgrund des Unterschieds der Verzugsgröße zwischen den Festelektroden 116a, 116b, wenn das Trägersubstrat 140 durch die Temperaturänderung verformt wird. Die Änderungen der gegenüberliegenden Bereiche wirken sich auf die Erfassungskapazitäten CS1, CS2 unterschiedlich aus, was zu einer Veränderung der Ausgabe führt.
Daher wird in der vorliegenden Ausführungsform die Breite des Trägersubstrats 140 in der Richtung senkrecht zur Verschiebungsrichtung X ebenfalls gleichbleibend ausgeführt (B1 = B2), sodass die Größe der Verschiebung der Festelektroden 116a, 116b gleich wird. Als ein Ergebnis werden die Änderungen der gegenüberliegenden Bereiche zwischen den beweglichen Elektroden 111a, 111b und den Festelektroden 116a, 116b ebenfalls gleichbleibend, wodurch eine Veränderung der Ausgabe verhindert wird. Zwischen den Breiten B1, B2 des Trägersubstrats 140 ist ebenso wie vorstehend zwischen dessen Breiten A1, A2 beschrieben ein bestimmter Unterschied tolerierbar.
Unter Bezug auf 9A fällt die Mitte (die Mittellinie) des beweglichen Abschnitts 108 mit der Mittellinie C des Trägersubstrats 140 zusammen. Das bedeutet, dass die Ankerteile 113a, 113b des beweglichen Abschnitts 108 auf der Mittellinie C liegen.
Wie vorstehend beschrieben, wird die Verformung des Trägersubstrats 140 von der Verformung des beweglichen Abschnitts 108 begleitet, weil der bewegliche Abschnitt 108 vom Trägersubstrat 140 gehalten wird. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Verschiebung des beweglichen Abschnitts 108 gleichbleibend, auch wenn sich das Trägersubstrat 140 mit der Temperaturänderung verzieht, weil die Mitte des beweglichen Abschnitts 108 auf der Mittellinie C des Trägersubstrats 140 positioniert wird. Als ein Ergebnis kann die Verschiebung der beweglichen Elektroden 111a, 111b gegenüber den Seiten der Festelektroden 116a, 116b verhindert werden. Die durch die Verschiebungen der beweglichen Elektroden 111a, 111b hervorgerufenen Kapazitätsänderungen können reduziert werden, um die auf der Temperaturänderung beruhende Ausgabeveränderung zu verhindern.
Insbesondere ist der bewegliche Abschnitt 108 in Bezug auf die Mittellinie des Trägersubstrats 140 symmetrisch. Daher wird die Verformung, die durch das Verziehen des Trägersubstrats 140 hervorgerufen wird (und zu Veränderungen der gegenüberliegenden Bereiche zwischen den beweglichen Elektroden 111a, 111b und den Festelektroden 116a, 116b führt) mit Bezug auf die Festelektroden 116a, 116b gleichbleibend. Daher können die Veränderungen der gegenüberliegenden Bereiche durch den differenziellen Ausgang (CS1–CS2) kompensiert werden.
Zudem ist die Breite in der Richtung der Seiten des Rahmens des Trägersubstrats 140, an dem die Ankerteile 113a, 113b befestigt sind, klein gehalten, um die Größe der Verschiebung zu verringern.
Zudem sind in der vorliegenden Ausführungsform die Festelektrodenunterstützungsteile 115a, 115b in Bezug auf den Mittelpunkt CC des Trägersubstrats 140 punktsymmetrisch. Weil die Festelektroden-trägerabschnitte, die die Festelektroden 116a, 116b unterstützen, durch das Trägersubstrat 140 unterstützt werden, wird die Verformung des Trägersubstrats 140 von den Verformungen der Festelektrodenträgerabschnitte 115a, 115b, begleitet.
In diesem Zusammenhang werden die Verformungen der Festelektrodenträgerabschnitte 115a, 115b gleichbleibend, auch wenn das Trägersubstrat 140 durch die Temperaturänderung verformt wird, wenn die Festelektrodenträgerabschnitte 115a, 115b in Bezug auf den Mittelpunkt CC des Trägersubstrats 140 punktsymmetrisch sind. Als ein Ergebnis können die Verschiebungen der Festelektroden 116a, 116b bezüglich der Seiten der beweglichen Elektroden 111a, 111b verhindert werden. Folglich können die Veränderungen der Kapazitäten, die durch die Verschiebungen der Festelektrodenträgerabschnitte 115x, 115b verursacht werden, verringert werden, wodurch die Veränderung der Ausgabe verhindert wird, die durch die Temperaturänderung verursacht ist.
Noch genauer wird die Größe der Verformung des ersten Festelektrodenträgerabschnitts 115a gleich der des zweiten Festelektrodenträgerabschnitts 115b, und die Veränderungen der gegenüberliegenden Bereiche zwischen den beweglichen Elektroden 111a und den Festelektroden 116a und zwischen den beweglichen Elektroden 111b und den Festelektroden 116b, die durch diese Verformung verursacht sind, werden einander gleich. Im Ergebnis kann dieser Effekt durch die differenzielle Ausgabe (CS1–CS2) kompensiert werden.
In der vorliegenden Ausführungsform weist das Trägersubstrat 140 eine quadratische ebene Form auf. Wenn die ebene Form des Trägersubstrats 140 unregelmäßig ist, sind die Verschiebungen des beweglichen Abschnitts 108 und der Festelektroden 116a, 116b, die vom Trägersubstrat 140 unterstützt werden, nicht gleichbleibend, so dass sich die Abstände zwischen den beweglichen Elektroden 111a, 111b und den Festelektroden 116a, 116b verändern.
In der vorliegenden Ausführungsform sind jedoch die Verschiebungen des beweglichen Abschnitts 108 und der Festelektroden 116x, 116b gleichbleibend, so dass die Veränderungen der Abstände zwischen den beweglichen Elektroden 111a, 111b und den Festelektroden 116a, 116b reduziert werden können, auch wenn sich das Trägersubstrat 140 mit der Temperaturänderung verzieht, weil die ebene Fläche des Trägersubstrats 140 ein Quadrat ist. Dies führt zu verringerten Veränderungen der Kapazitäten, die durch die Verschiebungen der bewegliche Teile 108 und der Festelektroden 116a, 116b hervorgerufen werden. Zudem ändern sich die gegenüberliegenden Bereiche zwischen den beweglichen Elektroden 111a, 111b und den Festelektroden 116a, 116b, wenn sich das Trägersubstrat 140 mit der Temperaturänderung verformt; durch Anpassen der vorstehend beschriebenen Struktur werden jedoch die Änderungen der gegenüberliegenden Bereiche gleichbleibend.
Wie vorstehend beschrieben, weist die vorliegende Ausführungsform die folgenden 5 Merkmale auf, dass:

(a) die Breite des Trägersubstrats 140 in der Verschiebungsrichtung X des beweglichen Abschnitts 108 gleichbleibend ist;
(b) die Breite des Trägersubstrats 140 in der Richtung, in der die Festelektroden 116a, 116b unterstützt werden, gleichbleibend ist;
(c) die Mittellinie (die durch die Ankerteile 113a, 113b bestimmte Achse) des beweglichen Abschnitts 108 fällt mit der Mittellinie C des Trägersubstrats 140 zusammen;
(d) die Festelektrodenträgerabschnitte 115a, 115b in Bezug auf den Mittelpunkt des Trägersubstrats 140 punktsymmetrisch sind; und
(e) die eben Form des Trägersubstrats 140 quadratisch ist.

Von den obigen Merkmalen (a) bis (e) zielen die Merkmale (b) bis (e) darauf ab, die Veränderungen der gegenüberliegende Bereiche zwischen den beweglichen Elektroden 111a, 111b und den Festelektroden 116a, 116b jeweils an den Seiten der Erfassungskapazitäten CS1, CS2 auszugleichen. Das Merkmal (a) zielt darauf ab, die Veränderungen des Abstands zwischen den beweglichen Elektroden 111a, 111b und den Festelektroden 116a, 116b zu verhindern. Der Effekt durch die Verschiebungen der Festelektroden 116a, 116b kann prinzipiell verringert werden, indem die differenzielle Ausgabe verwendet wird; die Verschiebungen der beweglichen Elektroden 111a, 111b beeinflussen jedoch direkt die differenzielle Ausgabe. Daher weist der Sensor bevorzugt mindestens das Merkmal (a) auf. Hier sollte angemerkt sein, dass es nicht immer notwendig ist, dass der Sensor alle obigen Merkmale (a) bis (e) aufweist.
Im Folgenden wird hier ein Verfahren zur Herstellung des Beschleunigungssensors 100 mit der obigen Struktur unter Bezug auf die 13A bis 13F erläutert.
Zunächst wird, wie in 13A gezeigt, das SOI-Substrat 105 vorbereitet. Das SOI-Substrat 105 weist eine Struktur auf, in der die zweite Halbleiterschicht 103b auf der ersten Halbleiterschicht 103a als eine Basis mit dem dazwischen eingebetteten Oxidfilm 104 gebildet wird.
Nachfolgend wird, wie in 13B gezeigt, ein Elektrodenanschlußbildungsschritt durchgeführt. Im Elektrodenanschlußbildungsschritt wird Aluminium auf der gesamten Oberfläche der zweiten Halbleiterschicht 103b abgeschieden, um eine dünne Schicht zu bilden, und die dünne Aluminiumschicht wird durch Photolithographie und Ätztechnik strukturiert, wodurch die Elektrodenanschlüsse 114 (114a, 114b, 114c, 114d) gebildet werden. Dieser Elektrodenanschlußbildungsschritt kann optional eine Wärmebehandlung (Sintern) einbeziehen, um einen Ohm'schen Kontakt der Elektrodenanschlüsse 114 zu erhalten.
In diesem Zustand wird ein Maßanpassungsschritt durchgeführt. Im Maßanpassungsschritt werden Schleif- und Poliervorgänge an der Oberfläche der Halbleiterschicht 103a (die Oberfläche auf der dem eingebetteten Oxidfilm 104 gegenüberliegenden Seite) durchgeführt, um die Dicke der ersten Halbleiterschicht 103a anzupassen. So wird die Dicke der ersten Halbleiterschicht 103a gesteuert, um eine Ätztiefe zum Bilden des Durchgangslochs 102a durch anisotopes Ätzen zu verringern, und um eine Dimensionsvergrößerung des Chipdesigns durch das anisotrope Ätzen zu verhindern.
Nachfolgend wird, wie in 13C gezeigt, ein Maskenbildungsschritt durchgeführt. Im Maskenbildungsschritt wird ein Siliziumnitritfilm durch ein plasmaunterstütztes CVD-Verfahren auf der gesamten Oberfläche der ersten Halbleiterschicht 103a (die Oberfläche auf der dem eingebetteten Oxidfilm 104 gegenüberliegenden Seite) abgeschieden und danach der Siliziumnitritfilm durch die Photolithographie- und Ätztechniken strukturiert. Entsprechend wird eine Maske 18 zum Bilden des Durchgangslochs 102A mittels Ätzen vorgesehen. Die Maske kann aus anderen Materialien wie Siliziumoxid und Resist zusätzlich zu Siliziumnitrit bestehen. So wird die Maske 18, die dort offen ist, wo der Öffnungsabschnitt 102A und der bewegliche Abschnitt 108 gebildet wird, auf der rückseitigen Oberfläche des SOI-Substrats 105 vorgesehen.
Dann wird wie in 13D gezeigt, ein Grabenbildungsschritt durchgeführt. Im Grabenbildungsschritt wird ein Resist 119 auf der zweiten Halbleiterschicht 103 mit einer bestimmten Struktur (die dem beweglichen Teil 108 und dem freitragenden Festelektrodenstrukturen 109A, 109B zugeordnet ist) gebildet, während die Elektrodenanschlüsse 114 abgedeckt sind. In diesem Zustand wird in einer Trockenätzvorrichtung unter Nutzung des Resists 119 als einer Maske anisotropes Ätzen durchgeführt. Entsprechend werden in der zweiten Halbleiterschicht 103b die Gräben 120 gebildet, die bis zum eingebetteten Oxidfilm 104 reichen. Die Gräben 120 enthalten die Durchgangslöcher 117, die in 9A gezeigt sind. Die Maske kann zusätzlich zu Resist aus anderen Materialien wie Siliziumoxid und Siliziumnitrit hergestellt werden.
Als nächstes wird, wie in 13E gezeigt, ein erster Ätzschritt durchgeführt. Im ersten Ätzschritt wird ein anisotropes Ätzen auf der Oberfläche der ersten Halbleiterschicht 103a (auf der dem eingebetteten Oxidfilm 104 gegenüberliegenden Seite) unter Nutzung der Maske 118 und einer wässrigen anisotropischen Ätzlösung, wie einer wässrigen KOH-Lösung, durchgeführt.
Wenn in diesem Schritt das anisotrope Ätzen nach der Entfernung der ersten Halbleiterschicht 103a zum eingebetteten Oxidfilm 104 vordringt, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass der eingebettete Oxidfilm 104 durch den Druck der Ätzlösung bricht und die zweite Halbleiterschicht 103b beschädigt wird. Daher wird die Ätzzeit so gesteuert, dass das anisotrope Ätzen zu der Zeit gestoppt wird, wenn der eingebettete Oxidfilm 104 offenliegt. Noch genauer kann die Ätzzeit auf der Grundlage einer Berechnung mittels der Dicke der ersten Halbleiterschicht 103a und einer Ätzrate der Ätzlösung gesteuert werden.
Folglich wird das Durchgangsloch 102A in der ersten Halbleiterschicht 103a wie in 13E gezeigt durch diesen ersten Ätzschritt gebildet. Die Maske 108 wird nach dem Beenden des ersten Ätzschritts entfernt.
Dann wird, wie in 13F gezeigt, ein zweiter Ätzschritt durchgeführt. Im zweiten Ätzschritt wird in einem Zustand, in dem die Ätzrate der im Grabenbildungsschritt verwendeten Ätzvorrichtung verändert wird, Trockenätzen auf der Rückseite des eingebetteten Oxidfilms 104 (auf der Seite der ersten Halbleiterschicht 103a) durchgeführt, um dadurch den eingebetteten Oxidfilm 104 zu entfernen. Als Ergebnis wird das Durchgangsloch 102b gebildet, der bewegliche Abschnitt 108 beweglich ausgeführt und die freitragenden Festelektrodenstrukturen 109a, 109b werden durch den zweiten Ätzschritt durch die Festelektrodenträgerabschnitte 115a, 115b frei getragen.
Nach der Durchführung des zweiten Ätzschritts wird das SOI-Substrat 105 mittels eines Silikonsystem- oder Epoxydsystemklebers 107 an das aus Keramik bestehende Gehäuse 106 geklebt. Danach wird ein Trennschritt durchgeführt, um das SOI-Substrat 105 in Sensorchips zu trennen. Dadurch wird die Herstellung des Beschleunigungssensors 100 vom Kapazitätstyp beendet.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die vorher beschriebene bevorzugte Ausführungsform gezeigt und beschrieben wurde, ist es für den Fachmann offensichtlich, dass Änderungen in Form und Details durchgeführt werden können, ohne vom in den beigefügten Ansprüchen dargestellten Anwendungsbereich der Erfindung abzuweichen.
Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung auf verschiedene Halbleitersensoren für dynamische Größen zum Erfassen dynamischer Größen wie einen Winkelgeschwindigkeitssensor, einen Giersensor und einen Drucksensor zusätzlich zu einem Beschleunigungssensor angewendet werden.

Claims

Halbleitersensor für eine dynamische Größe, der Folgendes umfasst: ein Trägersubstrat (20), das einen Öffnungsabschnitt (21) aufweist, der auf einer Oberfläche desselben offen ist; erste und zweite Trägerabschnitte (34a, 34b) für bewegliche Elektroden, die an dem Trägersubstrat befestigt sind; eine bewegliche Elektrode (30), die durch die ersten und zweiten Trägerabschnitte für bewegliche Elektroden gehalten wird, um in Übereinstimmung mit einer darauf wirkenden dynamischen Größe verschoben zu werden; erste und zweite Festelektrodenträgerabschnitte (41a, 41b, 51a, 51b), die an dem Trägersubstrat befestigt sind; und eine Festelektrode (40, 50), die durch die ersten und zweiten Festelektrodenträgerabschnitte gehalten wird und der beweglichen Elektrode mit einem Erfassungsabstand (60), der zwischen beiden definiert ist, gegenüberliegt, wobei der Erfassungsabstand verändert wird, um die dynamische Größe zu erfassen, wenn die bewegliche Elektrode verschoben wird, wobei die ersten und zweiten Trägerabschnitte für bewegliche Elektroden auf gegenüberliegenden Seiten des Öffnungsabschnitts vorgesehen sind, und die beiden Festelektrodenträgerabschnitte (41a, 41b, 51a, 51b) jeder Festelektrode (40, 50) auf jeweils gegenüberliegenden Seiten des Öffnungsabschnitts (21) vorgesehen sind.
Halbleitersensor für dynamische Größen nach Anspruch 1, wobei eine Achse, die die ersten und zweiten Trägerabschnitte für bewegliche Elektroden verbindet, parallel zu einer Achse ist, die die ersten und zweiten Festelektrodenträgerabschnitte verbindet.
Halbleitersensor für dynamische Größen nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Öffnungsabschnitt rechteckig ist.
Halbleitersensor für dynamische Größen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: die bewegliche Elektrode einen Gewichtsabschnitt (31), der an seinen beiden Enden mit den ersten und zweiten Trägerabschnitten für bewegliche Elektroden verbunden ist, und einen Stababschnitt (32) aufweist der aus dem Gewichtsabschnitt hervorragt; die Festelektrode einen Verbindungsabschnitt (42, 52) aufweist, der an seinen beiden Enden mit den ersten und zweiten Festelektrodenträgerabschnitten verbunden ist, und einen Stababschnitt (43, 53) aufweist, der von dem Verbindungsabschnitt hervorragt und eine Seitenfläche aufweist, die einer Seitenfläche des Stababschnitts der beweglichen Elektrode gegenüberliegt.
Halbleitersensor für dynamische Größen nach Anspruch 4, wobei der Verbindungsabschnitt der Festelektrode einen gebogenen Abschnitt (44, 54) aufweist, der derart gebogen ist, dass er sich zu einem der ersten und zweiten Trägerabschnitte für bewegliche Elektroden hin erstreckt.
Halbleitersensor für dynamische Größen nach Anspruch 4, wobei die Festelektrode zwei Stababschnitte aufweist, die jeweils von dem Verbindungsabschnitt hervorragen; und der Verbindungsabschnitt an einem Abschnitt, der die beiden Stababschnitte verbindet, verbreitert ist.
Halbleitersensor für dynamische Größen, der Folgendes umfasst: ein Rahmenteil (103a), das ein Durchgangsloch (102a) aufweist; eine bewegliche Elektrode (111a, 111b), die von dem Rahmenteil durch einen Balkenabschnitt (112a, 112b) gehalten wird, um durch eine darauf wirkende dynamische Größe in einer Verschiebungsrichtung (X) verschoben zu werden, wobei die bewegliche Elektrode (111a, 111b) eine Erfassungsoberfläche aufweist; und eine Festelektrode (116a, 116b), die von dem Rahmenteil gehalten wird und eine Erfassungsoberfläche aufweist, die der Erfassungsoberfläche der beweglichen Elektrode gegenüberliegt, wobei ein Erfassungsabstand definiert ist, der verändert wird, um die dynamische Größe zu erfassen, wenn die bewegliche Elektrode durch die dynamische Größe verschoben wird, wobei eine Breite (A1, A2) des Rahmenteils, die an einer ersten Seite entlang der Verschiebungsrichtung von einer Kante des Lochs (102a) aus gemessen wird, und eine Breite (A2) des Rahmenteils, die von der Kante des Lochs an einer gegenüberliegenden Seite gemessen wird, in der Verschiebungsrichtung der beweglichen Elektrode gleich groß sind.
Halbleitersensor für dynamische Größen nach Anspruch 7, wobei das Rahmenteil mittels eines Klebstoffs (107), der einen thermischen Expansionskoeffizienten aufweist, der sich von dem des Rahmenteils unterscheidet, auf einem Sockelabschnitt (106) befestigt ist.
Halbleitersensor für dynamische Größen nach Anspruch 7 oder 8, wobei die bewegliche Elektrode bezüglich einer Mittellinie des Rahmenteils symmetrisch ist.
Halbleitersensor für dynamische Größen nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei: die Festelektrode aus einer ersten Festelektrode und einer zweiten Festelektrode besteht, die auf beiden Seiten der beweglichen Elektrode angeordnet sind und eine erste Kapazität (CS1) bzw. eine zweite Kapazität (CS2) mit der beweglichen Elektrode bilden; sich die erste Kapazität in einer anderen Richtung als die zweite Kapazität verändert, wenn die bewegliche Elektrode verschoben wird, so dass ein Kapazitätsunterschied zwischen der ersten Kapazität und der zweiten Kapazität ausgegeben wird um eine dynamische Größe zu erfassen; und ein erster Abschnitt des Rahmenteils, der die erste Festelektrode hält, eine Breite aufweist, die gleich zu der eines zweiten Abschnitts des Rahmenteils ist, der die zweite Festelektrode hält.
Halbleitersensor für dynamische Größen nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei: die Festelektrode aus ersten und zweiten Festelektroden besteht, die auf beiden Seiten der beweglichen Elektrode angeordnet sind; jede der ersten und zweiten Festelektroden einen Trägerabschnitt (115a, 115b), der an dem Rahmenteil befestigt ist, und einen kammförmigen Elektrodenabschnitt (116a, 116b) aufweist, der sich von dem Trägerabschnitt zu der beweglichen Elektrode erstreckt; und der Trägerabschnitt der ersten Festelektrode und der Trägerabschnitt der zweiten Festelektrode bezüglich eines Mittelpunkts des Rahmenteils punktsymmetrisch sind.
Halbleitersensor für dynamische Größen nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei das Rahmenteil quadratisch ist.