DE102005038914B4

DE102005038914B4 - Sensor für eine physikalische Grösse, der einen beweglichen Abschnitt aufweist

Info

Publication number: DE102005038914B4
Application number: DE102005038914A
Authority: DE
Inventors: Takeshi Nishio Ito; Minoru Kariya Murata
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2004-08-17
Filing date: 2005-08-17
Publication date: 2008-09-11
Anticipated expiration: 2025-08-18
Also published as: DE102005038914B8; DE102005038914A1; US20060055096A1; US7302847B2

Abstract

Winkelgeschwindigkeitssensor, der aufweist:
ein Trägersubstrat (1a);
eine Halbleiterschicht (1b), die auf dem Trägersubstrat (1a) abgestützt ist; und
einen beweglichen Abschnitt (20, 30), der in der Halbleiterschicht (1b) angeordnet ist, wobei
der bewegliche Abschnitt (20, 30) auf dem Trägersubstrat (1a) beweglich abgestützt ist,
der bewegliche Abschnitt (20, 30) einen Anregungs-Schwingabschnitt (20) und einen Erfassungs-Schwingabschnitt (30) enthält,
der Anregungs-Schwingabschnitt (20) in der Lage ist, in einer Anregungs-Schwingrichtung (X) zu schwingen,
der Erfassungs-Schwingabschnitt (30) in der Lage ist, durch eine auf den Sensor aufgebrachte Winkelgeschwindigkeit in einer Erfassungs-Schwingrichtung (Y) zu schwingen,
die Erfassungs-Schwingrichtung (Y) senkrecht zu der Anregungs-Schwingrichtung (X) ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Anregungs-Schwingabschnitt (20) eine Mehrzahl von Durchgangslöchern (20a) aufweist, welche in einer Dickenrichtung der Halbleiterschicht (1b) hindurchdringen,
der Erfassungs-Schwingabschnitt (30) eine Mehrzahl von Durchgangslöchern (30a) aufweist, welche in der Dickenrichtung der Halbleiterschicht (1b) hindurchdringen,
jedes Durchgangsloch (20a) des...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Sensoren für physikalische Größen mit einem beweglichen Abschnitt.
Ein Beispiel eines Sensors für eine physikalische Größe ist ein Winkelgeschwindigkeitssensor. Als diese Art von Winkelgeschwindigkeitssensoren gibt es Winkelgeschwindigkeitssensoren, die im Allgemeinen durch Einsatz von Halbleitersubstraten hergestellt werden. Bei Winkelgeschwindigkeitssensoren für allgemeine Zwecke ist ein solcher Sensor vorgeschlagen worden, bei welchem eine bewegliche Einheit durch eine Vibrations- bzw. Schwingeinheit für Antriebs- bzw. Anregungszwecke, die entlang einer ersten Richtung in Schwingung versetzt wird, und eine Schwingeinheit für Erfassungszwecke, die entlang einer zweiten Richtung, die zu der ersten Richtung senkrecht ist, durch eine Corioliskraft in Schwingung versetzt wird, aufgebaut ist. Hierbei wird die Corioliskraft durch Aufbringen einer Winkelgeschwindigkeit auf den Sensor erzeugt, wenn die Schwingeinheit für Anregungszwecke entlang der ersten Richtung in Schwingung versetzt wird. Ein solcher Winkelgeschwindigkeitssensor ist beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2001-91265 offenbart, die dem US-Patent Nr. 6,450,033 entspricht.
Bei einem solchen Winkelgeschwindigkeitssensor ist die bewegliche Einheit so ausgebildet, dass sie von einem Trägersubstrat durch Ätzen einer durch das Trägersubstrat gestützten bzw. abgestützten Halbleiterschicht gelöst ist. Beispielsweise ist ein Winkelgeschwindigkeitssensor vorgeschlagen worden, der ein SOI-(Silizium-auf-Isolator)-Substrat einsetzt, welches durch Verkleben beider Siliziumsubstrate über einen Oxidfilm miteinander hergestellt ist. Ein solcher Winkelgeschwindigkeitssensor ist beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2001-133268 offenbart.
Der Winkelgeschwindigkeitssensor entspricht einem Winkelgeschwindigkeitssensor vom Typ einer Stirnflächenbearbeitung. Bei diesem Sensor wird, während eines der Siliziumsubstrate zum Aufbauen des SOI-Substrats als ein Trägersubstrat eingesetzt wird, der bewegliche Abschnitt auf dem anderen Siliziumsubstrat durch Ausführen eines wohlbekannten Verarbeitungsverfahrens durch Feinstzerspanung bzw. Mikro-Materialbearbeitung wie etwa einen Prozess eines Ätzens eines Grabens und einen Prozess eines Ätzens einer Opferschicht bezüglich sowohl des anderen Siliziumsubstrats als auch des Oxidfilms von der Seite der Stirnfläche des anderen Siliziumsubstrats her ausgebildet.
Ferner werden bei dem Winkelgeschwindigkeitssensor vom Typ einer Stirnflächenbearbeitung (z. B. einem Gierratensensor), um den Ätzprozess mit hoher Effizienz auszuführen und das Gewicht der beweglichen Einheit zu reduzieren, eine Mehrzahl von Durchgangslöchern in einem großen Flächenabschnitt wie etwa einem Abschnitt der beweglichen Einheit, der nach dem Ätzen übrig bleibt, ausgebildet. Solches ist beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2001-99861 offenbart, die dem US-Patent Nr. 6,450,029 entspricht.
Andererseits wird bei dem Winkelgeschwindigkeitssensor mit einer solchen beweglichen Einheit die bewegliche Einheit, die auf dem Trägersubstrat gelöst ist, innerhalb beispielsweise der horizontalen Ebene entlang der Schichtebene der Halbleiterschicht, welche die bewegliche Einheit ausbildet, verschoben.
Insbesondere wird, während die bewegliche Einheit durch sowohl die Schwingeinheit für Anregungszwecke als auch die Schwingeinheit für Erfas sungszwecke gebildet wird, die Schwingeinheit für Anregungszwecke durch eine Anregungseinrichtung bzw. Antriebseinrichtung oder dergleichen entlang der ersten Richtung in Schwingung versetzt, während die Schwingeinheit für Erfassungszwecke entlang der zweiten Richtung senkrecht zu der ersten Richtung in Schwingung versetzt wird, indem hierauf die Winkelgeschwindigkeit aufgebracht wird, wenn diese Schwingeinheit für Anregungszwecke entlang der ersten Richtung in Schwingung versetzt wird.
Bei dem Winkelgeschwindigkeitssensor, der sowohl die Schwingeinheit für Anregungszwecke als auch die Schwingeinheit für Erfassungszwecke als die variable Einheit aufweist, sind mehrere Durchgangslöcher so ausgebildet, dass sie entlang der Dickenrichtung der Halbleiterschicht durch die bewegliche Einheit hindurchdringen, um die Effizienz des Ätzprozesses zu verbessern und das Gewicht der beweglichen Einheit zu reduzieren.
Bei dem herkömmlichen Winkelgeschwindigkeitssensor sind jedoch, nachdem die Muster dieser Durchgangslöcher durch Berücksichtigen nur der Einheitlichkeit des Ätzens vorgesehen sind, die Muster der auszubildenden Durchgangslöcher jeweils in der Schwingeinheit für Anregungszwecke als auch in der Schwingeinheit für Erfassungszwecke die selben.
Als ein typisches Muster von Durchgangslöchern im Stand der Technik, wie es in 4A und 4B angegeben ist, werden derartige matrixartige Muster sowohl in einer Schwingeinheit für Anregungszwecke 20 als auch in einer Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30 eingesetzt, bei welchen Längsrichtungen der Durchgangslöcher 20a, die rechteckige Formen aufweisen, entlang der gleichen Richtung miteinander ausgerichtet sind.
In dem Fall, dass die matrixartigen Muster der Durchgangslöcher 20a, die in der Schwingeinheit für Anregungszwecke 20 ausgebildet sind, identisch zu denen sind, die in der Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30 ausgebildet sind, wird eine Abschwächung von Schwingungen, insbesondere eine Dämpfung von Schwingungen aufgrund eines Einflusses von Luftwirbeln, die während Schwingung der Schwingeinheit in Kantenabschnitten von Öffnungen der Durchgangslöcher 20a erzeugt werden, in Abhängigkeit von einer Schwingungsrichtung der Schwingeinheit erzeugt.
Beispielsweise wird bei den Durchgangslochmustern, die in 4A und 4B gezeigt sind, die Schwingeinheit für Anregungszwecke 20 entlang einer Richtung X als einer ersten Richtung in Schwingung versetzt, während die Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30 entlang einer Richtung Y als einer zweiten Richtung in Schwingung versetzt wird. Bezüglich des matrixartigen Musters der Durchgangslöcher 20a wird der Einfluss der Dämpfung, wenn die Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30 entlang der Richtung X in Schwingung versetzt wird, erhöht.
Falls die Dämpfung so geschieht, dass sie in beiden Schwingeinheiten auftritt, werden aufgrund dieser Dämpfung Verluste an Schwingungsenergie erzeugt. Demzufolge besteht ein Risiko, dass die Schwingungen instabil werden. Es ist offensichtlich, dass dieses Risiko einen nachteiligen Einfluss auf die Sensoreigenschaften bzw. die Sensorcharakteristik hat.
Um die durch den Luftwiderstand und dergleichen verursachte Dämpfung zu vermeiden, werden die herkömmlichen Winkelgeschwindigkeitssensoren unter Vakuumbedingungen gehalten. Zu diesem Zweck ist die gesamte Struktur eines herkömmlichen Winkelgeschwindigkeitssensors durch ein Vakuumgehäuse versiegelt. Dieser Aufbau kann jedoch die Herstellungskosten des herkömmlichen Winkelgeschwindigkeitssensors erhöhen, was nicht wünschenswert ist.
Ferner sind Sensoren für mechanische Größen herkömmlicherweise durch ein Trägersubstrat, eine bewegliche Einheit und eine Randbefestigungseinheit aufgebaut. Die bewegliche Einheit wird auf dem Trägersubstrat unter einer Bedingung derart gehalten, dass die bewegliche Einheit von dem anzuordnenden Trägersubstrat getrennt ist. Die Randbefestigungseinheit ist an einem Randabschnitt der beweglichen Einheit auf dem Trägersubstrat angeordnet und ist an dem Trägersubstrat so befestigt, dass es gestützt wird.
Bei diesen Sensoren für mechanische Größen kann, wenn auf diesen Sensor eine mechanische Größe aufgebracht wird, die bewegliche Einheit entlang der horizontalen Richtung bezüglich der Ebene des Trägersubstrats verschoben werden. Dann erfasst dieser Sensor für eine mechanische Größe die aufgebrachte mechanische Größe auf der Grundlage des Verschiebungszustands der beweglichen Einheit, wenn die mechanische Größe auf diese aufgebracht wird.
Als ein solcher Sensor für mechanische Größen ist beispielsweise ein Winkelgeschwindigkeitssensor vorgeschlagen worden, der durch Bearbeiten eines Halbleitersubstrats ausgebildet ist. Ein solcher ist etwa in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2001-133268 offenbart worden.
Bei einem solchen Sensor für eine mechanische Größe wird, wenn dieser Sensor betrieben wird, an die bewegliche Einheit ein konstantes Potential angelegt und an eine Ansteuerungselektrode, welche gegenüber der beweglichen Einheit so angeordnet ist, dass sie der beweglichen Einheit gegenübersteht, eine Wechselspannung angelegt, um die bewegliche Einheit zu verschieben. Mit anderen Worten, bei dem herkömmlichen Sensor für eine mechanische Größe wird die bewegliche Einheit durch Ausnutzen einer elektrostatischen Anziehungskraft betrieben.
Bei dem Sensor für eine mechanische Größe wird das Trägersubstrat, das unter der beweglichen Einheit getrennt angeordnet ist, in den GND-Zustand gebracht, wenn der Sensor betrieben wird. Demzufolge wird, wenn der Sensor für eine mechanische Größe betrieben wird, zwischen der beweglichen Einheit und dem Trägersubstrat eine große Potentialdifferenz erzeugt. Daher besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass die bewegliche Einheit aufgrund der elektrostatischen Anziehungskraft an dem Trägersubstrat anhaftet, das heißt, ein Phänomen eines sogenannten "Hängens" auftritt.
In Anbetracht des vorstehend beschriebenen Problems ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Winkelgeschwindigkeitssensor zu schaffen. Der Sensor stellt eine stabile Schwingung zur Erfassung einer Winkelgeschwindigkeit mit hoher Genauigkeit bereit.
Ein Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 6 ist in der US 6,450,033 B1 offenbart. Weitere Informationen über den Stand der Technik sind der DE 101 30 237 A1 sowie der US 6,450,029 B1 zu entnehmen.
Ein Winkelgeschwindigkeitssensor enthält: ein Trägersubstrat; eine auf dem Trägersubstrat gestützte Halbleiterschicht; und einen in der Halbleiterschicht angeordneten beweglichen Abschnitt. Der bewegliche Abschnitt wird beweglich auf dem Trägersubstrat gestützt. Der bewegliche Abschnitt enthält einen Anregungs-Schwingabschnitt und einen Erfassungs-Schwingabschnitt. Der Anregungs-Schwingabschnitt ist in der Lage, in einer ersten Richtung zu schwingen. Der Erfassungs-Schwingabschnitt ist in der Lage, durch eine auf den Sensor aufgebrachte Winkelgeschwindigkeit in eine zweite Richtung in Schwingung versetzt zu werden. Die zweite Richtung ist senkrecht zu der ersten Richtung. Der Ansteuerungs-Schwingabschnitt enthält eine Mehrzahl von Durchgangslöchern, welche in einer Dickenrichtung der Halbleiterschicht hindurchdringen bzw. die Halbleiterschicht in einer Dickenrichtung hiervor durchdringen. Der Erfassungs-Schwingabschnitt enthält eine Mehrzahl von Durchgangslöchern, welche in der Dickenrichtung der Halbleiterschicht hindurchdringen. Jedes Durchgangsloch des Ansteuerungs-Schwingabschnitts weist eine längliche Gestalt auf, die sich in der ersten Richtung erstreckt. Jedes Durchgangsloch des Erfassungs-Schwingabschnitts weist eine längliche Gestalt auf, die sich in der zweiten Richtung erstreckt. Die erste Richtung ist eine Anregungs-Schwingrichtung, und die zweite Richtung ist eine Erfassungs-Schwingrichtung.
Bei dem Sensor erstreckt sich die längliche Gestalt der Durchgangslöcher sowohl des Anregungs-Schwingabschnitts als auch des Erfassungs-Schwingabschnitts jeweils in einer Richtung mit der Schwingungsrichtung. Daher wird der Luftwiderstand in diesen Richtungen reduziert, wenn der Abschnitt in Schwingung versetzt wird. Somit wird die Dämpfung sowohl des Anregungs-Schwingabschnitts als auch des Erfassungs-Schwingabschnitts reduziert, sodass die Schwingung sowohl des Anregungs-Schwingabschnitts als auch des Erfassungs-Schwingabschnitts stabilisiert werden kann. Demgemäß erfasst der Sensor eine Winkelgeschwindigkeit mit hoher Genauigkeit.
Vorzugsweise ist der Erfassungs-Schwingabschnitt durch einen Erfassungsbalken, der in der zweiten Richtung beweglich ist, mit dem Trägersubstrat verbunden und ist der Anregungs-Schwingabschnitt durch einen Anregungsbal ken, der in der ersten Richtung beweglich ist, mit dem Erfassungs-Schwingabschnitt verbunden.
Vorzugsweise stellen die Durchgangslöcher des Anregungs-Schwingabschnitts ein Ziegelmuster bereit und stellen die Durchgangslöcher des Erfassungs-Schwingabschnitts ein Ziegelmuster bereit. In besonders bevorzugter Weise stellen die Durchgangslöcher des Anregungs-Schwingabschnitts eine Mehrzahl von Zeilen bereit, von denen jede abwechselnd ausgerichtet ist bzw. die jeweils abwechselnd ausgerichtet sind, und stellen die Durchgangslöcher des Erfassungs-Schwingabschnitts eine Mehrzahl von Zeilen bereit, von denen jede abwechselnd ausgerichtet ist.
Vorzugsweise weist jedes Durchgangsloch des Anregungs-Schwingabschnitts eine rechteckige Gestalt auf, deren lange Seite parallel zu der ersten Richtung ist, und weist jedes Durchgangsloch des Erfassungs-Schwingabschnitts eine rechteckige Gestalt auf, deren lange Seite parallel zu der zweiten Richtung ist.
Ferner enthält ein Sensor für eine physikalische Größe: ein Trägersubstrat; einen auf dem Trägersubstrat derart unterstützten beweglichen Abschnitt, dass der bewegliche Abschnitt in einer horizontalen Richtung des Substrats beweglich ist, wenn eine physikalische Größe auf den Sensor aufgebracht wird; und einen um den beweglichen Abschnitt herum angeordneten und auf dem Trägersubstrat befestigten Randrahmenabschnitt. Die physikalische Größe wird auf der Grundlage einer Verschiebung des beweglichen Abschnitts erfasst, wenn die physikalische Größe auf den Sensor aufgebracht wird, und der Randrahmenabschnitt weist ein maximales elektrisches Potential auf, wenn der Sensor arbeitet.
Bei dem Sensor wird, nachdem der Randrahmenabschnitt das maximale elektrische Potential aufweist, dieses Potential von dem Randrahmenabschnitt aus an das Trägersubstrat angelegt. Demgemäß wird das Potential des Trägersubstrats im Vergleich mit einem herkömmlichen Sensor höher. Insbesondere ist das Potential des Trägersubstrats höher als der Massezustand. Somit wird die Potentialdifferenz zwischen dem beweglichen Abschnitt und dem Trägersubstrat kleiner, sodass ein Effekt eines Hängens zwischen dem beweglichen Abschnitt und dem Trägersubstrat unterdrückt wird.
Vorzugsweise enthält der Sensor ferner eine auf dem Trägersubstrat gestützte Halbleiterschicht. Der bewegliche Abschnitt und der Randrahmenabschnitt werden durch die Halbleiterschicht bereitgestellt. Der bewegliche Abschnitt enthält einen Anregungs-Schwingabschnitt und einen Erfassungs-Schwingabschnitt. Der Anregungs-Schwingabschnitt ist in der Lage, in einer ersten Richtung zu schwingen. Der Erfassungs-Schwingabschnitt ist in der Lage, durch eine auf den Sensor aufgebrachte physikalische Größe in eine zweite Richtung in Schwingung versetzt zu werden. Die zweite Richtung ist senkrecht zu der ersten Richtung. Der Anregungs-Schwingabschnitt enthält eine Mehrzahl von Durchgangslöchern, die in einer Dickenrichtung der Halbleiterschicht hindurchdringen. Der Erfassungs-Schwingabschnitt enthält eine Mehrzahl von Durchgangslöchern, welche in der Dickenrichtung der Halbleiterschicht hindurchdringen. Jedes Durchgangsloch des Anregungs-Schwingabschnitts weist eine längliche Gestalt auf, die sich in der ersten Richtung erstreckt, und jedes Durchgangsloch des Erfassungs-Schwingabschnitts weist eine längliche Gestalt auf, die sich in der zweiten Richtung erstreckt.
Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung, die mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen erstellt wurde, ersichtlicher werden. In den Zeichnungen:
ist 1 eine Draufsicht, welche einen Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
ist 2 eine Querschnittsansicht, welche den Sensor entlang einer Linie II-II in 1 zeigt;
ist 3A eine auschnittweise vergrößerte Draufsicht, welche eine Schwingeinheit für Anregungszwecke des Sensors gemäß der ersten Ausführungsform zeigt, und ist 3B eine auschnittweise vergrößerte Draufsicht, welche eine Schwingeinheit für Erfassungszwecke des Sensors gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
ist 4A eine auschnittweise vergrößerte Draufsicht, welche eine Schwingeinheit für Anregungszwecke eines Winkelgeschwindigkeitssensors gemäß dem Stand der Technik zeigt, und ist 4B eine ausschnittweise vergrößerte Draufsicht, welche eine Schwingeinheit für Erfassungszwecke des Sensors gemäß dem Stand der Technik zeigt;
ist 5 eine Draufsicht, welche einen Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
ist 6 eine Querschnittsansicht, welche den Sensor entlang einer Linie VI-VI in 5 zeigt.
(Erste Ausführungsform)
1 ist ein Diagramm zur schematischen Darstellung eines ebenen Aufbaus eines Winkelgeschwindigkeitssensors 100 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine Draufsicht zur schematischen Darstellung des Winkelgeschwindigkeitssensors 100, wobei der Schnitt entlang einer strichpunktierten Linie II-II genommen ist, die in 1 gezeigt ist.
3A ist eine vergrößerte Draufsicht zur Darstellung eines Durchgangslochs 20a, das in der in 1 gezeigten Schwingeinheit für Anregungszwecke 20 ausgebildet ist, und 3B ist eine vergrößerte Draufsicht zur Darstellung eines Durchgangslochs 30a, das in einer in 1 gezeigten Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30 ausgebildet ist.
Dieser Winkelgeschwindigkeitssensor 100 wird durch Verarbeiten bzw. Bearbeiten eines Halbleitersubstrats 1 hergestellt, das aus einem Siliziumsubstrat oder dergleichen hergestellt ist.
In dem Halbleitersubstrat 1 ist durch Ausbilden von Gräben in diesem Halbleitersubstrat 1 durch Einsatz einer wohlbekannten Halbleiterherstellungstechnik wie etwa eines Ätzprozesses ein strukturierter Körper segmentiert und ausgebildet, wie in 1 gezeigt, während der strukturierte Körper eine rahmenförmige Grundeinheit 10, die als ein feststehender Abschnitt fungiert, und bewegliche Einheiten 20, 30, welche an einem Rahmeninnenrandabschnitt dieser Grundeinheit 10 angeordnet sind und welche beweglich sind, enthält.
Wie in 2 dargestellt, ist der Winkelgeschwindigkeitssensor 100 durch Einsatz eines SOI-(Silizium-auf-Isolator)-Substrats 1 als des Halbleitersubstrats 1 aus gebildet. Dieses SOI-Substrat 1 wird durch Verkleben beider Siliziumsubstrate 1a und 1b miteinander über einen Oxidfilm 1c hergestellt.
Ein Siliziumsubstrat 1a (d. h., das Substrat, das in 2 auf der unteren Seite gezeigt ist) außerhalb der Siliziumsubstrate 1a und 1b dieses SOI-Substrats 1 ist als ein Trägersubstrat aufgebaut. Ein wohlbekanntes Bearbeitungsverfahren einer Mikro-Materialbearbeitung wie etwa ein Prozess eines Ätzens eines Grabens und ein Prozess eines Ätzens einer Opferschicht wird von der Seite der vorderen Ebene bzw. der Stirnfläche des anderen Siliziumsubstrats 1b aus bezüglich sowohl des Siliziumsubstrats 1b (d. h. des Substrats auf der oberen Seite in 2) als auch des Oxidfilms 1c ausgeführt.
Demzufolge werden die Gräben in dem anderen Siliziumsubstrat 1b und auch die strukturierten Körper wie etwa die jeweiligen Einheiten 10, 20, 30, welche durch diese Gräben segmentiert werden, in dem anderen Siliziumsubstrat 1b ausgebildet.
In diesem Fall stellt 1 die Seite der Stirnfläche des anderen Siliziumsubstrats 1b dar, wo die strukturierten Körper ausgebildet werden, das heißt, die Seite der Stirnfläche der Halbleiterschicht 1b, welche auf dem Trägersubstrat 1a gestützt wird. Ebenso wird gemäß der Darstellung in 1 und 2 der Oxidfilm 1c durch Ausführen eines Prozesses eine Ätzens einer Opferschicht in einem inneren Randabschnitt der Grundeinheit 10 entfernt.
Als ein Ergebnis wird in diesem inneren Randabschnitt der Grundeinheit 10 das andere Siliziumsubstrat 1b, wo die strukturierten Körper ausgebildet sind, von dem vor stehend erläuterten einen Siliziumsubstrat 1a, nämlich dem Trägersubstrat 1a, getrennt.
Das andere Siliziumsubstrat 1b wird über den Oxidfilm 1c auf dem einen Siliziumsubstrat 1a, das hierauf in der Grundeinheit 10 hiervon zu befestigen ist, gestützt, und die bewegliche Einheit 20 ist von dem einen Siliziumsubstrat 1a gelöst, sodass es beweglich ist.
Wie in 1 gezeigt, sind die beweglichen Einheiten 20 und 30 mit einer im wesentlichen rechteckförmigen Schwingeinheit für Anregungszwecke 20, einer rechteckigen, rahmenförmigen Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30, einer Mehrzahl (nämlich 4 Stück in diesem Beispiel) von Balkeneinheiten für Anregungszwecke 21 und einer Mehrzahl (nämlich 2 Stück in diesem Beispiel) von Balkeneinheiten für Erfassungszwecke 31 versehen. Die Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30 umgibt die Schwingeinheit für Anregungszwecke 20. Die mehreren Balkeneinheiten für Anregungszwecke 21 koppeln die Schwingeinheit für Anregungszwecke 20 mit der Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30. Die mehreren Balkeneinheiten für Erfassungszwecke 31 koppeln die Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30 mit der Grundeinheit 10 des äußeren Randabschnitts hiervon.
Die Schwingeinheit für Anregungszwecke 20 ist über die Balkeneinheiten für Anregungszwecke 21 einstückig mit der Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30 ausgebildet. Genauer gesagt, ist, obschon die Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30 und die Balkeneinheit für Erfassungszwecke 31 dazwischen angeordnet sind, diese Schwingeinheit für Anregungszwecke 20 über die Balkeneinheiten für Anregungszwecke 21 mit der Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30 und der Grundeinheit 10 gekoppelt und darüber hinaus mit dem einen Siliziumsubstrat 1a gekoppelt, welches als das Trägersubstrat dient.
Jede der mehreren Balkeneinheiten für Anregungszwecke 21 weist eine "u-Form" auf, und sie sind achsensymmetrisch zueinander angeordnet. Jeder Kantenabschnitt jeder der Balkeneinheiten für Anregungszwecke 21 ist mit der Schwingeinheit für Anregungszwecke 20 verbunden, und der andere Kantenabschnitt hiervon ist mit einer Rahmeninnenrandebene der Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30 verbunden.
Ebenso ist bzw. wird bei jeder der Balkeneinheiten für Anregungszwecke 21 ein Paar paralleler Stababschnitte 22 und 23, die parallel zueinander in der "u-Form" angeordnet sind, entlang einer Richtung senkrecht zu der Längsrichtung hiervon gebogen. Demzufolge kann die Schwingeinheit für Anregungszwecke 20 entlang einer Richtung eines in 1 gezeigten Pfeils "X" in Schwingung versetzt werden. Diese Richtung eines Pfeils "X" wird nachstehend als eine "erste Richtung X" bezeichnet werden, entlang welcher die Schwingeinheit für Anregungszwecke 20 in Schwingung versetzt wird.
Andererseits ist bei jeder der Balkeneinheiten für Erfassungszwecke 31 ein Paar von Balken 32 und 33 parallel zueinander angeordnet und sind beide Kantenabschnitte dieser Balken miteinander so gekoppelt, dass sie einen rechteckförmigen Rahmen ausbilden.
Dann ist der dazwischenliegende Abschnitt eines Balkens 32 mit einem von der Rahmeninnenrandebene in der Grundeinheit 10 hervorspringenden Vorsprungabschnitt so verbunden, dass er durch die Grundeinheit 10 befestigt/unterstützt wird, und ist der dazwischenliegende Abschnitt des anderen Balkens 33 mit der Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30 verbunden.
Mit anderen Worten, die Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30 ist über die Balkeneinheiten für Erfassungszwecke 31 mit der Grundeinheit 10 und weiter mit dem als das Trägersubstrat dienenden Siliziumsubstrat 1a verbunden.
Gleichfalls ist bzw. wird bei jeder der Balkeneinheiten für Erfassungszwecke 31 ein Paar der Balken 32 und 33, die parallel zueinander angeordnet sind, entlang einer Richtung senkrecht zu der Längsrichtung hiervon gebogen. Demzufolge kann jede der Schwingeinheiten für Erfassungszwecke 30 entlang einer Richtung senkrecht zu der vorstehend beschriebenen ersten Richtung X, nämlich einer Richtung eines Pfeils "Y" von 1, in Schwingung versetzt werden, während diese erste Richtung X der Schwingungsrichtung der Schwingeinheit für Anregungszwecke 20 innerhalb der Ebene des Halbleitersubstrats 1 entspricht. Diese Richtung eines Pfeils "Y" wird nachstehend als eine "zweite Richtung Y" bezeichnet werden, entlang welcher die Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30 in Schwingung versetzt wird.
Ebenso ist auf dem äußeren Umfangsabschnitt der Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30 eine kammzinkenförmige Vorsprungeinheit 35 ausgebildet, während die kammzinkenförmige Vorsprungeinheit 35 in Richtung des inneren Umfangsabschnitts der Grundeinheit 10, der gegenüber diesem äußeren Umfangsabschnitt angeordnet ist, vorspringt. Ebenso ist auf dem äußeren Umfangsabschnitt der Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30 eine andere kammzinkenförmige Vorsprungeinheit 11 ausgebildet, während diese kammzinkenförmige Vorsprungeinheit 11 von dem inneren Umfangsabschnitt dieser Grundeinheit 10 derart hervorspringt, dass diese Vorsprungeinheit 11 mit der Vorsprungeinheit 35 verzahnt ist. Die Vorsprungeinheiten als Erfassungselektrodeneinheiten 11 und 35 dieses Winkelge schwindigkeitssensors 100 sind durch beide Vorsprungeinheiten 11 und 35 gebildet.
Obschon diese Erfassungselektrodeneinheiten 11 und 35 und diese beweglichen Einheiten 20 und 30 jeweils mit der Grundeinheit 10 gekoppelt sind, sind die Erfassungselektrodeneinheiten 11 und 35 in Bezug auf die beweglichen Einheiten 20 und 30 aufgrund von Gräben (nicht näher dargestellt), die in der Grundeinheit 10 ausgebildet sind, elektrisch unabhängig vorgesehen.
Somit werden bei diesem Winkelgeschwindigkeitssensor 100 durch Ätzen des anderen Siliziumsubstrats 1b, das als die Halbleiterschicht dient und durch das eine Siliziumsubstrat 1a, das als das Trägersubstrat dient, gestützt wird, die beweglichen Einheiten 20 und 30, die von dem einen Siliziumsubstrat 1a gelöst sind, ausgebildet. Diese beweglichen Einheiten 20 und 30 sind sowohl durch die Schwingeinheit für Anregungszwecke 20 als auch die Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30 angeordnet.
Die Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30 ist von der Grundeinheit 10 über die Balkeneinheiten für Erfassungszwecke 31, die entlang der zweiten Richtung Y verschoben werden können, mit dem einen Siliziumsubstrat 1a gekoppelt. Die Schwingeinheit für Anregungszwecke 20 ist über die Balkeneinheiten für Anregungszwecke 21, die entlang der ersten Richtung X verschoben werden können, mit der Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30 gekoppelt.
Bei dem Winkelgeschwindigkeitssensor 100 sind eine Mehrzahl von Durchgangslöchern 20a und 30a in den beweglichen Einheiten 20 und 30, das heißt in der Schwingeinheit für Anregungszwecke 20 und der Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30, ausgebildet. Diese mehreren Durch gangslöcher 20a und 30a durchdringen die Halbleiterschicht 1b entlang der Dickenrichtung hiervon.
Bei diesem Winkelgeschwindigkeitssensor 100 sind in den jeweiligen Balkeneinheiten 21, 31 und den jeweiligen kammzinkenförmigen Einheiten 11, 35, welche nur vergleichsweise geringe Flächen als Abschnitte, die beim Ätzen übrig bleiben, besitzen, keine Durchgangslöcher ausgebildet. Die Durchgangslöcher sind in solchen Abschnitten ausgebildet, die vergleichsweise große Flächen besitzen und den anderen Abschnitten als den beim Ätzen übrigbleibenden Abschnitten in dem inneren Umfangsabschnitt der Grundeinheit 10 entsprechen, das heißt, die Durchgangslöcher 20a und 30a sind in der Schwingeinheit für Anregungszwecke 20 und der Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30 ausgebildet.
Der Winkelgeschwindigkeitssensor 100 kann wie folgt hergestellt werden. Während ein Siliziumsubstrat 1a in dem SOI-Substrat 1 als das Trägersubstrat eingesetzt wird, werden durch Durchführen entweder des Grabenätzprozesses oder des Opferschichtätzprozesses von der Seite der Stirnfläche des anderen Siliziumsubstrats 1b aus die Strukturkörper wie etwa die beweglichen Einheiten 20 und 30 auf dem anderen Siliziumsubstrat 1b ausgebildet, und ferner wird der Oxidfilm 1c entfernt, um die beweglichen Einheiten 20 und 30 freizugeben.
Demzufolge werden, um die Effizienz des Ätzprozesses zu verbessern und das Gewicht des Winkelgeschwindigkeitssensors 100 als einer Halbleitervorrichtung vom oberflächenbearbeiteten Typ zu reduzieren, eine Mehrzahl von Durchgangslöchern 20a und 30a in dem Abschnitt großer Fläche des beim Ätzen übrig bleibenden Abschnitts wie etwa den beweglichen Einheiten 20 und 30 ausgebildet.
Jedes der in der Schwingeinheit für Anregungszwecke 20 ausgebildeten Durchgangslöcher 20a bildet eine schmale Lochform aus, die entlang der ersten Richtung X ausgedehnt ist, und jedes der in der Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30 ausgebildeten Durchgangslöcher 30a bildet eine schmale Lochform aus, welche entlang der zweite Richtung Y ausgedehnt ist.
In diesem Beispiel besitzen die jeweiligen Durchgangslöcher 20a und 30a die rechteckige Form in beiden Schwingeinheiten für Anregungs- und Erfassungszwecke 20 und 30. Mit anderen Worten, die Formen der Durchgangslöcher 20a und 30a entlang der Längsrichtung, nämlich die langen Kanten der rechteckigen Formen, können solche Formen besitzen, dass sie jeweils zu den Bewegungsrichtungen X und Y beider Schwingeinheiten für Anregungs- und Erfassungszwecke 20 und 30 passen.
Als Nächstes wird eine Beschreibung von Betriebsvorgängen des Winkelgeschwindigkeitssensors 100 vorgenommen, der mit den vorstehend erläuterten Strukturen versehen ist. Zuerst wird, obgleich in den Zeichnungen nicht näher dargestellt, die Schwingeinheit für Anregungszwecke 20 durch eine elektromagnetische Anregung, eine kapazitive Anregung oder dergleichen entlang der in 1 gezeigten ersten Richtung X in Schwingung versetzt (angeregte Schwingung).
Wenn, wie in 1 angedeutet, eine Winkelgeschwindigkeit "Ω" um eine Achse entlang der vertikalen Richtung, gesehen auf einer Ebene dieses Papiers, nämlich um eine Achse derart, dass sie senkrecht zu sowohl der ersten Richtung X als auch der zweiten Richtung Y ist, auf den Winkelgeschwindigkeitssensor 100 aufgebracht wird, wird entlang der zweiten Richtung Y in Bezug auf die Schwingeinheit für Anregungszwecke 20 eine Corioliskraft erzeugt.
Diese Corioliskraft wird von den Balkeneinheiten für Anregungszwecke 21 auf die Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30 übertragen, sodass sowohl die Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30 als auch die Schwingeinheit für Anregungszwecke 20 in einer einheitlichen Weise entlang der in 1 gezeigten zweiten Richtung Y in Schwingung versetzt werden (das heißt, Erfassungsschwingung). Dann wird in Reaktion auf diese Erfassungsschwingung der Abstand zwischen den beiden Vorsprungabschnitten 11 und 35 geändert. Diese Abstandsänderung wird als eine Kapazitätsänderung zwischen den beiden Vorsprungabschnitten 11 und 35 über eine auf der Grundeinheit 10 ausgebildete Verdrahtungsleitungseinheit (nicht näher dargestellt) erfasst, sodass die Winkelgeschwindigkeit "Ω" erfasst werden kann.
Andererseits kann der Winkelgeschwindigkeitssensor 100 geschaffen werden, der die nachstehend erwähnten Merkmalspunkte aufweist. Das heißt, bei diesem Winkelgeschwindigkeitssensor 100 werden durch Ätzen des als die Halbleiterschicht dienenden und durch das andere, als das Trägersubstrat dienende Siliziumsubstrat 1a unterstützte Siliziumsubstrat 1b die von dem einen Siliziumsubstrat 1a gelösten beweglichen Einheiten 20 und 30 ausgebildet. Diese beweglichen Einheiten 20 und 30 werden durch sowohl die Schwingeinheit für Anregungszwecke 20 als auch die Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30 angeordnet. Die Schwingeinheit für Anregungszwecke 20 wird entlang der ersten Richtung X in Schwingung versetzt. Die Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30 wird entlang der zweiten Richtung Y senkrecht zu der ersten Richtung X, in Schwingung versetzt, auf welche die Winkelgeschwindigkeit einwirkt, wenn die Schwingeinheit für Anregungszwecke 20 entlang der ersten Richtung X in Schwingung versetzt wird.
Dieser Winkelgeschwindigkeitssensor 100 weist das Merkmal auf, dass, während die mehreren, entlang der Dickenrichtung des anderen Siliziumsubstrats 1b hindurchdringenden Durchgangslöcher 20a sowohl in der Schwingeinheit für Anregungszwecke 20 als auch der Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30 ausgebildet sind, jedes der in der Schwingeinheit für Anregungszwecke 20 ausgebildeten Durchgangslöcher 20a die schmale Lochform aufweist, die sich entlang der ersten Richtung X erstreckt, während jedes der in der Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30 ausgebildeten Durchgangslöcher 30a eine schmale Lochform aufweist, welche sich entlang der zweite Richtung Y erstreckt.
Demzufolge weisen die Durchgangslöcher 20a und 30a die schmalen Lochformen entlang den Richtungen X und Y, entlang denen die Schwingeinheit für Anregungszwecke 20 und die Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30 in Schwingung versetzt werden sollten, auf, sodass in den Schwingungen entlang der ersten und der zweiten Richtung X und Y, entlang welchen die beiden Schwingeinheiten 20 und 30 in Schwingung versetzt werden sollten, erzeugte Luftwiderstände verringert werden können.
Demzufolge kann bei dem Winkelgeschwindigkeitssensor 100, bei welchem die von dem Trägersubstrat 1a gelösten beweglichen Einheiten 20 und 30 durch Ätzen der durch das Trägersubstrat 1a unterstützten Halbleiterschicht 1b ausgebildet werden und die mehreren Durchgangslöcher 20a und 30a in den beweglichen Einheiten 20 und 30 ausgebildet werden, eine Dämpfung in den jeweiligen Schwingungen in Bezug auf die Schwingeinheit für Anregungszwecke 20 und die Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30 unterdrückt werden und können somit die Vibrationen stabilisiert werden.
Nachdem die Dämpfung entlang den jeweiligen Richtungen bezüglich sowohl der Anregungsschwingung als auch der Erfassungsschwingung verringert ist, können auch bei einem solchen zu geringen Kosten abgedichteten Gehäuse ohne Einsatz eines teueren Vakuumgehäuses stabile Bedingungen der Anregungsschwingung erzielt werden. Ebenso kann diese Corioliskraft ohne Verlust der Energie in die Verschiebung der Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30 umgewandelt werden, sodass der Winkelgeschwindigkeitssensor hoher Empfindlichkeit erreicht werden kann.
In diesem Fall ist die Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30 über die Balkeneinheiten für Erfassungszwecke 31, welche entlang der zweiten Richtung Y zu dem einen, als das Trägersubstrat dienenden Siliziumsubstrat 1a verschieblich sind, gekoppelt, während die Schwingeinheit für Anregungszwecke 20 über die Balkeneinheiten für Anregungszwecke 21, welche entlang der ersten Richtung X verschieblich sind, mit der Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30 gekoppelt ist.
Wenn die Schwingeinheit für Anregungszwecke 20 angeregt und in Schwingung versetzt wird, das heißt, entlang der ersten Richtung X in Schwingung versetzt wird, wird die Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30 aufgrund der Balkeneinheiten für Erfassungszwecke 31 nicht wesentlich in Schwingung versetzt.
Somit kann, wenn die Schwingeinheit für Anregungszwecke 20 angeregt und in Schwingung versetzt wird, die Schwingeinheit für Anregungszwecke 20 im Wesentlichen allein angeregt und in Schwingung versetzt werden, ohne die Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30 einzusetzen. Die ser Anregungs-/Schwingungsvorgang ist wünschenswert, um bei dem Winkelgeschwindigkeitssensor 100 den stabilen Anregungs-/Schwingungsvorgang zu verwirklichen.
Es sollte auch festgehalten werden, dass die Formen der mehreren Durchgangslöcher, die sowohl in der Schwingeinheit für Anregungszwecke 20 als auch der Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30 ausgebildet sind, nicht nur auf die rechteckigen Formen beschränkt ist, sondern andere schmale Lochformen sein können. Beispielsweise können ersatzweise solche Lochformen eingesetzt werden, die leicht an elliptische Formen erinnern.
Ebenso ist die Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30 über die Balkeneinheiten für Erfassungszwecke 31, welche entlang der zweiten Richtung Y verschieblich sind, mit dem Trägersubstrat 1a gekoppelt, während die Schwingeinheit für Anregungszwecke 20 über die Balkeneinheiten für Anregungszwecke 21, welche entlang der ersten Richtung X verschieblich sind, mit der Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30 gekoppelt ist. Ersatzweise kann eine Schwingeinheit für Anregungszwecke über Balkeneinheiten für Anregungszwecke, welche entlang der ersten Richtung X verschieblich sind, mit dem Trägersubstrat 1a gekoppelt sein, und eine Schwingeinheit für Erfassungszwecke kann über Balkeneinheiten für Erfassungszwecke, welche entlang der zweiten Richtung Y verschieblich sind, mit der Schwingeinheit für Anregungszwecke gekoppelt sein.
Ferner ist der vorstehend beschriebene Winkelgeschwindigkeitssensor 100 ein Sensor vom Typ der Stirnflächenbearbeitung, bei welchem die Strukturkörper in diesem Sensor 100 durch Verarbeiten bzw. Bearbeiten der Stirnfläche des als das Halbleitersubstrat dienenden anderen Siliziumsubstrats 1b des SOI-Substrats 1 ausgebildet werden. Ersatzweise kann die vorliegende Erfindung auch auf einen Sensor vom Typ der Rückseitenbearbeitung angewendet werden, bei welchem eine bewegliche Einheit durch Vorsehen einer Öffnungseinheit auf der Seite des Trägersubstrats 1a gelöst ist.
Somit ist die vorliegende Erfindung durch einen Sensor derart gekennzeichnet, dass die von dem Trägersubstrat gelöste bzw. getrennte bewegliche Einheit durch Ätzen der durch das Trägersubstrat gestützten Halbleiterschicht ausgebildet wird, und insbesondere in den beweglichen Einheiten die mehreren Durchgangslöcher ausgebildet werden. Nachdem die Durchgangslöcher in den Formen schmaler Löcher in den Richtungen, entlang welchen die Schwingeinheit für Anregungszwecke und die Schwingeinheit für Erfassungszwecke in Schwingung versetzt werden sollten, ausgebildet werden, können die in den Schwingungen entlang diesen Richtungen erzeugten Luftwiderstände wie beabsichtigt reduziert werden. Andere strukturelle Abschnitte des Sensors können je nach Auslegung in geeigneter Weise geändert werden.
(Zweite Ausführungsform)
5 ist ein Diagramm zur schematischen Darstellung eines ebenen Aufbaus eines Winkelgeschwindigkeitssensors 200 als eines Sensors einer mechanischen Größe gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 6 ist eine Querschnittsansicht zur schematischen Darstellung des Winkelgeschwindigkeitssensors 200, wobei der Schnitt entlang einer strichpunktierten Linie VI-VI gelegt ist, die in 5 gezeigt ist.
Dieser Winkelgeschwindigkeitssensor 200 wird durch Verarbeiten bzw. Bearbeiten des aus einem Siliziumsubstrat hergestellten Halbleitersubstrats 1 oder dergleichen hergestellt.
Die Strukturkörper werden segmentiert, um in dem Halbleitersubstrat 1 durch Ausbilden von Gräben in diesem Halbleitersubstrat 1 durch Einsatz einer wohlbekannten Halbleiterherstellungstechnik wie etwa eines Ätzprozesses ausgebildet zu werden, wie in 5 gezeigt, während die Strukturkörper gebildet werden durch eine rahmenförmige Randbefestigungseinheit 10, die als ein feststehender Abschnitt dient; Ankereinheiten 211 und 212; eine Befestigungseinheit für Erfassungselektrodenzwecke 213; und ferner bewegliche Einheiten 20 und 30, etc. Die Ankereinheiten 211, 212 und die Befestigungseinheit für Erfassungselektrodenzwecke 213, die als feststehende Abschnitte dienen, sind an einem inneren Randabschnitt der Randbefestigungseinheit 10 angeordnet. Ferner sind die beweglichen Einheiten 20 und 30 an dem inneren Randabschnitt der Randbefestigungseinheit 10 angeordnet und können bewegt werden.
In diesem Fall ist in 5 die Seite der Stirnfläche des anderen Siliziumsubstrats 1b, wo die Strukturkörper ausgebildet werden, dargestellt, das heißt, es ist die Seite der Stirnfläche der Halbleiterschicht 1b dargestellt, die auf dem Trägersubstrat 1a gestützt wird. Ebenso ist gemäß der Darstellung in 5 und 6 der Oxidfilm 1c durch einen Opferschicht-Ätzprozess oder dergleichen in den inneren Randabschnitten der Randbefestigungseinheit 10, den Ankereinheiten 211, 212 und der Befestigungseinheit für Erfassungselektrodenzwecke 213 entfernt.
Demgemäß ist innerhalb der inneren Randabschnitte dieser Randbefestigungseinheit 10, der Ankereinheiten 211, 212 und der Befestigungseinheit für Erfassungselektrodenzwecke 213 das andere Siliziumsubstrat 1b, wo die Strukturkörper ausgebildet sind, von dem einen Silizium substrat 1a getrennt, das heißt, von dem Trägersubstrat 1a getrennt.
Die Randbefestigungseinheit 10, die Ankereinheiten 211, 212 und die Befestigungseinheit für Erfassungselektrodenzwecke 213 des anderen Siliziumsubstrats 1b werden über den Oxidfilm 1c auf dem einen Siliziumsubstrat 1a gestützt, um hierauf in der Grundeinheit 10 hiervon befestigt zu sein, und die beweglichen Einheiten 20 und 30 sind von dem einen Siliziumsubstrat 1a gelöst, sodass sie beweglich sind.
Die Schwingeinheit für Anregungszwecke 20 ist mit der Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30 über die Balkeneinheiten für Anregungszwecke 21 einstückig ausgebildet. Genauer gesagt, obgleich die Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30 und die Balkeneinheiten für Erfassungszwecke 31 dazwischen angeordnet sind, ist die Schwingeinheit für Anregungszwecke 20 über die Ankereinheiten 211 und 212 mit dem als das Trägersubstrat dienenden einen Siliziumsubstrat 1a gekoppelt.
Dann ist der dazwischenliegende Abschnitt des einen Balkens 32 mit einem Vorsprungabschnitt, der von inneren Randebenen in den Ankereinheiten 211 und 212 hervorspringt, verbunden, sodass er durch die Ankereinheiten 211 und 212 befestigt/gestützt ist, und ein anderer dazwischenliegender Abschnitt des anderen Balkens 33 ist mit der Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30 verbunden.
Auf diese Weise ist die Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30 über die Balkeneinheiten für Erfassungszwecke 31 mit den Ankereinheiten 211 und 212 und weiter mit dem als das Trägersubstrat dienenden einen Siliziumsubstrat 1a verbunden. Mit anderen Worten, die beiden Schwingeinheiten 20 und 30, die als die beweglichen Ein heiten dienen, sind mit dem einen Siliziumsubstrat 1a gekoppelt, sodass sie über den Oxidfilm 1c durch die Ankereinheiten 211 und 212 gestützt werden.
Ebenso ist auf dem äußeren Randabschnitt der Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30, der in Richtung des inneren Randabschnitts der Befestigungseinheit für Erfassungselektrodenzwecke 213, der diesem äußeren Randabschnitt gegenüberliegend angeordnet ist, hervorragt, die kammzinkenförmige Vorsprungeinheit 35 ausgebildet. Ebenso ist auf dem anderen Randabschnitt der Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30 die andere kammzinkenförmige Vorsprungeinheit 11 ausgebildet, während diese kammzinkenförmige Vorsprungeinheit 11 von dem inneren Randabschnitt dieser Befestigungseinheit für Erfassungselektrodenzwecke 213 in derartiger Weise hervorspringt, dass diese Vorsprungeinheit 11 mit der Vorsprungeinheit 35 verzahnt ist. Die Erfassungseletrodeneinheiten 11 und 35 dieses Winkelgeschwindigkeitssensors 200 werden durch beide Vorsprungeinheiten 11 und 35 gebildet.
Der Winkelgeschwindigkeitssensor 200 dieser Ausführungsform weist einen Grundaufbau auf, der aufweist: ein als das Trägersubstrat dienendes Siliziumsubstrat 1a; bewegliche Einheiten 20 und 30, die durch das eine Siliziumsubstrat 1a in einem solchen Zustand gestützt werden, dass diese beweglichen Einheiten 20 und 30 auf dem einen Siliziumsubstrat 1a mit einem Zwischenraum hierzwischen angeordnet sind; und die Randbefestigungseinheit 10, die um die beweglichen Einheiten 20 und 30 auf dem Siliziumsubstrat 1a herum angeordnet ist und auf diesem einen Siliziumsubstrat 1a so befestigt ist, dass sie gestützt wird.
Dann können die beweglichen Einheiten 20 und 30, die durch die Schwingeinheit für Anregungszwecke 20 und die Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30 gebildet werden, entlang der horizontalen Richtung X-Y in Bezug auf die Substratebene des einen Siliziumsubstrats 1a verschoben werden, wenn hierauf eine Winkelgeschwindigkeit "Ω", die einer mechanischen Größe entspricht, aufgebracht wird.
In diesem Fall ist gemäß der Darstellung in 5 ein Anschlussfleck für Zwecke der beweglichen Einheit 212a auf einer Ankereinheit 212 ausgebildet mit dem Ziel, dass dieser Anschlussfleck für Zwecke der beweglichen Einheit 212a verwendet wird, um ein Potential von einer externen Schaltung (nicht näher dargestellt) bezüglich der beweglichen Einheiten 20 und 30 anzulegen. Ebenso ist auf der Befestigungseinheit für Zwecke der Erfassungselektrode 213 ein Anschlussfleck für Zwecke der Erfassungselektrode 213a ausgebildet mit dem Ziel, dass dieser Anschlussfleck für Zwecke der Erfassungselektrode 213a Signale von den Erfassungselektrodeneinheiten 11 und 35 an die vorstehend erläuterte externe Schaltung ableitet.
Des Weiteren ist gemäß der Darstellung in 5 ein Anschlussfleck für Zwecke der Randbefestigungseinheit 210a an einer vorbestimmten Stelle auf der Randbefestigungseinheit 10 ausgebildet mit dem Ziel, dass der Anschlussfleck für Zwecke der Randbefestigungseinheit 210a verwendet wird, um ein Potential von der externen Schaltung an die Randbefestigungseinheit 10 anzulegen. Diese Anschlussflecken 210a, 212a, 213a werden durch Ausbilden von Filmen aus Aluminium oder dergleichen hergestellt und sind ausgelegt, um mittels Bonddrähten oder dergleichen mit der externen Schaltung verbunden zu werden.
Als nächstes wird eine Beschreibung über die Betriebsweise des mit den Strukturen versehenen Winkelgeschwindigkeitssensors 200 gemacht. Zuerst wird die Schwingeinheit für Anregungszwecke 20 entlang der in 5 gezeigten ersten Richtung X in einer Art einer kapazitiven Anregung in Schwingung versetzt (Anregungsschwingung), obgleich dies in den Zeichnungen nicht näher dargestellt ist. In dieser Ausführungsform ist gegenüber der Schwingeinheit für Anregungszwecke 20 in der Nähe dieser Schwingeinheit für Anregungszwecke 20 eine Anregungs- oder Ansteuerungselektrode (nicht näher dargestellt) vorgesehen.
Dann wird über den Anschlussfleck für Zwecke der beweglichen Einheit 212a von der externen Schaltung aus ein konstantes Potential (zum Beispiel 16 V) sowohl an die Schwingeinheit für Anregungszwecke 20 als auch die Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30, nämlich die beweglichen Einheiten 20 und 30, angelegt. Ebenso wird an die Anregungselektrode eine Wechselspannung (zum Beispiel 8 ± 5 V) angelegt. Die Schwingeinheit für Anregungszwecke 20 wird entlang der ersten Richtung X in Schwingung versetzt, um auf Grund der Wirkung der Balkeneinheiten für Anregungszwecke 21 unter Ausnutzung einer durch diese Wechselspannung erzeugten elektrostatischen Anziehungskraft verschoben zu werden.
Wenn, wie in 5 angedeutet, eine Winkelgeschwindigkeit "Ω" um eine Achse entlang der vertikalen Richtung, gesehen auf einer Ebene dieses Papiers, nämlich um eine solche Achse, welche senkrecht zu sowohl der ersten Richtung X als auch der zweiten Richtung Y geschnitten wird, auf den Winkelgeschwindigkeitssensor 200 aufgebracht wird, wird entlang der zweiten Richtung Y in Bezug auf die Schwingeinheit für Anregungszwecke 20 eine Corioliskraft erzeugt.
Diese erzeugte Corioliskraft wird von den Balkeneinheiten für Anregungszwecke 21 aus auf die Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30 übertragen, sodass sowohl die Schwingeinheit für Erfassungszwecke 30 als auch die Schwingeinheit für Anregungszwecke 20 in einer einheitlichen Weise entlang der in 5 gezeigten zweiten Richtung Y in Schwingung versetzt werden (Erfassungsschwingung). Dann wird in Reaktion auf diese Erfassungsschwingung der Abstand zwischen den Vorsprungabschnitten 11 und 35 geändert. Diese Abstandsänderung wird als eine Kapazitätsänderung zwischen den Vorsprungabschnitten 11 und 35 über eine auf der Grundeinheit 10 ausgebildete Verdrahtungsleitungseinheit (nicht näher dargestellt) erfasst.
Eine Spannung (zum Beispiel 2,5 V), die niedriger ist als die an die beweglichen Einheiten 20 und 30 angelegte Spannung, wird von der äußeren Schaltung aus über den Anschlussfleck der Erfassungselektrode 213a an die kammzinkenförmige Vorsprungeinheit 11 auf der Seite der Befestigungseinheit für Zwecke der Erfassungselektrode 213 unter den Erfassungselektrodeneinheiten 11 und 35 angelegt.
Dann wird durch die vorstehend erläuterte, externe Schaltung eine Änderung in differentiellen Kapazitäten zwischen den linksseitigen Erfassungselektrodeneinheiten 11, 35 und rechtsseitigen Erfassungselektrodeneinheiten 11, 35, die in 5 dargestellt sind, erfasst. In dieser Ausführungsform wird die Winkelgeschwindigkeit "Ω" in Übereinstimmung mit der vorstehenden Weise erfasst.
Ferner wird, wenn der Winkelgeschwindigkeitssensor 200 betrieben wird, um eine solche Winkelgeschwindigkeit zu erfassen, ein Potential von der externen Schaltung aus über den Anschlussfleck für Zwecke der Randbefestigungseinheit 210a an die Randbefestigungseinheit 10 angelegt, und dieses Potential wird unter den an die jeweiligen Einheiten des Sensors 200 angelegten Potentialen das maximale Potential. Wenn beispielsweise das Potential an den beweglichen Einheiten 20 und 30 gleich 16 V ist, be trägt ein an die Randbefestigungseinheit 10 angelegtes Potential näherungsweise 20 V.
Bei dem Winkelgeschwindigkeitssensor 200, der aufweist: ein als das Trägersubstrat dienendes Siliziumsubstrat 1a; die beweglichen Einheiten 20 und 30, die durch das eine Siliziumsubstrat 1a in einem solchen Zustand gestützt werden, dass diese beweglichen Einheiten 20 und 30 auf dem vorstehend erläuterten, einen Siliziumsubstrat 1a mit einem Zwischenraum hierzwischen angeordnet sind, wobei diese beweglichen Einheiten 20 und 30 entlang der horizontalen Richtung X-Y in Bezug auf die Substratebene des einen Siliziumsubstrats 1a beweglich sind, wenn die Winkelgeschwindigkeit hierauf aufgebracht wird; und die Randbefestigungseinheit 10, welche um die beweglichen Einheiten 20 und 30 auf dem einen Siliziumsubstrat 1a herum angeordnet ist und auf diesem einen Siliziumsubstrat 1a so befestigt ist, dass sie gestützt wird, und welche die aufgebrachte Winkelgeschwindigkeit auf der Grundlage der Verschiebungszustände der beweglichen Einheiten 20 und 30, wenn diese Winkelgeschwindigkeit aufgebracht wird, erfasst, weist der Sensor 200 das Merkmal auf, dass das Potential der Randbefestigungseinheit 10 unter den an die jeweiligen Struktureinheiten dieses Sensors 200 während des Sensorbetriebes angelegten Potentialen das maximale Potential wird.
Nachdem das Potential der Randbefestigungseinheit 10 so ausgewählt ist, dass es unter den an die jeweiligen Struktureinheiten des Winkelgeschwindigkeitssensors 200 angelegten Potentialen bei Betrieb dieses Sensors 200 das maximale Potential ist, wird dieses höchste Potential von der Randbefestigungseinheit 10 aus an das eine Siliziumsubstrat 1a angelegt.
Demzufolge kann das Potential des einen Siliziumsubstrats 1a höher gemacht werden als der herkömmliche Masse-(GND)-Zustand, sodass die Potentialdifferenz zwischen den beweglichen Einheiten 20, 30 und dem einen Siliziumsubstrat 1a klein gemacht werden kann.
Bei dem herkömmlichen Winkelgeschwindigkeitssensor ist etwa in dem Fall, dass das Potential an den beweglichen Einheiten 20 und 30 beispielsweise 16 V beträgt, wenn der herkömmliche Sensor betrieben wird, die Potentialdifferenz zwischen den beweglichen Einheiten 20, 30 und dem einen Siliziumsubstrat 1a in dem GND-Zustand im Wesentlichen gleich 16 V.
Im Gegensatz zu dem herkömmlichen Sensor entspricht das Potential der beweglichen Einheiten 20 und 30 bei dem Winkelgeschwindigkeitssensor dieser Ausführungsform während des Betriebs des Sensors 16 V, und das Potential der Randbefestigungseinheit 10 entspricht 20 V.
Obgleich die Randbefestigungseinheit 10 über den Oxidfilm 1c als die Isolierschicht an dem einen Siliziumsubstrat 1a befestigt ist, um durch dieses Siliziumsubstrat 1a gestützt zu werden, wird, nachdem das maximale Potential unter den an die jeweiligen Struktureinheiten dieses Sensors 200 angelegten Potentiale an die Randbefestigungseinheit 10 angelegt wird, ein Verluststrom von der Randbefestigungseinheit 10 über den Oxidfilm 1c zu dem einen Siliziumsubstrat 1a erzeugt und kann somit das Potential des einen Siliziumsubstrats 1a niedriger werden als das Potential der Randbefestigungseinheit 10, beispielsweise etwa 10 V.
Demzufolge kann die Potentialdifferenz zwischen den beweglichen Einheiten 20, 30 und dem einen Siliziumsubstrat 1a als dem Trägersubstrat während des Betriebs des Sensors näherungsweise 6 V werden, das heißt, niedriger gemacht werden als das des herkömmlichen Sensors. Somit kann die elektrostatische Anziehungskraft zwischen den beweglichen Einheiten 20, 30 und dem Siliziumsubstrat 1a als dem Trägersubstrat während des Betriebs des Sensors im Vergleich mit der des herkömmlichen Substrats verringert werden.
Daher kann bei dem Winkelgeschwindigkeitssensor 200 mit den beweglichen Einheiten 20 und 30, die auf dem Trägersubstrat 1a in einem solchen Zustand gestützt werden, dass diese beweglichen Einheiten 20 und 30 auf dem Trägersubstrat 1a mit einem Zwischenraum hierzwischen angeordnet sind, das Phänomen eines Hängens bzw. Haftenbleibens zwischen dem Trägersubstrat 1a und den beweglichen Einheiten 20 und 30 während des Betriebs des Sensors soweit als möglich unterdrückt werden.
Um das Phänomen des Hängens zwischen dem Trägersubstrat 1a und den veränderlichen Einheiten 20 und 30 während des Betriebs des Sensors soweit als möglich zu unterdrücken, ist es einfach vorstellbar, dass die konstante Spannung, die an die beweglichen Einheiten 20 und 30 angelegt wird, bei dem Winkelgeschwindigkeitssensor 200 erniedrigt wird.
In diesem vorstellbaren Fall ist jedoch die Anregungskraft der beweglichen Einheiten 20 und 30 verringert, sodass die Amplituden der Anregungsschwingungen hiervon ebenfalls verringert sind, was zu einer Verringerung der Empfindlichkeit dieses Winkelgeschwindigkeitssensors 200 führt. Demgegenüber kann in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform ein solches Problem vermieden werden.
Ebenso sind, nachdem das andere Siliziumsubstrat 1b geätzt wird, welches als die durch das eine Siliziumsubstrat 1a gestützte Halbleiterschicht vorgesehen ist, diese beweglichen Einheiten 20 und 30 von diesem einen Siliziumsubstrat 1a gelöst und ist der Anschlussfleck für Zwecke der Randbefestigungseinheit 10a, der verwendet wird, um ein Potential an die Randbefestigungseinheit 10 anzulegen, auf dem anderen Siliziumsubstrat 1b vorgesehen.
Nachdem gemäß dieser Anordnung der zum Anlegen des Potentials an die Randbefestigungseinheit 10 verwendete Anschlussfleck für Zwecke der Randbefestigungseinheit 10a gleichzeitig mit der Ausbildung der anderen Anschlussflecken 212a und 213a in einfacher Weise hergestellt werden kann, ist es vorzuziehen, um die Herstellungsschritte zu reduzieren.
Das konstante Potential (beispielsweise 16 V) wird an die beweglichen Einheiten 20 und 30 angelegt, während die Wechselspannung (beispielsweise 8 ± 5 V) an die Anregungselektrode angelegt wird. Ersatzweise kann im Gegensatz zu diesem Beispiel die Wechselspannung an die beweglichen Einheiten 20 und 30 angelegt werden, während das konstante Potential an die Anregungselektrode angelegt werden kann.
Auch in einem solchen alternativen Fall kann in einem Fall, dass das maximale Potential während des Betriebs des Sensors an die Randbefestigungseinheit 10 angelegt wird, das Potential des einen Siliziumsubstrats 1a aufgrund eines Verluststroms, der von der Randbefestigungseinheit 10 über den Oxidfilm 1c erzeugt wird, ein Potential werden, das niedriger als das Potential der Randbefestigungseinheit 10 ist. Demzufolge kann eine Potentialdifferenz zwischen den beweglichen Einheiten 20, 30 und dem einen Siliziumsubstrat 1a im Vergleich mit der Potentialdifferenz in dem herkömmlichen Sensor wirksam verringert werden. In gleicher Weise wie in der zweiten Ausführungsform kann die Wirkung erzielt werden, das Phänomen des Hängens zu unterdrücken.
Obgleich die jeweiligen Struktureinheiten, die auf dem Trägersubstrat 1a ausgebildet sind, durch den Halbleiter hergestellt sind, können diese Struktureinheiten ersatzweise durch Leiter hergestellt sein.
Ebenso kann die vorliegende Erfindung nicht nur auf den Winkelgeschwindigkeitssensor angewendet werden, sondern auch auf solche Sensoren für mechanische Größen wie etwa einen Beschleunigungssensor zum Erfassen einer Beschleunigungsgeschwindigkeit als einer mechanischen Größe.
Somit weist ein Sensor für eine mechanische Größe auf: ein Trägersubstrat; eine bewegliche Einheit, die entlang der horizontalen Richtung bezüglich der Substratebene des Trägersubstrats verschoben werden kann, wenn die mechanische Größe hierauf aufgebracht wird, und welche durch das Trägersubstrat in einem solchen Zustand unterstützt wird, dass die bewegliche Einheit auf dem Trägersubstrat mit einem Zwischenraum hierzwischen angeordnet ist; und eine Randbefestigungseinheit, welche um die bewegliche Einheit herum angeordnet ist und auf dem Trägersubstrat so befestigt ist, dass sie gestützt wird, und welche die aufgebrachte mechanische Größe auf der Grundlage des Verschiebungszustands der beweglichen Einheit erfasst, wenn die mechanische Größe aufgebracht wird. Der Sensor für mechanische Größen ist hauptsächlich dadurch gekennzeichnet, dass das Potential der Randbefestigungseinheit so ausgewählt ist, dass es unter den an die jeweiligen Struktureinheiten dieses Sensors für eine mecha nische Größe angelegten Potentialen das maximale Potential wird. Andere Struktureinheiten dieses Sensors für mechanische Größen können in ihrer Auslegung in geeigneter Weise geändert werden.
Während die Erfindung mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen hiervon beschrieben worden ist, ist zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf die bevorzugten Ausführungsformen und Konstruktionen beschränkt ist. Es ist vielmehr beabsichtigt, durch die Erfindung vielfältige Modifikationen und äquivalente Anordnungen abzudecken. Zusätzlich zu den vielfältigen Kombinationen und Konfigurationen, die vorzugswürdig sind, liegen auch andere Kombinationen und Konfigurationen einschließlich mehrerer, weniger oder nur eines einzigen Elements innerhalb des Gedankens und Umfangs der Erfindung.
Ein Winkelgeschwindigkeitssensor weist auf: ein Trägersubstrat; eine Halbleiterschicht; und einen beweglichen Abschnitt. Der bewegliche Abschnitt enthält einen Anregungs-Schwingabschnitt und einen Erfassungs-Schwingabschnitt. Der Anregungs-Schwingabschnitt ist in der Lage, in einer ersten Richtung zu schwingen. Der Erfassungs-Schwingabschnitt ist in der Lage, in einer zweiten Richtung zu schwingen. Der Anregungs-Schwingabschnitt beinhaltet Durchgangslöcher, und der Erfassungs-Schwingabschnitt beinhaltet Durchgangslöcher. Jedes Durchgangsloch des Anregungs-Schwingabschnitts weist eine längliche Gestalt auf, die sich in der ersten Richtung erstreckt. Jedes Durchgangsloch des Erfassungs-Schwingabschnitts weist eine längliche Gestalt auf, die sich in der zweiten Richtung erstreckt.

Claims

Winkelgeschwindigkeitssensor, der aufweist: ein Trägersubstrat (1a); eine Halbleiterschicht (1b), die auf dem Trägersubstrat (1a) abgestützt ist; und einen beweglichen Abschnitt (20, 30), der in der Halbleiterschicht (1b) angeordnet ist, wobei der bewegliche Abschnitt (20, 30) auf dem Trägersubstrat (1a) beweglich abgestützt ist, der bewegliche Abschnitt (20, 30) einen Anregungs-Schwingabschnitt (20) und einen Erfassungs-Schwingabschnitt (30) enthält, der Anregungs-Schwingabschnitt (20) in der Lage ist, in einer Anregungs-Schwingrichtung (X) zu schwingen, der Erfassungs-Schwingabschnitt (30) in der Lage ist, durch eine auf den Sensor aufgebrachte Winkelgeschwindigkeit in einer Erfassungs-Schwingrichtung (Y) zu schwingen, die Erfassungs-Schwingrichtung (Y) senkrecht zu der Anregungs-Schwingrichtung (X) ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Anregungs-Schwingabschnitt (20) eine Mehrzahl von Durchgangslöchern (20a) aufweist, welche in einer Dickenrichtung der Halbleiterschicht (1b) hindurchdringen, der Erfassungs-Schwingabschnitt (30) eine Mehrzahl von Durchgangslöchern (30a) aufweist, welche in der Dickenrichtung der Halbleiterschicht (1b) hindurchdringen, jedes Durchgangsloch (20a) des Anregungs-Schwingabschnitts (20) eine längliche Gestalt aufweist, die sich in der Anregungs-Schwingrichtung (X) erstreckt, und jedes Durchgangsloch (30a) des Erfassungs-Schwingabschnitts (30) eine längliche Gestalt aufweist, die sich in der Erfassungs-Schwingrichtung (Y) erstreckt.
Sensorvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Erfassungs-Schwingabschnitt (30) durch einen Erfassungsbalken (31), der in der Erfassungs-Schwingrichtung (Y) beweglich ist, mit dem Trägersubstrat (1a) verbunden ist, und der Anregungs-Schwingabschnitt (20) durch einen Anregungsbalken (21), der in der Anregungs-Schwingrichtung (X) beweglich ist, mit dem Erfassungs-Schwingabschnitt (30) verbunden ist.
Sensor gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangslöcher (20a) des Erfassungs-Schwingabschnitts (20) ein Ziegelmuster bereitstellen, und die Durchgangslöcher (30a) des Erfassungs-Schwingabschnitts (30) ein Ziegelmuster bereitstellen.
Sensor gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangslöcher (20a) des Anregungs-Schwingabschnitts (20) eine Mehrzahl von Zeilen bereitstellen, von denen jede abwechselnd ausgerichtet ist, und die Durchgangslöcher (30a) des Erfassungs-Schwingabschnitts (30) eine Mehrzahl von Zeilen bereitstellen, von denen jede abwechselnd ausgerichtet ist.
Sensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Durchgangsloch (20a) des Anregungs-Schwingabschnitts (20) eine rechteckige Gestalt aufweist, von der eine lange Seite parallel zu der Anregungs-Schwingrichtung (X) ist, und jedes Durchgangsloch (30a) des Erfassungs-Schwingabschnitts (30) eine rechteckige Gestalt aufweist, von der eine lange Seite parallel zu der Erfassungs-Schwingrichtung (Y) ist.
Sensor für eine physikalische Größe, der aufweist: ein Trägersubstrat (1a); einen beweglichen Abschnitt (20, 30), der auf dem Trägersubstrat (1a) in solcher Weise abgestützt ist, dass der bewegliche Abschnitt (20, 30) in einer horizontalen Richtung des Substrats (1a) beweglich ist, wenn die physikalische Größe auf den Sensor aufgebracht wird; und einen Randrahmenabschnitt (10), der um den beweglichen Abschnitt (20, 30) herum angeordnet ist und auf dem Trägersubstrat (1a) befestigt ist, wobei die physikalische Größe auf der Grundlage einer Verschiebung des beweglichen Abschnitts (20, 30) bei Aufbringen der physikalischen Größe auf den Sensor erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Randrahmenabschnitt (10) ein maximales elektrisches Potential aufweist, wenn der Sensor arbeitet.
Sensor gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Randrahmenabschnitt (10) durch eine Isolationsschicht (1c) auf dem Trägersubstrat (1a) befestigt und abgestützt ist.
Sensor gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Abschnitt (20, 30) von dem Trägersubstrat (1a) getrennt ist, der Randrahmenabschnitt (10) einen Anschlussfleck (10a) zum Anlegen eines elektrischen Potentials an den Randrahmenabschnitt (10) aufweist, der bewegliche Abschnitt (20, 30) und der Randrahmenabschnitt (10) durch eine Halbleiterschicht (1b) bereitgestellt sind, und der Anschlussfleck (10a) auf der Halbleiterschicht (1b) angeordnet ist.
Sensor gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, weiter gekennzeichnet durch: eine Halbleiterschicht (1b), die auf dem Trägersubstrat (1a) abgestützt ist, wobei der bewegliche Abschnitt (20, 30) und der Randrahmenabschnitt (10) durch die Halbleiterschicht (1b) bereitgestellt sind, der bewegliche Abschnitt (20, 30) einen Anregungs-Schwingabschnitt (20) und einen Erfassungs-Schwingabschnitt (30) aufweist, der Anregungs-Schwingabschnitt (20) in der Lage ist, in einer Anregungs-Schwingrichtung (X) zu schwingen, der Erfassungs-Schwingabschnitt (30) in der Lage ist, durch die auf den Sensor aufgebrachte physikalische Größe in einer Erfassungs-Schwingrichtung (Y) zu schwingen, die Erfassungs-Schwingrichtung (Y) senkrecht zu der Anregungs-Schwingrichtung (X) ist, der Anregungs-Schwingabschnitt (20) eine Mehrzahl von Durchgangslöchern (20a) aufweist, welche in einer Dickenrichtung des Halbleitersubstrats (1b) hindurchdringen, der Erfassungs-Schwingabschnitt (30) eine Mehrzahl von Durchgangslöchern (30a) aufweist, welche in der Dickenrichtung der Halbleiterschicht (1b) hindurchdringen, jedes Durchgangsloch (20a) des Anregungs-Schwingabschnitts (20) eine längliche Gestalt aufweist, die sich in der Anregungs-Schwingrichtung (X) erstreckt, und jedes Durchgangsloch (30a) des Erfassungs-Schwingabschnitts (30) eine längliche Gestalt aufweist, die sich in der Erfassungs-Schwingrichtung (Y) erstreckt.
Sensor gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Erfassungs-Schwingabschnitt (30) durch einen Erfassungsbalken (31), der in der Erfassungs-Schwingrichtung (Y) beweglich ist, mit dem Trägersubstrat (1a) verbunden ist, und der Anregungs-Schwingabschnitt (20) durch einen Anregungsbalken (21), der in der Anregungs-Schwingrichtung (X) beweglich ist, mit dem Erfassungs-Schwingabschnitt (30) verbunden ist.
Sensor gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangslöcher (20a) des Erfassungs-Schwingabschnitts (20) ein Ziegelmuster bereitstellen, und die Durchgangslöcher (30a) des Erfassungs-Schwingabschnitts (30) ein Ziegelmuster bereitstellen.
Sensor gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangslöcher (20a) des Anregungs-Schwingabschnitts (20) eine Mehrzahl von Zeilen bereitstellen, von denen jede abwechselnd ausgerichtet ist, und die Durchgangslöcher (30a) des Erfassungs-Schwingabschnitts (30) eine Mehrzahl von Zeilen bereitstellen, von denen jede abwechselnd ausgerichtet ist.
Sensor gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Durchgangsloch (20a) des Anregungs-Schwingabschnitts (20) eine rechteckige Gestalt aufweist, von der eine lange Seite parallel zu der Anregungs-Schwingrichtung (X) ist, und jedes Durchgangsloch (30a) des Erfassungs-Schwingabschnitts (30) eine rechteckige Gestalt aufweist, von der eine lange Seite parallel zu der Erfassungs-Schwingrichtung (Y) ist.