JP2000352515A - 多層基板から成るセンサ - Google Patents
多層基板から成るセンサInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体層内に構造化により弾性部材５が設け
られており、この弾性部材には実質的に互いに平行に延
在し１つの端部区間で互いに結合されている２つの脚部
５１，５２を有している。第１の脚部５１は支承ブロッ
ク３に固定されており、第２の脚部５２は、この支承ブ
ロック３に対し相対的に運動する質量体２と結合されて
いる。このような形式の多層基板から成るセンサ１にお
いて、半導体層に対し垂直方向に強く変位したときに弾
性部材の破損が生じないようにする。 【解決手段】 脚部５１，５２の端部区間５４，５５，
５７，５８が脚部の長手方向において半導体層６の平面
内で、まずはじめに互いに離れるように曲げられて配向
される。次にそれらは互いに向き合うように曲げられて
配向され、さらに中央の湾曲領域５６で互いに１つにま
とめられている。
られており、この弾性部材には実質的に互いに平行に延
在し１つの端部区間で互いに結合されている２つの脚部
５１，５２を有している。第１の脚部５１は支承ブロッ
ク３に固定されており、第２の脚部５２は、この支承ブ
ロック３に対し相対的に運動する質量体２と結合されて
いる。このような形式の多層基板から成るセンサ１にお
いて、半導体層に対し垂直方向に強く変位したときに弾
性部材の破損が生じないようにする。 【解決手段】 脚部５１，５２の端部区間５４，５５，
５７，５８が脚部の長手方向において半導体層６の平面
内で、まずはじめに互いに離れるように曲げられて配向
される。次にそれらは互いに向き合うように曲げられて
配向され、さらに中央の湾曲領域５６で互いに１つにま
とめられている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、多層基板から成る
センサに関する。この場合、第１の半導体層が設けられ
ており、該第１の半導体層内に構造化により少なくとも
１つの弾性部材が設けられており、該弾性部材には実質
的に互いに平行に延在し１つの端部区間で互いに結合さ
れている２つの脚部を有しており、第１の脚部は支承ブ
ロックに固定されており、第２の脚部は、該支承ブロッ
クに対し相対的に運動する質量体と結合されている。
センサに関する。この場合、第１の半導体層が設けられ
ており、該第１の半導体層内に構造化により少なくとも
１つの弾性部材が設けられており、該弾性部材には実質
的に互いに平行に延在し１つの端部区間で互いに結合さ
れている２つの脚部を有しており、第１の脚部は支承ブ
ロックに固定されており、第２の脚部は、該支承ブロッ
クに対し相対的に運動する質量体と結合されている。
【０００２】
【従来の技術】この種のセンサはたとえば DE 195 03 2
36 A1 から公知である。このようなセンサは、表面微細
加工により多層半導体基板から製造される。この場合、
基板における第１の半導体層において構造化により可動
の質量体が形成され、これはやはり半導体層から構造化
された複数の弾性部材を介して基板の支承ブロックに取
り付けられている。可動の質量体は電極構造体を有して
おり、それらは半導体層内に形成されている定置された
別の電極構造体とともにコンデンサを成している。慣性
力および／またはコリオリ力の結果として弾性部材の応
力に抗して生じる可動質量体の変位によって、コンデン
サの容量が変化する。その際、この容量変化は、加速度
や旋回レートを測定するために用いられる。
36 A1 から公知である。このようなセンサは、表面微細
加工により多層半導体基板から製造される。この場合、
基板における第１の半導体層において構造化により可動
の質量体が形成され、これはやはり半導体層から構造化
された複数の弾性部材を介して基板の支承ブロックに取
り付けられている。可動の質量体は電極構造体を有して
おり、それらは半導体層内に形成されている定置された
別の電極構造体とともにコンデンサを成している。慣性
力および／またはコリオリ力の結果として弾性部材の応
力に抗して生じる可動質量体の変位によって、コンデン
サの容量が変化する。その際、この容量変化は、加速度
や旋回レートを測定するために用いられる。
【０００３】公知のセンサは、互いに平行に延在する２
つの脚部を有するＵ字形の弾性部材を用いており、それ
らの脚部は共通の結合ウェブから隔たっている。この場
合、弾性部材は、検出方向では剛性度が僅かでありその
他の２つの空間方向では高い剛性度をもつように設計さ
れている。これにより、障害を及ぼす影響量を抑圧する
ことができる。公知のセンサにおける欠点として判明し
たのは、衝撃や衝突により半導体層に対し垂直に可動質
量体が変位すると弾性部材が破損してしまうことであ
り、弾性部材はこの方向では強く負荷に耐えることがで
きない。たしかに、可動質量体の変位をストッパにより
半導体層平面内に制限することは可能であるけれども、
半導体層の平面に対し垂直な可動質量体の変位を回避す
ることはできない。それというのも、製造技術的な理由
でこの方向にストッパを形成することができないからで
ある。したがって慣用のセンサの場合、衝突や揺れの負
荷が発生した際の弾性部材の破損を避けることができな
い。
つの脚部を有するＵ字形の弾性部材を用いており、それ
らの脚部は共通の結合ウェブから隔たっている。この場
合、弾性部材は、検出方向では剛性度が僅かでありその
他の２つの空間方向では高い剛性度をもつように設計さ
れている。これにより、障害を及ぼす影響量を抑圧する
ことができる。公知のセンサにおける欠点として判明し
たのは、衝撃や衝突により半導体層に対し垂直に可動質
量体が変位すると弾性部材が破損してしまうことであ
り、弾性部材はこの方向では強く負荷に耐えることがで
きない。たしかに、可動質量体の変位をストッパにより
半導体層平面内に制限することは可能であるけれども、
半導体層の平面に対し垂直な可動質量体の変位を回避す
ることはできない。それというのも、製造技術的な理由
でこの方向にストッパを形成することができないからで
ある。したがって慣用のセンサの場合、衝突や揺れの負
荷が発生した際の弾性部材の破損を避けることができな
い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の課
題は、冒頭で述べた形式の多層基板から成るセンサにお
いて、半導体層に対し垂直方向に強く変位したときに弾
性部材の破損が生じないようにすることにある。
題は、冒頭で述べた形式の多層基板から成るセンサにお
いて、半導体層に対し垂直方向に強く変位したときに弾
性部材の破損が生じないようにすることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明によればこの課題
は、脚部の端部区間は脚部の長手方向において半導体層
の平面内で、まずはじめに互いに離れるように曲げられ
て配向されており、ついで互いに向き合うように曲げら
れて配向されており、中央の湾曲領域で互いに１つにま
とめられていることにより解決される。
は、脚部の端部区間は脚部の長手方向において半導体層
の平面内で、まずはじめに互いに離れるように曲げられ
て配向されており、ついで互いに向き合うように曲げら
れて配向されており、中央の湾曲領域で互いに１つにま
とめられていることにより解決される。
【０００６】
【発明の実施の形態】上述の特徴によれば、両方の脚部
の結合領域に湾曲部が形成され、これにより、半導体層
に対し垂直に可動質量体が変位したときに材料中に生じ
る最大応力が、弾性部材破損のリスクを著しく抑えるこ
とのできる値まで低減される。しかも弾性部材は、半導
体層に対し平行に延びる検出方向においては必要とされ
る低い剛性をもっているので、加速度が小さくても信頼
性の高い可動質量体の変位が保証されるようになる。有
利には、少なくとも一方の弾性部材の幾何学的形状ゆえ
に、センサ製造時に付加的な製造コストが不要となる。
弾性部材のそのような幾何学的形状により、センサの信
頼性や寿命が高められる。
の結合領域に湾曲部が形成され、これにより、半導体層
に対し垂直に可動質量体が変位したときに材料中に生じ
る最大応力が、弾性部材破損のリスクを著しく抑えるこ
とのできる値まで低減される。しかも弾性部材は、半導
体層に対し平行に延びる検出方向においては必要とされ
る低い剛性をもっているので、加速度が小さくても信頼
性の高い可動質量体の変位が保証されるようになる。有
利には、少なくとも一方の弾性部材の幾何学的形状ゆえ
に、センサ製造時に付加的な製造コストが不要となる。
弾性部材のそのような幾何学的形状により、センサの信
頼性や寿命が高められる。
【０００７】従属請求項に記載の構成により本発明の有
利な実施形態が実現される。
利な実施形態が実現される。
【０００８】殊に有利には本発明の１つの実施形態によ
れば、弾性部材の両方の脚部において互いに結合された
最終区間により、球状に曲げられた複数の領域から成る
結合領域が形成される。
れば、弾性部材の両方の脚部において互いに結合された
最終区間により、球状に曲げられた複数の領域から成る
結合領域が形成される。
【０００９】次に、図面を参照しながら本発明の実施例
について詳しく説明する。
について詳しく説明する。
【００１０】
【実施例】図１には、従来技術において知られている加
速度センサの平面図が示されている。っこのセンサは可
動質量体を有しており、これは中央バー２と可動電極２
１，２２から成る。可動質量体は可動弾性部材５を介し
て基板に定置された支承ブロック３に取り付けられてお
り、加速が生じると中央バー２の長手軸に沿ってその初
期位置からシフトできるように構成されている。さらに
センサは固定電極３１，３２を有しており、これらは支
承バー４に懸架されている。可動電極２１，２２と固定
電極３１，３２により、コンデンサ４１，４２が形成さ
れている。図３には、図１のラインＩＩＩ−ＩＩＩに沿
って見たセンサ断面図が示されている。図３に示されて
いるようにセンサは多層の基板から成り、この基板はシ
リコンから成る第１の半導体層６と第２の半導体層８を
有している。
速度センサの平面図が示されている。っこのセンサは可
動質量体を有しており、これは中央バー２と可動電極２
１，２２から成る。可動質量体は可動弾性部材５を介し
て基板に定置された支承ブロック３に取り付けられてお
り、加速が生じると中央バー２の長手軸に沿ってその初
期位置からシフトできるように構成されている。さらに
センサは固定電極３１，３２を有しており、これらは支
承バー４に懸架されている。可動電極２１，２２と固定
電極３１，３２により、コンデンサ４１，４２が形成さ
れている。図３には、図１のラインＩＩＩ−ＩＩＩに沿
って見たセンサ断面図が示されている。図３に示されて
いるようにセンサは多層の基板から成り、この基板はシ
リコンから成る第１の半導体層６と第２の半導体層８を
有している。
【００１１】センサ１における個々のエレメントは、実
質的に第１の半導体層６から構造化されている。この場
合、弾性部材５、中央バー２ならびに可動電極２１，２
２は第１の半導体層６から構造化されており、第２の半
導体層８に間隔がおかれている。したがってこれらのエ
レメントは、第２の半導体層８に対し可動に構成されて
いる。弾性部材５の支承ブロック３は、誘電層７を介し
て第２の半導体層８と接続されている。このようにこの
実施例では、支承ブロック３は第２の半導体層８に固定
的に取り付けられている。さらに、支承バー４が誘電層
７を介して半導体層８と結合されている。したがってこ
の支承バー４も、第２の半導体層８に固定的に取り付け
られている。そしてこの支承バー４に、固定電極３１，
３２が懸架されている。固定電極３１，３２の幾何学的
寸法は、加速が生じたときにほとんど変位しないように
選定されている。これに対し弾性部材５は、加速が生じ
ると中央バー２の長手軸（検出方向）に沿って弾性部材
５の変形が生じるように構成されている。図１に示され
ているようにセンサ１における可動質量体２，２１，２
２は、全部で４つのほぼＵ字形の弾性部材５によって２
つの支承ブロック３に懸架されている。中央バー２が変
位すると、可動電極２１，２２と固定電極３１，３２と
の間隔が変化するようになる。各電極間の間隔の変化
は、可動電極２１，２２と固定電極３１，３２との間の
容量を測定することにより検出することができる。図１
による周知のセンサは、容量式加速度センサとして用い
られる。
質的に第１の半導体層６から構造化されている。この場
合、弾性部材５、中央バー２ならびに可動電極２１，２
２は第１の半導体層６から構造化されており、第２の半
導体層８に間隔がおかれている。したがってこれらのエ
レメントは、第２の半導体層８に対し可動に構成されて
いる。弾性部材５の支承ブロック３は、誘電層７を介し
て第２の半導体層８と接続されている。このようにこの
実施例では、支承ブロック３は第２の半導体層８に固定
的に取り付けられている。さらに、支承バー４が誘電層
７を介して半導体層８と結合されている。したがってこ
の支承バー４も、第２の半導体層８に固定的に取り付け
られている。そしてこの支承バー４に、固定電極３１，
３２が懸架されている。固定電極３１，３２の幾何学的
寸法は、加速が生じたときにほとんど変位しないように
選定されている。これに対し弾性部材５は、加速が生じ
ると中央バー２の長手軸（検出方向）に沿って弾性部材
５の変形が生じるように構成されている。図１に示され
ているようにセンサ１における可動質量体２，２１，２
２は、全部で４つのほぼＵ字形の弾性部材５によって２
つの支承ブロック３に懸架されている。中央バー２が変
位すると、可動電極２１，２２と固定電極３１，３２と
の間隔が変化するようになる。各電極間の間隔の変化
は、可動電極２１，２２と固定電極３１，３２との間の
容量を測定することにより検出することができる。図１
による周知のセンサは、容量式加速度センサとして用い
られる。
【００１２】電極の接触接続のために導体路１１が設け
られており、それらの導体路を介して支承ブロック３お
よび支承バー４の接触接続が行われる。そしてこれらの
導体路１１により、センサ１と評価回路との間のダイレ
クトな接続を形成することができる。導体路の厚さに対
し第１の半導体層６の層厚は大きく、構造化されたエレ
メントは垂直な辺を有しているので、支承バー４ないし
は支承ブロック３と第１の半導体層６の残留部分との間
に配置された結合部材１０が設けられている。これらの
結合部材１０を越えて導体路が案内されるので、導体路
は僅かな高さの差を乗り越えるだけでよい。
られており、それらの導体路を介して支承ブロック３お
よび支承バー４の接触接続が行われる。そしてこれらの
導体路１１により、センサ１と評価回路との間のダイレ
クトな接続を形成することができる。導体路の厚さに対
し第１の半導体層６の層厚は大きく、構造化されたエレ
メントは垂直な辺を有しているので、支承バー４ないし
は支承ブロック３と第１の半導体層６の残留部分との間
に配置された結合部材１０が設けられている。これらの
結合部材１０を越えて導体路が案内されるので、導体路
は僅かな高さの差を乗り越えるだけでよい。
【００１３】支承ブロック３、支承バー４、弾性部材
５、中央バー２、ならびに電極２１，２２，３１，３２
は、高濃度でドーピングされている。このように高濃度
でドーピングされていることによって、電極がコンデン
サプレートとして動作するようになり、各電極間の容量
を測定できるようになる。結合部材１０は低濃度でドー
ピングされている。このようにすることで、センサが第
１の半導体層６に対し絶縁されるようになる。さらにこ
の構成により、可動電極２１，２２と固定電極３１，３
２とが確実に絶縁されるようになる。
５、中央バー２、ならびに電極２１，２２，３１，３２
は、高濃度でドーピングされている。このように高濃度
でドーピングされていることによって、電極がコンデン
サプレートとして動作するようになり、各電極間の容量
を測定できるようになる。結合部材１０は低濃度でドー
ピングされている。このようにすることで、センサが第
１の半導体層６に対し絶縁されるようになる。さらにこ
の構成により、可動電極２１，２２と固定電極３１，３
２とが確実に絶縁されるようになる。
【００１４】図２および図３には、センサの周知の製造
方法について説明されている。第２の半導体層８たとえ
ばシリコンウェハ上には、誘電層７とシリコンから成る
第１の半導体層６が取り付けられている。誘電層７に関
しては、酸化シリコン、窒化シリコンあるいは種々のガ
ラス層など半導体製造において知られている一般的な誘
電材料が考えられる。以下の説明について、誘電層７の
ための材料は酸化シリコンであるとする。図２に示され
ているように誘電層７は、センサ構造の下に配置させる
ことができる。誘電層７が構造化されている場合、第１
の半導体層６が好適にはデポジットプロセスにより被着
される。この目的で、たとえばポリシリコン層を数μｍ
の厚さで被着させることができる。この場合、半導体層
６は完全にポリシリコンから成る。別の可能性として挙
げられるのは、半導体製造においてエピタキシャル層を
デポジットするために知られているプロセスを適用する
ことである。この場合、誘電層７の上だけにおいて第１
の半導体層６がポリシリコンから成る一方、第１の半導
体層６が単結晶の第２の半導体層８とじかに接触してい
る領域においては、第１の半導体層は単結晶シリコンか
ら成る。エピタキシャル層によって達成可能な層の厚さ
は１０〜２０μｍのオーダにあり、ポリシリコンをデポ
ジットするプロセスを適用した場合よりも著しく厚い。
エピタキシャル成長の場合、シリコンから成り低濃度で
ドーピングされた高抵抗の第１の半導体層６を形成する
プロセスが用いられる。
方法について説明されている。第２の半導体層８たとえ
ばシリコンウェハ上には、誘電層７とシリコンから成る
第１の半導体層６が取り付けられている。誘電層７に関
しては、酸化シリコン、窒化シリコンあるいは種々のガ
ラス層など半導体製造において知られている一般的な誘
電材料が考えられる。以下の説明について、誘電層７の
ための材料は酸化シリコンであるとする。図２に示され
ているように誘電層７は、センサ構造の下に配置させる
ことができる。誘電層７が構造化されている場合、第１
の半導体層６が好適にはデポジットプロセスにより被着
される。この目的で、たとえばポリシリコン層を数μｍ
の厚さで被着させることができる。この場合、半導体層
６は完全にポリシリコンから成る。別の可能性として挙
げられるのは、半導体製造においてエピタキシャル層を
デポジットするために知られているプロセスを適用する
ことである。この場合、誘電層７の上だけにおいて第１
の半導体層６がポリシリコンから成る一方、第１の半導
体層６が単結晶の第２の半導体層８とじかに接触してい
る領域においては、第１の半導体層は単結晶シリコンか
ら成る。エピタキシャル層によって達成可能な層の厚さ
は１０〜２０μｍのオーダにあり、ポリシリコンをデポ
ジットするプロセスを適用した場合よりも著しく厚い。
エピタキシャル成長の場合、シリコンから成り低濃度で
ドーピングされた高抵抗の第１の半導体層６を形成する
プロセスが用いられる。
【００１５】センサ構造が高濃度でドーピングされ結合
部材１０が低濃度でドーピングされているようにするた
め、拡散領域１７が設けられる。この目的でマスク１５
が取り付けられ、その下では第１の半導体層６のドーピ
ングが行われないようにする。そしてプラズマエッチン
グプロセスにより第１の半導体層６が構造化される（図
３）。これにより支承ブロック３，支承バー４、弾性部
材５、中央バー２、電極２１，２２，３１，３２ならび
に結合部材１０が、第１の半導体層（シリコン層）６か
ら構造化されて形成される。マスキングにより、第１の
半導体層６において構造化すべきでない領域が保護され
る。同様に、すでに被着されている導体路１１ならびに
パッシベーション層１６が保護される。導体路１１は、
パッシベーション層１６によって第１の半導体層（シリ
コン層）６に対し絶縁されている。支承ブロック３また
は支承バー４の領域においてのみ、導体路１１がシリコ
ンの上にじかに位置している。したがってそれらの個所
においてのみ、センサの接触接続が行われる。
部材１０が低濃度でドーピングされているようにするた
め、拡散領域１７が設けられる。この目的でマスク１５
が取り付けられ、その下では第１の半導体層６のドーピ
ングが行われないようにする。そしてプラズマエッチン
グプロセスにより第１の半導体層６が構造化される（図
３）。これにより支承ブロック３，支承バー４、弾性部
材５、中央バー２、電極２１，２２，３１，３２ならび
に結合部材１０が、第１の半導体層（シリコン層）６か
ら構造化されて形成される。マスキングにより、第１の
半導体層６において構造化すべきでない領域が保護され
る。同様に、すでに被着されている導体路１１ならびに
パッシベーション層１６が保護される。導体路１１は、
パッシベーション層１６によって第１の半導体層（シリ
コン層）６に対し絶縁されている。支承ブロック３また
は支承バー４の領域においてのみ、導体路１１がシリコ
ンの上にじかに位置している。したがってそれらの個所
においてのみ、センサの接触接続が行われる。
【００１６】ついで後続のエッチングステップにおい
て、弾性部材５、中央バー２および可動電極２１，２２
の下で誘電層７が除去される。これは、多層の基板に対
し第１の半導体層６の構造化後にエッチング剤を加え、
それによって誘電層７がエッチングされることによって
行うことができる。支承ブロック３，支承バー４ならび
に結合部材１０が比較的幅の広い寸法であるため、エッ
チングを適時に中止すればそれらの下に誘電層７が残さ
れたままになる。しかし弾性部材５，中央バー２ならび
に可動電極および固定電極２１，２２，３１，３２はそ
れらの幾何学的寸法に関して、その時点においてすでに
それらの部材の下では誘電層７が完全に除去されている
ように選定される。
て、弾性部材５、中央バー２および可動電極２１，２２
の下で誘電層７が除去される。これは、多層の基板に対
し第１の半導体層６の構造化後にエッチング剤を加え、
それによって誘電層７がエッチングされることによって
行うことができる。支承ブロック３，支承バー４ならび
に結合部材１０が比較的幅の広い寸法であるため、エッ
チングを適時に中止すればそれらの下に誘電層７が残さ
れたままになる。しかし弾性部材５，中央バー２ならび
に可動電極および固定電極２１，２２，３１，３２はそ
れらの幾何学的寸法に関して、その時点においてすでに
それらの部材の下では誘電層７が完全に除去されている
ように選定される。
【００１７】図４には、従来技術において知られている
多層基板から成る別のセンサ１００が示されており、こ
れは旋回レートセンサとして用いられる。センサ１００
には、図１に示した２つの加速度センサ１が含まれてい
る。両方の加速度センサ１の各々は、４つの弾性部材５
を介して可動半導体プレート１０１ないしは可動半導体
プレート１０２に取り付けられている。さらにこれらの
半導体プレート１０１，１０２はそれらの周辺区間２ａ
において、それぞれ４つの弾性部材５ａを介して、固定
半導体フレーム１０３の支承ブロック３ａに取り付けら
れている。動作中、半導体プレート１０１，１０２は矢
印Ｂの方向で振動させられる。センサ１０１が図４のｚ
軸を中心に旋回すると、加速度センサ１は矢印Ａの方向
に変位する。このようにして、センサ１００によって旋
回レートを測定することができる。
多層基板から成る別のセンサ１００が示されており、こ
れは旋回レートセンサとして用いられる。センサ１００
には、図１に示した２つの加速度センサ１が含まれてい
る。両方の加速度センサ１の各々は、４つの弾性部材５
を介して可動半導体プレート１０１ないしは可動半導体
プレート１０２に取り付けられている。さらにこれらの
半導体プレート１０１，１０２はそれらの周辺区間２ａ
において、それぞれ４つの弾性部材５ａを介して、固定
半導体フレーム１０３の支承ブロック３ａに取り付けら
れている。動作中、半導体プレート１０１，１０２は矢
印Ｂの方向で振動させられる。センサ１０１が図４のｚ
軸を中心に旋回すると、加速度センサ１は矢印Ａの方向
に変位する。このようにして、センサ１００によって旋
回レートを測定することができる。
【００１８】図１と図４に示した公知のセンサは、弾性
部材５のためにも弾性部材５ａのためにも図５に示した
幾何学的形状を用いており、これは実質的に互いに平行
に延在する２つの脚部５１，５２を有している。第１の
脚部５１は、一方の端部において支承ブロック３と結合
されている。この脚部５１の他方の端部は結合ウェブ５
３と結合されており、これには第２の脚部５２も結合さ
れている。第２の脚部５２において結合ウェブ５３と結
合されていない方の端部は、支承ブロック３に対し相対
的に可動である質量体２と結合されている。図４に最も
よく示されているように、ｘ方向およびｙ方向における
弾性部材５，５ａの最大変位は、第１の半導体層内に形
成されたストッパにより制限される。しかしながら、基
板平面に対し垂直にｚ方向に変位する場合にはストッパ
は設けられていない。図５に示されている弾性部材はｚ
方向での変位が生じたときには強い負荷に耐えられない
ので、そのために脚部５１，５２が結合ウェブ５３から
折れてしまい、それによってセンサが使えなくなってし
まう。ｚ方向における弾性部材５の負荷耐性は、結合ウ
ェブ５３と脚部５１，５２により形成されるエッジを丸
くすることによって改善することができる。
部材５のためにも弾性部材５ａのためにも図５に示した
幾何学的形状を用いており、これは実質的に互いに平行
に延在する２つの脚部５１，５２を有している。第１の
脚部５１は、一方の端部において支承ブロック３と結合
されている。この脚部５１の他方の端部は結合ウェブ５
３と結合されており、これには第２の脚部５２も結合さ
れている。第２の脚部５２において結合ウェブ５３と結
合されていない方の端部は、支承ブロック３に対し相対
的に可動である質量体２と結合されている。図４に最も
よく示されているように、ｘ方向およびｙ方向における
弾性部材５，５ａの最大変位は、第１の半導体層内に形
成されたストッパにより制限される。しかしながら、基
板平面に対し垂直にｚ方向に変位する場合にはストッパ
は設けられていない。図５に示されている弾性部材はｚ
方向での変位が生じたときには強い負荷に耐えられない
ので、そのために脚部５１，５２が結合ウェブ５３から
折れてしまい、それによってセンサが使えなくなってし
まう。ｚ方向における弾性部材５の負荷耐性は、結合ウ
ェブ５３と脚部５１，５２により形成されるエッジを丸
くすることによって改善することができる。
【００１９】本発明によるセンサの場合、第１の半導体
層６と一体的に結合された弾性部材５あるいは図４に示
した旋回レートセンサの弾性部材５ａが、図６に示す幾
何学的形状によって製造される。弾性部材は上述のよう
にエッチングによって第１の半導体層６から製造される
ので、有利には製造プロセスにおいてたいした変更を伴
わずにこのことを実現できる。
層６と一体的に結合された弾性部材５あるいは図４に示
した旋回レートセンサの弾性部材５ａが、図６に示す幾
何学的形状によって製造される。弾性部材は上述のよう
にエッチングによって第１の半導体層６から製造される
ので、有利には製造プロセスにおいてたいした変更を伴
わずにこのことを実現できる。
【００２０】図６に示されているように、半導体材料た
とえばシリコンから形成された弾性部材５は、実質的に
互いに平行に延在し方形の断面をもつ２つの脚部５１，
５２を有している。各脚部間の間隔ｂはたとえば４μｍ
であり、１つの脚部の幅ａもたとえば４μｍである。脚
部５１は一方の側で支承ブロックと結合されており、脚
部５２は可動質量体と結合されている。この場合、支承
ブロックは、たとえば図４に示したように可動半導体プ
レート１００と固定的に結合された支承ブロック３とし
てもよいし、あるいは第２の半導体層８と固定的に結合
された支承ブロック３ａとすることもできる。また、可
動質量体はたとえば、図１に示した中央バー２または図
４に示した半導体プレート１０１，１０２の周辺区間２
ａとすることができる。したがって支承ブロック３，３
ａを、必ずしも図１に示されているように第２の半導体
層８に固定的に取り付けておかなくてもよい。ここで重
要であるのは、可動質量体と支承ブロックが互いに相対
的に運動するように構成されていることである。
とえばシリコンから形成された弾性部材５は、実質的に
互いに平行に延在し方形の断面をもつ２つの脚部５１，
５２を有している。各脚部間の間隔ｂはたとえば４μｍ
であり、１つの脚部の幅ａもたとえば４μｍである。脚
部５１は一方の側で支承ブロックと結合されており、脚
部５２は可動質量体と結合されている。この場合、支承
ブロックは、たとえば図４に示したように可動半導体プ
レート１００と固定的に結合された支承ブロック３とし
てもよいし、あるいは第２の半導体層８と固定的に結合
された支承ブロック３ａとすることもできる。また、可
動質量体はたとえば、図１に示した中央バー２または図
４に示した半導体プレート１０１，１０２の周辺区間２
ａとすることができる。したがって支承ブロック３，３
ａを、必ずしも図１に示されているように第２の半導体
層８に固定的に取り付けておかなくてもよい。ここで重
要であるのは、可動質量体と支承ブロックが互いに相対
的に運動するように構成されていることである。
【００２１】さらに図６に示されているように、両方の
脚部５１，５２において支承ブロック３および可動質量
体２とは反対側の端部区間は、脚部の長手方向において
第１の半導体層６の平面内でまずはじめに互いに離れる
ように湾曲するように配向され、ついで互いに向き合う
ように配向され、中央の湾曲領域５６においてひとつに
なる。この場合、両方の脚部の結合領域は、たとえば５
つの湾曲領域５４，５５，５６，５７，５８から成る。
中央の湾曲領域５６は、ほぼ半円状またはＣ字状に形成
されている。中央領域５６に続いて、ほぼ八分円だけ湾
曲された２つの領域５５，５７が設けられており、これ
らはほぼ等しい湾曲中心点５９を中心に湾曲されてい
る。これに続いて２つの別の湾曲領域５４，５８が設け
られており、それらの湾曲中心点は図６における脚部５
２の上方と脚部５１の下方に位置している。そしてこれ
らの湾曲領域５４，５８に、脚部５１，５２が続いてい
る。この場合、曲げられた弾性領域の幅は脚部５１，５
２の幅ａにほぼ一致しているが、それより大きくても小
さくてもよい。
脚部５１，５２において支承ブロック３および可動質量
体２とは反対側の端部区間は、脚部の長手方向において
第１の半導体層６の平面内でまずはじめに互いに離れる
ように湾曲するように配向され、ついで互いに向き合う
ように配向され、中央の湾曲領域５６においてひとつに
なる。この場合、両方の脚部の結合領域は、たとえば５
つの湾曲領域５４，５５，５６，５７，５８から成る。
中央の湾曲領域５６は、ほぼ半円状またはＣ字状に形成
されている。中央領域５６に続いて、ほぼ八分円だけ湾
曲された２つの領域５５，５７が設けられており、これ
らはほぼ等しい湾曲中心点５９を中心に湾曲されてい
る。これに続いて２つの別の湾曲領域５４，５８が設け
られており、それらの湾曲中心点は図６における脚部５
２の上方と脚部５１の下方に位置している。そしてこれ
らの湾曲領域５４，５８に、脚部５１，５２が続いてい
る。この場合、曲げられた弾性領域の幅は脚部５１，５
２の幅ａにほぼ一致しているが、それより大きくても小
さくてもよい。
【００２２】ここでは、中央領域５６および領域５５，
５７の内側の曲率半径Ｒはたとえば１１μｍであり、こ
れは脚部５１，５２の間隔ｂよりも著しく大きい。とは
いえ、他の曲率半径であってもよい。有利には曲率半径
Ｒは５〜２０μｍである。なお、湾曲領域５４〜５８を
実質的に球状に曲げられた領域５４〜５８として構成す
るのが有利であると判明した。また、可変の曲率半径ま
たは球状ではない曲率半径をもつ湾曲部を用い、それと
同時に湾曲領域の幅を変えるようにすることも、当然な
がら可能である。ここで重要であるのは、脚部５１，５
２における平行区間にじかに続く湾曲領域５４，５８
を、まずはじめに互いに離れる方向で湾曲させ、ついで
再び向き合うようにしてそれらが共通の湾曲領域５６に
おいて、かどや折れ目なくひとつになるまで湾曲させる
ことである。このようにすることで、平行な２つの脚部
の結合領域において弾性部材の外壁および内壁に、Ｚ方
向での変位にあたり弾性部材を破損させてしまうおそれ
のあるかどのある構造が生じるのを避けることができ
る。
５７の内側の曲率半径Ｒはたとえば１１μｍであり、こ
れは脚部５１，５２の間隔ｂよりも著しく大きい。とは
いえ、他の曲率半径であってもよい。有利には曲率半径
Ｒは５〜２０μｍである。なお、湾曲領域５４〜５８を
実質的に球状に曲げられた領域５４〜５８として構成す
るのが有利であると判明した。また、可変の曲率半径ま
たは球状ではない曲率半径をもつ湾曲部を用い、それと
同時に湾曲領域の幅を変えるようにすることも、当然な
がら可能である。ここで重要であるのは、脚部５１，５
２における平行区間にじかに続く湾曲領域５４，５８
を、まずはじめに互いに離れる方向で湾曲させ、ついで
再び向き合うようにしてそれらが共通の湾曲領域５６に
おいて、かどや折れ目なくひとつになるまで湾曲させる
ことである。このようにすることで、平行な２つの脚部
の結合領域において弾性部材の外壁および内壁に、Ｚ方
向での変位にあたり弾性部材を破損させてしまうおそれ
のあるかどのある構造が生じるのを避けることができ
る。
【図１】従来技術において公知の弾性部材を備えた加速
度センサの平面図である。
度センサの平面図である。
【図２】図１によるセンサの製造中における多層基板の
断面図である。
断面図である。
【図３】図１のラインＩＩＩ−ＩＩＩに沿ってみたセン
サの断面図である。
サの断面図である。
【図４】弾性部材を備えた公知の旋回レートセンサの斜
視図である。
視図である。
【図５】従来技術による弾性部材を示す図である。
【図６】本発明によるセンサの弾性部材を示す図であ
る。
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 イェルク ハウアー ドイツ連邦共和国 ロイトリンゲン ウン ターラー ミュールヴェーク ７／３ (72)発明者 マルクス ルッツ アメリカ合衆国 カリフォルニア サニー ヴェール マハゴニー レーン 762
Claims (6)
- 【請求項１】 第１の半導体層（６）が設けられてお
り、該第１の半導体層内に構造化により少なくとも１つ
の弾性部材（５）が設けられており、該弾性部材には実
質的に互いに平行に延在し１つの端部区間で互いに結合
されている２つの脚部（５１，５２）を有しており、 第１の脚部（５１）は支承ブロック（３）に固定されて
おり、第２の脚部（５２）は、該支承ブロック（３）に
対し相対的に運動する質量体（２）と結合されている形
式の、 多層基板から成るセンサ（１）において、 前記脚部（５１，５２）の端部区間（５４，５５，５
７，５８）は脚部の長手方向において半導体層（６）の
平面内で、まずはじめに互いに離れるように曲げられて
配向されており、ついで互いに向き合うように曲げられ
て配向されており、中央の湾曲領域（５６）で互いに１
つにまとめられていることを特徴とする、 多層基板から成るセンサ。 - 【請求項２】 前記弾性部材（５）はシリコンから成
る、請求項１記載のセンサ。 - 【請求項３】 前記弾性部材（５）における両方の脚部
（５１，５２）の互いに結合された端部区間は、複数の
湾曲領域（５４，５５，５６，５７，５８）から構成さ
れた１つの結合領域を成している、請求項１記載のセン
サ。 - 【請求項４】 湾曲領域（５４，５５，５６，５７，５
８）は実質的に球状に曲げられている、請求項３記載の
センサ。 - 【請求項５】 前記脚部（５１，５２）の結合領域にお
ける内側の曲率半径Ｒは、平行な脚部区間の間隔ｂより
も大きい、請求項１から４のいずれか１項記載のセン
サ。 - 【請求項６】 加速度センサまたは旋回レートセンサで
ある、請求項１記載のセンサ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19920066A DE19920066B4 (de) | 1999-05-03 | 1999-05-03 | Sensor aus einem mehrschichtigen Substrat mit einem aus einer Halbleiterschicht herausstrukturierten Federelement |
| DE19920066.1 | 1999-05-03 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000352515A true JP2000352515A (ja) | 2000-12-19 |
| JP4681099B2 JP4681099B2 (ja) | 2011-05-11 |
Family
ID=7906654
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000133723A Expired - Lifetime JP4681099B2 (ja) | 1999-05-03 | 2000-05-02 | 多層基板から成るセンサ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6536282B1 (ja) |
| JP (1) | JP4681099B2 (ja) |
| DE (1) | DE19920066B4 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JP2002188924A (ja) * | 2000-12-20 | 2002-07-05 | Denso Corp | 半導体装置 |
| TWI245902B (en) * | 2004-05-14 | 2005-12-21 | Chung Shan Inst Of Science | Microstructure angular velocity sensor device |
| DE102007057044B4 (de) | 2007-09-10 | 2021-08-05 | Continental Teves Ag & Co. Ohg | Mikromechanische Feder |
| DE102009002701B4 (de) * | 2009-04-28 | 2018-01-18 | Hanking Electronics, Ltd. | Mikromechanischer Sensor |
| DE102009002702B4 (de) * | 2009-04-28 | 2018-01-18 | Hanking Electronics, Ltd. | Mikromechanischer Sensor |
| DE102014225021B4 (de) | 2014-12-05 | 2023-01-19 | Robert Bosch Gmbh | Mikromechanisches Bauteil, Wafervorrichtung, Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil und Herstellungsverfahren für eine Wafervorrichtung |
| DE102020209355A1 (de) | 2020-07-24 | 2022-01-27 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Feder zur Aufhängung einer Masse für ein mikromechanisches System, mikromechanisches System |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07335908A (ja) * | 1993-04-07 | 1995-12-22 | British Aerospace Plc <Baf> | 運動センサーを製造する方法 |
| JPH08201062A (ja) * | 1995-01-23 | 1996-08-09 | Murata Mfg Co Ltd | 振動ジャイロ |
| JPH10141961A (ja) * | 1996-11-14 | 1998-05-29 | Murata Mfg Co Ltd | 振動子 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5249465A (en) * | 1990-12-11 | 1993-10-05 | Motorola, Inc. | Accelerometer utilizing an annular mass |
| DE69206770T2 (de) * | 1991-12-19 | 1996-07-11 | Motorola Inc | Dreiachsiger Beschleunigungsmesser |
| DE19503236B4 (de) * | 1995-02-02 | 2006-05-24 | Robert Bosch Gmbh | Sensor aus einem mehrschichtigen Substrat |
| US6204544B1 (en) * | 1999-02-12 | 2001-03-20 | Board Of Supervisors Of Louisiana State University And Agricultural And Mechanical College | Laterally movable gate field effect transistors for microsensors and microactuators |
-
1999
- 1999-05-03 DE DE19920066A patent/DE19920066B4/de not_active Expired - Lifetime
-
2000
- 2000-05-02 JP JP2000133723A patent/JP4681099B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 2000-05-03 US US09/564,085 patent/US6536282B1/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07335908A (ja) * | 1993-04-07 | 1995-12-22 | British Aerospace Plc <Baf> | 運動センサーを製造する方法 |
| JPH08201062A (ja) * | 1995-01-23 | 1996-08-09 | Murata Mfg Co Ltd | 振動ジャイロ |
| JPH10141961A (ja) * | 1996-11-14 | 1998-05-29 | Murata Mfg Co Ltd | 振動子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| US6536282B1 (en) | 2003-03-25 |
| DE19920066B4 (de) | 2007-03-01 |
| DE19920066A1 (de) | 2000-11-09 |
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