JP2004069652A - シリコン加速度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、質量可動体の表面に絶縁膜を形成することにより加速度計の故障を抑制したシリコン加速度計を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明によるシリコン加速度センサは、中央に開口部（１０ａ）を有する環状の第１板状部材（１０Ａ）と、前記開口部（１０ａ）内において前記第１板状部材（１０Ａ）から延設された梁部（１０Ｃ）を介して保持され、質量可動体として機能する第２板状部材（１０Ｂ）とを有するシリコン基板（１０）と、前記シリコン基板（１０）の両側に貼り付けられ、前記開口部（１０ａ）に面する領域に凹部（２Ａ，３Ａ）を有する一対のガラス基板（２，３）と、前記一対のガラス基板（２，３）の凹部（２Ａ，３Ａ）内にそれぞれ配設され、外部回路に接続された一対の金属電極（４，５）とを備えるシリコン加速度センサにおいて、前記第２板状部材（１０Ｂ）の前記一対の金属電極（４，５）に対面する面にシリコン酸化膜（１０Ａａ）を形成した構成である。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン加速度センサに関し、特に、半導体製造技術を用いて小型・軽量に構成できるようにするための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、用いられていたこの種の装置としては図３で示される、例えばシリコン加速度計の構成を挙げることができる。すなわち、図３において、符号１で示されるものはシリコン基板である。このシリコン基板１は、中央に開口部１ａを有する環状の外枠部１Ａと、開口部１ａ内において外枠部１Ａから延設された梁部１Ｃを介して保持される質量可動体１Ｂとを備える。質量可動体１Ｂは、梁部１Ｃが撓むことにより図３中において上下に振れることができる。
【０００３】
シリコン基板１の両面にはガラス基板２、３が貼り付けられている。このガラス基板２、３には、シリコン基板１の質量可動体１Ｂと向かい合う位置に凹部２Ａ、３Ａが形成され、この凹部２Ａ、３Ａにはそれぞれ金属電極４、５が配設されている。すなわち、金属電極４、５間において質量可動部１Ｂは電極として機能するので、金属電極４、５間に２つのコンデンサが形成されることとなる。
【０００４】
金属電極４、５は、ガラス基板２、３に穿孔された孔部２Ｂ、３Ｂを通じて外部回路に接続されており、両電極４、５間に電圧を印加すれば、質量可動体の表面全体に電荷が誘導され、外部回路（図示せず）において２つのコンデンサにおける静電容量の変化（質量可動体１Ｂの変位によるもの）を検出できるので、この検出信号に基づいて加速度を計測するように構成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の装置は以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。すなわち、加速度計としての検出範囲は、質量可動体１Ｂが金属電極４、５に触れない範囲であるが、この範囲を超える加速度が掛かると図４に示すように質量可動体１Ｂが金属電極４または５に接触してしまい、質量可動体１Ｂと金属電極４または５との間で電気的に短絡することにより加速度計が故障する場合があった。さらに深刻な場合は、接触箇所において放電が生じ、質量可動体１Ｂと金属電極４または５が溶着する場合もあった。
【０００６】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、特に、質量可動体の表面に絶縁膜を形成することにより上述のような加速度計の故障の発生を抑制したシリコン加速度計を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のシリコン加速度センサは、中央に開口部を有する環状の第１板状部材と、前記開口部内において前記第１板状部材から延設された梁部を介して保持され、質量可動体として機能する第２板状部材とを有するシリコン基板と、前記シリコン基板の両側に貼り付けられ、前記開口部に面する領域に凹部を有する一対のガラス基板と、前記一対のガラス基板の凹部内にそれぞれ配設され、外部回路に接続された一対の金属電極とを備え、外部から加速度を受けることにより前記一対の金属電極間において前記第２板状部材が撓むことによって変化する前記一対の金属電極間の静電容量を計測することにより、加速度を計測するシリコン加速度センサにおいて、前記第２板状部材の前記一対の金属電極に対面する面にシリコン酸化膜を形成した構成であり、また、前記シリコン酸化膜の膜厚は５０００〜８０００Åである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明によるシリコン加速度計の好適な実施の形態について詳細に説明する。
なお、従来装置と同一または同等部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【０００９】
図１に示すように、本発明のシリコン加速度センサでは、シリコン基板１０の第１板状部材である外枠部１０Ａに梁部１０Ｃを介して保持された第２板状部材である質量可動体１０Ｂの表面にシリコン酸化膜１０Ａａを形成している。このシリコン酸化膜１０Ａａは、半導体製造技術を用いて形成するものであり、炉内において酸素雰囲気下で１１００℃程度にシリコン基板１を加熱することにより、１〜２時間でシリコン基板１の表面に酸素を拡散させて５０００Å〜１００００Å程度のシリコン酸化膜を形成することができる。加速度計の質量可動体として用いる場合には、シリコン酸化膜１０Ａａの膜厚は５０００Åから８０００Å程度であることが望ましい。
【００１０】
このように、質量可動体１０Ｂの表面にシリコン酸化膜１０Ａａを形成したので、加速度計に過大な加速度が掛かった場合においても、質量可動体１０Ｂと金属電極４または５の間において短絡または溶着が生じることはなく、故障を抑制した信頼性の高いシリコン加速度計を提供することができる。
なお、このようなシリコン酸化膜の形成においては、シリコン基板１０の各々毎に行うのではなく、シリコンウエハの状態で両面に形成してからシリコン加速度計の大きさに切断することにより、生産性の向上を図ることができる。
【００１１】
【発明の効果】
本発明のシリコン加速度センサは、中央に開口部を有する環状の第１板状部材と、前記開口部内において前記第１板状部材から延設された梁部を介して保持され、質量可動体として機能する第２板状部材とを有するシリコン基板と、前記シリコン基板の両側に貼り付けられ、前記開口部に面する領域に凹部を有する一対のガラス基板と、前記一対のガラス基板の凹部内にそれぞれ配設され、外部回路に接続された一対の金属電極とを備え、外部から加速度を受けることにより前記一対の金属電極間において前記第２板状部材が撓むことによって変化する前記一対の金属電極間の静電容量を計測することにより、加速度を計測するシリコン加速度センサにおいて、前記第２板状部材の前記一対の金属電極に対面する面にシリコン酸化膜を形成したので、質量可動体と金属電極の間において短絡または溶着が生じることはなく、故障を抑制した信頼性の高いシリコン加速度計を提供することができる。
【００１２】
また、前記シリコン酸化膜の膜厚は５０００〜８０００Åであるので、さらに信頼性の高いシリコン加速度計を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるシリコン加速度センサを概略的に示す構成図である。
【図２】本発明によるシリコン加速度センサの動作時の様子を概略的に示す構成図である。
【図３】従来のシリコン加速度センサを概略的に示す構成図である。
【図４】従来のシリコン加速度センサの動作時の様子を概略的に示す構成図である。
【符号の説明】
２、３　ガラス基板
２Ａ、３Ａ　凹部
２Ｂ、３Ｂ　孔部
４、５　金属電極
１０　シリコン基板
１０Ａ　外枠部
１０ａ　開口部
１０Ａａ　シリコン酸化膜
１０Ｂ　質量可動部
１０Ｃ　梁部

Claims (2)

1. 中央に開口部（１０ａ）を有する環状の第１板状部材（１０Ａ）と、前記開口部（１０ａ）内において前記第１板状部材（１０Ａ）から延設された梁部（１０Ｃ）を介して保持され、質量可動体として機能する第２板状部材（１０Ｂ）とを有するシリコン基板（１０）と、
   前記シリコン基板（１０）の両側に貼り付けられ、前記開口部（１０ａ）に面する領域に凹部（２Ａ，３Ａ）を有する一対のガラス基板（２，３）と、
   前記一対のガラス基板（２，３）の凹部（２Ａ，３Ａ）内にそれぞれ配設され、外部回路に接続された一対の金属電極（４，５）とを備え、外部から加速度を受けることにより前記一対の金属電極（４，５）間において前記第２板状部材（１０Ｂ）が撓むことによって変化する前記一対の金属電極（４，５）間の静電容量を計測することにより、加速度を計測するシリコン加速度センサにおいて、
   前記第２板状部材（１０Ｂ）の前記一対の金属電極（４，５）に対面する面にシリコン酸化膜（１０Ａａ）を形成したことを特徴とするシリコン加速度センサ。
2. 前記シリコン酸化膜（１０Ａａ）の膜厚は５０００〜８０００Åであることを特徴とする請求項１記載のシリコン加速度センサ。

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