JP2006153689A - センサ素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 所定間隔をおいて配置された導電性の上方基板及び導電性の下方基板と、上方基板および下方基板に挟まれた空間内で導電性の重錘体を変位可能に支持する導電性の中間基板と、重錘体の変位に応じた電気信号を導電性の中間基板を介して取り出す検出素子と、を有する。
【選択図】 図2
Description
<センサの製造方法>
図3〜4を参照してセンサ10の製造工程(STEP-1〜STEP-5)について説明する。なお、以下の製造工程は、通常の拡散技術、薄膜堆積技術、フォトリソグラフィ技術等のシリコン・プロセスによって行われる。
<角速度の検出>
図6は、上記したセンサ10におけるピエゾ抵抗素子の配線の一例を模式的に示す平面図である。以下においては、図中x方向の橋梁部28に配されたピエゾ抵抗素子(及びその抵抗値)を、x方向に順にR1,R2,R3,R4とし、y方向の橋梁部28に配されたピエゾ抵抗素子(及びその抵抗値)を、y方向に順にR5,R6,R7,R8として説明する。ピエゾ抵抗素子R1〜R8を接続する配線は、端子T1〜T8に接続されている。
<容量型センサの構造及び製造方法>
より詳細には、図10は、センサ30の構造を模式的に説明する平面図であり、図11は、図10の線A−Aに関する断面構造を模式的に示す断面図である。センサ30は、シリコン等で形成された導電性の下方基板(底部基板:BS)16上に、SiO2により形成された第1絶縁層15、第1シリコン層12、SiO2により形成された第2絶縁層13、第2シリコン層14、SiO2により形成された第3絶縁層18、及びシリコン等で形成された導電性の上方基板(TS)19が順次設けられている。また、空隙部29が形成され、当該空隙部29内に橋梁部28及び橋梁部28の下方に重錘体25が形成されている点は上記した実施例1と同様である。また、橋梁部28は可撓性を有し、重錘体25は駆動回路による駆動や外部からの力によって空隙部29内において、x、y及びz方向に変位可能である。
<角速度の検出>
図12は、上記したセンサ30の加速度及び角速度を検出する場合の検出回路の一例を示すブロック図である。
12 第1シリコン層
13 第2絶縁層
14 第2シリコン層
15 第1絶縁層
16 下方基板
19 上方基板
21A,21B ピエゾ抵抗素子
25 重錘体
28 橋梁部
29 空隙部
33A〜33D 側方ブロック
37A〜37D CV変換回路
41 2層SOIウエハ
51 3層SOIウエハ
Claims (18)
- 所定間隔をおいて配置された導電性の上方基板及び導電性の下方基板と、
前記上方基板および前記下方基板に挟まれた空間内で導電性の重錘体を変位可能に支持する導電性の中間基板と、
前記重錘体の変位に応じた電気信号を前記導電性の中間基板を介して取り出す検出素子と、を有することを特徴とするセンサ。 - 前記上方基板、下方基板及び中間基板は、シリコンで構成されていることを特徴とする請求項1記載のセンサ。
- 前記中間基板及び下方基板は、シリコン基板上に第1絶縁層、第1シリコン層、第2絶縁層及び第2シリコン層が順次積層された2層SOI基板を用いて形成され、前記のシリコン基板が前記導電性の下方基板、前記第1シリコン層の一部が前記導電性の重錘体、前記第2シリコン層の一部が前記重錘体を支持する橋梁部をそれぞれ構成することを特徴とする請求項1記載のセンサ。
- 前記中間基板及び下方基板は、シリコン基板上に第1下層絶縁層、間隔規定用シリコン層、第1上層絶縁層、第1シリコン層、第2絶縁層、第2シリコン層が順次積層形成された3層SOI基板を用いて形成され、前記シリコン基板が前記導電性の下方基板、前記第1シリコン層の一部が前記導電性の重錘体、前記第2シリコン層の一部が前記重錘体を支持する橋梁部を構成し、前記第1下層絶縁層、間隔規定用シリコン層及び第1上層絶縁層が前記下方基板と前記重錘体との間の間隙を規定することを特徴とする請求項1記載のセンサ。
- 前記上方基板に第1の直流電位を印加すると共に前記下方基板に第2の直流電位を印加し、かつ前記重錘体に交流電圧を印加する電圧印加手段を備え、交流電圧印加により前記重錘体を上下振動させ、前記重錘体に作用した角速度を前記検出素子により検出することを特徴とする請求項1記載のセンサ。
- 前記中間基板は、前記重錘体を支持するとともに前記検出素子としてのピエゾ抵抗素子を含む橋梁部を有することを特徴とする請求項1記載のセンサ。
- 前記重錘体は各々が電極として機能する4つの側面を有し、前記第1シリコン層は、各々が前記重錘体の4つの側面に対向する対向電極として機能する対向面を有する4つのブロック部を含み、前記検出素子は前記重錘体の4つの側面及び前記4つのブロック部によって形成される4組の容量性素子によって構成されることを特徴とする請求項3又は4記載のセンサ。
- 前記ブロック部は、トレンチ構造の絶縁層によって前記中間基板の他の部分と分離されていることを特徴とする請求項7記載のセンサ。
- 前記交流電圧は、前記第1の直流電位と第2の直流電位との間で振動する振幅を有することを特徴とする請求項5記載のセンサ。
- 前記第1の直流電位は正の所定電位であり、前記第2の直流電位は負の所定電位であることを特徴とする請求項5記載のセンサ。
- 前記下方基板は、前記下方基板の底面に形成された電位取り出し電極を有することを特徴とする請求項1記載のセンサ。
- 前記上方基板の上面及び側面のいずれかが電位取り出し電極であることを特徴とする請求項1記載のセンサ。
- 前記上方基板に電気的に接続され、前記中間基板の表面に形成された前記上方基板の電位取り出し電極を有することを特徴とする請求項1記載のセンサ。
- 所定間隔をおいて配置された導電性底面を有する上方基板及び導電性表面を有する下方基板と、
前記上方基板および前記下方基板に挟まれた空間内で変位可能に支持された導電性の重錘体を含む中間基板と、
前記上方基板の導電性底面と前記下方基板の導電性表面とに各々所定の直流電圧を印加し、かつ前記重錘体に交流電圧を印加して前記重錘体を上下振動させる手段と、
上下振動する前記重錘体の変位に基づいて前記重錘体に作用した角速度を検出する検出素子と、を有することを特徴とするセンサ。 - 所定間隔をおいて配置された導電性の上方基板及び導電性表面を有する下方基板と、
前記上方基板および前記下方基板に挟まれた空間内で変位可能に支持された導電性の重錘体を含む中間基板と、
前記導電性の上方基板と前記下方基板の導電性表面とに各々所定の直流電圧を印加し、かつ前記重錘体に交流電圧を印加して前記重錘体を上下振動させる手段と、
上下振動する前記重錘体の変位に基づいて前記重錘体に作用した角速度を検出する検出素子と、を有することを特徴とするセンサ。 - 所定間隔をおいて配置された導電性底面を有する上方基板及び導電性の下方基板と、
前記上方基板および前記下方基板に挟まれた空間内で変位可能に支持された導電性の重錘体を含む中間基板と、
前記上方基板の導電性底面と前記下方基板の導電性表面とに各々所定の直流電圧を印加し、かつ前記重錘体に交流電圧を印加して前記重錘体を上下振動させる手段と、
上下振動する前記重錘体の変位に基づいて前記重錘体に作用した角速度を検出する検出素子と、を有することを特徴とするセンサ。 - 所定間隔をおいて配置された導電性の下方基板と、
前記上方基板および前記下方基板間に設けられ、導電性の重錘体を変位可能に支持する導電性の中間基板と、
前記重錘体の変位に応じた電気信号を前記導電性の中間基板を介して取り出す検出素子と、を有し、
前記基板及び下方基板は、シリコン基板上に第1下層絶縁層、間隔規定用シリコン層、第1上層絶縁層、第1シリコン層、第2絶縁層、第2シリコン層が順次積層形成された3層SOI基板を用いて形成され、前記シリコン基板が前記導電性の下方基板、前記第1シリコン層の一部が前記導電性の重錘体、前記第2シリコン層の一部が前記重錘体を支持する橋梁部を構成し、前記第1下層絶縁層、間隔規定用シリコン層及び第1上層絶縁層が前記下方基板と前記重錘体との間の間隙を規定することを特徴とするセンサ。 - 所定間隔をおいて配置された導電性の下方基板と、
前記上方基板および前記下方基板間に設けられ、導電性の重錘体を変位可能に支持する導電性の中間基板と、
前記重錘体の変位に応じた電気信号を前記導電性の基板を介して取り出す検出素子と、を有し、
前記基板及び下方基板は、シリコン基板上に第1下層絶縁層、間隔規定用シリコン層、第1上層絶縁層、第1シリコン層、第2絶縁層、第2シリコン層が順次積層形成された3層SOI基板を用いて形成され、前記シリコン基板が前記導電性の下方基板、前記第1シリコン層の一部が前記導電性の重錘体、前記第2シリコン層の一部が前記重錘体を支持する橋梁部を構成し、間隔規定用シリコン層が前記下方基板と前記重錘体との間の間隙を規定することを特徴とするセンサ。
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