JP2007298410A - 静電容量式センサ - Google Patents
静電容量式センサ Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007298410A JP2007298410A JP2006126873A JP2006126873A JP2007298410A JP 2007298410 A JP2007298410 A JP 2007298410A JP 2006126873 A JP2006126873 A JP 2006126873A JP 2006126873 A JP2006126873 A JP 2006126873A JP 2007298410 A JP2007298410 A JP 2007298410A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- movable electrode
- semiconductor layer
- electrode
- detection unit
- gap
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
【解決手段】半導体層2のアンカ部3にビーム部4を介して非対称な質量バランスとなるように可動支持され、半導体層2の厚み方向の物理量の変位に応じて動作する可動電極5と、半導体層2を支持する絶縁層20上に形成された固定電極6とを相互に間隙を介して対向配置し、可動電極5と固定電極6との間隙の大きさに応じて検出される静電容量に基づき物理量を検出する静電容量式センサにおいて、半導体層2を単結晶シリコン層とし、単結晶シリコン層を垂直エッチング加工することで形成されたアンカ部3、ビーム部4、可動電極5からなる当該可動電極5の可動機構を備えることで実現する。
【選択図】図1
Description
[静電容量式センサ1の構成]
図1、図2、図3を用いて、本発明の第1の実施の形態として示す静電容量式センサ1の構成について説明する。この静電容量式センサ1は、図1の紙面に向かって垂直な方向の加速度や角速度など、種々の物理量を検出することができる。
図5(a)は、可動電極5が揺動することなく絶縁層20の下面20bに対して平行な姿勢にある状態を示している。この状態では、大板部5aと固定電極6Aとの間の間隙25aの大きさと、小板部5bと固定電極6Bとの間の間隙25bの大きさとが等しくなるため、大板部5aおよび固定電極6Aの相互対向面積と、小板部5bおよび固定電極6Bの相互対向面積とを等しくしてある場合には、大板部5aと固定電極6Aとの間の静電容量と、小板部5bと固定電極6Bとの間の静電容量とは等しくなる。
ここで、図6を参照して、電位取出部8の構成について説明する。図6(a)は、電位取出部8を拡大して示した図であり、図6(b)は、図6(a)に示すC−C線で切断した様子を示す断面図であり、図6(c)は、絶縁層20と半導体層2とを接合する前段における様子を示した断面図である。
ところで、上述したように本発明の第1の実施の形態では、半導体層2と絶縁層20との接合面は、半導体層2側に凹部22を設けるようにしている。図7は、図1のB−B断面に相当する断面図である。
上述した静電容量式センサ1のアンカ部3、ビーム部4、可動電極5などを、図9に示すようなシリコン支持基板41とシリコン活性層43との間に中間酸化膜42としてSiO2を挿入した構造のSOI(Silicon On Insulator)基板40から形成することもできる。図9は、図1のB−B断面に相当する断面図である。
ビーム部4は、静電容量式センサ1の厚み方向に長い断面(ビーム部4の延伸軸に垂直な断面)を有しているため、当該厚み方向には撓みにくい形状となっている。また、ビーム部4は、図4に示すような一定の矩形(略長方形)断面を有する梁として構成されており、半導体層2の厚み方向に沿った厚みhが10μm以上とされる。この厚みhの下限値である10μmは、上述した検知ギャップの一般的な検知ギャップ間の距離である3μm以上に基づき算出された値である。このように、検知ギャップ間の距離を3μm以上とした場合、静電容量式センサ1で検出された値を信号処理する信号処理回路の能力に基づく感度を確保するためには、所定の変位量だけ可動電極5を変位させる必要がある。
固定電極6A,6Bは、図11に示すように、可動電極5のねじれ動作の中心となるビーム部4を対称軸として上下対称となるように設けるのではなく、可動電極5の小板部5b側へとずらすように設けられている。
上述したように、本発明の第1の実施の形態として示す静電容量式センサ1は、単結晶シリコン基板である半導体層2を垂直エッチング加工することでアンカ部3、ビーム部4、可動電極5からなる当該可動電極5の可動機構を形成している。したがって、充分な厚みがある半導体層2を用いて可動電極5を形成することができる。
続いて、図14,図15を用いて、本発明の第2の実施の形態として示す静電容量式センサ30の構成について説明する。第2の実施の形態として示す静電容量式センサ30は、上述した第1の実施の形態として示す半導体層2の厚み方向である垂直方向の物理量を検出する静電容量式センサ1に、さらに半導体層2の面方向である水平方向の物理量を検出することができるように構成したものである。
続いて、図16に示す水平方向検出部30Bの検出部38を中心に可動電極35、固定電極36を拡大した平面図を用いて、検出部38の詳細な構成について説明をする。
ところで、図14を用いて説明したように、水平方向検出部30Bでは、半導体層2と絶縁層20との接合面は、半導体層2側に凹部42を設けるようにしている。
また、図14に示す垂直方向検出部30Aのビーム部4を形成するために貫通させる間隙10の幅w1と、図16に示す水平方向検出部30Bの検出部38の検知ギャップである間隙10aの幅w2とを同一にする。
さらに、図15に示す垂直方向検出部30Aのビーム部4の幅w3と、水平方向検出部30Bのビーム部34の幅w4とを同一にする。
第2の実施の形態として示す静電容量式センサ30は、図17に示すような構成とすることもできる。図17に示す静電容量式センサ30は、垂直方向検出部30Aの可動電極5を、水平方向検出部30Bを囲むような枠形状としている。
このように、本発明の第2の実施の形態として示す静電容量式センサ30は、同一の半導体層2に、半導体層2の厚み方向の物理量を検出する垂直方向検出部30Aと、半導体層2の面方向の物理量を検出する水平方向検出部30Bとが、垂直エッチング加工により形成されている。
2 半導体層
3 アンカ部
4 ビーム部
5 可動電極
5a 大板部
5b 小板部
6 固定電極
6A 固定電極
6B 固定電極
10 間隙
10a 間隙
10b 間隙
20 絶縁層
21 絶縁層
22 凹部
30 静電容量式センサ
30A 垂直方向検出部
30B 水平方向検出部
35 可動電極
35a 検出可動電極
36 固定電極
36a 検出固定電極
40 基板
40 SOI(Silicon On Insulator)基板
42 凹部
Claims (15)
- 半導体層の固定部分にビーム部を介して非対称な質量バランスとなるように可動支持され、前記半導体層の厚み方向の物理量の変位に応じて動作する第1可動電極と、前記半導体層を支持する支持基板上に形成された第1固定電極とを相互に間隙を介して対向配置し、前記第1可動電極と前記第1固定電極との間隙の大きさに応じて検出される静電容量に基づき物理量を検出する第1検出部を備える静電容量式センサにおいて、
前記半導体層を単結晶シリコン層とし、
前記単結晶シリコン層を垂直エッチング加工することで形成された前記固定部分、前記ビーム部、前記第1可動電極からなる当該第1可動電極の可動機構を備えること
を特徴とする静電容量式センサ。 - 前記支持基板上に形成された前記第1固定電極と対向する領域を含む、前記半導体層の前記支持基板との対向面に凹部が形成されていること
を特徴とする請求項1記載の静電容量式センサ。 - 前記凹部が結晶異方性エッチングにより形成されていること
を特徴とする請求項2記載の静電容量式センサ。 - シリコン支持基板とシリコン活性層との間に中間酸化膜を挿入した構造のSOI(Silicon On Insulator)基板を用い、
前記半導体層を前記SOI基板のシリコン活性層とすること
を特徴とする請求項1記載の静電容量式センサ。 - 前記ビーム部の厚みが、当該ビーム部の幅よりも大きいこと
を特徴とする請求項1記載の静電容量式センサ。 - 前記第1可動電極の厚み、前記ビーム部の厚みがそれぞれ10μm以上であること
を特徴とする請求項5記載の静電容量式センサ。 - 前記ビーム部の厚みが、当該ビーム部の幅の3.16倍以上であること
を特徴とする請求項5記載の静電容量式センサ。 - 前記第1固定電極は、前記ビーム部を介して非対称な質量バランスとされた前記第1可動電極の質量の小さい部材である小板部と、質量の大きい部材である大板部にそれぞれ独立して対向配置され、
さらに、前記小板部と対向する前記第1固定電極は、前記ビーム部から遠ざけるように配置され、前記大板部と対向する前記第1固定電極は、前記ビーム部に近付けるように前記支持基板上に配置されていること
を特徴とする請求項1記載の静電容量式センサ。 - 前記第1固定電極は、前記ビーム部を介して非対称な質量バランスとされた前記第1可動電極の質量の小さい部材である小板部と、質量の大きい部材である大板部にそれぞれ独立して対向配置され、
さらに、前記第1固定電極は、垂直エッチング加工によって前記固定部、前記ビーム部を形成するにあたり設けられた間隙と対向することを避けながら、一部が前記間隙の形状に沿うように前記支持基板上に形成されていること
を特徴とする請求項1記載の静電容量式センサ。 - 前記半導体層の固定部分にビーム部を介して可動支持され、前記半導体層の面方向の物理量の変位に応じて動作する第2可動電極と、前記半導体層によって形成された第2固定電極とを相互に間隙を介して対向配置し、前記第2可動電極と前記第2可動電極との間隙の大きさに応じて検出される静電容量に基づき物理量を検出する第2検出部を備えること
を特徴とする請求項1記載の静電容量式センサ。 - 前記第1検出部の半導体層の厚みと、前記第2検出部の半導体層の厚みとが略同一であること
を特徴とする請求項10記載の静電容量式センサ。 - 前記第1検出部のビーム部の厚みと、前記第2検出部のビーム部の厚みが略同一であること
を特徴とする請求項10記載の静電容量式センサ。 - 前記第1検出部のビーム部の幅と、前記第2検出部のビーム部の幅とが略同一であること
を特徴とする請求項10記載の静電容量式センサ。 - 前記第1検出部の前記ビーム部を形成するにあたり垂直エッチング加工によって設けられた間隙と、
前記第2検出部の第2可動電極と第2固定電極とを相互に対向配置させる際に設けた間隙とが略同一であること
を特徴とする請求項10記載の静電容量式センサ。 - 前記第1検出部の前記第1可動電極は、前記第2検出部の周囲を囲む形状であること
を特徴とする請求項10記載の静電容量式センサ。
Priority Applications (9)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006126873A JP4605087B2 (ja) | 2006-04-28 | 2006-04-28 | 静電容量式センサ |
US12/296,554 US8176782B2 (en) | 2006-04-28 | 2007-04-25 | Capacitive sensor |
PCT/JP2007/058960 WO2007125961A1 (ja) | 2006-04-28 | 2007-04-25 | 静電容量式センサ |
EP07742395A EP2023152A4 (en) | 2006-04-28 | 2007-04-25 | CAPACITIVE SENSOR |
KR1020087027013A KR101012248B1 (ko) | 2006-04-28 | 2007-04-25 | 정전용량식 센서 |
CN2012101627849A CN102654409A (zh) | 2006-04-28 | 2007-04-25 | 电容式传感器 |
CN2007800154915A CN101432627B (zh) | 2006-04-28 | 2007-04-25 | 电容式传感器 |
TW096115114A TW200804814A (en) | 2006-04-28 | 2007-04-27 | Capacitive sensor |
TW099108899A TWI417547B (zh) | 2006-04-28 | 2007-04-27 | Capacitive sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006126873A JP4605087B2 (ja) | 2006-04-28 | 2006-04-28 | 静電容量式センサ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007298410A true JP2007298410A (ja) | 2007-11-15 |
JP4605087B2 JP4605087B2 (ja) | 2011-01-05 |
Family
ID=38768019
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006126873A Active JP4605087B2 (ja) | 2006-04-28 | 2006-04-28 | 静電容量式センサ |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4605087B2 (ja) |
CN (1) | CN101432627B (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012507716A (ja) * | 2008-10-30 | 2012-03-29 | フリースケール セミコンダクター インコーポレイテッド | 相互直交方向で分離的検知を有するトランスデューサ |
JP2013257307A (ja) * | 2012-05-15 | 2013-12-26 | Denso Corp | センサ装置 |
JP2014016175A (ja) * | 2012-07-06 | 2014-01-30 | Hitachi Automotive Systems Ltd | 慣性センサ |
JP2014062907A (ja) * | 2008-04-29 | 2014-04-10 | Robert Bosch Gmbh | マイクロメカニカル素子および加速度検出方法 |
US9476905B2 (en) | 2013-05-16 | 2016-10-25 | Seiko Epson Corporation | Sensor element, electronic apparatus and moving object |
CN111825053A (zh) * | 2020-07-03 | 2020-10-27 | 瑞声科技(南京)有限公司 | 电容系统及其制备方法 |
US11137248B2 (en) | 2016-11-11 | 2021-10-05 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Sensor element, inertial sensor, and electronic apparatus |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010286471A (ja) * | 2009-05-15 | 2010-12-24 | Seiko Epson Corp | Memsセンサー、電子機器 |
WO2011064642A2 (ja) | 2009-11-24 | 2011-06-03 | パナソニック電工株式会社 | 加速度センサ |
CN104458828A (zh) * | 2014-12-22 | 2015-03-25 | 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 | 丙酮气敏半导体传感器 |
JP6611467B2 (ja) | 2015-05-19 | 2019-11-27 | キヤノン株式会社 | 変位検出装置、レンズ鏡筒、および、撮像装置 |
Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5810661A (ja) * | 1981-07-02 | 1983-01-21 | サートル・エレクトロニク・オルロジュール・ソシエテ・アノニム | 加速度測定器 |
JPH08178952A (ja) * | 1994-12-20 | 1996-07-12 | Zexel Corp | 加速度センサ |
JPH09189716A (ja) * | 1995-11-07 | 1997-07-22 | Temic Telefunken Microelectron Gmbh | 超小型機械的加速度センサ |
US5731520A (en) * | 1994-12-23 | 1998-03-24 | Ford Global Technologies, Inc. | Acceleration sensing module with a combined self-test and ground electrode |
US5900550A (en) * | 1997-06-16 | 1999-05-04 | Ford Motor Company | Capacitive acceleration sensor |
DE19750350C1 (de) * | 1997-11-13 | 1999-08-05 | Univ Dresden Tech | Dreidimensionaler Chip-Beschleunigungssensor und Verfahren zu seiner Herstellung mittels UV-unterstützter Mikrogalvanik |
US6000287A (en) * | 1998-08-28 | 1999-12-14 | Ford Motor Company | Capacitor center of area sensitivity in angular motion micro-electromechanical systems |
JPH11515092A (ja) * | 1995-07-20 | 1999-12-21 | コーネル・リサーチ・ファンデーション・インコーポレイテッド | 高感度力検出のための超小型化ねじれキャンティレバー |
JP2003014778A (ja) * | 2001-04-26 | 2003-01-15 | Samsung Electronics Co Ltd | 垂直変位測定及び駆動構造体とその製造方法 |
US20050005698A1 (en) * | 2003-07-08 | 2005-01-13 | Motorola Inc. | Single proof mass, 3 axis mems transducer |
US20050268719A1 (en) * | 2004-06-07 | 2005-12-08 | Honeywell International, Inc. | Dynamically balanced capacitive pick-off accelerometer |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5220835A (en) * | 1991-09-12 | 1993-06-22 | Ford Motor Company | Torsion beam accelerometer |
-
2006
- 2006-04-28 JP JP2006126873A patent/JP4605087B2/ja active Active
-
2007
- 2007-04-25 CN CN2007800154915A patent/CN101432627B/zh active Active
Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5810661A (ja) * | 1981-07-02 | 1983-01-21 | サートル・エレクトロニク・オルロジュール・ソシエテ・アノニム | 加速度測定器 |
JPH08178952A (ja) * | 1994-12-20 | 1996-07-12 | Zexel Corp | 加速度センサ |
US5731520A (en) * | 1994-12-23 | 1998-03-24 | Ford Global Technologies, Inc. | Acceleration sensing module with a combined self-test and ground electrode |
JPH11515092A (ja) * | 1995-07-20 | 1999-12-21 | コーネル・リサーチ・ファンデーション・インコーポレイテッド | 高感度力検出のための超小型化ねじれキャンティレバー |
JPH09189716A (ja) * | 1995-11-07 | 1997-07-22 | Temic Telefunken Microelectron Gmbh | 超小型機械的加速度センサ |
US5900550A (en) * | 1997-06-16 | 1999-05-04 | Ford Motor Company | Capacitive acceleration sensor |
DE19750350C1 (de) * | 1997-11-13 | 1999-08-05 | Univ Dresden Tech | Dreidimensionaler Chip-Beschleunigungssensor und Verfahren zu seiner Herstellung mittels UV-unterstützter Mikrogalvanik |
US6000287A (en) * | 1998-08-28 | 1999-12-14 | Ford Motor Company | Capacitor center of area sensitivity in angular motion micro-electromechanical systems |
JP2003014778A (ja) * | 2001-04-26 | 2003-01-15 | Samsung Electronics Co Ltd | 垂直変位測定及び駆動構造体とその製造方法 |
US20050005698A1 (en) * | 2003-07-08 | 2005-01-13 | Motorola Inc. | Single proof mass, 3 axis mems transducer |
US20050268719A1 (en) * | 2004-06-07 | 2005-12-08 | Honeywell International, Inc. | Dynamically balanced capacitive pick-off accelerometer |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014062907A (ja) * | 2008-04-29 | 2014-04-10 | Robert Bosch Gmbh | マイクロメカニカル素子および加速度検出方法 |
JP2012507716A (ja) * | 2008-10-30 | 2012-03-29 | フリースケール セミコンダクター インコーポレイテッド | 相互直交方向で分離的検知を有するトランスデューサ |
JP2013257307A (ja) * | 2012-05-15 | 2013-12-26 | Denso Corp | センサ装置 |
JP2014016175A (ja) * | 2012-07-06 | 2014-01-30 | Hitachi Automotive Systems Ltd | 慣性センサ |
US9476905B2 (en) | 2013-05-16 | 2016-10-25 | Seiko Epson Corporation | Sensor element, electronic apparatus and moving object |
US11137248B2 (en) | 2016-11-11 | 2021-10-05 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Sensor element, inertial sensor, and electronic apparatus |
CN111825053A (zh) * | 2020-07-03 | 2020-10-27 | 瑞声科技(南京)有限公司 | 电容系统及其制备方法 |
CN111825053B (zh) * | 2020-07-03 | 2023-11-10 | 瑞声科技(南京)有限公司 | 电容系统及其制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN101432627A (zh) | 2009-05-13 |
CN101432627B (zh) | 2012-08-22 |
JP4605087B2 (ja) | 2011-01-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI417547B (zh) | Capacitive sensor | |
JP4605087B2 (ja) | 静電容量式センサ | |
JP2007298405A (ja) | 静電容量式センサ | |
US6955086B2 (en) | Acceleration sensor | |
EP2246706A1 (en) | Physical quantity sensor | |
JPH11344507A (ja) | マイクロマシンの構成エレメント | |
JP2000065855A (ja) | 半導体加速度スイッチ、半導体加速度スイッチの製造方法 | |
EP1750132A1 (en) | Semiconductor acceleration sensor | |
US9688527B2 (en) | Micromechanical component and method for producing a micromechanical component | |
WO2016119418A1 (zh) | 一种加速度计中的z轴结构 | |
JP2012163507A (ja) | 加速度センサ | |
JPH06123632A (ja) | 力学量センサ | |
JP4858064B2 (ja) | 力学量検出センサおよびその製造方法 | |
JP2008197113A (ja) | 半導体加速度センサ | |
JPH1022513A (ja) | 静電容量型センサおよびその製造方法 | |
JP2001349732A (ja) | マイクロマシンデバイスおよび角加速度センサおよび加速度センサ | |
JP5083635B2 (ja) | 加速度センサ | |
US10330472B2 (en) | Angular velocity acquisition device | |
JP4600344B2 (ja) | 静電容量式センサ | |
JP4775412B2 (ja) | 半導体物理量センサ | |
JP4752874B2 (ja) | 半導体物理量センサ | |
JPH11337342A (ja) | 半導体角速度センサおよびその製造方法 | |
JP4793050B2 (ja) | 静電容量式センサ | |
JP2009270944A (ja) | 静電容量型加速度センサ | |
JP2007298407A (ja) | 静電容量式センサ |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20071003 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090623 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090804 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100126 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100301 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100406 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100607 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100907 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100920 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4605087 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131015 Year of fee payment: 3 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |