JP4590976B2 - Mechanical quantity sensor - Google Patents

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Description

本発明は、支持基板とは離間した状態で支持基板上に支持され力学量が印加されたときに基板面と水平方向に変位可能になっている可動部を有する力学量センサに関する。   The present invention relates to a mechanical quantity sensor having a movable portion that is supported on a support substrate in a state of being separated from the support substrate and is movable in a horizontal direction with respect to the substrate surface when a mechanical quantity is applied.

従来のこの種の力学量センサは、支持基板と、該支持基板上において該支持基板から離れて配置された状態で該支持基板に支持された可動部と、該支持基板上において該可動部の周囲に配置され該支持基板に固定されて支持された周辺固定部と、を有して構成されている。   A conventional mechanical quantity sensor of this type includes a support substrate, a movable portion supported on the support substrate in a state of being arranged away from the support substrate, and a movable portion of the movable portion on the support substrate. And a peripheral fixing portion arranged around and supported by the support substrate.

ここで、可動部は、力学量が印加されたときに支持基板の基板面と水平方向に変位可能になっている。そして、このものにおいては、力学量が印加されたときの可動部の変位状態に基づいて印加された力学量を検出するようにしている。   Here, the movable portion can be displaced in the horizontal direction with respect to the substrate surface of the support substrate when a mechanical quantity is applied. And in this thing, the applied mechanical quantity is detected based on the displacement state of a movable part when a mechanical quantity is applied.

このような力学量センサとしては、たとえば、半導体基板を加工することにより形成された角速度センサが提案されている(たとえば、特許文献1参照)。
特開2001−133268号公報
As such a mechanical quantity sensor, for example, an angular velocity sensor formed by processing a semiconductor substrate has been proposed (for example, see Patent Document 1).
JP 2001-133268 A

このような力学量センサにおいては、具体的には、作動時に可動部には一定電位を印加し、可動部に対向して設けられた駆動電極に交流電圧を印加することにより、可動部を変位させていた。つまり、静電引力を利用して、可動部を駆動させていた。   Specifically, in such a mechanical quantity sensor, a constant potential is applied to the movable part during operation, and an AC voltage is applied to a drive electrode provided opposite to the movable part to displace the movable part. I was letting. That is, the movable part is driven using electrostatic attraction.

ここにおいて、従来では、可動部の下に離間配置された支持基板は、作動時にはGND状態にしていた。そのため、作動時には、可動部と支持基板との間に、大きな電位差が生じ、可動部と支持基板とが静電引力により付着する、いわゆるスティッキングが発生する可能性が大きかった。   Here, conventionally, the support substrate spaced apart below the movable portion is in a GND state during operation. Therefore, during operation, a large potential difference is generated between the movable part and the support substrate, and there is a high possibility that so-called sticking occurs in which the movable part and the support substrate adhere to each other due to electrostatic attraction.

そこで、本発明は上記問題に鑑み、支持基板とは離間した状態で支持基板上に支持された可動部を有する力学量センサにおいて、作動時における可動部と支持基板とのスティッキングを極力抑制することを目的とする。   Therefore, in view of the above problems, the present invention suppresses sticking between the movable portion and the support substrate during operation as much as possible in the mechanical quantity sensor having the movable portion supported on the support substrate in a state separated from the support substrate. With the goal.

上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、支持基板(1a)と、支持基板(1a)上に設けられた絶縁層(1c)と、絶縁層(1c)を介して支持基板(1a)に支持された半導体層(1b)とを有し、
半導体層(1b)には、支持基板(1a)に対向しているとともに、絶縁層(1c)を除去することにより、支持基板(1a)からリリースされて、力学量が印加されたときに基板面と水平方向に変位可能になっている可動部(20、30)と、可動部(20、30)の周囲に配置され、絶縁層(1c)を介して支持基板(1a)に固定されて支持された周辺固定部(10)とが、溝によって区画されて形成されており、力学量が印加されたときの可動部(20、30)の変位状態に基づいて印加された力学量を検出するようにした力学量センサにおいて、
作動時には、周辺固定部(10)の電位がセンサの各部の中で最高電位となるものであることを特徴としている。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the support substrate (1a), the insulating layer (1c) provided on the support substrate (1a), and the support substrate via the insulating layer (1c) are provided. A semiconductor layer (1b) supported by (1a),
The semiconductor layer (1b) is opposed to the support substrate (1a), and is removed from the support substrate (1a) by removing the insulating layer (1c). A movable part (20, 30) that is displaceable in a horizontal direction with respect to the surface, and is arranged around the movable part (20, 30) and fixed to the support substrate (1a) via an insulating layer (1c). The supported peripheral fixed part (10) is formed by being partitioned by a groove, and the applied mechanical quantity is detected based on the displacement state of the movable part (20, 30) when the mechanical quantity is applied. In the mechanical quantity sensor designed to
In operation, the potential of the peripheral fixing part (10) is the highest potential among the parts of the sensor.

それによれば、作動時に、周辺固定部(10)の電位をセンサの各部の中で最高電位としているため、その大きな電位が、周辺固定部(10)から支持基板(1a)へ印加される。そのため、支持基板(1a)の電位を、従来のGND状態よりも大きくすることができ、結果として、可動部(20、30)と支持基板(1a)との電位差を小さくすることができる。   According to this, since the potential of the peripheral fixing portion (10) is set to the highest potential among the respective portions of the sensor during operation, the large potential is applied from the peripheral fixing portion (10) to the support substrate (1a). Therefore, the potential of the support substrate (1a) can be made larger than that in the conventional GND state, and as a result, the potential difference between the movable parts (20, 30) and the support substrate (1a) can be reduced.

よって、本発明によれば、支持基板(1a)と対向しているとともに、支持基板(1a)からリリースされて変位可能となっている可動部(20、30)を有する力学量センサにおいて、作動時における可動部(20、30)と支持基板(1a)とのスティッキングを極力抑制することができる。 Therefore, according to the present invention, in the mechanical quantity sensor having the movable part (20, 30) which is opposed to the support substrate (1a) and is released from the support substrate (1a) and can be displaced , Sticking between the movable part (20, 30) and the support substrate (1a) at the time can be suppressed as much as possible.

また、請求項に記載の発明では、請求項1記載の力学量センサにおいて、導体層(1b)および絶縁層(1c)をエッチングすることにより、可動部(20、30)および周辺固定部(10)が半導体層(1b)に形成されており、周辺固定部(10)に電位を印加するためのパッド(10a)は、半導体層(1b)上に設けられていることを特徴としている。 Further, in the invention according to claim 2, in the mechanical quantity sensor according to claim 1, by a semi-conductor layer (1b) and an insulating layer (1c) is etched, the movable portion (20, 30) and around a fixed The part (10) is formed in the semiconductor layer (1b), and the pad (10a) for applying a potential to the peripheral fixing part (10) is provided on the semiconductor layer (1b). Yes.

それによれば、周辺固定部(10)に電位を印加するためのパッド(10a)の形成を容易に行うことができ、好ましい。   According to this, the pad (10a) for applying a potential to the peripheral fixing portion (10) can be easily formed, which is preferable.

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。図1は、本発明の実施形態に係る力学量センサとしての角速度センサ100の概略平面構成を示す図であり、図2は、図1中のA−A一点鎖線に沿った概略断面図である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic plan configuration of an angular velocity sensor 100 as a mechanical quantity sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along a dashed line AA in FIG. .

この角速度センサ100は、シリコン基板等からなる半導体基板1を加工することにより形成されたものである。   This angular velocity sensor 100 is formed by processing a semiconductor substrate 1 made of a silicon substrate or the like.

具体的には、この半導体基板1に、エッチング等の周知の半導体製造技術を用いて溝を形成することにより、図1に示されるように、固定された部分としての枠状の周辺固定部10、この周辺固定部10の内周部に位置し固定された部分としてのアンカー部11、12および検出電極用固定部13、さらに、周辺固定部10の内周部に位置し可動となっている可動部20、30等からなる構造体が区画され形成されている。   Specifically, by forming a groove in the semiconductor substrate 1 using a known semiconductor manufacturing technique such as etching, as shown in FIG. 1, a frame-shaped peripheral fixing portion 10 as a fixed portion is formed. The anchor portions 11 and 12 and the detection electrode fixing portion 13 as the fixed portions located on the inner peripheral portion of the peripheral fixing portion 10 and the inner peripheral portion of the peripheral fixing portion 10 are movable. A structure including the movable parts 20 and 30 is defined and formed.

より具体的に言うならば、図2に示されるように、本角速度センサ100は、たとえば半導体基板1として両シリコン基板1a、1bを酸化膜1cを介して貼り合わせてなるSOI(シリコンオンインシュレータ)基板1を用いて形成されている。   More specifically, as shown in FIG. 2, the angular velocity sensor 100 includes, for example, an SOI (Silicon On Insulator) in which both silicon substrates 1a and 1b are bonded together with an oxide film 1c as a semiconductor substrate 1. It is formed using the substrate 1.

そして、このSOI基板1における両シリコン基板1a、1bのうち一方のシリコン基板1a(図2中の下側)を支持基板として構成しており、半導体層としての他方のシリコン基板1b(図2中の上側)および絶縁層としての酸化膜1cに対して、他方のシリコン基板1bの表面側からトレンチエッチングや犠牲層エッチング等の周知のマイクロマシン加工技術を施す。   Then, one of the silicon substrates 1a and 1b in the SOI substrate 1 is configured as a support substrate, and the other silicon substrate 1b as a semiconductor layer (in FIG. 2). A known micromachining technique such as trench etching or sacrificial layer etching is applied to the oxide film 1c as the insulating layer and the oxide film 1c as the insulating layer from the surface side of the other silicon substrate 1b.

それによって、当該他方のシリコン基板1bに上記溝を形成するとともに、当該溝によって区画された上記各部10〜30等の構造体を、当該他方のシリコン基板1bに形成するものである。   Thereby, the groove is formed in the other silicon substrate 1b, and the structures such as the parts 10 to 30 defined by the groove are formed in the other silicon substrate 1b.

ここで、図1では、上記構造体が形成されている他方のシリコン基板1bの表面側、すなわち支持基板1a上に支持された半導体層1bの表面側が示されている。また、図1および図2に示されるように、周辺固定部10、アンカー部11、12および検出電極用固定部13の内周部においては、犠牲層エッチングなどによって酸化膜1cが除去されている。   Here, FIG. 1 shows the surface side of the other silicon substrate 1b on which the structure is formed, that is, the surface side of the semiconductor layer 1b supported on the support substrate 1a. Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the oxide film 1c is removed by sacrificial layer etching or the like in the inner peripheral portion of the peripheral fixing portion 10, the anchor portions 11, 12 and the detection electrode fixing portion 13. .

それによって、この周辺固定部10、アンカー部11、12および検出電極用固定部13の内周部では、上記構造体が形成されている半導体層としての他方のシリコン基板1bは、一方のシリコン基板1aすなわち支持基板1aから離間している。   Accordingly, the other silicon substrate 1b as the semiconductor layer on which the structure is formed is the one silicon substrate in the inner peripheral portion of the peripheral fixing portion 10, the anchor portions 11 and 12, and the detection electrode fixing portion 13. 1a, that is, separated from the support substrate 1a.

こうして、本例においては、当該他方のシリコン基板1bのうち周辺固定部10、アンカー部11、12および検出電極用固定部13は、酸化膜1cを介して一方のシリコン基板1a上に支持されて固定されており、可動部20、30は、一方のシリコン基板1aからリリースされて可動となっている。   Thus, in this example, the peripheral fixing portion 10, the anchor portions 11, 12 and the detection electrode fixing portion 13 of the other silicon substrate 1b are supported on one silicon substrate 1a via the oxide film 1c. The movable parts 20 and 30 are fixed and released from the one silicon substrate 1a.

図1に示されるように、可動部20、30は、略矩形状の駆動用振動部20と、駆動用振動子部20を取り囲む矩形枠状の検出用振動部30と、駆動用振動部20および検出用振動部30を連結する複数個(図示例では4個)の駆動用梁部21と、検出用振動部30およびその外周の基部10を連結する複数個(図示例では2個)の検出用梁部31と、を備えている。   As shown in FIG. 1, the movable parts 20, 30 include a substantially rectangular drive vibration part 20, a rectangular frame-like detection vibration part 30 surrounding the drive vibrator part 20, and the drive vibration part 20. And a plurality (four in the illustrated example) of driving beam portions 21 that connect the detecting vibration unit 30 and a plurality (two in the illustrated example) that couple the detecting vibration unit 30 and the base 10 on the outer periphery thereof. A beam 31 for detection.

駆動用振動部20は、駆動用梁部21を介して検出用振動部30と一体化されており、さらに言うならば、駆動用振動部20は検出用振動部30および検出用梁部31を介在させてはいるが、検出用振動部30、アンカー部11、12を介して、支持基板としての一方のシリコン基板1aに連結されている。   The drive vibration unit 20 is integrated with the detection vibration unit 30 via the drive beam unit 21. More specifically, the drive vibration unit 20 includes the detection vibration unit 30 and the detection beam unit 31. Although intervening, it is connected to one silicon substrate 1a as a support substrate via the vibration part for detection 30 and the anchor parts 11 and 12.

各々の駆動用梁部21は、コの字型の折り返し形状をなしており、その一端部側が駆動用振動部20に接続され、他端部側が検出用振動部30における枠内周面に接続されている。   Each of the driving beam portions 21 has a U-shaped folded shape, and one end side thereof is connected to the driving vibration portion 20, and the other end side is connected to the inner peripheral surface of the frame in the detection vibration portion 30. Has been.

また、駆動用梁部21においては、上記コの字形状における互いに平行な一対の平行棒部22および23が、その長手方向と直交する方向にたわむようになっている。そのため、駆動用振動部20は図1中の矢印X方向に振動可能となっている。以下、この矢印X方向を、駆動用振動部20が振動する第1の方向Xと言うことにする。   Further, in the driving beam portion 21, a pair of parallel rod portions 22 and 23 in the U-shape are bent in a direction perpendicular to the longitudinal direction. Therefore, the driving vibration unit 20 can vibrate in the direction of the arrow X in FIG. Hereinafter, the arrow X direction is referred to as a first direction X in which the driving vibration unit 20 vibrates.

一方、各々の検出用梁部31は、一対の梁32、33が平行に離間して配置されるとともにこれら両梁32、33の両端部が連結された長方形枠形状をなしている。   On the other hand, each detection beam portion 31 has a rectangular frame shape in which a pair of beams 32 and 33 are spaced apart in parallel and both ends of both beams 32 and 33 are connected.

そして、一方の梁32の中間部が、アンカー部11、12における内周面から突出した突出部に接続されて、アンカー部11、12に固定支持されており、他方の梁33の中間部が、検出用振動部30に接続されている。   And the intermediate part of one beam 32 is connected to the protrusion part which protruded from the inner peripheral surface in the anchor parts 11 and 12, is fixedly supported by the anchor parts 11 and 12, and the intermediate part of the other beam 33 is , Connected to the detection vibration unit 30.

こうして、検出用振動部30は、検出用梁部31を介してアンカー部11、12、さらには支持基板としての一方のシリコン基板1aに連結されている。つまり、可動部としての両振動部20、30は、アンカー部11、12によって酸化膜1cを介して一方のシリコン基板1aに連結され支持されている。   In this way, the detection vibration part 30 is connected to the anchor parts 11 and 12 and one silicon substrate 1a as a support substrate via the detection beam part 31. That is, both the vibrating parts 20 and 30 as the movable parts are connected and supported by the anchor parts 11 and 12 to the one silicon substrate 1a via the oxide film 1c.

また、検出用梁部31においては、上記した互いに平行な一対の梁32、33が、その長手方向と直交する方向にたわむようになっている。   In the detection beam portion 31, the pair of parallel beams 32 and 33 described above are bent in a direction orthogonal to the longitudinal direction.

そのため、検出用振動部30は、上記基板1の平面内にて駆動用振動部20の振動方向である第1の方向Xと直交する方向、すなわち図1中の矢印Y方向に振動可能となっている。以下、この矢印Y方向を、検出用振動部30が振動する第2の方向Yと言うことにする。   Therefore, the detection vibration unit 30 can vibrate in the direction orthogonal to the first direction X that is the vibration direction of the drive vibration unit 20 in the plane of the substrate 1, that is, in the direction of the arrow Y in FIG. 1. ing. Hereinafter, this arrow Y direction is referred to as a second direction Y in which the detection vibration unit 30 vibrates.

また、検出用振動部30の外周部には、この外周部と対向する検出電極用固定部13の内周部に向かって突出する櫛歯状の突起部35が形成されており、この突起部35とかみ合うように当該検出電極用固定部13の内周部からも櫛歯状の突起部15が形成されている。そして、これら両方の突起部15、35により、本センサ100の検出電極部15、35が構成されている。   Further, a comb-like projection 35 is formed on the outer peripheral portion of the detection vibrating portion 30 so as to protrude toward the inner peripheral portion of the detection electrode fixing portion 13 facing the outer peripheral portion. A comb-like protrusion 15 is also formed from the inner peripheral portion of the detection electrode fixing portion 13 so as to engage with the detection electrode 35. The two projecting portions 15 and 35 constitute the detection electrode portions 15 and 35 of the sensor 100.

このように、本角速度センサ100においては、支持基板としての一方のシリコン基板1aと、一方のシリコン基板1a上において一方のシリコン基板1aから離れて配置された状態で一方のシリコン基板1aに支持された可動部20、30と、一方のシリコン基板1a上において可動部20、30の周囲に配置され、一方のシリコン基板1aに固定されて支持された周辺固定部10と、を備えた基本構成となっている。   As described above, in the present angular velocity sensor 100, one silicon substrate 1a as a support substrate and the one silicon substrate 1a are supported on one silicon substrate 1a in a state of being separated from the one silicon substrate 1a. A basic configuration including the movable portions 20 and 30 and the peripheral fixed portion 10 disposed around the movable portions 20 and 30 on the one silicon substrate 1a and fixed and supported by the one silicon substrate 1a; It has become.

そして、駆動用振動部20と検出用振動部30とからなる可動部20、30は、力学量である角速度Ωが印加されたときに一方のシリコン基板1aの基板面と水平方向X、Yに変位可能になっている。   The movable parts 20 and 30 including the driving vibration part 20 and the detection vibration part 30 are arranged in the horizontal directions X and Y with respect to the substrate surface of one silicon substrate 1a when an angular velocity Ω which is a mechanical quantity is applied. Displaceable.

ここで、図1に示されるように、一方のアンカー部12には、可動部20、30に対して図示しない外部回路から電位を印加するための可動部用パッド12aが形成されている。また、検出電極用固定部13には、検出電極部15、35からの信号を上記外部回路へ取り出すための検出電極用パッド13aが形成されている。   Here, as shown in FIG. 1, one anchor portion 12 is formed with a movable portion pad 12 a for applying a potential to the movable portions 20 and 30 from an external circuit (not shown). The detection electrode fixing portion 13 is formed with a detection electrode pad 13a for taking out signals from the detection electrode portions 15 and 35 to the external circuit.

さらに、図1に示されるように、周辺固定部10の所定位置には、上記外部回路から周辺固定部10へ電位を印加するための周辺固定部用パッド10aが形成されている。これら各パッド10a、12a、13aは、アルミニウムなどを成膜してなるもので、上記外部回路に対してボンディングワイヤなどにより接続されるようになっている。   Further, as shown in FIG. 1, a peripheral fixing portion pad 10 a for applying a potential from the external circuit to the peripheral fixing portion 10 is formed at a predetermined position of the peripheral fixing portion 10. Each of these pads 10a, 12a, and 13a is formed by depositing aluminum or the like, and is connected to the external circuit by a bonding wire or the like.

かかる構成を有する角速度センサ100の作動について述べる。まず、図示しないが容量駆動により、駆動用振動部20を図1中の第1の方向Xに振動(駆動振動)させる。本実施形態では、駆動用振動部20の近傍には、駆動用振動部20に対向して図示しない駆動電極が設けられている。   The operation of the angular velocity sensor 100 having such a configuration will be described. First, although not shown, the drive vibration unit 20 is vibrated (drive vibration) in the first direction X in FIG. 1 by capacitive driving. In the present embodiment, a drive electrode (not shown) is provided in the vicinity of the drive vibration unit 20 so as to face the drive vibration unit 20.

そして、駆動用振動部20および検出用振動部30すなわち可動部20、30には、上記外部回路から可動部用パッド12aを介して一定の電位(たとえば16V)を印加する。また、上記駆動電極には、交流電圧(たとえば、8±5V)を印加する。それにより発生する静電引力を利用し、駆動用振動部20は、駆動用梁部21の作用によって第1の方向へ振動し、変位する。   Then, a constant potential (for example, 16 V) is applied to the driving vibration unit 20 and the detection vibration unit 30, that is, the movable units 20 and 30, from the external circuit via the movable unit pad 12 a. An AC voltage (for example, 8 ± 5 V) is applied to the drive electrode. By utilizing the electrostatic attraction generated thereby, the driving vibration unit 20 vibrates in the first direction and is displaced by the action of the driving beam unit 21.

この駆動振動のもと、図1に示されるように、紙面垂直方向の軸周りすなわち第1の方向Xおよび第2の方向Yと直交する軸周りに、角速度Ωが角速度センサ100に印加されると、駆動用振動部20に対して、第2の方向Yにコリオリ力が発生する。   Under this driving vibration, as shown in FIG. 1, an angular velocity Ω is applied to the angular velocity sensor 100 around an axis perpendicular to the paper surface, that is, around an axis orthogonal to the first direction X and the second direction Y. Then, a Coriolis force is generated in the second direction Y with respect to the driving vibration unit 20.

このコリオリ力は、駆動用梁部21から検出用振動部30に伝わり、検出用振動部30と駆動用振動部20とが、図1中の第2の方向Yに一体に振動(検出振動)する。そして、この検出振動により、上記両突起部11、35間の距離が変化する。この距離変化を基部10に形成された図示しない配線部等を介して、当該両突起部15、35間の容量変化として検出する。   This Coriolis force is transmitted from the drive beam portion 21 to the detection vibration portion 30, and the detection vibration portion 30 and the drive vibration portion 20 vibrate integrally in the second direction Y in FIG. 1 (detection vibration). To do. And the distance between both the said projection parts 11 and 35 changes with this detection vibration. This change in distance is detected as a change in capacitance between the protrusions 15 and 35 via a wiring part (not shown) formed on the base 10.

具体的には、検出電極部11、35のうち検出電極用固定部13側の櫛歯部15には、上記外部回路から検出電極用パッド13aを介して、可動部20、30に印加される電圧よりも小さい電圧(たとえば2.5V)が印加されている。   Specifically, the comb-tooth portion 15 on the detection electrode fixing portion 13 side of the detection electrode portions 11 and 35 is applied to the movable portions 20 and 30 from the external circuit via the detection electrode pad 13a. A voltage smaller than the voltage (for example, 2.5 V) is applied.

そして、上記外部回路によって、図1中の左側の検出電極部15、35と右側の検出電極部15、35との間で、差動容量変化を検出するようにしている。こうして、本実施形態において、上記角速度Ωが検出されるのである。   A change in differential capacitance is detected between the left detection electrode portions 15 and 35 and the right detection electrode portions 15 and 35 in FIG. 1 by the external circuit. Thus, in the present embodiment, the angular velocity Ω is detected.

さらに、このような角速度検出を行う作動時において、本実施形態では、上記外部回路から周辺固定部用パッド10aを介して、周辺固定部10には電位が印加されており、その電位は、センサの各部の中で最高電位となるものである。たとえば、可動部20、30の電位が16Vであるとき、周辺固定部10の電位は20V程度である。   Further, in the operation for performing such angular velocity detection, in the present embodiment, a potential is applied from the external circuit to the peripheral fixing portion 10 via the peripheral fixing portion pad 10a. Among these parts, the highest potential is obtained. For example, when the potential of the movable parts 20 and 30 is 16V, the potential of the peripheral fixed part 10 is about 20V.

このように、本実施形態によれば、支持基板としての一方のシリコン基板1aと、一方のシリコン基板1a上において一方のシリコン基板1aから離れて配置された状態で一方のシリコン基板1aに支持され、角速度が印加されたときに一方のシリコン基板1aの基板面と水平方向X、Yに変位可能になっている可動部20、30と、一方のシリコン基板1a上において可動部20、30の周囲に配置され、一方のシリコン基板1aに固定されて支持された周辺固定部10と、を備え、角速度が印加されたときの可動部20、30の変位状態に基づいて印加された角速度を検出するようにした角速度センサ100において、作動時には、周辺固定部10の電位がセンサ100の各部の中で最高電位となるものであることを特徴とする角速度センサ100が提供される。   As described above, according to the present embodiment, one silicon substrate 1a as a support substrate and the one silicon substrate 1a are supported on one silicon substrate 1a while being separated from the one silicon substrate 1a. When the angular velocity is applied, the movable portions 20 and 30 that are displaceable in the horizontal directions X and Y with respect to the substrate surface of one silicon substrate 1a, and the surroundings of the movable portions 20 and 30 on the one silicon substrate 1a And a peripheral fixed portion 10 fixed to and supported by one silicon substrate 1a, and the applied angular velocity is detected based on the displacement state of the movable portions 20 and 30 when the angular velocity is applied. In the angular velocity sensor 100 configured as described above, during operation, the potential of the peripheral fixed portion 10 is the highest potential among the portions of the sensor 100. Support 100 is provided.

それによれば、作動時に、周辺固定部10の電位をセンサ100の各部の中で最高電位としているため、その大きな電位が、周辺固定部10から一方のシリコン基板1aへ印加される。   According to this, at the time of operation, the potential of the peripheral fixing portion 10 is set to the highest potential among the respective portions of the sensor 100, so that the large potential is applied from the peripheral fixing portion 10 to one silicon substrate 1a.

そのため、一方のシリコン基板1aの電位を、従来のGND状態よりも大きくすることができ、結果として、可動部20、30と一方のシリコン基板1aとの電位差を小さくすることができる。   Therefore, the potential of one silicon substrate 1a can be made larger than that in the conventional GND state, and as a result, the potential difference between the movable portions 20 and 30 and one silicon substrate 1a can be reduced.

具体的には、従来では、作動時において可動部20、30の電位が、たとえば16Vである場合、GND状態にある一方のシリコン基板1aと可動部20、30との電位差は、実質的に16Vである。   Specifically, in the related art, when the potential of the movable parts 20 and 30 is, for example, 16V during operation, the potential difference between the one silicon substrate 1a in the GND state and the movable parts 20 and 30 is substantially 16V. It is.

それに対して、本実施形態では、上記した例のように、作動時において可動部20、30の電位は16Vであり、周辺固定部10の電位は20Vである。   On the other hand, in this embodiment, as in the example described above, the potential of the movable parts 20 and 30 is 16V and the potential of the peripheral fixed part 10 is 20V during operation.

ここで、本実施形態では、周辺固定部10は、絶縁層である酸化膜1cを介して一方のシリコン基板1aに固定され支持されているが、センサ100の各部の中で最高電位という大きな電位が周辺固定部10に印加されるため、周辺固定部10から酸化膜1cを介した一方のシリコン基板1aへのリークが発生し、一方のシリコン基板1aの電位は、周辺固定部10の電位よりも低い電位、たとえば10V程度になる。   Here, in the present embodiment, the peripheral fixing portion 10 is fixed and supported on one silicon substrate 1a via an oxide film 1c that is an insulating layer. Is applied to the peripheral fixing portion 10, a leak from the peripheral fixing portion 10 to one silicon substrate 1 a through the oxide film 1 c occurs, and the potential of the one silicon substrate 1 a is higher than the potential of the peripheral fixing portion 10. Becomes a low potential, for example, about 10V.

そのため、本実施形態において、作動時における可動部20、30と支持基板である一方のシリコン基板1aとの電位差は、たとえば6V程度になり、従来に比べて小さな電位差とすることができる。その結果、作動時における可動部20、30と支持基板1aとの間の静電引力を小さくすることができる。   Therefore, in the present embodiment, the potential difference between the movable parts 20 and 30 and the one silicon substrate 1a that is the support substrate at the time of operation is, for example, about 6 V, which can be a small potential difference compared to the conventional case. As a result, the electrostatic attractive force between the movable parts 20 and 30 and the support substrate 1a during operation can be reduced.

よって、本実施形態によれば、支持基板1aとは離間した状態で支持基板1a上に支持された可動部20、30を有する角速度センサ100において、作動時における可動部20、30と支持基板1aとのスティッキングを極力抑制することができる。   Therefore, according to the present embodiment, in the angular velocity sensor 100 having the movable portions 20 and 30 supported on the support substrate 1a in a state of being separated from the support substrate 1a, the movable portions 20 and 30 and the support substrate 1a in operation. Can be suppressed as much as possible.

ちなみに、作動時における可動部20、30と支持基板1aとのスティッキングを極力抑制するためには、単純には、上記角速度センサ100において、可動部20、30に印加する一定電圧を小さくすることが考えられる。   Incidentally, in order to suppress sticking between the movable parts 20 and 30 and the support substrate 1a as much as possible during operation, the constant voltage applied to the movable parts 20 and 30 in the angular velocity sensor 100 is simply reduced. Conceivable.

しかし、この場合、可動部20、30の駆動力自体も小さくなり、駆動振動の振幅が小さくなり、センサの感度低下を招いてしまう。その点、本実施形態では、そのような問題は回避することができる。   However, in this case, the driving force itself of the movable parts 20 and 30 is also reduced, the amplitude of the driving vibration is reduced, and the sensitivity of the sensor is lowered. In this respect, in the present embodiment, such a problem can be avoided.

また、本実施形態では、一方のシリコン基板1aに支持された半導体層としての他方のシリコン基板1bをエッチングすることにより、可動部20、30は一方のシリコン基板1aからリリースされたものとなっており、周辺固定部10に電位を印加するための周辺固定部用パッド10aは、他方のシリコン基板1b上に設けられたものとしている。   In the present embodiment, the movable portions 20 and 30 are released from one silicon substrate 1a by etching the other silicon substrate 1b as a semiconductor layer supported by one silicon substrate 1a. The peripheral fixing portion pad 10a for applying a potential to the peripheral fixing portion 10 is provided on the other silicon substrate 1b.

それによれば、周辺固定部10に電位を印加するための周辺固定部用パッド10aの形成を、その他の上記各パッド12a、13aの形成と同時に容易に行うことができるため、好ましい。   Accordingly, the peripheral fixing portion pad 10a for applying a potential to the peripheral fixing portion 10 can be easily formed simultaneously with the formation of the other pads 12a and 13a.

なお、本実施形態において上記した例では、可動部20、30には一定の電位(たとえば16V)を印加し、上記駆動電極には交流電圧(たとえば、8±5V)を印加していたが、それとは反対に、可動部20、30には交流電圧を印加し、上記駆動電極には一定の電位を印加するようにしてもよい。   In the example described above in the present embodiment, a constant potential (for example, 16V) is applied to the movable parts 20 and 30, and an AC voltage (for example, 8 ± 5V) is applied to the drive electrode. On the contrary, an alternating voltage may be applied to the movable parts 20 and 30 and a constant potential may be applied to the drive electrode.

この場合でも、作動時に周辺固定部10に最高電位を印加すれば、上記した酸化膜1cを介したリークによって、一方のシリコン基板1aの電位は、周辺固定部10の電位よりも低い電位になる。そのため、実効的には、従来に比べて、可動部20、30と一方のシリコン基板1aとの電位差を小さくすることができ、上記と同様、スティッキング抑制の効果が発揮される。   Even in this case, if the highest potential is applied to the peripheral fixing portion 10 during operation, the potential of one silicon substrate 1a becomes lower than the potential of the peripheral fixing portion 10 due to the leakage through the oxide film 1c. . Therefore, effectively, the potential difference between the movable parts 20 and 30 and the one silicon substrate 1a can be reduced as compared with the conventional case, and the effect of suppressing sticking is exhibited as described above.

(他の実施形態)
なお、上記実施形態では、支持基板上の各部は半導体からなるものであったが、導体から構成されていてもよい。
(Other embodiments)
In addition, in the said embodiment, although each part on a support substrate consists of semiconductors, you may be comprised from the conductor.

また、本発明は、上記した角速度センサ以外にも、力学量として加速度を検出する加速度センサなどの力学量センサに対しても適用可能である。   In addition to the angular velocity sensor described above, the present invention can also be applied to a mechanical quantity sensor such as an acceleration sensor that detects acceleration as a mechanical quantity.

要するに、本発明は、支持基板と、支持基板上において支持基板から離れて配置された状態で支持基板に支持され力学量が印加されたときに支持基板の基板面と水平方向に変位可能になっている可動部と、支持基板上において可動部の周囲に配置され支持基板に固定されて支持された周辺固定部と、を備え、力学量が印加されたときの可動部の変位状態に基づいて印加された力学量を検出するようにした力学量センサにおいて、作動時に、周辺固定部の電位をセンサの各部の中で最高電位となるようにしたことを主たる特徴としたものであり、その他の部分については適宜設計変更が可能である。   In short, the present invention can be displaced in the horizontal direction with respect to the support substrate and the substrate surface of the support substrate when a mechanical quantity is applied to the support substrate in a state of being arranged away from the support substrate on the support substrate. Based on the displacement state of the movable part when a mechanical quantity is applied, and a peripheral fixed part that is arranged around the movable part on the support substrate and is supported by being fixed to the support substrate. In the mechanical quantity sensor that detects the applied mechanical quantity, the main feature is that the potential of the peripheral fixed part becomes the highest potential in each part of the sensor during operation. The design of the part can be changed as appropriate.

本発明の実施形態に係る力学量センサとしての角速度センサの概略平面構成を示す図である。It is a figure which shows schematic plan structure of the angular velocity sensor as a mechanical quantity sensor which concerns on embodiment of this invention. 図1中のA−A概略断面図である。It is an AA schematic sectional drawing in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1a…支持基板としての一方のシリコン基板、
1b…半導体層としての他方のシリコン基板、1c…絶縁層としての酸化膜、
10…周辺固定部、10a…周辺固定部用パッド、
20…可動部としての駆動用振動部、30…可動部としての検出用振動部。
1a: One silicon substrate as a supporting substrate,
1b ... the other silicon substrate as a semiconductor layer, 1c ... an oxide film as an insulating layer,
10 ... Peripheral fixing part, 10a ... Peripheral fixing part pad,
20 ... Driving vibration part as a movable part, 30 ... Detection vibration part as a movable part.

Claims (2)

支持基板(1a)と、
前記支持基板(1a)上に設けられた絶縁層(1c)と、
前記絶縁層(1c)を介して前記支持基板(1a)に支持された半導体層(1b)とを有し、
前記半導体層(1b)には、前記支持基板(1a)に対向しているとともに、前記絶縁層(1c)を除去することにより、前記支持基板(1a)からリリースされて、力学量が印加されたときに基板面と水平方向に変位可能になっている可動部(20、30)と、記可動部(20、30)の周囲に配置され、前記絶縁層(1c)を介して前記支持基板(1a)に固定されて支持された周辺固定部(10)とが、溝によって区画されて形成されており、
力学量が印加されたときの前記可動部(20、30)の変位状態に基づいて印加された力学量を検出するようにした力学量センサにおいて、
作動時には、前記周辺固定部(10)の電位がセンサの各部の中で最高電位となるものであることを特徴とする力学量センサ。
A support substrate (1a);
An insulating layer (1c) provided on the support substrate (1a);
A semiconductor layer (1b) supported by the support substrate (1a) through the insulating layer (1c);
The semiconductor layer (1b) is opposed to the support substrate (1a) and is released from the support substrate (1a) by removing the insulating layer (1c), and a mechanical quantity is applied to the semiconductor layer (1b). and a movable portion which is displaceable to the substrate surface and the horizontal direction (20, 30) when disposed around the front Symbol movable portion (20, 30), said support through said insulating layer (1c) A peripheral fixing part (10) fixed and supported by the substrate (1a) is defined by a groove,
In the mechanical quantity sensor configured to detect the applied mechanical quantity based on the displacement state of the movable part (20, 30) when the mechanical quantity is applied,
The mechanical quantity sensor characterized in that the potential of the peripheral fixed portion (10) is the highest potential among the respective portions of the sensor during operation.
前記半導体層(1b)および前記絶縁層(1c)をエッチングすることにより、前記可動部(20、30)および前記周辺固定部(10)が前記半導体層(1b)に形成されており、
前記周辺固定部(10)に電位を印加するためのパッド(10a)は、前記半導体層(1b)上に設けられていることを特徴とする請求項に記載の力学量センサ。
By etching the semiconductor layer (1b) and the insulating layer (1c) , the movable part (20, 30) and the peripheral fixed part (10) are formed in the semiconductor layer (1b),
It said peripheral fixed part pads (10a) for applying a potential to (10), dynamic quantity sensor according to claim 1, characterized in that provided on the semiconductor layer (1b).
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