JP4737276B2 - 半導体力学量センサおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
以下、本発明の第1実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係る半導体力学量センサは、容量式の加速度センサであり、例えば、エアバッグ、ABS、VSC等の作動制御を行うために用いられるものである。
本実施形態では、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。本実施形態では、静電引力によって梁支持部25を変位させることが特徴となっている。
本実施形態では、第1、第2実施形態と異なる部分についてのみ説明する。本実施形態では、キャップ部11に設けられていた取り出し電極41をセンサ部10に設け、さらに梁支持部25を変位させるための変位手段をセンサ部10に設けたことが特徴となっている。
本実施形態では、第1〜第3実施形態と異なる部分についてのみ説明する。本実施形態では、可動部16はシーソー状に変位する構造になっている。
本実施形態では、第1〜第4実施形態と異なる部分についてのみ説明する。上記各実施形態では、支持基板12の平面方向と垂直方向との2軸について加速度を検出できる構成になっていた。本実施形態では平面方向について2軸の加速度を検出でき、合計3軸について加速度検出できることが特徴となっている。
第1実施形態では、突起部29が梁支持部25に設けられたものについて示されているが、突起部29は梁支持部25に設けられていても良い。
12 支持基板
11 キャップ部
13 埋め込み酸化膜
16 可動部
17、18 固定部
19 第1電極取り出し部
20 第2電極取り出し部
21 錘部
22 可動電極
23 第1梁
24 第2梁
25 梁支持部
26 第3梁
29 突起部
30、32 配線部
31、33 固定電極
Claims (18)
- 可動電極(22)を有する可動部(16)と固定電極(31、33、70)を有する固定部(17、18、69)とを含んだセンサ構造体が支持基板(12)の上に形成された板状のセンサ部(10)と、キャップ部(11)とを備え、
前記センサ部(10)に前記キャップ部(11)が接合されることで前記支持基板(12)と前記キャップ部(11)とによって前記センサ構造体が覆われるようになっており、前記可動電極(22)と前記固定電極(31、33、70)との間に形成される容量に基づいて物理量を検出する半導体力学量センサであって、
前記可動部(16)は、前記支持基板(12)に対して一定の間隔で浮遊した浮遊部(25)を備え、
前記キャップ部(11)および前記支持基板(12)のいずれか一方または両方は、前記支持基板(12)と前記浮遊部(25)との間の前記一定の間隔が変化するように、前記浮遊部(25)を前記支持基板(12)の垂直方向に変位させる変位手段(29、46、47、56、57)を備えており、
前記浮遊部(25)の変位に連動して前記固定電極(31、33、70)に対する前記可動電極(22)の位置を前記支持基板(12)の垂直方向に移動させることにより、前記固定電極(31、33、70)に対する前記可動電極(22)の対向面積を減らし、
前記可動電極(22)に対して前記支持基板(12)の垂直方向に物理量が加わったとき、前記可動電極(22)と前記固定電極(31、33、70)との間の対向面積の増減に基づいて前記支持基板(12)の垂直方向の物理量を検出する一方、前記可動電極(22)に対して前記支持基板(12)の平面方向に物理量が加わったとき、前記可動電極(22)と前記固定電極(31、33、70)との離間距離に基づいて前記支持基板(12)の平面方向の物理量を検出することを特徴とする半導体力学量センサ。 - 前記変位手段は前記キャップ部(11)に備えられ、前記キャップ部(11)のうち前記センサ構造体に対向した面の一部が突出した突起部(29)であり、
前記突起部(29)が前記浮遊部(25)に接触して該浮遊部(25)が前記支持基板(12)側に押し込まれることにより、前記支持基板(12)と前記浮遊部(25)との間の前記一定の間隔が小さくさせられていることを特徴とする請求項1に記載の半導体力学量センサ。 - 前記変位手段は前記キャップ部(11)に備えられ、前記キャップ部(11)のうち前記浮遊部(25)に対向する位置に設けられた電極部(46、47)であり、
前記電極部(46、47)に電圧が印加されることで、前記電極部(46、47)と前記浮遊部(25)との間に生じた静電引力により、前記浮遊部(25)が前記キャップ部(11)側に引き寄せられることにより、前記支持基板(12)と前記浮遊部(25)との間の前記一定の間隔が大きくさせられていることを特徴とする請求項1に記載の半導体力学量センサ。 - 前記変位手段は前記支持基板(12)に備えられ、前記支持基板(12)のうち前記浮遊部(25)に対向する位置に設けられた電極部(56、57)であり、
前記電極部(56、57)に電圧が印加されることで、前記電極部(56、57)と前記浮遊部(25)との間に生じた静電引力により、前記浮遊部(25)が前記支持基板(12)側に引き寄せられることにより、前記支持基板(12)と前記浮遊部(25)との間の前記一定の間隔が小さくさせられていることを特徴とする請求項1に記載の半導体力学量センサ。 - 前記キャップ部(11)は、前記変位手段として前記キャップ部(11)のうち前記浮遊部(25)に対向する位置に第1電極部(46、47)を備え、
前記支持基板(12)は、前記変位手段として前記支持基板(12)のうち前記浮遊部(25)に対向する位置に第2電極部(56、57)を備えており、
前記第1電極部(46、47)と前記第2電極部(56、57)とにそれぞれ電圧が印加されることで、前記第1電極部(46、47)と前記浮遊部(25)との間に生じた静電引力と前記第2電極部(56、57)と前記浮遊部(25)との間に生じた静電引力との差により、前記支持基板(12)と前記浮遊部(25)との間の前記一定の間隔が変化させられていることを特徴とする請求項1に記載の半導体力学量センサ。 - 前記可動部(16)は、
前記可動電極(22)が接続され、前記支持基板(12)に対して浮遊した錘部(21)と、
前記支持基板(12)の上に設けられた第1電極取り出し部(19)と、
一方が前記錘部(21)に接続され、他方が前記第1電極取り出し部(19)に接続され、前記支持基板(12)に対して浮遊したバネ性を有する波状の第1梁(23)と、
一方が前記錘部(21)において前記第1梁(23)とは反対側に接続され、他方が前記浮遊部(25)に接続され、前記支持基板(12)に対して浮遊し、前記第1梁(23)と同じバネ定数のバネ性を有する波状の第2梁(24)と、
前記支持基板(12)の上に設けられた第2電極取り出し部(20)と、
一方が前記浮遊部(25)に接続され、他方が前記第2電極取り出し部(20)に接続され、前記支持基板(12)に対して浮遊した第3梁(26)とを備えていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれに1つに記載の半導体力学量センサ。 - 前記第3梁(26)は波状に折り返された形状をなしていることを特徴とする請求項6に記載の半導体力学量センサ。
- 前記第3梁(26)は直線状になっていることを特徴とする請求項6に記載の半導体力学量センサ。
- 前記支持基板(12)の上に埋め込み酸化膜(13)が形成され、該埋め込み酸化膜(13)の上に下部電極(71)が形成されており、
前記第1電極取り出し部(19)および前記第2電極取り出し部(20)は、前記下部電極(71)の上に配置され、
前記固定部(17、18、69)は前記固定電極(31、33、70)が接続された配線部(30、32)を備え、前記固定電極(31、33、70)および前記配線部(30、32)は前記下部電極(71)の上に形成されており、
前記固定部(17、18、69)のうちの前記固定電極(31、33、70)とこの固定電極(31、33、70)に一体化された前記下部電極(71)とが前記支持基板(12)に対して浮遊していることを特徴とする請求項6ないし8のいずれか1つに記載の半導体力学量センサ。 - 前記可動部(16)は、
前記可動電極(22)が接続され、前記支持基板(12)に対して浮遊した連結部(58)と、
前記連結部(58)がシーソー状に変位するように、前記連結部(58)を前記支持基板(12)に対して支持するバネ性を有する梁部(59)と、
前記連結部(58)の両端部のうちの一端に設けられ、前記支持基板(12)に対して浮遊した前記浮遊部(25)としての錘部(60)とを備えていることを特徴とする請求項1および3ないし5のいずれに1つに記載の半導体力学量センサ。 - 前記支持基板(12)の上には埋め込み酸化膜(13)が形成され、該埋め込み酸化膜(13)の上に下部電極(71)が形成され、
前記梁部(59)は、前記下部電極(71)の上に配置され、
前記固定部(17、18、69)は前記固定電極(31、33、70)が接続された配線部(30、32)を備え、前記固定電極(31、33、70)および前記配線部(30、32)は前記下部電極(71)の上に形成されており、
前記固定部(17、18、69)のうちの前記固定電極(31、33、70)とこの固定電極(31、33、70)に一体化された前記下部電極(71)とが前記支持基板(12)に対して浮遊していることを特徴とする請求項10に記載の半導体力学量センサ。 - 前記可動部(16)は、
四角形状の各辺に前記可動電極(22)がそれぞれ接続された錘部(62)と、
一方が前記錘部(62)の角部に接続され、他方が前記浮遊部(25)に接続されたバネ性を有する第1梁(66)と、一方が前記浮遊部(25)に接続され、他方が前記錘部(62)の角部に対向する位置に配置された支持部(65)に接続されたバネ性を有する第2梁(67)とによって構成された複数の梁部(63)とを備え、
前記複数の浮遊部(25)のうち少なくとも1つが前記支持基板(12)に対して変位させられていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれに1つに記載の半導体力学量センサ。 - 前記支持基板(12)の上には埋め込み酸化膜(13)が形成され、該埋め込み酸化膜(13)の上に下部電極(71)が形成され、
前記支持部(65)は、前記下部電極(71)の上に配置され、
前記固定部(17、18、69)は前記固定電極(31、33、70)が接続された配線部(30、32)を備え、前記固定電極(31、33、70)および前記配線部(30、32)は前記下部電極(71)の上に形成されており、
前記固定部(17、18、69)のうちの前記固定電極(31、33、70)とこの固定電極(31、33、70)に一体化された前記下部電極(71)とが前記支持基板(12)に対して浮遊していることを特徴とする請求項12に記載の半導体力学量センサ。 - 可動電極(22)を有する可動部(16)と固定電極(31、33、70)を有する固定部(17、18、69)とを含んだセンサ構造体が支持基板(12)の上に形成された板状のセンサ部(10)を備え、前記可動電極(22)と前記固定電極(31、33、70)との間に形成される容量に基づいて物理量を検出する半導体力学量センサであって、
前記可動部(16)は、前記支持基板(12)に対して一定の間隔で浮遊した浮遊部(25)を備え、
前記支持基板(12)は、前記支持基板(12)と前記浮遊部(25)との間の前記一定の間隔が変化するように、前記浮遊部(25)を前記支持基板(12)の垂直方向に変位させる変位手段(46、47、56、57)を備えており、
前記浮遊部(25)の変位に連動して前記固定電極(31、33、70)に対する前記可動電極(22)の位置を前記支持基板(12)の垂直方向に移動させることにより、前記固定電極(31、33、70)に対する前記可動電極(22)の対向面積を減らし、
前記可動電極(22)に対して前記支持基板(12)の垂直方向に物理量が加わったとき、前記可動電極(22)と前記固定電極(31、33、70)との間の対向面積の増減に基づいて前記支持基板(12)の垂直方向の物理量を検出する一方、前記可動電極(22)に対して前記支持基板(12)の平面方向に物理量が加わったとき、前記可動電極(22)と前記固定電極(31、33、70)との離間距離に基づいて前記支持基板(12)の平面方向の物理量を検出することを特徴とする半導体力学量センサ。 - 可動電極(22)を有する可動部(16)と固定電極(31、33、70)を有する固定部(17、18、69)とを含んだセンサ構造体が支持基板(12)の上に形成された板状のセンサ部(10)と、キャップ部(11)とを備え、
前記可動部(16)は、前記支持基板(12)に対して一定の間隔で浮遊した浮遊部(25)を備え、
前記キャップ部(11)は、前記支持基板(12)と前記浮遊部(25)との間の前記一定の間隔が変化するように、前記浮遊部(25)を前記支持基板(12)の垂直方向に変位させる変位手段として、前記キャップ部(11)のうち前記センサ構造体に対向した面が突出した突起部(29)を備えており、
前記センサ部(10)に前記キャップ部(11)が接合されることで前記支持基板(12)と前記キャップ部(11)とによって前記センサ構造体が覆われるようになっており、
前記突起部(29)による前記浮遊部(25)の変位に連動して前記固定電極(31、33、70)に対する前記可動電極(22)の位置を前記支持基板(12)の垂直方向に移動させることにより、前記固定電極(31、33、70)に対する前記可動電極(22)の対向面積を減らし、
前記可動電極(22)に対して前記支持基板(12)の垂直方向に物理量が加わったとき、前記可動電極(22)と前記固定電極(31、33、70)との間の対向面積の増減に基づいて前記支持基板(12)の垂直方向の物理量を検出する一方、前記可動電極(22)に対して前記支持基板(12)の平面方向に物理量が加わったとき、前記可動電極(22)と前記固定電極(31、33、70)との離間距離に基づいて前記支持基板(12)の平面方向の物理量を検出する半導体力学量センサの製造方法であって、
前記支持基板(12)の上に前記センサ構造体が形成された前記センサ部(10)を用意する工程と、
前記センサ部(10)が接合される面のうち、前記浮遊部(25)に対向した部位に前記突起部(29)が形成された前記キャップ部(11)を用意する工程と、
前記支持基板(12)と前記キャップ部(11)とによって前記センサ構造体を覆うように前記センサ部(10)と前記キャップ部(11)とを接合し、前記キャップ部(11)の前記突起部(29)を前記浮遊部(25)に接触させて該浮遊部(25)を前記支持基板(12)側に押し込むことにより、前記支持基板(12)と前記浮遊部(25)との間の前記一定の間隔を小さくさせる工程とを含んでいることを特徴とする半導体力学量センサの製造方法。 - 可動電極(22)を有する可動部(16)と固定電極(31、33、70)を有する固定部(17、18、69)とを含んだセンサ構造体が支持基板(12)の上に形成された板状のセンサ部(10)と、キャップ部(11)とを備え、
前記可動部(16)は、前記支持基板(12)に対して一定の間隔で浮遊した浮遊部(25)を備え、
前記キャップ部(11)は、前記支持基板(12)と前記浮遊部(25)との間の前記一定の間隔が変化するように、前記浮遊部(25)を前記支持基板(12)の垂直方向に変位させる変位手段として、前記キャップ部(11)のうち前記浮遊部(25)に対向する位置に設けられた電極部(46、47)を備えており、
前記センサ部(10)に前記キャップ部(11)が接合されることで前記支持基板(12)と前記キャップ部(11)とによって前記センサ構造体が覆われるようになっており、
前記電極部(46、47)に電圧が印加されることで、前記電極部(46、47)と前記浮遊部(25)との間に生じた静電引力により、前記浮遊部(25)が前記キャップ部(11)側に引き寄せられることにより、前記支持基板(12)と前記浮遊部(25)との間の前記一定の間隔が大きくさせられ、
前記浮遊部(25)の変位に連動して前記固定電極(31、33、70)に対する前記可動電極(22)の位置を前記支持基板(12)の垂直方向に移動させることにより、前記固定電極(31、33、70)に対する前記可動電極(22)の対向面積を減らし、
前記可動電極(22)に対して前記支持基板(12)の垂直方向に物理量が加わったとき、前記可動電極(22)と前記固定電極(31、33、70)との間の対向面積の増減に基づいて前記支持基板(12)の垂直方向の物理量を検出する一方、前記可動電極(22)に対して前記支持基板(12)の平面方向に物理量が加わったとき、前記可動電極(22)と前記固定電極(31、33、70)との離間距離に基づいて前記支持基板(12)の平面方向の物理量を検出する半導体力学量センサの製造方法であって、
前記支持基板(12)の上に前記センサ構造体が形成された前記センサ部(10)を用意する工程と、
前記電極部(46、47)が設けられていない状態の前記キャップ部(11)を用意する工程と、
前記センサ部(10)と前記キャップ部(11)とを接合することにより、前記支持基板(12)と前記キャップ部(11)とによって前記センサ構造体を覆う工程と、
前記キャップ部(11)のうち前記浮遊部(25)に対向した部位に前記電極部(46、47)を形成する工程とを含んでいることを特徴とする半導体力学量センサの製造方法。 - 可動電極(22)を有する可動部(16)と固定電極(31、33、70)を有する固定部(17、18、69)とを含んだセンサ構造体が支持基板(12)の上に形成された板状のセンサ部(10)と、キャップ部(11)とを備え、
前記可動部(16)は、前記支持基板(12)に対して一定の間隔で浮遊した浮遊部(25)を備え、
前記センサ部(10)は、前記支持基板(12)と前記浮遊部(25)との間の前記一定の間隔が変化するように、前記浮遊部(25)を前記支持基板(12)の垂直方向に変位させる変位手段として、前記支持基板(12)のうち前記浮遊部(25)に対向する位置に設けられた電極部(56、57)を備えており、
前記電極部(56、57)に電圧が印加されることで、前記電極部(56、57)と前記浮遊部(25)との間に生じた静電引力により、前記浮遊部(25)が前記支持基板(12)側に引き寄せられることにより、前記支持基板(12)と前記浮遊部(25)との間の前記一定の間隔が小さくさせられ、
前記浮遊部(25)の変位に連動して前記固定電極(31、33、70)に対する前記可動電極(22)の位置を前記支持基板(12)の垂直方向に移動させることにより、前記固定電極(31、33、70)に対する前記可動電極(22)の対向面積を減らし、
前記可動電極(22)に対して前記支持基板(12)の垂直方向に物理量が加わったとき、前記可動電極(22)と前記固定電極(31、33、70)との間の対向面積の増減に基づいて前記支持基板(12)の垂直方向の物理量を検出する一方、前記可動電極(22)に対して前記支持基板(12)の平面方向に物理量が加わったとき、前記可動電極(22)と前記固定電極(31、33、70)との離間距離に基づいて前記支持基板(12)の平面方向の物理量を検出する半導体力学量センサの製造方法であって、
前記支持基板(12)の上に前記センサ構造体が形成され、前記電極部(56、57)が設けられていない状態の前記センサ部(10)を用意する工程と、
前記キャップ部(11)を用意する工程と、
前記センサ部(10)と前記キャップ部(11)とを接合することにより、前記支持基板(12)と前記キャップ部(11)とによって前記センサ構造体を覆う工程と、
前記支持基板(12)のうち前記浮遊部(25)に対向した部位に前記電極部(56、57)を形成する工程とを含んでいることを特徴とする半導体力学量センサの製造方法。 - 可動電極(22)を有する可動部(16)と固定電極(31、33、70)を有する固定部(17、18、69)とを含んだセンサ構造体が支持基板(12)の上に形成された板状のセンサ部(10)と、キャップ部(11)とを備え、
前記可動部(16)は、前記支持基板(12)に対して一定の間隔で浮遊した浮遊部(25)を備え、
前記キャップ部(11)は、前記支持基板(12)と前記浮遊部(25)との間の前記一定の間隔が変化するように、前記浮遊部(25)を前記支持基板(12)の垂直方向に変位させる変位手段として、前記キャップ部(11)のうち前記浮遊部(25)に対向する第1電極部(46、47)を備え、
前記支持基板(12)は、前記支持基板(12)と前記浮遊部(25)との間の前記一定の間隔が変化するように、前記浮遊部(25)を前記支持基板(12)の垂直方向に変位させる変位手段として、前記支持基板(12)のうち前記浮遊部(25)に対向する第2電極部(56、57)を備えており、
前記第1電極部(46、47)と前記第2電極部(56、57)とにそれぞれ電圧が印加されることで、前記第1電極部(46、47)と前記浮遊部(25)との間に生じた静電引力と前記第2電極部(56、57)と前記浮遊部(25)との間に生じた静電引力との差により、前記支持基板(12)と前記浮遊部(25)との間の前記一定の間隔が変化するようになっており、
前記浮遊部(25)の変位に連動して前記固定電極(31、33、70)に対する前記可動電極(22)の位置を前記支持基板(12)の垂直方向に移動させることにより、前記固定電極(31、33、70)に対する前記可動電極(22)の対向面積を減らし、
前記可動電極(22)に対して前記支持基板(12)の垂直方向に物理量が加わったとき、前記可動電極(22)と前記固定電極(31、33、70)との間の対向面積の増減に基づいて前記支持基板(12)の垂直方向の物理量を検出する一方、前記可動電極(22)に対して前記支持基板(12)の平面方向に物理量が加わったとき、前記可動電極(22)と前記固定電極(31、33、70)との離間距離に基づいて前記支持基板(12)の平面方向の物理量を検出する半導体力学量センサの製造方法であって、
前記第1電極部(46、47)が設けられていない状態の前記キャップ部(11)を用意する工程と、
前記支持基板(12)の上に前記センサ構造体が形成され、前記第2電極部(56、57)が設けられていない状態の前記センサ部(10)を用意する工程と、
前記センサ部(10)と前記キャップ部(11)とを接合することにより、前記支持基板(12)と前記キャップ部(11)とによって前記センサ構造体を覆う工程と、
前記キャップ部(11)のうち前記浮遊部(25)に対向した部位に前記第1電極部(46、47)を形成する工程と、
前記センサ部(10)の前記支持基板(12)のうち前記浮遊部(25)に対向した部位に前記第2電極部(56、57)を形成する工程とを含んでいることを特徴とする半導体力学量センサの製造方法。
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