JP6507999B2 - MEMS sensor - Google Patents

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本明細書では、MEMSセンサを開示する。   A MEMS sensor is disclosed herein.

特許文献1に、MEMSセンサが開示されている。そのMEMSセンサは、可動電極と、可動電極の両側に階段上に配置された2つの固定電極を備えている。   Patent Document 1 discloses a MEMS sensor. The MEMS sensor comprises a movable electrode and two fixed electrodes arranged on the stairs on both sides of the movable electrode.

特開2000−49358号公報JP 2000-49358 A

特許文献1のMEMSセンサを製造する際には、犠牲層のエッチングにより予め犠牲層を階段状に形成しておいて、その上に可動電極と固定電極を積層し、最終的に犠牲層を除去する。このように製造されるMEMSセンサでは、可動電極と固定電極の間の犠牲層を精度よく階段状に形成することが困難なため、段差量にばらつきを生じやすい。特に、段違いの櫛歯電極対を有するMEMSセンサにおいて、2つの櫛歯電極の間の段差量を精度よく形成することが可能な技術が期待されている。   When manufacturing the MEMS sensor of Patent Document 1, the sacrificial layer is formed in advance in a stepped shape by etching the sacrificial layer, the movable electrode and the fixed electrode are stacked thereon, and the sacrificial layer is finally removed Do. In the MEMS sensor manufactured in this manner, it is difficult to form the sacrificial layer between the movable electrode and the fixed electrode in a step-like manner with high accuracy, and therefore, the step amount tends to vary. In particular, in a MEMS sensor having a stepped comb-tooth electrode pair, a technology capable of forming the amount of level difference between two comb-tooth electrodes with high accuracy is expected.

本明細書では、上記の課題を解決する技術を提供する。本明細書では、段違いの櫛歯電極対を有するMEMSセンサにおいて、2つの櫛歯電極の間の段差量を精度よく形成することが可能な技術を提供する。   The present specification provides a technique for solving the above-mentioned problems. In this specification, in a MEMS sensor having a stepped comb-tooth electrode pair, a technique is provided that can accurately form the level difference between two comb-tooth electrodes.

本明細書が開示するMEMSセンサは、第1固定櫛歯電極と、第1固定櫛歯電極と噛み合うように配置されており、上端の位置が第1固定櫛歯電極の上端の位置と略等しく、下端の位置が第1固定櫛歯電極の下端の位置と略等しい、第1可動櫛歯電極と、第2固定櫛歯電極と、第2固定櫛歯電極と噛み合うように配置されており、上端の位置が第2固定櫛歯電極の上端の位置と略等しく、下端の位置が第2固定櫛歯電極の下端の位置と略等しい、第2可動櫛歯電極を備えている。そのMEMSセンサでは、第1可動櫛歯電極の上部に、導電性材料からなる第1付加櫛歯電極が設けられており、第2可動櫛歯電極の下部に、導電性材料からなる第2付加櫛歯電極が設けられている。   The MEMS sensor disclosed in the present specification is disposed to mesh with the first fixed comb electrode and the first fixed comb electrode, and the position of the upper end is substantially equal to the position of the upper end of the first fixed comb electrode And the first movable comb electrode, the second fixed comb electrode, and the second fixed comb electrode are arranged to mesh with the first movable comb electrode, the position of the lower end being substantially equal to the position of the lower end of the first fixed comb electrode. The second movable comb electrode is provided such that the position of the upper end is substantially equal to the position of the upper end of the second fixed comb electrode, and the position of the lower end is substantially equal to the position of the lower end of the second fixed comb electrode. In the MEMS sensor, a first additional comb electrode made of a conductive material is provided above the first movable comb electrode, and a second addition made of a conductive material is provided below the second movable comb electrode. A comb electrode is provided.

上記のMEMSセンサでは、第1固定櫛歯電極と第1付加櫛歯電極を、段違いの櫛歯電極対として利用し、第2固定櫛歯電極と第2付加櫛歯電極を、段違いの櫛歯電極対として利用することができる。このMEMSセンサでは、第1付加櫛歯電極の下端の位置は、第1固定櫛歯電極の上端の位置と略一致しており、かつ第1付加櫛歯電極の高さは、導電性材料の積層高さにより規定される。導電性材料の積層高さは、精度よく調整することが可能であるから、第1固定櫛歯電極と第1付加櫛歯電極の間の段差量は、精度よく調整することができる。同様に、このMEMSセンサでは、第2付加櫛歯電極の下端の位置は、第2固定櫛歯電極の下端の位置と略一致しており、かつ第2付加櫛歯電極の高さは、導電性材料の積層高さにより規定される。導電性材料の積層高さは、精度よく調整することが可能であるから、第2固定櫛歯電極と第2付加櫛歯電極の間の段差量は、精度よく調整することができる。上記のMEMSセンサによれば、第1固定櫛歯電極と第1付加櫛歯電極から構成される段違いの櫛歯電極対と、第2固定櫛歯電極と第2付加櫛歯電極から構成される段違いの櫛歯電極対について、それぞれの段差量を精度よく形成することができる。   In the MEMS sensor described above, the first fixed comb electrode and the first additional comb electrode are used as a stepped comb electrode pair, and the second fixed comb electrode and the second additional comb electrode are formed as a staggered comb electrode. It can be used as an electrode pair. In this MEMS sensor, the position of the lower end of the first additional comb electrode substantially coincides with the position of the upper end of the first fixed comb electrode, and the height of the first additional comb electrode is made of a conductive material. It is defined by the stacking height. Since the lamination height of the conductive material can be accurately adjusted, the step amount between the first fixed comb electrode and the first additional comb electrode can be adjusted with high accuracy. Similarly, in this MEMS sensor, the position of the lower end of the second additional comb electrode substantially coincides with the position of the lower end of the second fixed comb electrode, and the height of the second additional comb electrode is conductive It is defined by the lamination height of the elastic material. Since the lamination height of the conductive material can be adjusted with high accuracy, the step amount between the second fixed comb electrode and the second additional comb electrode can be adjusted with high accuracy. According to the above-described MEMS sensor, the first fixed comb electrode and the first additional comb electrode are formed of the staggered comb electrode pair, the second fixed comb electrode, and the second additional comb electrode. The level differences can be formed with high precision for the stepped comb-tooth electrode pairs.

また、上記のMEMSセンサでは、第1固定櫛歯電極と第1付加櫛歯電極から構成される段違いの櫛歯電極対と、第2固定櫛歯電極と第2付加櫛歯電極から構成される段違いの櫛歯電極対が、互いに逆方向の段差を有している。このような構成とすることによって、差動構造を有するMEMSセンサを実現することができる。   Further, in the above-described MEMS sensor, a stepped pair of comb-tooth electrodes composed of the first fixed comb-tooth electrode and the first additional comb-tooth electrode, a second fixed comb-tooth electrode and the second additional comb-tooth electrode The stepped comb-tooth electrode pairs have steps in opposite directions. With such a configuration, a MEMS sensor having a differential structure can be realized.

実施例1のMEMSセンサ2の上面図。FIG. 2 is a top view of the MEMS sensor 2 of the first embodiment. 実施例1のMEMSセンサ2のII−II断面から見た断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view of the MEMS sensor 2 according to the first embodiment as viewed from the II-II cross section. 実施例1のMEMSセンサ2のIII−III断面から見た断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view of the MEMS sensor 2 of the first embodiment as viewed from the III-III cross section. 実施例1のMEMSセンサ2の動作の様子を説明する図。FIG. 6 is a view for explaining the operation of the MEMS sensor 2 of the first embodiment. 実施例1のMEMSセンサ2の製造方法を説明する図。FIG. 7 is a view for explaining the method for manufacturing the MEMS sensor 2 of the first embodiment. 実施例1のMEMSセンサ2の製造方法を説明する図。FIG. 7 is a view for explaining the method for manufacturing the MEMS sensor 2 of the first embodiment. 実施例1のMEMSセンサ2の製造方法を説明する図。FIG. 7 is a view for explaining the method for manufacturing the MEMS sensor 2 of the first embodiment. 実施例1のMEMSセンサ2の製造方法を説明する図。FIG. 7 is a view for explaining the method for manufacturing the MEMS sensor 2 of the first embodiment. 実施例1のMEMSセンサ2の製造方法を説明する図。FIG. 7 is a view for explaining the method for manufacturing the MEMS sensor 2 of the first embodiment. 実施例1のMEMSセンサ2の製造方法を説明する図。FIG. 7 is a view for explaining the method for manufacturing the MEMS sensor 2 of the first embodiment. 実施例1のMEMSセンサ2の製造方法を説明する図。FIG. 7 is a view for explaining the method for manufacturing the MEMS sensor 2 of the first embodiment. 実施例1のMEMSセンサ2の製造方法を説明する図。FIG. 7 is a view for explaining the method for manufacturing the MEMS sensor 2 of the first embodiment. 実施例1のMEMSセンサ2の製造方法を説明する図。FIG. 7 is a view for explaining the method for manufacturing the MEMS sensor 2 of the first embodiment. 実施例1のMEMSセンサ2の製造方法を説明する図。FIG. 7 is a view for explaining the method for manufacturing the MEMS sensor 2 of the first embodiment. 実施例2のMEMSセンサ102の上面図。FIG. 7 is a top view of a MEMS sensor 102 according to a second embodiment. 実施例2のMEMSセンサ102のXVI−XVI断面から見た断面図。FIG. 10 is a cross-sectional view of the MEMS sensor 102 of the second embodiment as viewed from the XVI-XVI cross section. 実施例3のMEMSセンサ202の上面図。FIG. 14 is a top view of a MEMS sensor 202 of Example 3. 実施例3のMEMSセンサ202のXVIII−XVIII断面から見た断面図。FIG. 16 is a cross-sectional view of the MEMS sensor 202 according to the third embodiment as viewed from the XVIII-XVIII cross section. 実施例3のMEMSセンサ202のXIX−XIX断面から見た断面図。FIG. 18 is a cross-sectional view of the MEMS sensor 202 according to the third embodiment as viewed from the XIX-XIX cross section. 実施例3のMEMSセンサ202の動作の様子を説明する図。FIG. 14 is a view for explaining the operation of the MEMS sensor 202 of the third embodiment. 実施例4のMEMSセンサ302の上面図。FIG. 16 is a top view of a MEMS sensor 302 of Example 4. 実施例4のMEMSセンサ302のXXII−XXII断面から見た断面図。FIG. 20 is a cross-sectional view of the MEMS sensor 302 according to the fourth embodiment as viewed from the XXII-XXII cross section; 実施例4のMEMSセンサ302のXXIII−XXIII断面から見た断面図。FIG. 16 is a cross-sectional view of the MEMS sensor 302 of the fourth embodiment as seen from the XXIII-XXIII cross section. 実施例4のMEMSセンサ302の動作の様子を説明する図。FIG. 16 is a view for explaining the operation of the MEMS sensor 302 of the fourth embodiment. 実施例4のMEMSセンサ302の製造方法を説明する図。FIG. 16 is a view for explaining the method for manufacturing the MEMS sensor 302 of the fourth embodiment. 実施例4のMEMSセンサ302の製造方法を説明する図。FIG. 16 is a view for explaining the method for manufacturing the MEMS sensor 302 of the fourth embodiment. 実施例4のMEMSセンサ302の製造方法を説明する図。FIG. 16 is a view for explaining the method for manufacturing the MEMS sensor 302 of the fourth embodiment. 実施例4のMEMSセンサ302の製造方法を説明する図。FIG. 16 is a view for explaining the method for manufacturing the MEMS sensor 302 of the fourth embodiment. 実施例4のMEMSセンサ302の製造方法を説明する図。FIG. 16 is a view for explaining the method for manufacturing the MEMS sensor 302 of the fourth embodiment. 実施例4のMEMSセンサ302の製造方法を説明する図。FIG. 16 is a view for explaining the method for manufacturing the MEMS sensor 302 of the fourth embodiment. 実施例4のMEMSセンサ302の製造方法を説明する図。FIG. 16 is a view for explaining the method for manufacturing the MEMS sensor 302 of the fourth embodiment. 実施例4のMEMSセンサ302の製造方法を説明する図。FIG. 16 is a view for explaining the method for manufacturing the MEMS sensor 302 of the fourth embodiment. 実施例5のMEMSセンサ402の上面図。FIG. 16 is a top view of a MEMS sensor 402 of Example 5. 実施例5のMEMSセンサ402のXXXIV−XXXIV断面から見た断面図。FIG. 18 is a cross-sectional view of the MEMS sensor 402 of the fifth embodiment as viewed from the XXXIV-XXXIV cross section; 実施例6のMEMSセンサ502の上面図。FIG. 16 is a top view of a MEMS sensor 502 of Example 6. 実施例6のMEMSセンサ502のXXXVI−XXXVI断面から見た断面図。FIG. 31 is a cross-sectional view of the MEMS sensor 502 of the sixth embodiment as viewed from the XXXVI-XXXVI cross section; 実施例6のMEMSセンサ502のXXXVII−XXXVII断面から見た断面図。Sectional drawing seen from the XXXVII-XXXVII section of the MEMS sensor 502 of Example 6. FIG. 実施例6のMEMSセンサ502の動作の様子を説明する図。FIG. 18 is a view for explaining the operation of the MEMS sensor 502 of the sixth embodiment.

本明細書が開示するMEMSセンサは、第1可動櫛歯電極と第1付加櫛歯電極が電気的に導通しており、第2可動櫛歯電極と第2付加櫛歯電極が電気的に導通しているように構成することができる。   In the MEMS sensor disclosed in this specification, the first movable comb electrode and the first additional comb electrode are electrically connected, and the second movable comb electrode and the second additional comb electrode are electrically connected. It can be configured as you are.

上記のMEMSセンサによれば、第1可動櫛歯電極と第1付加櫛歯電極を単一の櫛歯電極として用いることができ、第2可動櫛歯電極と第2付加櫛歯電極を単一の櫛歯電極として用いることができる。このため、第1可動櫛歯電極および第2可動櫛歯電極への配線とは別個に、第1付加櫛歯電極および第2付加櫛歯電極への配線を行なうことが不要となる。   According to the above MEMS sensor, the first movable comb electrode and the first additional comb electrode can be used as a single comb electrode, and the second movable comb electrode and the second additional comb electrode can be single. Can be used as a comb-tooth electrode. For this reason, it becomes unnecessary to wire the first additional comb electrode and the second additional comb electrode separately from the wiring to the first movable comb electrode and the second movable comb electrode.

あるいは、本明細書が開示するMEMSセンサは、第1可動櫛歯電極と第1付加櫛歯電極が電気的に絶縁しており、第2可動櫛歯電極と第2付加櫛歯電極が電気的に絶縁しているように構成することができる。   Alternatively, in the MEMS sensor disclosed in the present specification, the first movable comb electrode and the first additional comb electrode are electrically insulated, and the second movable comb electrode and the second additional comb electrode are electrically Can be configured to be isolated.

上記のMEMSセンサによれば、第1可動櫛歯電極と第1付加櫛歯電極を別個の櫛歯電極として用いることができ、第2可動櫛歯電極と第2付加櫛歯電極を別個の櫛歯電極として用いることができる。また、上記のMEMSセンサによれば、第1付加櫛歯電極と第1固定櫛歯電極の当初の対向面積は略ゼロとなるから、両者の間の寄生容量を極めて小さくすることができ、第2付加櫛歯電極と第2固定櫛歯電極の当初の対向面積は略ゼロとなるから、両者の間の寄生容量を極めて小さくすることができる。   According to the MEMS sensor described above, the first movable comb electrode and the first additional comb electrode can be used as separate comb electrodes, and the second movable comb electrode and the second additional comb electrode can be separated into combs. It can be used as a tooth electrode. Further, according to the MEMS sensor described above, since the initial facing area of the first additional comb electrode and the first fixed comb electrode is substantially zero, the parasitic capacitance between both can be extremely reduced. Since the initial opposing area of the additional 2 comb electrode and the second fixed comb electrode is substantially zero, the parasitic capacitance between both can be extremely reduced.

本明細書が開示するMEMSセンサは、第1可動櫛歯電極と第1付加櫛歯電極の間が絶縁膜を介して接続しており、第2可動櫛歯電極と第2付加櫛歯電極の間が絶縁膜を介して接続しているように構成することができる。   In the MEMS sensor disclosed in the present specification, the first movable comb electrode and the first additional comb electrode are connected via an insulating film, and the second movable comb electrode and the second additional comb electrode are connected. It can comprise so that between may be connected via an insulating film.

上記のMEMSセンサによれば、簡易な構成で、第1可動櫛歯電極と第1付加櫛歯電極の間の電気的な絶縁と、第2可動櫛歯電極と第2付加櫛歯電極の間の電気的な絶縁を実現することができる。   According to the above MEMS sensor, electrical insulation between the first movable comb electrode and the first additional comb electrode, and between the second movable comb electrode and the second additional comb electrode with a simple configuration. Electrical isolation can be realized.

あるいは、本明細書が開示するMEMSセンサは、第1可動櫛歯電極と第1付加櫛歯電極の間がPN接合を介して接続しており、第2可動櫛歯電極と第2付加櫛歯電極の間がPN接合を介して接続しているように構成することができる。   Alternatively, in the MEMS sensor disclosed in the present specification, the first movable comb electrode and the first additional comb electrode are connected via a PN junction, and the second movable comb electrode and the second additional comb electrode are connected The electrodes can be configured to be connected via a PN junction.

上記のMEMSセンサによれば、簡易な構成で、第1可動櫛歯電極と第1付加櫛歯電極の間の電気的な絶縁と、第2可動櫛歯電極と第2付加櫛歯電極の間の電気的な絶縁を実現することができる。   According to the above MEMS sensor, electrical insulation between the first movable comb electrode and the first additional comb electrode, and between the second movable comb electrode and the second additional comb electrode with a simple configuration. Electrical isolation can be realized.

本明細書が開示するMEMSセンサは、第1固定櫛歯電極の下部に、導電性材料からなる第3付加櫛歯電極が設けられており、第2固定櫛歯電極の上部に、導電性材料からなる第4付加櫛歯電極が設けられているように構成することができる。   In the MEMS sensor disclosed in the present specification, a third additional comb electrode made of a conductive material is provided below the first fixed comb electrode, and a conductive material is provided above the second fixed comb electrode. Can be configured to be provided with a fourth additional comb electrode made of

上記のMEMSセンサによれば、第1固定櫛歯電極と第1付加櫛歯電極から構成される段違いの櫛歯電極対と、第1可動櫛歯電極と第3付加櫛歯電極から構成される段違いの櫛歯電極対が、互いに逆方向の段差を有しており、第2固定櫛歯電極と第2付加櫛歯電極から構成される段違いの櫛歯電極対と、第2可動櫛歯電極と第4付加櫛歯電極から構成される段違いの櫛歯電極対が、互いに逆方向の段差を有している。このような構成とすることによって、センサ感度を向上することができる。   According to the above-described MEMS sensor, the first movable comb electrode and the third additional comb electrode include the first comb electrode and the first additional comb electrode, and the first movable comb electrode and the third additional comb electrode. A stepped comb-tooth electrode pair having a step difference in the opposite direction to each other, and formed of a second fixed comb-tooth electrode and a second additional comb-tooth electrode, and a second movable comb-tooth electrode And the step-like comb electrode pair composed of the fourth additional comb electrode has steps in opposite directions to each other. With such a configuration, sensor sensitivity can be improved.

(実施例1)
図1−図3は、本実施例のMEMSセンサ2を示している。MEMSセンサ2は、導電性を付与された単結晶シリコンからなる支持層4と、酸化シリコンからなる絶縁層6と、主に導電性を付与された単結晶シリコンからなるセンサ層8が順に積層された、積層基板10に形成されている。以下の説明では、積層基板10の積層方向(図1の紙面垂直方向、図2および図3の上下方向)をZ方向とし、積層基板10の面内方向をX方向およびY方向とする。また、以下の説明では、Z方向の正方向(図2および図3の上方向)を上方向といい、Z方向の負方向(図2および図3の下方向)を下方向という。本実施例のMEMSセンサ2では、支持層4の上方に絶縁層6が積層されており、絶縁層6の上方にセンサ層8が積層されている。MEMSセンサ2は、演算回路11と組み合わせて用いられる。
Example 1
1 to 3 show the MEMS sensor 2 of the present embodiment. In the MEMS sensor 2, a support layer 4 made of conductive single crystal silicon, an insulating layer 6 made of silicon oxide, and a sensor layer 8 mainly made of conductive single crystal silicon are sequentially stacked. Also, it is formed on the laminated substrate 10. In the following description, the stacking direction of the layered substrate 10 (the direction perpendicular to the sheet of FIG. 1, the vertical direction of FIGS. 2 and 3) is taken as the Z direction, and the in-plane direction of the layered substrate 10 is taken as the X direction and the Y direction. In the following description, the positive direction in the Z direction (upper direction in FIGS. 2 and 3) is referred to as the upper direction, and the negative direction in the Z direction (lower direction in FIGS. 2 and 3) is referred to as the lower direction. In the MEMS sensor 2 of the present embodiment, the insulating layer 6 is stacked above the support layer 4, and the sensor layer 8 is stacked above the insulating layer 6. The MEMS sensor 2 is used in combination with the arithmetic circuit 11.

センサ層8には、単結晶シリコンをエッチングにより選択的に除去することによって、マス部12と、櫛歯電極部14a、14b、14c、14dと、板状梁部16a、16b、16c、16dと、周縁部18と、櫛歯電極部20a、20b、20c、20dと、電極支持部22a、22b、22c、22dが形成されている。このうち、マス部12と、櫛歯電極部14a、14b、14c、14dと、板状梁部16a、16b、16c、16dと、周縁部18は、継ぎ目なく一体的に形成されており、これらは同電位に維持されている。また、櫛歯電極部20a、20b、20c、20dはそれぞれ、対応する電極支持部22a、22b、22c、22dと継ぎ目なく一体的に形成されており、互いに同電位に維持されている。   In the sensor layer 8, by selectively removing single crystal silicon by etching, the mass portion 12, the comb-tooth electrode portions 14a, 14b, 14c, 14d and the plate-like beam portions 16a, 16b, 16c, 16d and The peripheral portion 18, the comb-tooth electrode portions 20a, 20b, 20c and 20d, and the electrode support portions 22a, 22b, 22c and 22d are formed. Among them, the mass 12, the comb-tooth electrodes 14a, 14b, 14c, 14d, the plate-like beams 16a, 16b, 16c, 16d, and the peripheral portion 18 are integrally formed without a joint. Is maintained at the same potential. Further, the comb-tooth electrode portions 20a, 20b, 20c, and 20d are integrally formed seamlessly with the corresponding electrode support portions 22a, 22b, 22c, and 22d, respectively, and are maintained at the same potential.

マス部12は、MEMSセンサ2を上方から平面視したときに、長方形状に形成されている。なお、図示はしていないが、マス部12には、マス部12を上面から下面まで貫通する複数のエッチングホールが形成されている。マス部12のX方向の一方の端部(図1の右側の端部)には、櫛歯電極部14a、14bが設けられており、マス部12のX方向の他方の端部(図1の左側の端部)には、櫛歯電極部14c、14dが設けられている。櫛歯電極部14aと櫛歯電極部14bは、Y方向に関して、マス部12の中心位置に対して対称な位置に配置されている。同様に、櫛歯電極部14cと櫛歯電極部14dは、Y方向に関して、マス部12の中心位置に対して対称な位置に配置されている。櫛歯電極部20a、20b、20c、20dはそれぞれ、マス部12からX方向に沿って伸びる支持部と、支持部からY方向に沿って伸びる電極部を備えている。マス部12のY方向の一方の端部(図1の上側の端部)には、板状梁部16a、16bが設けられており、マス部12のY方向の他方の端部(図1の下側の端部)には、板状梁部16c、16dが設けられている。板状梁部16a、16b、16c、16dはそれぞれ、マス部12からY方向に沿って伸びて、周縁部18に接続している。板状梁部16a、16b、16c、16dはそれぞれ、X方向およびY方向の剛性が高く、Z方向の剛性が低い形状に形成されている。周縁部18は、MEMSセンサ2を上方から平面視したときに、マス部12と、櫛歯電極部14a、14b、14c、14dと、板状梁部16a、16b、16c、16dと、櫛歯電極部20a、20b、20c、20dと、電極支持部22a、22b、22c、22dを囲う、長方形の枠形状に形成されている。マス部12と、櫛歯電極部14a、14b、14c、14dと、板状梁部16a、16b、16c、16dは、下方の絶縁層6がエッチングにより除去されており、支持層4に対して相対的に変位可能である。周縁部18は、下方の絶縁層6を介して支持層4に対して固定されている。   The mass portion 12 is formed in a rectangular shape when the MEMS sensor 2 is viewed in plan from above. Although not shown, the mass portion 12 is formed with a plurality of etching holes penetrating the mass portion 12 from the upper surface to the lower surface. The comb-tooth electrode portions 14a and 14b are provided at one end (the end on the right side of FIG. 1) of the mass 12 in the X direction, and the other end of the mass 12 in the X direction (FIG. 1) The comb-tooth electrode parts 14c and 14d are provided at the left end of the The comb-tooth electrode portion 14 a and the comb-tooth electrode portion 14 b are disposed at symmetrical positions with respect to the center position of the mass portion 12 in the Y direction. Similarly, the comb-tooth electrode portion 14 c and the comb-tooth electrode portion 14 d are disposed at symmetrical positions with respect to the center position of the mass portion 12 in the Y direction. The comb-tooth electrode portions 20a, 20b, 20c, and 20d each include a support portion extending in the X direction from the mass portion 12 and an electrode portion extending in the Y direction from the support portion. The plate-like beam portions 16a and 16b are provided at one end (the upper end in FIG. 1) of the mass 12 in the Y direction, and the other end of the mass 12 in the Y direction (FIG. 1) The plate-like beam portions 16c and 16d are provided at the lower end portion thereof. The plate-like beams 16 a, 16 b, 16 c, 16 d extend from the mass 12 along the Y direction and are connected to the peripheral edge 18. The plate-like beam portions 16a, 16b, 16c, and 16d are formed in shapes that have high rigidity in the X direction and Y direction, and low rigidity in the Z direction. When the MEMS sensor 2 is viewed in plan from above, the peripheral portion 18 has the mass 12, the comb-tooth electrodes 14a, 14b, 14c, 14d, the plate-like beams 16a, 16b, 16c, 16d, and the comb-tooth It forms in the rectangular frame shape which encloses electrode part 20a, 20b, 20c, 20d and electrode support part 22a, 22b, 22c, 22d. The lower insulating layer 6 is removed by etching with respect to the mass portion 12, the comb-tooth electrode portions 14 a, 14 b, 14 c, 14 d and the plate-like beam portions 16 a, 16 b, 16 c, 16 d. Relatively displaceable. The peripheral portion 18 is fixed to the support layer 4 via the lower insulating layer 6.

櫛歯電極部20a、20b、20c、20dはそれぞれ、対応する櫛歯電極部14a、14b、14c、14dと噛み合うように配置されている。櫛歯電極部20a、20b、20c、20dはそれぞれ、Y方向に伸びる電極部と、X方向に伸びており、電極部を支持する支持部を備えている。櫛歯電極部20a、20b、20c、20dのそれぞれの電極部は、対応する櫛歯電極部14a、14b、14c、14dの電極部と、X方向に対向するように配置されている。櫛歯電極部20a、20b、20c、20dのそれぞれの支持部は、対応する電極支持部22a、22b、22c、22dに接続している。櫛歯電極部20a、20b、20c、20dは、下方の絶縁層6がエッチングにより除去されているが、電極支持部22a、22b、22c、22dは、下方の絶縁層6を介して支持層4に対して固定されている。マス部12が支持層4に対して相対変位していない状態では、櫛歯電極部14a、14b、14c、14dの上端のZ方向の位置は、櫛歯電極部20a、20b、20c、20dの上端のZ方向の位置と一致しており、櫛歯電極部14a、14b、14c、14dの下端のZ方向の位置は、櫛歯電極部20a、20b、20c、20dの下端のZ方向の位置と一致している。櫛歯電極部14a、14b、14c、14dと櫛歯電極部20a、20b、20c、20dは、平行平板コンデンサを形成している。櫛歯電極部14a、14b、14c、14dが櫛歯電極部20a、20b、20c、20dに対してZ方向に相対変位し、両者の対向面積が変化すると、両者の間で形成される静電容量の大きさも変化する。この静電容量の変化は、演算回路11により検出することができる。   The comb-tooth electrode portions 20a, 20b, 20c, and 20d are disposed to mesh with the corresponding comb-tooth electrode portions 14a, 14b, 14c, and 14d, respectively. The comb-tooth electrode portions 20a, 20b, 20c, and 20d each include an electrode portion extending in the Y direction and a support portion extending in the X direction and supporting the electrode portion. The respective electrode portions of the comb-tooth electrode portions 20a, 20b, 20c and 20d are arranged to face the electrode portions of the corresponding comb-tooth electrode portions 14a, 14b, 14c and 14d in the X direction. The support parts of the comb-tooth electrode parts 20a, 20b, 20c, 20d are connected to the corresponding electrode support parts 22a, 22b, 22c, 22d. In the comb-tooth electrode portions 20a, 20b, 20c and 20d, the lower insulating layer 6 is removed by etching, but the electrode support portions 22a, 22b, 22c and 22d are supported on the supporting layer 4 via the lower insulating layer 6. It is fixed against. When the mass portion 12 is not displaced relative to the support layer 4, the Z-direction position of the upper end of the comb electrode portions 14 a, 14 b, 14 c, 14 d is the position of the comb electrode portions 20 a, 20 b, 20 c, 20 d The position in the Z direction of the lower ends of the comb electrode portions 14a, 14b, 14c and 14d corresponds to the position in the Z direction of the upper end, and the position in the Z direction of the lower ends of the comb electrode portions 20a, 20b, 20c and 20d It matches with. The comb-tooth electrode portions 14a, 14b, 14c, 14d and the comb-tooth electrode portions 20a, 20b, 20c, 20d form a parallel plate capacitor. When the comb-tooth electrode portions 14a, 14b, 14c, 14d are displaced relative to the comb-tooth electrode portions 20a, 20b, 20c, 20d in the Z direction, and the opposing area of the both changes, the electrostatic formed between the two The size of the capacity also changes. The change in capacitance can be detected by the arithmetic circuit 11.

図2、図3に示すように、櫛歯電極部14a、14dの上部には、付加櫛歯電極24a、24dが設けられている。また、櫛歯電極部14b、14cの下部には、付加櫛歯電極24b、24cが設けられている。本実施例のMEMSセンサ2では、付加櫛歯電極24a、24b、24c、24dは、導電性の材料であれば、どのような材料で構成されていてもよく、例えば、導電性を付与された多結晶シリコンから構成されていてもよいし、アルミニウム等の金属から構成されていてもよい。付加櫛歯電極24a、24b、24c、24dはそれぞれ、対応する櫛歯電極部14a、14b、14c、14dと電気的に導通している。   As shown in FIGS. 2 and 3, additional comb-tooth electrodes 24 a and 24 d are provided on the top of the comb-tooth electrode portions 14 a and 14 d. In addition, additional comb electrodes 24 b and 24 c are provided below the comb electrode portions 14 b and 14 c. In the MEMS sensor 2 of the present embodiment, the additional comb-tooth electrodes 24a, 24b, 24c, 24d may be made of any conductive material, for example, the conductive material is imparted. It may be composed of polycrystalline silicon or may be composed of a metal such as aluminum. The additional comb-tooth electrodes 24a, 24b, 24c, 24d are electrically conducted to the corresponding comb-tooth electrodes 14a, 14b, 14c, 14d, respectively.

演算回路11は、MEMSセンサ2の周縁部18と、電極支持部22a、22b、22c、22dと接続している。周縁部18は、櫛歯電極部14a、14b、14c、14dと同電位である。また、電極支持部22a、22b、22c、22dはそれぞれ、櫛歯電極部20a、20b、20c、20dと同電位である。演算回路11は、櫛歯電極部14a、14b、14c、14dのそれぞれと、対応する櫛歯電極部20a、20b、20c、20dの間の静電容量を検出することができる。   The arithmetic circuit 11 is connected to the peripheral portion 18 of the MEMS sensor 2 and the electrode support portions 22a, 22b, 22c, and 22d. The peripheral portion 18 has the same potential as the comb-tooth electrode portions 14a, 14b, 14c, and 14d. Further, the electrode support portions 22a, 22b, 22c, and 22d have the same potential as the comb-tooth electrode portions 20a, 20b, 20c, and 20d, respectively. The arithmetic circuit 11 can detect capacitance between each of the comb-tooth electrode portions 14a, 14b, 14c, 14d and the corresponding comb-tooth electrode portions 20a, 20b, 20c, 20d.

以下ではMEMSセンサ2の動作について説明する。マス部12にZ方向の加速度が作用すると、マス部12にZ方向の慣性力が作用して、板状梁部16a、16b、16c、16dがZ方向に撓み変形する。これにより、マス部12と櫛歯電極部14a、14b、14c、14dは、支持層4に対してZ方向に相対変位する。この際のZ方向への変位量は、マス部12に作用する加速度の大きさに比例する。一方、櫛歯電極部20a、20b、20c、20dは、支持層4に対して位置が固定されている。このため、MEMSセンサ2にZ方向の加速度が作用すると、櫛歯電極部14a、14b、14c、14dは、櫛歯電極部20a、20b、20c、20dに対して、Z方向に相対変位する。この際のZ方向の相対変位量は、Z方向の加速度に応じた大きさとなる。なお、本明細書では、支持層4に対して相対変位する櫛歯電極部14a、14b、14c、14dを、可動櫛歯電極ともいう。また、支持層4に対して相対変位しない櫛歯電極部20a、20b、20c、20dを、固定櫛歯電極ともいう。   The operation of the MEMS sensor 2 will be described below. When acceleration in the Z direction acts on the mass portion 12, an inertial force in the Z direction acts on the mass portion 12, and the plate-like beams 16a, 16b, 16c, and 16d are bent and deformed in the Z direction. As a result, the mass portion 12 and the comb electrode portions 14 a, 14 b, 14 c, 14 d are displaced relative to the support layer 4 in the Z direction. The amount of displacement in the Z direction at this time is proportional to the magnitude of the acceleration acting on the mass portion 12. On the other hand, the positions of the comb electrode portions 20 a, 20 b, 20 c and 20 d are fixed with respect to the support layer 4. Therefore, when acceleration in the Z direction acts on the MEMS sensor 2, the comb-tooth electrode portions 14a, 14b, 14c and 14d are displaced relative to the comb-tooth electrode portions 20a, 20b, 20c and 20d in the Z direction. The relative displacement amount in the Z direction at this time has a magnitude corresponding to the acceleration in the Z direction. In the present specification, the comb-tooth electrode portions 14a, 14b, 14c, and 14d relatively displaced with respect to the support layer 4 are also referred to as movable comb-tooth electrodes. Further, the comb-tooth electrode portions 20a, 20b, 20c, and 20d not displaced relative to the support layer 4 are also referred to as fixed comb-tooth electrodes.

図4の(a)は、マス部12が支持層4に対して相対変位していない状態での、櫛歯電極部14a、14cと、付加櫛歯電極24a、24cと、櫛歯電極部20a、20cの位置関係を示している。この状態では、櫛歯電極部14aと櫛歯電極部20aが完全に重なり合っており、両者の対向面積は櫛歯電極部20aの面積に等しい。また、この状態では、櫛歯電極部14cと櫛歯電極部20cが完全に重なり合っており、両者の対向面積は櫛歯電極部20cの面積に等しい。この状態で、演算回路11が、櫛歯電極部14cと櫛歯電極部20cの静電容量から、櫛歯電極部14aと櫛歯電極部20aの間の静電容量を減算すると、その差分はゼロとなる。   In FIG. 4A, the comb-tooth electrodes 14a and 14c, the additional comb-tooth electrodes 24a and 24c, and the comb-tooth electrode 20a when the mass 12 is not displaced relative to the support layer 4 , 20c are shown. In this state, the comb-tooth electrode portion 14a and the comb-tooth electrode portion 20a completely overlap each other, and the opposing area of the two is equal to the area of the comb-tooth electrode portion 20a. Moreover, in this state, the comb-tooth electrode portion 14c and the comb-tooth electrode portion 20c completely overlap each other, and the opposing area of the two is equal to the area of the comb-tooth electrode portion 20c. In this state, when the arithmetic circuit 11 subtracts the capacitance between the comb electrode portion 14a and the comb electrode portion 20a from the capacitance of the comb electrode portion 14c and the comb electrode portion 20c, the difference is It will be zero.

図4の(b)に示すように、マス部12が支持層4に対して下方に(Z方向の負方向に)相対変位すると、櫛歯電極部14a、14cは櫛歯電極部20a、20cに対して下方に相対変位する。この場合、櫛歯電極部20aに関しては、櫛歯電極部14aが下方に相対変位しても、櫛歯電極部14aの上方に設けられた付加櫛歯電極24aが櫛歯電極部20aに対向するため、対向面積は変化せず、櫛歯電極部14aと櫛歯電極部20aの間の静電容量は(a)の状態から変化しない。これとは異なり、櫛歯電極部20cに関しては、櫛歯電極部14cが下方に相対変位すると、対向面積が減少し、櫛歯電極部14cと櫛歯電極部20cの間の静電容量が減少する。この状態で、演算回路11が、櫛歯電極部14cと櫛歯電極部20cの静電容量から、櫛歯電極部14aと櫛歯電極部20aの間の静電容量を減算すると、その差分の大きさは、櫛歯電極部14cと櫛歯電極部20cの間の静電容量の減少分に等しく、その差分の符号は負となる。   As shown in FIG. 4B, when the mass portion 12 is displaced relative to the support layer 4 downward (in the negative direction of the Z direction), the comb-tooth electrode portions 14a and 14c become comb-tooth electrode portions 20a and 20c. Relative to the lower part. In this case, with regard to the comb electrode portion 20a, even if the comb electrode portion 14a is relatively displaced downward, the additional comb electrode 24a provided above the comb electrode portion 14a faces the comb electrode portion 20a. Therefore, the facing area does not change, and the capacitance between the comb-tooth electrode portion 14a and the comb-tooth electrode portion 20a does not change from the state of (a). Unlike this, with respect to the comb-tooth electrode portion 20c, when the comb-tooth electrode portion 14c is relatively displaced downward, the opposing area decreases, and the capacitance between the comb-tooth electrode portion 14c and the comb-tooth electrode portion 20c decreases. Do. In this state, when the arithmetic circuit 11 subtracts the capacitance between the comb electrode portion 14a and the comb electrode portion 20a from the capacitance of the comb electrode portion 14c and the comb electrode portion 20c, the difference is The size is equal to the decrease of the capacitance between the comb-tooth electrode portion 14c and the comb-tooth electrode portion 20c, and the sign of the difference is negative.

図4の(c)に示すように、マス部12が支持層4に対して上方に(Z方向の正方向に)相対変位すると、櫛歯電極部14a、14cは櫛歯電極部20a、20cに対して上方に相対変位する。この場合、櫛歯電極部20cに関しては、櫛歯電極部14cが上方に相対変位しても、櫛歯電極部14cの下方に設けられた付加櫛歯電極24cが櫛歯電極部20cに対向するため、対向面積は変化せず、櫛歯電極部14cと櫛歯電極部20cの間の静電容量は(a)の状態から変化しない。これとは異なり、櫛歯電極部20aに関しては、櫛歯電極部14aが上方に相対変位すると、対向面積が減少し、櫛歯電極部14aと櫛歯電極部20aの間の静電容量が減少する。この状態で、演算回路11が、櫛歯電極部14cと櫛歯電極部20cの静電容量から、櫛歯電極部14aと櫛歯電極部20aの間の静電容量を減算すると、その差分の大きさは、櫛歯電極部14aと櫛歯電極部20aの間の静電容量の減少分に等しく、その差分の符号は正となる。   As shown in FIG. 4C, when the mass portion 12 is displaced relative to the support layer 4 upward (in the positive direction of the Z direction), the comb-tooth electrode portions 14a and 14c become comb-tooth electrode portions 20a and 20c. Relative displacement upward with respect to In this case, with respect to the comb electrode portion 20c, even if the comb electrode portion 14c is relatively displaced upward, the additional comb electrode 24c provided below the comb electrode portion 14c faces the comb electrode portion 20c. Therefore, the facing area does not change, and the capacitance between the comb electrode portion 14c and the comb electrode portion 20c does not change from the state of (a). Unlike this, with respect to the comb-tooth electrode portion 20a, when the comb-tooth electrode portion 14a is relatively displaced upward, the opposing area decreases and the capacitance between the comb-tooth electrode portion 14a and the comb-tooth electrode portion 20a decreases. Do. In this state, when the arithmetic circuit 11 subtracts the capacitance between the comb electrode portion 14a and the comb electrode portion 20a from the capacitance of the comb electrode portion 14c and the comb electrode portion 20c, the difference is The size is equal to the decrease in capacitance between the comb-tooth electrode portion 14a and the comb-tooth electrode portion 20a, and the sign of the difference is positive.

本実施例のMEMSセンサ2によれば、上方に付加櫛歯電極24aが設けられた櫛歯電極部14aと櫛歯電極部20aの間の静電容量と、下方に付加櫛歯電極24cが設けられた櫛歯電極部14cと櫛歯電極部20cの間の静電容量の間の差分を、演算回路11で算出することによって、マス部12のZ方向の変位に起因する静電容量の変化のみを検出することができる。加えて、本実施例のMEMSセンサ2によれば、演算回路11で算出される差分の符号から、マス部12がZ方向の正方向に変位したのか、負方向に変位したのかを、判別することができる。これによって、マス部12のZ方向の変位量を精度よく検出することができ、マス部12に作用するZ方向の加速度を精度よく検出することができる。   According to the MEMS sensor 2 of the present embodiment, the electrostatic capacitance between the comb electrode portion 14a provided with the additional comb electrode 24a at the upper side and the comb electrode portion 20a and the additional comb electrode 24c provided at the lower side By calculating the difference between the capacitances of the comb electrode portion 14c and the comb electrode portion 20c by using the arithmetic circuit 11, a change in capacitance due to the displacement of the mass portion 12 in the Z direction Only can be detected. In addition, according to the MEMS sensor 2 of the present embodiment, it is determined from the sign of the difference calculated by the arithmetic circuit 11 whether the mass portion 12 is displaced in the positive direction of the Z direction or in the negative direction. be able to. Thereby, the displacement amount of the mass portion 12 in the Z direction can be accurately detected, and the acceleration in the Z direction acting on the mass portion 12 can be accurately detected.

以下では、MEMSセンサ2の製造方法について説明する。まず、図5に示すように、導電性を付与された単結晶シリコンからなるウェハ30を用意する。このウェハ30は、センサ層8に対応するものである。   Hereinafter, a method of manufacturing the MEMS sensor 2 will be described. First, as shown in FIG. 5, a wafer 30 made of single crystal silicon to which conductivity is imparted is prepared. The wafer 30 corresponds to the sensor layer 8.

次いで、図6に示すように、センサ層8の上面に酸化シリコン層32を形成して、形成された酸化シリコン層32をドライエッチングにより選択的に除去する。   Next, as shown in FIG. 6, a silicon oxide layer 32 is formed on the upper surface of the sensor layer 8, and the formed silicon oxide layer 32 is selectively removed by dry etching.

次いで、図7に示すように、センサ層8の上面に導電性を付与された多結晶シリコン層34を形成して、形成された多結晶シリコン層34をドライエッチングにより選択的に除去する。これによって、MEMSセンサ2において櫛歯電極部14b、14cの下方に配置される、付加櫛歯電極24b、24cが形成される。   Next, as shown in FIG. 7, a polycrystalline silicon layer 34 given conductivity is formed on the upper surface of the sensor layer 8, and the formed polycrystalline silicon layer 34 is selectively removed by dry etching. As a result, additional comb-tooth electrodes 24 b and 24 c which are disposed below the comb-tooth electrodes 14 b and 14 c in the MEMS sensor 2 are formed.

次いで、図8に示すように、センサ層8の上面の酸化シリコン層32をフッ化水素水等で除去する。   Next, as shown in FIG. 8, the silicon oxide layer 32 on the upper surface of the sensor layer 8 is removed by hydrogen fluoride water or the like.

次いで、図9に示すように、導電性を付与された単結晶シリコンからなるウェハ36を用意する。このウェハ36は、支持層4に対応するものである。   Next, as shown in FIG. 9, a wafer 36 made of conductive single crystal silicon is prepared. The wafer 36 corresponds to the support layer 4.

次いで、図10に示すように、支持層4の上面に酸化シリコン層38を形成して、形成された酸化シリコン層38をドライエッチングにより選択的に除去する。この酸化シリコン層38は、絶縁層6に対応するものであるが、マス部12に対応する位置の酸化シリコン層38は、犠牲層として用いられる。すなわち、マス部12に対応する位置の酸化シリコン層38は、この段階では除去されず、製造の最終段階で除去される。   Next, as shown in FIG. 10, a silicon oxide layer 38 is formed on the upper surface of the support layer 4, and the formed silicon oxide layer 38 is selectively removed by dry etching. The silicon oxide layer 38 corresponds to the insulating layer 6, but the silicon oxide layer 38 at a position corresponding to the mass portion 12 is used as a sacrificial layer. That is, the silicon oxide layer 38 at the position corresponding to the mass portion 12 is not removed at this stage but is removed at the final stage of production.

次いで、図11に示すように、図8のセンサ層8を上下反転させて、図10の支持層4および絶縁層6からなる基板の上面(すなわち、絶縁層6の上面)に接合する。この状態で、センサ層8の上面を研磨して、センサ層8の厚みを調整してもよい。   Next, as shown in FIG. 11, the sensor layer 8 of FIG. 8 is turned upside down and bonded to the upper surface of the substrate consisting of the support layer 4 and the insulating layer 6 of FIG. 10 (ie, the upper surface of the insulating layer 6). In this state, the upper surface of the sensor layer 8 may be polished to adjust the thickness of the sensor layer 8.

次いで、図12に示すように、センサ層8の上面に酸化シリコン層40を形成して、形成された酸化シリコン層40をドライエッチングにより選択的に除去する。   Next, as shown in FIG. 12, a silicon oxide layer 40 is formed on the upper surface of the sensor layer 8, and the formed silicon oxide layer 40 is selectively removed by dry etching.

次いで、図13に示すように、センサ層8の上面に導電性を付与された多結晶シリコン層42を形成して、形成された多結晶シリコン層42をドライエッチングにより選択的に除去する。これによって、MEMSセンサ2において櫛歯電極部14a、14dの上方に配置される、付加櫛歯電極24a、24dが形成される。   Next, as shown in FIG. 13, a polycrystalline silicon layer 42 given conductivity is formed on the upper surface of the sensor layer 8, and the formed polycrystalline silicon layer 42 is selectively removed by dry etching. As a result, additional comb electrodes 24 a and 24 d are formed above the comb electrodes 14 a and 14 d in the MEMS sensor 2.

次いで、図14に示すように、センサ層8を上面から下面まで深掘りエッチングして、センサ層8のパターニングを行なう。これによって、センサ層8のマス部12と、櫛歯電極部14a、14b、14c、14dと、板状梁部16a、16b、16c、16dと、周縁部18と、櫛歯電極部20a、20b、20c、20dと、電極支持部22a、22b、22c、22dが形成される。   Next, as shown in FIG. 14, the sensor layer 8 is etched away from the upper surface to the lower surface to pattern the sensor layer 8. Thus, the mass portion 12 of the sensor layer 8, the comb-tooth electrodes 14a, 14b, 14c, 14d, the plate-like beams 16a, 16b, 16c, 16d, the peripheral edge 18, and the comb-tooth electrodes 20a, 20b. , 20c, 20d, and electrode support portions 22a, 22b, 22c, 22d.

その後、犠牲層であるマス部12の下方の絶縁層6をエッチングにより除去することで、MEMSセンサ2を得ることができる。   Then, the MEMS sensor 2 can be obtained by etching away the insulating layer 6 under the mass part 12 which is a sacrificial layer.

(実施例2)
図15、図16は、本実施例のMEMSセンサ102を示している。本実施例のMEMSセンサ102も、実施例1のMEMSセンサ2と同様に、導電性を付与された単結晶シリコンからなる支持層104と、酸化シリコンからなる絶縁層106と、主に導電性を付与された単結晶シリコンからなるセンサ層108が順に積層された、積層基板110に形成されている。以下の説明では、積層基板110の積層方向(図15の紙面垂直方向、図16の上下方向)をZ方向とし、積層基板110の面内方向をX方向およびY方向とする。また、以下の説明では、Z方向の正方向(図16の上方向)を上方向といい、Z方向の負方向(図16の下方向)を下方向という。本実施例のMEMSセンサ102では、支持層104の上方に絶縁層106が積層されており、絶縁層106の上方にセンサ層108が積層されている。MEMSセンサ102は、演算回路111と組み合わせて用いられる。
(Example 2)
15 and 16 show the MEMS sensor 102 of this embodiment. Similarly to the MEMS sensor 2 of the first embodiment, the MEMS sensor 102 of the present embodiment mainly includes the support layer 104 made of single crystal silicon to which conductivity is imparted, the insulating layer 106 made of silicon oxide, and conductivity. It is formed on a laminated substrate 110 in which a sensor layer 108 made of applied single crystal silicon is laminated in order. In the following description, the stacking direction of the layered substrate 110 (the direction perpendicular to the plane of FIG. 15, the vertical direction in FIG. 16) is taken as the Z direction, and the in-plane directions of the layered substrate 110 are taken as the X direction and the Y direction. In the following description, the positive direction in the Z direction (the upper direction in FIG. 16) is referred to as the upper direction, and the negative direction in the Z direction (the lower direction in FIG. 16) is referred to as the downward direction. In the MEMS sensor 102 of this embodiment, the insulating layer 106 is stacked above the support layer 104, and the sensor layer 108 is stacked above the insulating layer 106. The MEMS sensor 102 is used in combination with the arithmetic circuit 111.

センサ層108には、単結晶シリコンをエッチングにより選択的に除去することによって、マス部112と、櫛歯電極部114a、114bと、板状梁部116a、116b、116c、116dと、中継部118a、118bと、直線梁部120a、120b、120c、120dと、中継支持部122a、122b、122c、122dと、櫛歯電極部124a、124bと、櫛歯電極部126a、126bと、検出電極支持部128a、128bと、櫛歯電極部130a、130bと、励振電極支持部132a、132bが形成されている。このうち、マス部112と、櫛歯電極部114a、114bと、板状梁部116a、116b、116c、116dと、中継部118a、118bと、直線梁部120a、120b、120c、120dと、中継支持部122a、122b、122c、122dと、櫛歯電極部124a、124bは、継ぎ目なく一体的に形成されており、これらは同電位に維持されている。また、櫛歯電極部126a、126bはそれぞれ、対応する検出電極支持部128a、128bと継ぎ目なく一体的に形成されており、互いに同電位に維持されている。さらに、櫛歯電極部130a、130bはそれぞれ、対応する励振電極支持部132a、132bと継ぎ目なく一体的に形成されており、互いに同電位に維持されている。   In the sensor layer 108, by selectively removing single crystal silicon by etching, the mass portion 112, the comb-tooth electrode portions 114a and 114b, the plate-like beam portions 116a, 116b, 116c and 116d, and the relay portion 118a. , 118b, straight beam portions 120a, 120b, 120c, 120d, relay support portions 122a, 122b, 122c, 122d, comb electrode portions 124a, 124b, comb electrode portions 126a, 126b, detection electrode support portion 128a and 128b, comb-tooth electrode parts 130a and 130b, and excitation electrode support parts 132a and 132b are formed. Among them, the mass portion 112, the comb electrode portions 114a and 114b, the plate-like beam portions 116a, 116b, 116c and 116d, the relay portions 118a and 118b, the straight beam portions 120a, 120b, 120c and 120d, and the relay The support portions 122a, 122b, 122c, 122d and the comb-tooth electrode portions 124a, 124b are integrally formed seamlessly, and they are maintained at the same potential. In addition, the comb-tooth electrode portions 126a and 126b are integrally formed seamlessly with the corresponding detection electrode support portions 128a and 128b, respectively, and are maintained at the same potential. Further, the comb-tooth electrode portions 130a and 130b are integrally formed seamlessly with the corresponding excitation electrode support portions 132a and 132b, respectively, and are maintained at the same potential.

マス部112は、MEMSセンサ102を上方から平面視したときに、長方形状に形成されている。マス部112のX方向の一方の端部(図15の左側の端部)には、櫛歯電極部114aが設けられており、マス部112のX方向の他方の端部(図15の右側の端部)には、櫛歯電極部114bが設けられている。櫛歯電極部114a、114bは、Y方向に関して、マス部112の中心位置に配置されている。櫛歯電極部114a、114bはそれぞれ、マス部112からX方向に沿って伸びる支持部と、支持部からY方向に沿って伸びる電極部を備えている。マス部112のY方向の一方の端部(図15の上側の端部)には、板状梁部116a、116bが設けられており、マス部112のY方向の他方の端部(図15の下側の端部)には、板状梁部116c、116dが設けられている。板状梁部116a、116bはそれぞれ、マス部112からY方向に沿って伸びて、中継部118aに接続している。板状梁部116c、116dはそれぞれ、マス部112からY方向に沿って伸びて、中継部118bに接続している。板状梁部116a、116b、116c、116dはそれぞれ、X方向およびY方向の剛性が高く、Z方向の剛性が低い形状に形成されている。中継部118a、118bは、MEMSセンサ102を上方から平面視したときに、X方向に長手方向を有する長方形状に形成されている。中継部118aのX方向の一方の端部(図15の左側の端部)は、直線梁部120aを介して、中継支持部122aに接続している。中継部118aのX方向の他方の端部(図15の右側の端部)は、直線梁部120bを介して、中継支持部122bに接続している。中継部118aのY方向の端部には、Y方向に沿って伸びる櫛歯電極部124aが設けられている。中継部118bのX方向の一方の端部(図15の左側の端部)は、直線梁部120cを介して、中継支持部122cに接続している。中継部118bのX方向の他方の端部(図15の右側の端部)は、直線梁部120dを介して、中継支持部122dに接続している。中継部118bのY方向の端部には、Y方向に沿って伸びる櫛歯電極部124bが設けられている。直線梁部120a、120b、120c、120dはそれぞれ、X方向およびZ方向の剛性が高く、Y方向の剛性が低い形状に形成されている。マス部112と、櫛歯電極部114a、114bと、板状梁部116a、116b、116c、116dと、中継部118a、118bと、直線梁部120a、120b、120c、120dと、櫛歯電極部124a、124bは、下方の絶縁層106がエッチングにより除去されており、支持層104に対して相対的に変位可能である。中継支持部122a、122b、122c、122dは、下方の絶縁層106を介して支持層104に対して固定されている。   The mass portion 112 is formed in a rectangular shape when the MEMS sensor 102 is viewed in plan from above. The comb-tooth electrode portion 114a is provided at one end (the end on the left side in FIG. 15) of the mass portion 112 in the X direction, and the other end (the right side in FIG. 15) of the mass portion 112 in the X direction. The comb-tooth electrode portion 114 b is provided at the end portion of the The comb-tooth electrode portions 114 a and 114 b are disposed at the center position of the mass portion 112 in the Y direction. Each of the comb-tooth electrode parts 114 a and 114 b includes a support part extending in the X direction from the mass part 112 and an electrode part extending in the Y direction from the support part. The plate-like beam portions 116a and 116b are provided at one end (the upper end in FIG. 15) of the mass portion 112 in the Y direction, and the other end (FIG. 15) of the mass portion 112 in the Y direction. The plate-like beam portions 116c and 116d are provided at the lower end portion thereof. The plate-like beam portions 116a and 116b extend from the mass portion 112 in the Y direction and are connected to the relay portion 118a. The plate-like beam portions 116c and 116d respectively extend from the mass portion 112 in the Y direction and are connected to the relay portion 118b. The plate-like beam portions 116a, 116b, 116c, and 116d are formed in shapes that have high rigidity in the X direction and Y direction, and low rigidity in the Z direction. The relay portions 118 a and 118 b are formed in a rectangular shape having a longitudinal direction in the X direction when the MEMS sensor 102 is viewed in plan from above. One end (the end on the left side in FIG. 15) of the relay portion 118a in the X direction is connected to the relay support portion 122a via the linear beam portion 120a. The other end (the end on the right side in FIG. 15) of the relay portion 118a in the X direction is connected to the relay support portion 122b via the linear beam portion 120b. A comb electrode portion 124 a extending along the Y direction is provided at an end portion of the relay portion 118 a in the Y direction. One end (the end on the left side in FIG. 15) of the relay portion 118b in the X direction is connected to the relay support portion 122c via the linear beam portion 120c. The other end (the end on the right side in FIG. 15) of the relay portion 118b in the X direction is connected to the relay support portion 122d via the linear beam portion 120d. A comb-tooth electrode portion 124b extending along the Y direction is provided at an end of the relay portion 118b in the Y direction. The straight beam portions 120a, 120b, 120c, and 120d are formed in shapes that have high rigidity in the X and Z directions and low rigidity in the Y direction. Mass portion 112, comb-tooth electrode portions 114a and 114b, plate-like beam portions 116a, 116b, 116c and 116d, relay portions 118a and 118b, straight beam portions 120a, 120b, 120c and 120d, comb-tooth electrode portion The lower insulating layer 106 is removed by etching and 124a and 124b are displaceable relative to the support layer 104. The relay support portions 122 a, 122 b, 122 c, 122 d are fixed to the support layer 104 via the lower insulating layer 106.

櫛歯電極部126a、126bはそれぞれ、対応する櫛歯電極部114a、114bと噛み合うように配置されている。櫛歯電極部126a、126bはそれぞれ、Y方向に伸びる電極部と、X方向に伸びており、電極部を支持する支持部を備えている。櫛歯電極部126a、126bのそれぞれの電極部は、対応する櫛歯電極部114a、114bの電極部と、X方向に対向するように配置されている。櫛歯電極部126a、126bのそれぞれの支持部は、対応する検出電極支持部128a、128bに接続している。櫛歯電極部126a、126bは、下方の絶縁層106がエッチングにより除去されているが、検出電極支持部128a、128bは、下方の絶縁層106を介して支持層104に対して固定されている。マス部112が支持層104に対して相対変位していない状態では、櫛歯電極部114a、114bの上端のZ方向の位置は、櫛歯電極部126a、126bの上端のZ方向の位置と一致しており、櫛歯電極部114a、114bの下端のZ方向の位置は、櫛歯電極部126a、126bの下端のZ方向の位置と一致している。櫛歯電極部114a、114bと櫛歯電極部126a、126bは、平行平板コンデンサを形成している。櫛歯電極部114a、114bが櫛歯電極部126a、126bに対してZ方向に相対変位し、両者の対向面積が変化すると、両者の間で形成される静電容量の大きさも変化する。この静電容量の変化は、演算回路111により検出することができる。   The comb-tooth electrode portions 126a and 126b are respectively arranged to mesh with the corresponding comb-tooth electrode portions 114a and 114b. Each of the comb-tooth electrode portions 126a and 126b includes an electrode portion extending in the Y direction and a support portion extending in the X direction and supporting the electrode portion. The respective electrode portions of the comb-tooth electrode portions 126a and 126b are arranged to face the electrode portions of the corresponding comb-tooth electrode portions 114a and 114b in the X direction. The support portions of the comb-tooth electrode portions 126a and 126b are connected to the corresponding detection electrode support portions 128a and 128b. Although the lower insulating layer 106 is removed by etching the comb electrode portions 126a and 126b, the detection electrode support portions 128a and 128b are fixed to the support layer 104 via the lower insulating layer 106. . When the mass portion 112 is not displaced relative to the support layer 104, the Z-direction position of the upper end of the comb-tooth electrode portions 114a and 114b is equal to the Z-direction position of the upper end of the comb-tooth electrode portions 126a and 126b. The position in the Z direction of the lower end of the comb electrode portions 114a and 114b is the same as the position in the Z direction of the lower end of the comb electrode portions 126a and 126b. The comb-tooth electrode portions 114a and 114b and the comb-tooth electrode portions 126a and 126b form a parallel plate capacitor. When the comb-tooth electrode parts 114a and 114b are relatively displaced in the Z direction with respect to the comb-tooth electrode parts 126a and 126b, and the opposing area of the two changes, the magnitude of the capacitance formed between the two also changes. The change in capacitance can be detected by the arithmetic circuit 111.

櫛歯電極部130a、130bはそれぞれ、対応する櫛歯電極部124a、124bと噛み合うように配置されている。櫛歯電極部130a、130bはそれぞれ、Y方向に伸びており、対応する櫛歯電極部124a、124bとX方向に対向するように配置されている。櫛歯電極部130a、130bはそれぞれ、対応する励振電極支持部132a、132bに接続している。櫛歯電極部130a、130bは、下方の絶縁層106がエッチングにより除去されているが、励振電極支持部132a、132bは、下方の絶縁層106を介して支持層104に対して固定されている。櫛歯電極部124a、124bの上端のZ方向の位置は、櫛歯電極部130a、130bの上端のZ方向の位置と一致しており、櫛歯電極部124a、124bの下端のZ方向の位置は、櫛歯電極部130a、130bの下端のZ方向の位置と一致している。櫛歯電極部124a、124bと、対応する櫛歯電極部130a、130bは、平行平板コンデンサを形成している。櫛歯電極部124a、124bと、対応する櫛歯電極部130a、130bの間に電圧を印加すると、両者の対向面積を増大させるように、櫛歯電極部124a、124bを対応する櫛歯電極部130a、130bに引き込むような静電引力が作用する。   The comb-tooth electrode portions 130a and 130b are disposed to mesh with the corresponding comb-tooth electrode portions 124a and 124b. The comb-tooth electrode portions 130a and 130b extend in the Y direction, and are arranged to face the corresponding comb-tooth electrode portions 124a and 124b in the X direction. The comb-tooth electrode portions 130a and 130b are connected to the corresponding excitation electrode support portions 132a and 132b, respectively. In the comb-tooth electrode portions 130a and 130b, the lower insulating layer 106 is removed by etching, but the excitation electrode supporting portions 132a and 132b are fixed to the support layer 104 via the lower insulating layer 106. . The position in the Z direction of the upper end of the comb electrode portions 124a and 124b coincides with the position in the Z direction of the upper end of the comb electrode portions 130a and 130b, and the position in the Z direction of the lower end of the comb electrode portions 124a and 124b Is the same as the position of the lower end of the comb electrode portions 130a and 130b in the Z direction. The comb-tooth electrode portions 124a and 124b and the corresponding comb-tooth electrode portions 130a and 130b form a parallel plate capacitor. When a voltage is applied between the comb-tooth electrode portions 124a and 124b and the corresponding comb-tooth electrode portions 130a and 130b, the comb-tooth electrode portions 124a and 124b correspond to the corresponding comb-tooth electrode portions so as to increase their opposing areas. Electrostatic attraction acts to pull in 130a, 130b.

図16に示すように、櫛歯電極部114aの下部には、付加櫛歯電極134aが設けられている。また、櫛歯電極部114bの上部には、付加櫛歯電極134bが設けられている。付加櫛歯電極134a、134bは、導電性の材料であれば、どのような材料で構成されていてもよく、例えば、導電性を付与された多結晶シリコンから構成されていてもよいし、アルミニウム等の金属から構成されていてもよい。付加櫛歯電極134a、134bはそれぞれ、対応する櫛歯電極部114a、114bと電気的に導通している。   As shown in FIG. 16, an additional comb electrode 134a is provided below the comb electrode portion 114a. Further, an additional comb electrode 134 b is provided on the upper side of the comb electrode portion 114 b. The additional comb-tooth electrodes 134a and 134b may be made of any conductive material, for example, may be made of polycrystalline silicon to which conductivity is imparted, or aluminum Etc. may be comprised from metals, such as. The additional comb electrodes 134a and 134b are electrically conducted to the corresponding comb electrode portions 114a and 114b, respectively.

演算回路111は、MEMSセンサ102の中継支持部122dと、励振電極支持部132a、132bと、検出電極支持部128a、128bと接続している。中継支持部122dは、櫛歯電極部114a、114bおよび櫛歯電極部124a、124bと同電位である。また、励振電極支持部132a、132bはそれぞれ、櫛歯電極部130a、130bと同電位であり、検出電極支持部128a、128bはそれぞれ、櫛歯電極部126a、126bと同電位である。演算回路111は、櫛歯電極部124a、124bのそれぞれと、対応する櫛歯電極部130a、130bの間に電圧を印加することができるとともに、櫛歯電極部114a、114bのそれぞれと、対応する櫛歯電極部126a、126bの間の静電容量を検出することができる。   The arithmetic circuit 111 is connected to the relay support portion 122d of the MEMS sensor 102, the excitation electrode support portions 132a and 132b, and the detection electrode support portions 128a and 128b. The relay support portion 122d has the same potential as the comb-tooth electrode portions 114a and 114b and the comb-tooth electrode portions 124a and 124b. The excitation electrode support portions 132a and 132b have the same potential as the comb electrode portions 130a and 130b, respectively, and the detection electrode support portions 128a and 128b have the same potential as the comb electrode portions 126a and 126b, respectively. The arithmetic circuit 111 can apply a voltage between each of the comb electrode portions 124a and 124b and the corresponding comb electrode portions 130a and 130b, and corresponds to each of the comb electrode portions 114a and 114b. The electrostatic capacitance between the comb-tooth electrode parts 126a and 126b can be detected.

以下ではMEMSセンサ102の動作について説明する。櫛歯電極部124aと櫛歯電極部130aの間に電圧を印加すると、櫛歯電極部124aを櫛歯電極部130aに引き込もうとする静電引力が作用して、中継部118aと、板状梁部116a、116bと、マス部112と、板状梁部116c、116dと、中継部118bが、図15の上方に向けて、一体的に変位する。逆に、櫛歯電極部124bと櫛歯電極部130bの間に電圧を印加すると、櫛歯電極部124bを櫛歯電極部130bに引き込もうとする静電引力が作用して、中継部118bと、板状梁部116c、116dと、マス部112と、板状梁部116a、116bと、中継部118aが、図15の下方に向けて、一体的に変位する。このような電圧の印加を交互に行なうことによって、マス部112はY方向に励振される。   The operation of the MEMS sensor 102 will be described below. When a voltage is applied between the comb-tooth electrode portion 124a and the comb-tooth electrode portion 130a, electrostatic attraction is exerted to pull the comb-tooth electrode portion 124a to the comb-tooth electrode portion 130a, and the relay portion 118a and the plate-like beam The portions 116a and 116b, the mass portion 112, the plate-like beams 116c and 116d, and the relay portion 118b are integrally displaced upward in FIG. Conversely, when a voltage is applied between the comb-tooth electrode portion 124 b and the comb-tooth electrode portion 130 b, an electrostatic attractive force is exerted to pull the comb-tooth electrode portion 124 b into the comb-tooth electrode portion 130 b, and the relay portion 118 b The plate-like beam portions 116c and 116d, the mass portion 112, the plate-like beam portions 116a and 116b, and the relay portion 118a are integrally displaced downward in FIG. By alternately applying such a voltage, the mass portion 112 is excited in the Y direction.

マス部112がY方向に振動している状態で、MEMSセンサ102にX軸周りの角速度が作用すると、マス部112にはZ方向のコリオリ力が作用して、マス部112はZ方向に振動する。この際のマス部112のZ方向の振動の振幅は、MEMSセンサ102に作用するX軸周りの角速度の大きさに比例する。マス部112がZ方向に振動すると、櫛歯電極部114a、114bが櫛歯電極部126a、126bに対してZ方向(図16の上下方向)に振動する。演算回路111は、櫛歯電極部114a、114bと、対応する櫛歯電極部126a、126bの間の静電容量をそれぞれ検出し、両者の差分を算出することによって、MEMSセンサ102に作用するX軸周りの角速度を検出することができる。   When an angular velocity around the X axis acts on the MEMS sensor 102 while the mass portion 112 vibrates in the Y direction, Coriolis force in the Z direction acts on the mass portion 112, and the mass portion 112 vibrates in the Z direction Do. The amplitude of the Z-direction vibration of the mass portion 112 at this time is proportional to the magnitude of the angular velocity around the X axis acting on the MEMS sensor 102. When the mass portion 112 vibrates in the Z direction, the comb electrode portions 114a and 114b vibrate in the Z direction (vertical direction in FIG. 16) with respect to the comb electrode portions 126a and 126b. The arithmetic circuit 111 detects the electrostatic capacitance between the comb-tooth electrode portions 114 a and 114 b and the corresponding comb-tooth electrode portions 126 a and 126 b, and calculates the difference between the two, thereby acting on the MEMS sensor 102. An angular velocity around an axis can be detected.

実施例1のMEMSセンサ2と同様に、本実施例のMEMSセンサ102によれば、上方に付加櫛歯電極134bが設けられた櫛歯電極部114bと櫛歯電極部126bの間の静電容量と、下方に付加櫛歯電極134aが設けられた櫛歯電極部114aと櫛歯電極部126aの間の静電容量の間の差分を、演算回路111で算出することによって、マス部112のZ方向の変位に起因する静電容量の変化のみを検出することができる。加えて、本実施例のMEMSセンサ102によれば、演算回路111で算出される差分の符号から、マス部112がZ方向の正方向に変位したのか、負方向に変位したのかを、検出することができる。これによって、マス部112のZ方向の変位量を精度よく検出することができ、マス部112に作用するX軸周りの角速度を精度よく検出することができる。   Similar to the MEMS sensor 2 of the first embodiment, according to the MEMS sensor 102 of the present embodiment, the capacitance between the comb electrode portion 114 b and the comb electrode portion 126 b provided with the additional comb electrode 134 b above The Z value of the mass portion 112 is calculated by the calculation circuit 111 by calculating the difference between the capacitances of the comb electrode portion 114a and the comb electrode portion 126a provided with the additional comb electrode 134a below. Only changes in capacitance due to directional displacement can be detected. In addition, according to the MEMS sensor 102 of the present embodiment, it is detected from the sign of the difference calculated by the arithmetic circuit 111 whether the mass portion 112 is displaced in the positive direction of the Z direction or in the negative direction. be able to. As a result, the displacement amount of the mass portion 112 in the Z direction can be accurately detected, and the angular velocity around the X axis acting on the mass portion 112 can be accurately detected.

(実施例3)
図17−図19は、本実施例のMEMSセンサ202を示している。MEMSセンサ202は、n型不純物のドーピングにより導電性を付与された単結晶シリコンからなる支持層204と、酸化シリコンからなる絶縁層206と、主にn型不純物のドーピングにより導電性を付与された単結晶シリコンからなるセンサ層208が順に積層された、積層基板210に形成されている。以下の説明では、積層基板210の積層方向(図17の紙面垂直方向、図18および図19の上下方向)をZ方向とし、積層基板210の面内方向をX方向およびY方向とする。また、以下の説明では、Z方向の正方向(図17および図18の上方向)を上方向といい、Z方向の負方向(図17および図18の下方向)を下方向という。本実施例のMEMSセンサ202では、支持層204の上方に絶縁層206が積層されており、絶縁層206の上方にセンサ層208が積層されている。MEMSセンサ202は、演算回路211と組み合わせて用いられる。
(Example 3)
FIGS. 17-19 show the MEMS sensor 202 of this embodiment. The MEMS sensor 202 is provided with conductivity by a support layer 204 made of single crystal silicon which has been imparted conductivity by n-type impurity doping, an insulating layer 206 made of silicon oxide, and mainly by n-type impurity doping. The sensor layer 208 made of single crystal silicon is formed on the laminated substrate 210 in order. In the following description, the stacking direction of the layered substrate 210 (the direction perpendicular to the sheet of FIG. 17, the vertical direction of FIGS. 18 and 19) is taken as the Z direction, and the in-plane direction of the layered substrate 210 is taken as the X direction and the Y direction. In the following description, the positive direction in the Z direction (upper direction in FIGS. 17 and 18) is referred to as the upper direction, and the negative direction in the Z direction (lower direction in FIGS. 17 and 18) is referred to as the downward direction. In the MEMS sensor 202 of this embodiment, the insulating layer 206 is stacked above the support layer 204, and the sensor layer 208 is stacked above the insulating layer 206. The MEMS sensor 202 is used in combination with the arithmetic circuit 211.

センサ層208には、単結晶シリコンをエッチングにより選択的に除去することによって、マス部212と、櫛歯電極部214a、214b、214c、214dと、板状梁部216a、216b、216c、216dと、周縁部218と、櫛歯電極部220a、220b、220c、220dと、電極支持部222a、222b、222c、222dが形成されている。このうち、マス部212と、櫛歯電極部214a、214b、214c、214dと、板状梁部216a、216b、216c、216dと、周縁部218は、継ぎ目なく一体的に形成されており、これらは同電位に維持されている。また、櫛歯電極部220a、220b、220c、220dはそれぞれ、対応する電極支持部222a、222b、222c、222dと継ぎ目なく一体的に形成されており、互いに同電位に維持されている。   In the sensor layer 208, by selectively removing single crystal silicon by etching, the mass portion 212, the comb-tooth electrode portions 214a, 214b, 214c and 214d, and the plate-like beam portions 216a, 216b, 216c and 216d and The peripheral portion 218, the comb-tooth electrode portions 220a, 220b, 220c, and 220d, and the electrode support portions 222a, 222b, 222c, and 222d are formed. Among them, the mass portion 212, the comb-tooth electrode portions 214a, 214b, 214c and 214d, the plate-like beam portions 216a, 216b, 216c and 216d and the peripheral portion 218 are integrally formed seamlessly. Is maintained at the same potential. Further, the comb-tooth electrode portions 220a, 220b, 220c, and 220d are integrally formed seamlessly with the corresponding electrode support portions 222a, 222b, 222c, and 222d, respectively, and are maintained at the same potential.

マス部212は、MEMSセンサ202を上方から平面視したときに、長方形状に形成されている。マス部212のX方向の一方の端部(図17の右側の端部)には、櫛歯電極部214a、214bが設けられており、マス部212のX方向の他方の端部(図17の左側の端部)には、櫛歯電極部214c、214dが設けられている。櫛歯電極部214aと櫛歯電極部214bは、Y方向に関して、マス部212の中心位置に対して対称な位置に配置されている。同様に、櫛歯電極部214cと櫛歯電極部214dは、Y方向に関して、マス部212の中心位置に対して対称な位置に配置されている。櫛歯電極部220a、220b、220c、220dはそれぞれ、マス部212からX方向に沿って伸びる支持部と、支持部からY方向に沿って伸びる電極部を備えている。マス部212のY方向の一方の端部(図17の上側の端部)には、板状梁部216a、216bが設けられており、マス部212のY方向の他方の端部(図17の下側の端部)には、板状梁部216c、216dが設けられている。板状梁部216a、216b、216c、216dはそれぞれ、マス部212からY方向に沿って伸びて、周縁部218に接続している。板状梁部216a、216b、216c、216dはそれぞれ、X方向およびY方向の剛性が高く、Z方向の剛性が低い形状に形成されている。周縁部218は、MEMSセンサ202を上方から平面視したときに、マス部212と、櫛歯電極部214a、214b、214c、214dと、板状梁部216a、216b、216c、216dと、櫛歯電極部220a、220b、220c、220dと、電極支持部222a、222b、222c、222dを囲う、長方形の枠形状に形成されている。マス部212と、櫛歯電極部214a、214b、214c、214dと、板状梁部216a、216b、216c、216dは、下方の絶縁層206がエッチングにより除去されており、支持層204に対して相対的に変位可能である。周縁部218は、下方の絶縁層206を介して支持層204に対して固定されている。   The mass portion 212 is formed in a rectangular shape when the MEMS sensor 202 is viewed in plan from above. The comb electrode portions 214a and 214b are provided at one end (the end on the right side of FIG. 17) of the mass 212 in the X direction, and the other end of the mass 212 in the X direction (FIG. 17). The comb-tooth electrode parts 214c and 214d are provided at the left end of the The comb-tooth electrode portion 214 a and the comb-tooth electrode portion 214 b are disposed at symmetrical positions with respect to the center position of the mass portion 212 in the Y direction. Similarly, the comb-tooth electrode portion 214 c and the comb-tooth electrode portion 214 d are disposed at symmetrical positions with respect to the center position of the mass portion 212 in the Y direction. The comb-tooth electrode portions 220a, 220b, 220c, and 220d each include a support portion extending in the X direction from the mass portion 212 and an electrode portion extending in the Y direction from the support portion. The plate-like beams 216a and 216b are provided at one end (the upper end in FIG. 17) of the mass 212 in the Y direction, and the other end (Y in FIG. 17) of the mass 212 is provided. The plate-like beam portions 216c and 216d are provided at the lower end portion thereof. The plate-like beams 216 a, 216 b, 216 c, and 216 d extend from the mass 212 along the Y direction and are connected to the peripheral edge 218. The plate-like beam portions 216a, 216b, 216c, and 216d are formed in shapes that have high rigidity in the X direction and Y direction, and low rigidity in the Z direction. When the MEMS sensor 202 is viewed in plan from above, the peripheral portion 218 has the mass portion 212, the comb-tooth electrodes 214a, 214b, 214c and 214d, the plate-like beams 216a, 216b, 216c and 216d, and the comb-tooth It is formed in a rectangular frame shape surrounding the electrode portions 220a, 220b, 220c, 220d and the electrode support portions 222a, 222b, 222c, 222d. The lower insulating layer 206 is removed by etching with respect to the mass portion 212, the comb-tooth electrode portions 214a, 214b, 214c, and 214d, and the plate-like beam portions 216a, 216b, 216c, and 216d. Relatively displaceable. The peripheral portion 218 is fixed to the support layer 204 via the lower insulating layer 206.

櫛歯電極部220a、220b、220c、220dはそれぞれ、対応する櫛歯電極部214a、214b、214c、214dと噛み合うように配置されている。櫛歯電極部220a、220b、220c、220dはそれぞれ、Y方向に伸びる電極部と、X方向に伸びており、電極部を支持する支持部を備えている。櫛歯電極部220a、220b、220c、220dのそれぞれの電極部は、対応する櫛歯電極部214a、214b、214c、214dの電極部と、X方向に対向するように配置されている。櫛歯電極部220a、220b、220c、220dのそれぞれの支持部は、対応する電極支持部222a、222b、222c、222dに接続している。櫛歯電極部220a、220b、220c、220dは、下方の絶縁層206がエッチングにより除去されているが、電極支持部222a、222b、222c、222dは、下方の絶縁層206を介して支持層204に対して固定されている。マス部212が支持層204に対して相対変位していない状態では、櫛歯電極部214a、214b、214c、214dの上端のZ方向の位置は、櫛歯電極部220a、220b、220c、220dの上端のZ方向の位置と一致しており、櫛歯電極部214a、214b、214c、214dの下端のZ方向の位置は、櫛歯電極部220a、220b、220c、220dの下端のZ方向の位置と一致している。   The comb-tooth electrode portions 220a, 220b, 220c, and 220d are disposed to mesh with the corresponding comb-tooth electrode portions 214a, 214b, 214c, and 214d, respectively. The comb-tooth electrode portions 220a, 220b, 220c, and 220d respectively include an electrode portion extending in the Y direction and a support portion extending in the X direction and supporting the electrode portion. The electrode portions of the comb-tooth electrode portions 220a, 220b, 220c, and 220d are arranged to face the electrode portions of the corresponding comb-tooth electrode portions 214a, 214b, 214c, and 214d in the X direction. The support portions of the comb-tooth electrode portions 220a, 220b, 220c, and 220d are connected to the corresponding electrode support portions 222a, 222b, 222c, and 222d. Although the lower insulating layer 206 is removed by etching the comb electrode portions 220a, 220b, 220c and 220d, the electrode support portions 222a, 222b, 222c and 222d are supported by the support layer 204 via the lower insulating layer 206. It is fixed against. When the mass portion 212 is not displaced relative to the support layer 204, the Z-direction position of the upper end of the comb electrode portions 214a, 214b, 214c, and 214d is the position of the comb electrode portions 220a, 220b, 220c, and 220d. The position in the Z direction of the lower end of the comb electrode portions 214a, 214b, 214c, 214d coincides with the position in the Z direction of the upper end, the position in the Z direction of the lower end of the comb electrode portions 220a, 220b, 220c, 220d It matches with.

図18、図19に示すように、櫛歯電極部214a、214dの上部には、付加櫛歯電極224a、224dが設けられている。また、櫛歯電極部214b、214cの下部には、付加櫛歯電極224b、224cが設けられている。本実施例のMEMSセンサ202では、付加櫛歯電極224a、224b、224c、224dは、p型不純物のドーピングによって導電性を付与された多結晶シリコンから構成されている。付加櫛歯電極224a、224b、224c、224dはそれぞれ、対応する櫛歯電極部214a、214b、214c、214dとpn接合を介して接続しており、対応する櫛歯電極部214a、214b、214c、214dと電気的に絶縁している。   As shown in FIGS. 18 and 19, additional comb electrodes 224 a and 224 d are provided above the comb electrode portions 214 a and 214 d. Further, additional comb electrodes 224 b and 224 c are provided below the comb electrode portions 214 b and 214 c. In the MEMS sensor 202 according to this embodiment, the additional comb-tooth electrodes 224a, 224b, 224c, and 224d are made of polycrystalline silicon to which conductivity is imparted by doping of p-type impurities. The additional comb-tooth electrodes 224a, 224b, 224c and 224d are connected to the corresponding comb-tooth electrodes 214a, 214b, 214c and 214d via pn junctions, and the corresponding comb-tooth electrodes 214a, 214b, 214c, Electrically isolated from 214d.

図17に示すように、付加櫛歯電極224a、224dは、マス部212の上面に設けられた中継配線226aを介して電気的に導通している。付加櫛歯電極224dは、マス部212、板状梁部216cおよび周縁部218の上面に設けられた中継配線228aを介して、周縁部218の上面に設けられたパッド部230aに電気的に導通している。付加櫛歯電極224b、224cは、マス部212の下面に設けられた中継配線226bを介して電気的に導通している。付加櫛歯電極224bは、マス部212を上面から下面まで貫通する貫通電極232と、マス部212、板状梁部216dおよび周縁部218の上面に設けられた中継配線228bを介して、周縁部218の上面に設けられたパッド部230bに電気的に導通している。中継配線226a、226b、中継配線228a、228b、パッド部230a、230b、貫通電極232は、いずれもp型不純物のドーピングによって導電性を付与された多結晶シリコンから構成されている。中継配線226a、226b、中継配線228a、228b、パッド部230a、230b、貫通電極232は、マス部212、板状梁部216c、216d、周縁部218とpn接合を介して接続しており、マス部212、板状梁部216c、216d、周縁部218と電気的に絶縁している。   As shown in FIG. 17, the additional comb-tooth electrodes 224 a and 224 d are electrically connected via a relay wiring 226 a provided on the top surface of the mass portion 212. The additional comb electrode 224 d is electrically conducted to the pad portion 230 a provided on the upper surface of the peripheral portion 218 through the relay portion 228 a provided on the upper surface of the mass portion 212, the plate-like beam portion 216 c and the peripheral portion 218. doing. The additional comb-tooth electrodes 224 b and 224 c are electrically connected via the relay wiring 226 b provided on the lower surface of the mass portion 212. The additional comb electrode 224 b is a peripheral edge portion through the through electrode 232 penetrating the mass portion 212 from the upper surface to the lower surface, and the relay wiring 228 b provided on the upper surface of the mass portion 212, the plate-like beam portion 216 d and the peripheral portion 218. It electrically conducts to the pad part 230b provided in the upper surface of 218. FIG. The relay interconnections 226a and 226b, the relay interconnections 228a and 228b, the pad portions 230a and 230b, and the through electrodes 232 are all made of polycrystalline silicon to which conductivity is imparted by doping of p-type impurities. The relay wires 226a and 226b, the relay wires 228a and 228b, the pad portions 230a and 230b, and the through electrodes 232 are connected to the mass portion 212, the plate-like beam portions 216c and 216d, and the peripheral portion 218 via a pn junction. It electrically insulates from the part 212, the plate-like beams 216c and 216d, and the peripheral part 218.

演算回路211は、MEMSセンサ202の電極支持部222a、222b、222c、222d、パッド部230a、230bと接続している。電極支持部222a、222b、222c、222dはそれぞれ、櫛歯電極部220a、220b、220c、220dと同電位である。また、パッド部230aは、付加櫛歯電極224a、224dと同電位であり、パッド部230bは、付加櫛歯電極224b、224cと同電位である。演算回路211は、付加櫛歯電極224a、224b、224c、224dのそれぞれと、対応する櫛歯電極部220a、220b、220c、220dの間の静電容量を検出することができる。   The arithmetic circuit 211 is connected to the electrode support portions 222 a, 222 b, 222 c, 222 d and the pad portions 230 a, 230 b of the MEMS sensor 202. The electrode support portions 222a, 222b, 222c, and 222d have the same potential as the comb-tooth electrode portions 220a, 220b, 220c, and 220d, respectively. The pad portion 230a is at the same potential as the additional comb electrodes 224a and 224d, and the pad portion 230b is at the same potential as the additional comb electrodes 224b and 224c. The arithmetic circuit 211 can detect the capacitance between each of the additional comb electrodes 224a, 224b, 224c, and 224d and the corresponding comb electrode portions 220a, 220b, 220c, and 220d.

以下ではMEMSセンサ202の動作について説明する。マス部212にZ方向の加速度が作用すると、マス部212にZ方向の慣性力が作用して、板状梁部216a、216b、216c、216dがZ方向に撓み変形する。これにより、マス部212と櫛歯電極部214a、214b、214c、214dは、支持層204に対してZ方向に相対変位する。この際のZ方向への変位量は、マス部212に作用する加速度の大きさに比例する。一方、櫛歯電極部220a、220b、220c、220dは、支持層204に対して位置が固定されている。このため、MEMSセンサ202にZ方向の加速度が作用すると、櫛歯電極部214a、214b、214c、214dは、櫛歯電極部220a、220b、220c、220dに対して、Z方向に相対変位する。この際のZ方向の相対変位量は、Z方向の加速度に応じた大きさとなる。   The operation of the MEMS sensor 202 will be described below. When an acceleration in the Z direction acts on the mass portion 212, an inertial force in the Z direction acts on the mass portion 212, and the plate beams 216a, 216b, 216c, and 216d are bent and deformed in the Z direction. As a result, the mass portion 212 and the comb-tooth electrode portions 214 a, 214 b, 214 c, 214 d are displaced relative to the support layer 204 in the Z direction. The amount of displacement in the Z direction at this time is proportional to the magnitude of the acceleration acting on the mass portion 212. On the other hand, the positions of the comb electrode portions 220 a, 220 b, 220 c and 220 d are fixed with respect to the support layer 204. Therefore, when acceleration in the Z direction acts on the MEMS sensor 202, the comb-tooth electrode portions 214a, 214b, 214c and 214d are displaced relative to the comb-tooth electrode portions 220a, 220b, 220c and 220d in the Z direction. The relative displacement amount in the Z direction at this time has a magnitude corresponding to the acceleration in the Z direction.

図20の(a)は、マス部212が支持層204に対して相対変位していない状態での、櫛歯電極部214a、214cと、付加櫛歯電極224a、224cと、櫛歯電極部220a、220cの位置関係を示している。この状態では、櫛歯電極部214aと櫛歯電極部220aが完全に重なり合っており、付加櫛歯電極224aは櫛歯電極部220aと対向しておらず、両者の間の静電容量はほぼゼロである。また、この状態では、櫛歯電極部214cと櫛歯電極部220cが完全に重なり合っており、付加櫛歯電極224cは櫛歯電極部220cと対向しておらず、両者の間の静電容量はほぼゼロである。この状態で、演算回路211が、付加櫛歯電極224cと櫛歯電極部220cの静電容量から、付加櫛歯電極224aと櫛歯電極部220aの間の静電容量を減算すると、その差分はゼロとなる。   In (a) of FIG. 20, the comb-tooth electrode portions 214a and 214c, the additional comb-tooth electrodes 224a and 224c, and the comb-tooth electrode portion 220a in a state in which the mass portion 212 is not displaced relative to the support layer 204. , 220c are shown. In this state, the comb-tooth electrode portion 214a and the comb-tooth electrode portion 220a completely overlap each other, the additional comb-tooth electrode 224a does not face the comb-tooth electrode portion 220a, and the capacitance between both is substantially zero. It is. Further, in this state, the comb-tooth electrode portion 214c and the comb-tooth electrode portion 220c completely overlap each other, the additional comb-tooth electrode 224c does not face the comb-tooth electrode portion 220c, and the capacitance between both is It is almost zero. In this state, when the arithmetic circuit 211 subtracts the capacitance between the additional comb electrode 224 a and the comb electrode portion 220 a from the capacitance of the additional comb electrode 224 c and the comb electrode portion 220 c, the difference is It will be zero.

図20の(b)に示すように、マス部212が支持層204に対して下方に(Z方向の負方向に)相対変位すると、櫛歯電極部214a、214cは櫛歯電極部220a、220cに対して下方に相対変位する。この場合、櫛歯電極部220aに関しては、付加櫛歯電極224aと対向することになり、(a)の状態に比べて、付加櫛歯電極224aと櫛歯電極部220aの間の静電容量が増加する。これとは異なり、櫛歯電極部220cに関しては、依然として付加櫛歯電極224cとは対向しないため、付加櫛歯電極224cと櫛歯電極部220cの間の静電容量はゼロのままである。(b)の状態で、演算回路211が、付加櫛歯電極224cと櫛歯電極部220cの静電容量から、付加櫛歯電極224aと櫛歯電極部220aの間の静電容量を減算すると、その差分の大きさは、付加櫛歯電極224aと櫛歯電極部220aの間の静電容量の増加分に等しく、その差分の符号は負となる。   As shown in (b) of FIG. 20, when the mass portion 212 is displaced relative to the support layer 204 downward (in the negative direction of the Z direction), the comb-tooth electrode portions 214a and 214c become comb-tooth electrode portions 220a and 220c. Relative to the lower part. In this case, the comb electrode portion 220a is opposed to the additional comb electrode 224a, and the capacitance between the additional comb electrode 224a and the comb electrode portion 220a is smaller than in the state of (a). To increase. Unlike this, the comb electrode portion 220c does not still face the additional comb electrode 224c, so the capacitance between the additional comb electrode 224c and the comb electrode portion 220c remains zero. When the arithmetic circuit 211 subtracts the capacitance between the additional comb electrode 224 a and the comb electrode portion 220 a from the capacitance of the additional comb electrode 224 c and the comb electrode portion 220 c in the state of (b), The magnitude of the difference is equal to the increase in capacitance between the additional comb electrode 224 a and the comb electrode portion 220 a, and the sign of the difference is negative.

図20の(c)に示すように、マス部212が支持層204に対して上方に(Z方向の正方向に)相対変位すると、櫛歯電極部214a、214cは櫛歯電極部220a、220cに対して上方に相対変位する。この場合、櫛歯電極部220cに関しては、付加櫛歯電極224cと対向することになり、(a)の状態に比べて、付加櫛歯電極224cと櫛歯電極部220cの間の静電容量が増加する。これとは異なり、櫛歯電極部220aに関しては、依然として付加櫛歯電極224aとは対向しないため、付加櫛歯電極224aと櫛歯電極部220aの間の静電容量はゼロのままである。(c)の状態で、演算回路211が、付加櫛歯電極224cと櫛歯電極部220cの静電容量から、付加櫛歯電極224aと櫛歯電極部220aの間の静電容量を減算すると、その差分の大きさは、付加櫛歯電極224cと櫛歯電極部220cの間の静電容量の増加分に等しく、その差分の符号は正となる。   As shown in (c) of FIG. 20, when the mass portion 212 is relatively displaced upward (in the positive direction of the Z direction) with respect to the support layer 204, the comb electrode portions 214a and 214c become comb electrode portions 220a and 220c. Relative displacement upward with respect to In this case, the comb electrode portion 220c is opposed to the additional comb electrode 224c, and the capacitance between the additional comb electrode 224c and the comb electrode portion 220c is smaller than in the state of (a). To increase. Unlike this, with regard to the comb electrode portion 220a, since it does not still face the additional comb electrode 224a, the capacitance between the additional comb electrode 224a and the comb electrode portion 220a remains zero. In state (c), when the arithmetic circuit 211 subtracts the capacitance between the additional comb electrode 224 a and the comb electrode portion 220 a from the capacitance of the additional comb electrode 224 c and the comb electrode portion 220 c, The magnitude of the difference is equal to the increase in capacitance between the additional comb electrode 224 c and the comb electrode portion 220 c, and the sign of the difference is positive.

本実施例のMEMSセンサ202によれば、櫛歯電極部214aの上方に設けられた付加櫛歯電極224aと櫛歯電極部220aの間の静電容量と、櫛歯電極部214cの下方に設けられた付加櫛歯電極224cと櫛歯電極部220cの間の静電容量の間の差分を、演算回路211で算出することによって、マス部212のZ方向の変位に起因する静電容量の変化を検出することができる。加えて、本実施例のMEMSセンサ202によれば、演算回路211で算出される差分の符号から、マス部212がZ方向の正方向に変位したのか、負方向に変位したのかを、検出することができる。これによって、マス部212のZ方向の変位量を精度よく検出することができ、マス部212に作用するZ方向の加速度を精度よく検出することができる。   According to the MEMS sensor 202 of the present embodiment, the capacitance between the additional comb electrode 224 a provided above the comb electrode portion 214 a and the comb electrode portion 220 a and the capacitance provided below the comb electrode portion 214 c Change of the capacitance due to the displacement of the mass portion 212 in the Z direction by calculating the difference between the capacitance between the added additional comb electrode 224c and the comb electrode portion 220c by the arithmetic circuit 211 Can be detected. In addition, according to the MEMS sensor 202 of this embodiment, it is detected from the sign of the difference calculated by the arithmetic circuit 211 whether the mass portion 212 is displaced in the positive direction of the Z direction or in the negative direction. be able to. Thereby, the displacement amount of the mass portion 212 in the Z direction can be detected with high accuracy, and the acceleration in the Z direction acting on the mass portion 212 can be detected with high accuracy.

本実施例のMEMSセンサ202は、貫通電極232を形成する点以外は、実施例1のMEMSセンサ2と同様の製造方法によって製造することができるので、製造方法についての詳細な説明は省略する。   The MEMS sensor 202 of this embodiment can be manufactured by the same manufacturing method as that of the MEMS sensor 2 of the first embodiment except that the through electrode 232 is formed, and thus the detailed description of the manufacturing method is omitted.

(実施例4)
図21−図23は、本実施例のMEMSセンサ302を示している。MEMSセンサ302は、導電性を付与された単結晶シリコンからなる支持層304と、酸化シリコンからなる絶縁層306と、主に導電性を付与された単結晶シリコンからなるセンサ層308が順に積層された、積層基板310に形成されている。以下の説明では、積層基板310の積層方向(図21の紙面垂直方向、図22および図23の上下方向)をZ方向とし、積層基板310の面内方向をX方向およびY方向とする。また、以下の説明では、Z方向の正方向(図22および図23の上方向)を上方向といい、Z方向の負方向(図22および図23の下方向)を下方向という。本実施例のMEMSセンサ302では、支持層304の上方に絶縁層306が積層されており、絶縁層306の上方にセンサ層308が積層されている。MEMSセンサ302は、演算回路311と組み合わせて用いられる。
(Example 4)
21-23 show a MEMS sensor 302 of this embodiment. In the MEMS sensor 302, a support layer 304 made of conductive single crystal silicon, an insulating layer 306 made of silicon oxide, and a sensor layer 308 mainly made of conductive single crystal silicon are sequentially stacked. Also, it is formed on the laminated substrate 310. In the following description, the stacking direction of the layered substrate 310 (the direction perpendicular to the sheet of FIG. 21, the vertical direction of FIGS. 22 and 23) is taken as the Z direction, and the in-plane direction of the layered substrate 310 is taken as the X direction and the Y direction. Further, in the following description, the positive direction in the Z direction (upper direction in FIGS. 22 and 23) is referred to as the upper direction, and the negative direction in the Z direction (lower direction in FIGS. 22 and 23) is referred to as the downward direction. In the MEMS sensor 302 according to this embodiment, the insulating layer 306 is stacked above the support layer 304, and the sensor layer 308 is stacked above the insulating layer 306. The MEMS sensor 302 is used in combination with the arithmetic circuit 311.

センサ層308には、単結晶シリコンをエッチングにより選択的に除去することによって、マス部312と、櫛歯電極部314a、314b、314c、314dと、板状梁部316a、316b、316c、316dと、周縁部318と、櫛歯電極部320a、320b、320c、320dと、電極支持部322a、322b、322c、322dが形成されている。このうち、マス部312と、櫛歯電極部314a、314b、314c、314dと、板状梁部316a、316b、316c、316dと、周縁部318は、継ぎ目なく一体的に形成されており、これらは同電位に維持されている。また、櫛歯電極部320a、320b、320c、320dはそれぞれ、対応する電極支持部322a、322b、322c、322dと継ぎ目なく一体的に形成されており、互いに同電位に維持されている。   In the sensor layer 308, by selectively removing single crystal silicon by etching, the mass portion 312, the comb-tooth electrode portions 314a, 314b, 314c, 314d, and the plate-like beam portions 316a, 316b, 316c, 316d and The peripheral portion 318, the comb-tooth electrode portions 320a, 320b, 320c, and 320d, and the electrode support portions 322a, 322b, 322c, and 322d are formed. Among them, the mass portion 312, the comb-tooth electrode portions 314a, 314b, 314c, 314d, the plate-like beam portions 316a, 316b, 316c, 316d, and the peripheral portion 318 are integrally formed seamlessly. Is maintained at the same potential. In addition, the comb-tooth electrode portions 320a, 320b, 320c, and 320d are integrally formed seamlessly with the corresponding electrode support portions 322a, 322b, 322c, and 322d, respectively, and are maintained at the same potential.

マス部312は、MEMSセンサ302を上方から平面視したときに、長方形状に形成されている。マス部312のX方向の一方の端部(図21の右側の端部)には、櫛歯電極部314a、314bが設けられており、マス部312のX方向の他方の端部(図21の左側の端部)には、櫛歯電極部314c、314dが設けられている。櫛歯電極部314aと櫛歯電極部314bは、Y方向に関して、マス部312の中心位置に対して対称な位置に配置されている。同様に、櫛歯電極部314cと櫛歯電極部314dは、Y方向に関して、マス部312の中心位置に対して対称な位置に配置されている。櫛歯電極部320a、320b、320c、320dはそれぞれ、マス部312からX方向に沿って伸びる支持部と、支持部からY方向に沿って伸びる電極部を備えている。マス部312のY方向の一方の端部(図21の上側の端部)には、板状梁部316a、316bが設けられており、マス部312のY方向の他方の端部(図21の下側の端部)には、板状梁部316c、316dが設けられている。板状梁部316a、316b、316c、316dはそれぞれ、マス部312からY方向に沿って伸びて、周縁部318に接続している。板状梁部316a、316b、316c、316dはそれぞれ、X方向およびY方向の剛性が高く、Z方向の剛性が低い形状に形成されている。周縁部318は、MEMSセンサ302を上方から平面視したときに、マス部312と、櫛歯電極部314a、314b、314c、314dと、板状梁部316a、316b、316c、316dと、櫛歯電極部320a、320b、320c、320dと、電極支持部322a、322b、322c、322dを囲う、長方形の枠形状に形成されている。マス部312と、櫛歯電極部314a、314b、314c、314dと、板状梁部316a、316b、316c、316dは、下方の絶縁層306がエッチングにより除去されており、支持層304に対して相対的に変位可能である。周縁部318は、下方の絶縁層306を介して支持層304に対して固定されている。   The mass portion 312 is formed in a rectangular shape when the MEMS sensor 302 is viewed in plan from above. The comb-like electrode portions 314a and 314b are provided at one end of the mass portion 312 in the X direction (the end on the right side of FIG. 21), and the other end of the mass portion 312 in the X direction (FIG. 21) The comb-tooth electrode parts 314 c and 314 d are provided at the left end of the The comb-tooth electrode portion 314 a and the comb-tooth electrode portion 314 b are disposed at symmetrical positions with respect to the center position of the mass portion 312 in the Y direction. Similarly, the comb-tooth electrode portion 314 c and the comb-tooth electrode portion 314 d are disposed at symmetrical positions with respect to the center position of the mass portion 312 in the Y direction. The comb-tooth electrode portions 320a, 320b, 320c, and 320d each include a support portion extending from the mass portion 312 in the X direction, and an electrode portion extending from the support portion in the Y direction. Plate-like beam portions 316a and 316b are provided at one end (the upper end in FIG. 21) of the mass portion 312 in the Y direction, and the other end (FIG. 21) of the mass portion 312 in the Y direction. The plate-like beam portions 316 c and 316 d are provided at the lower end portion thereof. The plate-shaped beam portions 316 a, 316 b, 316 c, and 316 d extend from the mass portion 312 along the Y direction and are connected to the peripheral portion 318. The plate-like beam portions 316a, 316b, 316c, and 316d are formed in shapes that have high rigidity in the X direction and Y direction, and low rigidity in the Z direction. The peripheral portion 318 has the mass portion 312, the comb-tooth electrode portions 314a, 314b, 314c, and 314d, the plate-like beam portions 316a, 316b, 316c, and 316d, and the comb-tooth portions when the MEMS sensor 302 is viewed in plan from above. It forms in the rectangular frame shape which encloses electrode part 320a, 320b, 320c, 320d and electrode support part 322a, 322b, 322c, 322d. In the mass portion 312, the comb-tooth electrode portions 314a, 314b, 314c, and 314d, and the plate-like beam portions 316a, 316b, 316c, and 316d, the lower insulating layer 306 is removed by etching. Relatively displaceable. The peripheral portion 318 is fixed to the support layer 304 via the lower insulating layer 306.

櫛歯電極部320a、320b、320c、320dはそれぞれ、対応する櫛歯電極部314a、314b、314c、314dと噛み合うように配置されている。櫛歯電極部320a、320b、320c、320dはそれぞれ、Y方向に伸びる電極部と、X方向に伸びており、電極部を支持する支持部を備えている。櫛歯電極部320a、320b、320c、320dのそれぞれの電極部は、対応する櫛歯電極部314a、314b、314c、314dの電極部と、X方向に対向するように配置されている。櫛歯電極部320a、320b、320c、320dのそれぞれの支持部は、対応する電極支持部322a、322b、322c、322dに接続している。櫛歯電極部320a、320b、320c、320dは、下方の絶縁層306がエッチングにより除去されているが、電極支持部322a、322b、322c、322dは、下方の絶縁層306を介して支持層304に対して固定されている。マス部312が支持層304に対して相対変位していない状態では、櫛歯電極部314a、314b、314c、314dの上端のZ方向の位置は、櫛歯電極部320a、320b、320c、320dの上端のZ方向の位置と一致しており、櫛歯電極部314a、314b、314c、314dの下端のZ方向の位置は、櫛歯電極部320a、320b、320c、320dの下端のZ方向の位置と一致している。   The comb-tooth electrode portions 320a, 320b, 320c, and 320d are arranged to mesh with the corresponding comb-tooth electrode portions 314a, 314b, 314c, and 314d, respectively. The comb-tooth electrode portions 320a, 320b, 320c, and 320d respectively include an electrode portion extending in the Y direction and a support portion extending in the X direction and supporting the electrode portion. The electrode portions of the comb-tooth electrode portions 320a, 320b, 320c, and 320d are arranged to face the electrode portions of the corresponding comb-tooth electrode portions 314a, 314b, 314c, and 314d in the X direction. The support portions of the comb-tooth electrode portions 320a, 320b, 320c, and 320d are connected to the corresponding electrode support portions 322a, 322b, 322c, and 322d. Although the lower insulating layer 306 is removed by etching the comb-tooth electrode portions 320a, 320b, 320c, and 320d, the electrode support portions 322a, 322b, 322c, and 322d are supported by the support layer 304 via the lower insulating layer 306. It is fixed against. When the mass portion 312 is not displaced relative to the support layer 304, the Z-direction position of the upper end of the comb electrode portions 314a, 314b, 314c, and 314d is the position of the comb electrode portions 320a, 320b, 320c, and 320d. The position in the Z direction of the lower end of the comb electrode portions 314a, 314b, 314c, 314d corresponds to the position in the Z direction of the upper end in the Z direction of the lower end of the comb electrode portions 320a, 320b, 320c, 320d It matches with.

図22、図23に示すように、櫛歯電極部314a、314dの上部には、付加櫛歯電極324a、324dが設けられている。また、櫛歯電極部314b、314cの下部には、付加櫛歯電極324b、324cが設けられている。本実施例のMEMSセンサ302では、付加櫛歯電極324a、324b、324c、324dは、導電性の材料であれば、どのような材料で構成されていてもよく、導電性を付与された多結晶シリコンから構成されていてもよいし、アルミニウム等の金属から構成されていてもよい。付加櫛歯電極324a、324b、324c、324dはそれぞれ、対応する櫛歯電極部314a、314b、314c、314dと、絶縁膜334a、334b、334c、334dを介して接続しており、対応する櫛歯電極部314a、314b、314c、314dと電気的に絶縁している。   As shown in FIGS. 22 and 23, additional comb electrodes 324a and 324d are provided on the top of the comb electrode portions 314a and 314d. Further, additional comb-teeth electrodes 324 b and 324 c are provided below the comb-teeth electrode portions 314 b and 314 c. In the MEMS sensor 302 according to the present embodiment, the additional comb-teeth electrodes 324a, 324b, 324c, and 324d may be made of any conductive material, and may be made of any conductive polycrystalline material. It may be composed of silicon or may be composed of a metal such as aluminum. The additional comb-teeth electrodes 324a, 324b, 324c, and 324d are connected to the corresponding comb-teeth electrode parts 314a, 314b, 314c, and 314d via the insulating films 334a, 334b, 334c, and 334d, respectively. It electrically insulates from electrode part 314a, 314b, 314c, 314d.

図21に示すように、付加櫛歯電極324a、324dは、マス部312の上面に設けられた中継配線326aを介して電気的に導通している。付加櫛歯電極324dは、マス部312、板状梁部316cおよび周縁部318の上面に設けられた中継配線328aを介して、周縁部318の上面に設けられたパッド部330aに電気的に導通している。付加櫛歯電極324b、324cは、マス部312の下面に設けられた中継配線326bを介して電気的に導通している。付加櫛歯電極324bは、マス部312を上面から下面まで貫通する貫通電極332と、マス部312、板状梁部316dおよび周縁部318の上面に設けられた中継配線328bを介して、周縁部318の上面に設けられたパッド部330bに電気的に導通している。中継配線326a、326b、中継配線328a、328b、パッド部330a、330b、貫通電極332は、いずれも、導電性の材料であれば、どのような材料で構成されていてもよく、導電性を付与された多結晶シリコンから構成されていてもよいし、アルミニウム等の金属から構成されていてもよい。中継配線326a、326b、中継配線328a、328b、パッド部330a、330b、貫通電極332は、マス部312、板状梁部316c、316d、周縁部318と、絶縁膜336を介して接続しており、マス部312、板状梁部316c、316d、周縁部318と電気的に絶縁している。   As shown in FIG. 21, the additional comb-teeth electrodes 324 a and 324 d are electrically conducted via a relay wiring 326 a provided on the top surface of the mass portion 312. The additional comb electrode 324 d is electrically conducted to the pad portion 330 a provided on the upper surface of the peripheral portion 318 through the relay portion 328 a provided on the upper surface of the mass portion 312, the plate beam portion 316 c and the peripheral portion 318. doing. The additional comb-teeth electrodes 324 b and 324 c are electrically connected via a relay wire 326 b provided on the lower surface of the mass portion 312. The additional comb electrode 324b is a peripheral edge portion through the through electrode 332 penetrating the mass portion 312 from the upper surface to the lower surface, and the relay wiring 328b provided on the upper surface of the mass portion 312, the plate beam portion 316d and the peripheral portion 318. It electrically conducts to the pad part 330b provided in the upper surface of 318. FIG. Relay wires 326a and 326b, relay wires 328a and 328b, pad portions 330a and 330b, and through electrodes 332 may be made of any conductive material, and can be made conductive. It may be composed of the polycrystalline silicon as it is, or it may be composed of a metal such as aluminum. The relay wires 326a and 326b, the relay wires 328a and 328b, the pad portions 330a and 330b, and the through electrode 332 are connected to the mass portion 312, the plate-like beams 316c and 316d, and the peripheral portion 318 via the insulating film 336. , The mass portion 312, the plate-like beams 316c and 316d, and the peripheral portion 318.

演算回路311は、MEMSセンサ302の電極支持部322a、322b、322c、322d、パッド部330a、330bと接続している。電極支持部322a、322b、322c、322dはそれぞれ、櫛歯電極部320a、320b、320c、320dと同電位である。また、パッド部330aは、付加櫛歯電極324a、324dと同電位であり、パッド部330bは、付加櫛歯電極324b、324cと同電位である。演算回路311は、付加櫛歯電極324a、324b、324c、324dのそれぞれと、対応する櫛歯電極部320a、320b、320c、320dの間の静電容量を検出することができる。   The arithmetic circuit 311 is connected to the electrode support portions 322 a, 322 b, 322 c, 322 d of the MEMS sensor 302 and the pad portions 330 a, 330 b. The electrode support portions 322a, 322b, 322c, and 322d have the same potential as the comb-tooth electrode portions 320a, 320b, 320c, and 320d, respectively. The pad portion 330a has the same potential as the additional comb electrodes 324a and 324d, and the pad portion 330b has the same potential as the additional comb electrodes 324b and 324c. The arithmetic circuit 311 can detect capacitance between each of the additional comb electrodes 324a, 324b, 324c, and 324d and the corresponding comb electrode units 320a, 320b, 320c, and 320d.

以下ではMEMSセンサ302の動作について説明する。マス部312にZ方向の加速度が作用すると、マス部312にZ方向の慣性力が作用して、板状梁部316a、316b、316c、316dがZ方向に撓み変形する。これにより、マス部312と櫛歯電極部314a、314b、314c、314dは、支持層304に対してZ方向に相対変位する。この際のZ方向への変位量は、マス部312に作用する加速度の大きさに比例する。一方、櫛歯電極部320a、320b、320c、320dは、支持層304に対して位置が固定されている。このため、MEMSセンサ302にZ方向の加速度が作用すると、櫛歯電極部314a、314b、314c、314dは、櫛歯電極部320a、320b、320c、320dに対して、Z方向に相対変位する。この際のZ方向の相対変位量は、Z方向の加速度に応じた大きさとなる。   The operation of the MEMS sensor 302 will be described below. When an acceleration in the Z direction acts on the mass portion 312, an inertial force in the Z direction acts on the mass portion 312, and the plate beams 316a, 316b, 316c, and 316d are bent and deformed in the Z direction. As a result, the mass portion 312 and the comb-tooth electrode portions 314 a, 314 b, 314 c, 314 d are displaced relative to the support layer 304 in the Z direction. The amount of displacement in the Z direction at this time is proportional to the magnitude of the acceleration acting on the mass portion 312. On the other hand, the positions of the comb electrode portions 320 a, 320 b, 320 c and 320 d are fixed with respect to the support layer 304. Therefore, when acceleration in the Z direction acts on the MEMS sensor 302, the comb-tooth electrode portions 314a, 314b, 314c and 314d are displaced relative to the comb-tooth electrode portions 320a, 320b, 320c and 320d in the Z direction. The relative displacement amount in the Z direction at this time has a magnitude corresponding to the acceleration in the Z direction.

図24の(a)は、マス部312が支持層304に対して相対変位していない状態での、櫛歯電極部314a、314cと、付加櫛歯電極324a、324cと、櫛歯電極部320a、320cの位置関係を示している。この状態では、櫛歯電極部314aと櫛歯電極部320aが完全に重なり合っており、付加櫛歯電極324aは櫛歯電極部320aと対向しておらず、両者の間の静電容量はほぼゼロである。また、この状態では、櫛歯電極部314cと櫛歯電極部320cが完全に重なり合っており、付加櫛歯電極324cは櫛歯電極部320cと対向しておらず、両者の間の静電容量はほぼゼロである。この状態で、演算回路311が、付加櫛歯電極324cと櫛歯電極部320cの静電容量から、付加櫛歯電極324aと櫛歯電極部320aの間の静電容量を減算すると、その差分はゼロとなる。   In (a) of FIG. 24, the comb-tooth electrode portions 314a and 314c, the additional comb-tooth electrodes 324a and 324c, and the comb-tooth electrode portion 320a in a state where the mass portion 312 is not displaced relative to the support layer 304. , 320c are shown. In this state, the comb-tooth electrode portion 314a and the comb-tooth electrode portion 320a completely overlap each other, the additional comb-tooth electrode 324a does not face the comb-tooth electrode portion 320a, and the capacitance between both is substantially zero. It is. Further, in this state, the comb-tooth electrode portion 314c and the comb-tooth electrode portion 320c completely overlap each other, the additional comb-tooth electrode 324c does not face the comb-tooth electrode portion 320c, and the capacitance between both is It is almost zero. In this state, when the arithmetic circuit 311 subtracts the capacitance between the additional comb electrode 324a and the comb electrode portion 320a from the capacitance of the additional comb electrode 324c and the comb electrode portion 320c, the difference is It will be zero.

図24の(b)に示すように、マス部312が支持層304に対して下方に(Z方向の負方向に)相対変位すると、櫛歯電極部314a、314cは櫛歯電極部320a、320cに対して下方に相対変位する。この場合、櫛歯電極部320aに関しては、付加櫛歯電極324aと対向することになり、(a)の状態に比べて、付加櫛歯電極324aと櫛歯電極部320aの間の静電容量が増加する。これとは異なり、櫛歯電極部320cに関しては、依然として付加櫛歯電極324cとは対向しないため、付加櫛歯電極324cと櫛歯電極部320cの間の静電容量はゼロのままである。(b)の状態で、演算回路311が、付加櫛歯電極324cと櫛歯電極部320cの静電容量から、付加櫛歯電極324aと櫛歯電極部320aの間の静電容量を減算すると、その差分の大きさは、付加櫛歯電極324aと櫛歯電極部320aの間の静電容量の増加分に等しく、その差分の符号は負となる。   As shown in (b) of FIG. 24, when the mass portion 312 is displaced relative to the support layer 304 downward (in the negative direction of the Z direction), the comb-tooth electrode portions 314 a, 314 c become comb-tooth electrode portions 320 a, 320 c. Relative to the lower part. In this case, the comb electrode portion 320a is opposed to the additional comb electrode 324a, and the capacitance between the additional comb electrode 324a and the comb electrode portion 320a is smaller than that in the state of (a). To increase. Unlike this, with regard to the comb-tooth electrode portion 320c, the capacitance between the additional comb-tooth electrode 324c and the comb-tooth electrode portion 320c remains zero, because it does not yet face the additional comb-tooth electrode 324c. When the arithmetic circuit 311 subtracts the capacitance between the additional comb electrode 324 a and the comb electrode portion 320 a from the capacitance of the additional comb electrode 324 c and the comb electrode portion 320 c in the state of (b), The magnitude of the difference is equal to the increase in capacitance between the additional comb electrode 324 a and the comb electrode portion 320 a, and the sign of the difference is negative.

図24の(c)に示すように、マス部312が支持層304に対して上方に(Z方向の正方向に)相対変位すると、櫛歯電極部314a、314cは櫛歯電極部320a、320cに対して上方に相対変位する。この場合、櫛歯電極部320cに関しては、付加櫛歯電極324cと対向することになり、(a)の状態に比べて、付加櫛歯電極324cと櫛歯電極部320cの間の静電容量が増加する。これとは異なり、櫛歯電極部320aに関しては、依然として付加櫛歯電極324aとは対向しないため、付加櫛歯電極324aと櫛歯電極部320aの間の静電容量はゼロのままである。(c)の状態で、演算回路311が、付加櫛歯電極324cと櫛歯電極部320cの静電容量から、付加櫛歯電極324aと櫛歯電極部320aの間の静電容量を減算すると、その差分の大きさは、付加櫛歯電極324cと櫛歯電極部320cの間の静電容量の増加分に等しく、その差分の符号は正となる。   As shown in FIG. 24C, when the mass portion 312 is displaced relative to the support layer 304 upward (in the positive direction of the Z direction), the comb-tooth electrode portions 314a and 314c become comb-tooth electrode portions 320a and 320c. Relative displacement upward with respect to In this case, the comb electrode portion 320c is opposed to the additional comb electrode 324c, and the capacitance between the additional comb electrode 324c and the comb electrode portion 320c is smaller than that in the state of (a). To increase. Unlike this, with regard to the comb electrode portion 320a, since it does not still face the additional comb electrode 324a, the capacitance between the additional comb electrode 324a and the comb electrode portion 320a remains zero. When the arithmetic circuit 311 subtracts the capacitance between the additional comb electrode 324 a and the comb electrode portion 320 a from the capacitance of the additional comb electrode 324 c and the comb electrode portion 320 c in the state of (c), The magnitude of the difference is equal to the increase in capacitance between the additional comb electrode 324 c and the comb electrode portion 320 c, and the sign of the difference is positive.

本実施例のMEMSセンサ302によれば、櫛歯電極部314aの上方に設けられた付加櫛歯電極324aと櫛歯電極部320aの間の静電容量と、櫛歯電極部314cの下方に設けられた付加櫛歯電極324cと櫛歯電極部320cの間の静電容量の間の差分を、演算回路311で算出することによって、マス部312のZ方向の変位に起因する静電容量の変化を検出することができる。加えて、本実施例のMEMSセンサ302によれば、演算回路311で算出される差分の符号から、マス部312がZ方向の正方向に変位したのか、負方向に変位したのかを、検出することができる。これによって、マス部312のZ方向の変位量を精度よく検出することができ、マス部312に作用するZ方向の加速度を精度よく検出することができる。   According to the MEMS sensor 302 of this embodiment, the capacitance between the additional comb electrode 324 a and the comb electrode 320 a provided above the comb electrode 314 a and the capacitance between the additional electrode 314 a and the comb electrode 314 c are provided. Change of the capacitance due to the displacement of the mass portion 312 in the Z direction by calculating the difference between the capacitance between the added additional comb electrode 324c and the comb electrode portion 320c by the arithmetic circuit 311 Can be detected. In addition, according to the MEMS sensor 302 of this embodiment, it is detected from the sign of the difference calculated by the arithmetic circuit 311 whether the mass part 312 is displaced in the positive direction of the Z direction or in the negative direction. be able to. By this, the displacement amount of the mass portion 312 in the Z direction can be detected with high accuracy, and the acceleration in the Z direction acting on the mass portion 312 can be detected with high accuracy.

以下では、MEMSセンサ302の製造方法について説明する。まず、図25に示すように、導電性を付与された単結晶シリコンからなるウェハ340を用意する。このウェハ340は、センサ層308に対応するものである。   Hereinafter, a method of manufacturing the MEMS sensor 302 will be described. First, as shown in FIG. 25, a wafer 340 made of conductive single crystal silicon is prepared. The wafer 340 corresponds to the sensor layer 308.

次いで、図26に示すように、センサ層308の貫通電極332に対応する箇所を上面から深掘りエッチングした後、センサ層308の上面に酸化シリコン層342を形成する。   Next, as shown in FIG. 26, after etching the portion corresponding to the through electrode 332 of the sensor layer 308 from the upper surface, the silicon oxide layer 342 is formed on the upper surface of the sensor layer 308.

次いで、図27に示すように、センサ層308の上面に導電性を付与された多結晶シリコン層344を形成して、形成された多結晶シリコン層344をドライエッチングにより選択的に除去し、さらに酸化シリコン層342をドライエッチングにより選択的に除去する。これによって、MEMSセンサ302のマス部312の貫通電極332が形成されるとともに、MEMSセンサ302において櫛歯電極部314b、314cの下方に配置される付加櫛歯電極324b、324cと、マス部312の下方に配置される中継配線326bが形成される。   Next, as shown in FIG. 27, a conductive polycrystalline silicon layer 344 is formed on the upper surface of the sensor layer 308, and the formed polycrystalline silicon layer 344 is selectively removed by dry etching. The silicon oxide layer 342 is selectively removed by dry etching. As a result, the through electrode 332 of the mass portion 312 of the MEMS sensor 302 is formed, and the additional comb electrodes 324 b and 324 c disposed below the comb electrode portions 314 b and 314 c in the MEMS sensor 302 The relay wiring 326b disposed below is formed.

次いで、図28に示すように、導電性を付与された単結晶シリコンからなるウェハ346を用意する。このウェハ346は、支持層304に対応するものである。   Next, as shown in FIG. 28, a wafer 346 made of conductive single crystal silicon is prepared. The wafer 346 corresponds to the support layer 304.

次いで、図29に示すように、支持層304の上面に酸化シリコン層348を形成して、形成された酸化シリコン層348をドライエッチングによって選択的に除去する。この酸化シリコン層348は、絶縁層306に対応するものであるが、マス部312の付加櫛歯電極324b、324cと、中継配線326bが形成されてない箇所に対応する位置の酸化シリコン層348は、犠牲層として用いられ、この段階では除去されず、製造の最終段階で除去される。   Next, as shown in FIG. 29, a silicon oxide layer 348 is formed on the upper surface of the support layer 304, and the formed silicon oxide layer 348 is selectively removed by dry etching. The silicon oxide layer 348 corresponds to the insulating layer 306, but the additional comb-tooth electrodes 324b and 324c of the mass portion 312 and the silicon oxide layer 348 at a position corresponding to the portion where the relay wiring 326b is not formed. , Used as a sacrificial layer, not removed at this stage, removed at the final stage of production.

次いで、図30に示すように、図27のセンサ層308を上下反転させて、図29の支持層304および絶縁層306からなる基板の上面(すなわち絶縁層306の上面)に接合する。この状態で、センサ層308の上面を研磨し、センサ層308の厚みを調整する。これによって、貫通電極332がセンサ層308の上面に露出する。   Next, as shown in FIG. 30, the sensor layer 308 of FIG. 27 is turned upside down and bonded to the upper surface of the substrate (that is, the upper surface of the insulating layer 306) formed of the support layer 304 and the insulating layer 306 of FIG. In this state, the upper surface of the sensor layer 308 is polished to adjust the thickness of the sensor layer 308. Thus, the through electrode 332 is exposed on the upper surface of the sensor layer 308.

次いで、図31に示すように、センサ層308の上面に酸化シリコン層350を形成して、形成された酸化シリコン層350のドライエッチングにより選択的に除去する。さらに、センサ層308の上面に導電性を付与された多結晶シリコン層352を形成して、形成された多結晶シリコン層352をドライエッチングにより選択的に除去する。これによって、MEMSセンサ302において櫛歯電極部314a、314dの上方に配置される付加櫛歯電極324a、324dと、マス部312の上方に配置される中継配線326aと、板状梁部316c、316dの上方に配置される中継配線328a、328bと、周縁部318の上方に配置されるパッド部330a、330bが形成される。   Next, as shown in FIG. 31, a silicon oxide layer 350 is formed on the upper surface of the sensor layer 308, and the formed silicon oxide layer 350 is selectively removed by dry etching. Furthermore, a conductive polycrystalline silicon layer 352 is formed on the upper surface of the sensor layer 308, and the formed polycrystalline silicon layer 352 is selectively removed by dry etching. As a result, in the MEMS sensor 302, the additional comb electrodes 324a and 324d disposed above the comb electrode portions 314a and 314d, the relay wiring 326a disposed above the mass portion 312, and the plate-like beam portions 316c and 316d. The relay wirings 328 a and 328 b disposed above the pad portion and the pad portions 330 a and 330 b disposed above the peripheral portion 318 are formed.

次いで、図32に示すように、センサ層308を上面から下面まで深掘りエッチングして、センサ層308のパターニングを行なう。これによって、センサ層308のマス部312と、櫛歯電極部314a、314b、314c、314dと、板状梁部316a、316b、316c、316dと、周縁部318と、櫛歯電極部320a、320b、320c、320dと、電極支持部322a、322b、322c、322dが形成される。   Next, as shown in FIG. 32, the sensor layer 308 is etched away from the upper surface to the lower surface to pattern the sensor layer 308. Thus, the mass portion 312 of the sensor layer 308, the comb-tooth electrode portions 314a, 314b, 314c, and 314d, the plate-like beam portions 316a, 316b, 316c, and 316d, the peripheral portion 318, and the comb-tooth electrode portions 320a and 320b. , 320c, and 320d, and electrode support portions 322a, 322b, 322c, and 322d.

その後、犠牲層であるマス部312の下方の絶縁層306をエッチングにより除去することで、MEMSセンサ302を得ることができる。   Then, the MEMS sensor 302 can be obtained by etching away the insulating layer 306 under the mass part 312 which is a sacrificial layer.

(実施例5)
図33、図34は、本実施例のMEMSセンサ402を示している。本実施例のMEMSセンサ402は、導電性を付与された単結晶シリコンからなる支持層404と、酸化シリコンからなる絶縁層406と、主に導電性を付与された単結晶シリコンからなるセンサ層408が順に積層された、積層基板410に形成されている。以下の説明では、積層基板410の積層方向(図33の紙面垂直方向、図34の上下方向)をZ方向とし、積層基板410の面内方向をX方向およびY方向とする。また、以下の説明では、Z方向の正方向(図34の上方向)を上方向といい、Z方向の負方向(図34の下方向)を下方向という。本実施例のMEMSセンサ402では、支持層404の上方に絶縁層406が積層されており、絶縁層406の上方にセンサ層408が積層されている。MEMSセンサ402は、演算回路411と組み合わせて用いられる。
(Example 5)
33 and 34 show a MEMS sensor 402 of this embodiment. The MEMS sensor 402 according to the present embodiment includes a support layer 404 made of conductive single crystal silicon, an insulating layer 406 made of silicon oxide, and a sensor layer 408 mainly made of conductive single crystal silicon. Are sequentially formed on the laminated substrate 410. In the following description, the lamination direction of the laminated substrate 410 (vertical direction in FIG. 33, vertical direction in FIG. 34) is taken as the Z direction, and the in-plane direction of the laminated substrate 410 is taken as the X direction and the Y direction. Further, in the following description, the positive direction in the Z direction (upward in FIG. 34) is referred to as the upper direction, and the negative direction in the Z direction (downward in FIG. 34) is referred to as the downward direction. In the MEMS sensor 402 of this embodiment, the insulating layer 406 is stacked above the support layer 404, and the sensor layer 408 is stacked above the insulating layer 406. The MEMS sensor 402 is used in combination with the arithmetic circuit 411.

センサ層408には、単結晶シリコンをエッチングにより選択的に除去することによって、マス部412と、櫛歯電極部414a、414bと、板状梁部416a、416b、416c、416dと、中継部418a、418bと、直線梁部420a、420b、420c、420dと、中継支持部422a、422b、422c、422dと、櫛歯電極部424a、424bと、櫛歯電極部426a、426bと、検出電極支持部428a、428bと、櫛歯電極部430a、430bと、励振電極支持部432a、432bが形成されている。このうち、マス部412と、櫛歯電極部414a、414bと、板状梁部416a、416b、416c、416dと、中継部418a、418bと、直線梁部420a、420b、420c、420dと、中継支持部422a、422b、422c、422dと、櫛歯電極部424a、424bは、継ぎ目なく一体的に形成されており、これらは同電位に維持されている。また、櫛歯電極部426a、426bはそれぞれ、対応する検出電極支持部428a、428bと継ぎ目なく一体的に形成されており、互いに同電位に維持されている。さらに、櫛歯電極部430a、430bはそれぞれ、対応する励振電極支持部432a、432bと継ぎ目なく一体的に形成されており、互いに同電位に維持されている。   In the sensor layer 408, by selectively removing single crystal silicon by etching, the mass portion 412, the comb-tooth electrode portions 414a and 414b, the plate-like beam portions 416a, 416b, 416c and 416d, and the relay portion 418a. , 418b, straight beam portions 420a, 420b, 420c, 420d, relay support portions 422a, 422b, 422c, 422d, comb electrode portions 424a, 424b, comb electrode portions 426a, 426b, detection electrode support portion 428a and 428b, comb-tooth electrode portions 430a and 430b, and excitation electrode support portions 432a and 432b are formed. Among them, the mass 412, the comb-tooth electrodes 414a and 414b, the plate-like beams 416a, 416b, 416c and 416d, the relays 418a and 418b, the linear beams 420a, 420b, 420c and 420d, and the relay The support portions 422a, 422b, 422c, and 422d and the comb-tooth electrode portions 424a and 424b are integrally formed seamlessly, and these are maintained at the same potential. Further, the comb-tooth electrode portions 426a and 426b are integrally formed seamlessly with the corresponding detection electrode support portions 428a and 428b, and are maintained at the same potential. Further, the comb-tooth electrode portions 430a and 430b are integrally formed seamlessly with the corresponding excitation electrode support portions 432a and 432b, respectively, and are maintained at the same potential.

マス部412は、MEMSセンサ402を上方から平面視したときに、長方形状に形成されている。マス部412のX方向の一方の端部(図33の左側の端部)には、櫛歯電極部414aが設けられており、マス部412のX方向の他方の端部(図33の右側の端部)には、櫛歯電極部414bが設けられている。櫛歯電極部414a、414bは、Y方向に関して、マス部412の中心位置に配置されている。櫛歯電極部414a、414bはそれぞれ、マス部412からX方向に沿って伸びる支持部と、支持部からY方向に沿って伸びる電極部を備えている。マス部412のY方向の一方の端部(図33の上側の端部)には、板状梁部416a、416bが設けられており、マス部412のY方向の他方の端部(図33の下側の端部)には、板状梁部416c、416dが設けられている。板状梁部416a、416bはそれぞれ、マス部412からY方向に沿って伸びて、中継部418aに接続している。板状梁部416c、416dはそれぞれ、マス部412からY方向に沿って伸びて、中継部418bに接続している。板状梁部416a、416b、416c、416dはそれぞれ、X方向およびY方向の剛性が高く、Z方向の剛性が低い形状に形成されている。中継部418a、418bは、MEMSセンサ402を上方から平面視したときに、X方向に長手方向を有する長方形状に形成されている。中継部418aのX方向の一方の端部(図33の左側の端部)は、直線梁部420aを介して、中継支持部422aに接続している。中継部418aのX方向の他方の端部(図33の右側の端部)は、直線梁部420bを介して、中継支持部422bに接続している。中継部418aのY方向の端部には、Y方向に沿って伸びる櫛歯電極部424aが設けられている。中継部418bのX方向の一方の端部(図33の左側の端部)は、直線梁部420cを介して、中継支持部422cに接続している。中継部418bのX方向の他方の端部(図33の右側の端部)は、直線梁部420dを介して、中継支持部422dに接続している。中継部418bのY方向の端部には、Y方向に沿って伸びる櫛歯電極部424bが設けられている。直線梁部420a、420b、420c、420dはそれぞれ、X方向およびZ方向の剛性が高く、Y方向の剛性が低い形状に形成されている。マス部412と、櫛歯電極部414a、414bと、板状梁部416a、416b、416c、416dと、中継部418a、418bと、直線梁部420a、420b、420c、420dと、櫛歯電極部424a、424bは、下方の絶縁層406がエッチングにより除去されており、支持層404に対して相対的に変位可能である。中継支持部422a、422b、422c、422dは、下方の絶縁層406を介して支持層404に対して固定されている。   The mass portion 412 is formed in a rectangular shape when the MEMS sensor 402 is viewed in plan from above. A comb electrode portion 414a is provided at one end (the end on the left side in FIG. 33) of the mass portion 412 in the X direction, and the other end (the right side in FIG. 33) of the mass portion 412 in the X direction. The comb-tooth electrode portion 414 b is provided at the end portion of the The comb-tooth electrode portions 414 a and 414 b are disposed at the center position of the mass portion 412 in the Y direction. The comb-tooth electrodes 414 a and 414 b each include a support extending from the mass 412 along the X direction, and an electrode extending from the support along the Y direction. The plate-like beams 416a and 416b are provided at one end (the upper end in FIG. 33) of the mass 412 in the Y direction, and the other end (Y in FIG. 33) of the mass 412 is provided. At the lower end), plate-like beams 416c and 416d are provided. The plate-like beams 416a and 416b extend from the mass 412 along the Y direction and are connected to the relay 418a. The plate-like beams 416c and 416d extend from the mass 412 along the Y direction and are connected to the relay 418b. The plate-like beam portions 416a, 416b, 416c, and 416d are formed in shapes that have high rigidity in the X and Y directions and low rigidity in the Z direction. The relay portions 418a and 418b are formed in a rectangular shape having a longitudinal direction in the X direction when the MEMS sensor 402 is viewed in plan from above. One end (the end on the left side in FIG. 33) of the relay portion 418a in the X direction is connected to the relay support portion 422a via the linear beam portion 420a. The other end (the end on the right side in FIG. 33) of the relay portion 418a in the X direction is connected to the relay support portion 422b via the linear beam portion 420b. A comb-tooth electrode portion 424 a extending along the Y direction is provided at an end of the relay portion 418 a in the Y direction. One end (the end on the left side in FIG. 33) of the relay portion 418b in the X direction is connected to the relay support portion 422c via the linear beam portion 420c. The other end (the end on the right side in FIG. 33) of the relay portion 418b in the X direction is connected to the relay support portion 422d via the linear beam portion 420d. A comb-tooth electrode portion 424 b extending along the Y direction is provided at an end of the relay portion 418 b in the Y direction. The straight beam portions 420a, 420b, 420c, and 420d are formed in shapes that have high rigidity in the X and Z directions and low rigidity in the Y direction. Mass part 412, comb-tooth electrode parts 414a and 414b, plate-like beam parts 416a, 416b, 416c and 416d, relay parts 418a and 418b, straight beam parts 420a, 420b, 420c and 420d, comb-tooth electrode part The lower insulating layer 406 is removed by etching and 424a and 424b are displaceable relative to the support layer 404. The relay support portions 422 a, 422 b, 422 c and 422 d are fixed to the support layer 404 via the lower insulating layer 406.

櫛歯電極部426a、426bはそれぞれ、対応する櫛歯電極部414a、414bと噛み合うように配置されている。櫛歯電極部426a、426bはそれぞれ、Y方向に伸びる電極部と、X方向に伸びており、電極部を支持する支持部を備えている。櫛歯電極部426a、426bのそれぞれの電極部は、対応する櫛歯電極部414a、414bの電極部と、X方向に対向するように配置されている。櫛歯電極部426a、426bのそれぞれの支持部は、対応する検出電極支持部428a、428bに接続している。櫛歯電極部426a、426bは、下方の絶縁層406がエッチングにより除去されているが、検出電極支持部428a、428bは、下方の絶縁層406を介して支持層404に対して固定されている。マス部412が支持層404に対して相対変位していない状態では、櫛歯電極部414a、414bの上端のZ方向の位置は、櫛歯電極部426a、426bの上端のZ方向の位置と一致しており、櫛歯電極部414a、414bの下端のZ方向の位置は、櫛歯電極部426a、426bの下端のZ方向の位置と一致している。   The comb-tooth electrode portions 426a and 426b are arranged to mesh with the corresponding comb-tooth electrode portions 414a and 414b. Each of the comb-tooth electrode portions 426a and 426b includes an electrode portion extending in the Y direction and a support portion extending in the X direction and supporting the electrode portion. The electrode portions of the comb-tooth electrode portions 426a and 426b are arranged to face the electrode portions of the corresponding comb-tooth electrode portions 414a and 414b in the X direction. The support portions of the comb-tooth electrode portions 426a and 426b are connected to the corresponding detection electrode support portions 428a and 428b. In the comb-tooth electrode parts 426a and 426b, the lower insulating layer 406 is removed by etching, but the detection electrode support parts 428a and 428b are fixed to the support layer 404 via the lower insulating layer 406. . When the mass portion 412 is not displaced relative to the support layer 404, the position in the Z direction of the upper end of the comb electrode portions 414a and 414b is equal to the position in the Z direction of the upper end of the comb electrode portions 426a and 426b. The Z-direction position of the lower end of the comb-tooth electrode portions 414a and 414b coincides with the Z-direction position of the lower end of the comb-tooth electrode portions 426a and 426b.

櫛歯電極部430a、430bはそれぞれ、対応する櫛歯電極部424a、424bと噛み合うように配置されている。櫛歯電極部430a、430bはそれぞれ、Y方向に伸びており、対応する櫛歯電極部424a、424bとX方向に対向するように配置されている。櫛歯電極部430a、430bはそれぞれ、対応する励振電極支持部432a、432bに接続している。櫛歯電極部430a、430bは、下方の絶縁層406がエッチングにより除去されているが、励振電極支持部432a、432bは、下方の絶縁層406を介して支持層404に対して固定されている。櫛歯電極部424a、424bの上端のZ方向の位置は、櫛歯電極部430a、430bの上端のZ方向の位置と一致しており、櫛歯電極部424a、424bの下端のZ方向の位置は、櫛歯電極部430a、430bの下端のZ方向の位置と一致している。櫛歯電極部424a、424bと、対応する櫛歯電極部430a、430bは、平行平板コンデンサを形成している。櫛歯電極部424a、424bと、対応する櫛歯電極部430a、430bの間に電圧を印加すると、両者の対向面積を増大させるように、櫛歯電極部424a、424bを対応する櫛歯電極部430a、430bに引き込むような静電引力が作用する。   The comb-tooth electrode portions 430a and 430b are arranged to mesh with the corresponding comb-tooth electrode portions 424a and 424b. The comb-tooth electrode portions 430a and 430b respectively extend in the Y direction, and are arranged to face the corresponding comb-tooth electrode portions 424a and 424b in the X direction. The comb-tooth electrode portions 430a and 430b are connected to the corresponding excitation electrode support portions 432a and 432b, respectively. In the comb-tooth electrode portions 430a and 430b, the lower insulating layer 406 is removed by etching, but the excitation electrode support portions 432a and 432b are fixed to the support layer 404 via the lower insulating layer 406. . The position in the Z direction of the upper end of the comb electrode portions 424a and 424b coincides with the position in the Z direction of the upper end of the comb electrode portions 430a and 430b, and the position in the Z direction of the lower end of the comb electrode portions 424a and 424b Is the same as the Z-direction position of the lower end of the comb-tooth electrode portions 430a and 430b. The comb-tooth electrode portions 424a and 424b and the corresponding comb-tooth electrode portions 430a and 430b form a parallel plate capacitor. When a voltage is applied between the comb-tooth electrode portions 424a and 424b and the corresponding comb-tooth electrode portions 430a and 430b, the comb-tooth electrode portions 424a and 424b correspond to the corresponding comb-tooth electrode portions so as to increase their opposing areas. Electrostatic attraction acts to pull in 430 a and 430 b.

図33に示すように、櫛歯電極部414aの下部には、付加櫛歯電極434aが設けられている。また、櫛歯電極部414bの上部には、付加櫛歯電極434bが設けられている。付加櫛歯電極434a、434bは、導電性の材料であれば、どのような材料で構成されていてもよく、例えば、導電性を付与された多結晶シリコンから構成されていてもよいし、アルミニウム等の金属から構成されていてもよい。付加櫛歯電極434a、434bはそれぞれ、対応する櫛歯電極部414a、414bと、絶縁膜436a、436bを介して接続しており、対応する櫛歯電極部414a、414bと電気的に絶縁している。   As shown in FIG. 33, an additional comb electrode 434a is provided below the comb electrode portion 414a. In addition, an additional comb electrode 434 b is provided on the top of the comb electrode portion 414 b. The additional comb-tooth electrodes 434a and 434b may be made of any conductive material, for example, may be made of polycrystalline silicon to which conductivity is imparted, or aluminum Etc. may be comprised from metals, such as. The additional comb-teeth electrodes 434a and 434b are respectively connected to the corresponding comb-teeth electrodes 414a and 414b via the insulating films 436a and 436b, and are electrically insulated from the corresponding comb-teeth electrodes 414a and 414b. There is.

図33に示すように、付加櫛歯電極434bは、マス部412、板状梁部416d、中継部418b、直線梁部420dの上面に設けられた中継配線438bを介して、中継支持部422dの上面に設けられたパッド部440bに電気的に導通している。付加櫛歯電極434aは、マス部412を上面から下面まで貫通する貫通電極442と、マス部412、板状梁部416c、中継部418b、直線梁部420cの上面に設けられた中継配線438aを介して、中継支持部422cの上面に設けられたパッド部440aに電気的に導通している。中継配線438a、438b、パッド部440a、440b、貫通電極442は、いずれも、導電性の材料であれば、どのような材料で構成されていてもよく、導電性を付与された多結晶シリコンから構成されていてもよいし、アルミニウム等の金属から構成されていてもよい。中継配線438a、438b、パッド部440a、440b、貫通電極442は、マス部412、板状梁部416c、416d、中継部418b、直線梁部420c、420d、中継支持部422c、422dと、絶縁膜を介して接続しており、マス部412、板状梁部416c、416d、中継部418b、直線梁部420c、420d、中継支持部422c、422dと電気的に絶縁している。   As shown in FIG. 33, the additional comb electrode 434b is formed of the relay support portion 422d through the mass portion 412, the plate beam portion 416d, the relay portion 418b, and the relay wiring 438b provided on the upper surface of the straight beam portion 420d. It electrically conducts to the pad part 440b provided in the upper surface. The additional comb electrode 434a includes a through electrode 442 penetrating the mass portion 412 from the upper surface to the lower surface, and a relay wire 438a provided on the upper surface of the mass portion 412, the plate beam portion 416c, the relay portion 418b, and the linear beam portion 420c. The pad portion 440 a provided on the top surface of the relay support portion 422 c is electrically conducted via the same. Relay wires 438a and 438b, pad portions 440a and 440b, and through electrodes 442 may be made of any conductive material, and any material may be used, and conductive polycrystalline silicon is used. You may be comprised and you may be comprised from metals, such as aluminum. Relay wires 438a and 438b, pad portions 440a and 440b, and through electrodes 442 are mass portions 412, plate-like beams 416c and 416d, relay portions 418b, linear beams 420c and 420d, relay support portions 422c and 422d, and an insulating film. , And electrically insulate from the mass portion 412, the plate-like beam portions 416c and 416d, the relay portion 418b, the linear beam portions 420c and 420d, and the relay support portions 422c and 422d.

演算回路411は、MEMSセンサ102の中継支持部422bと、検出電極支持部428a、428bと、励振電極支持部432a、432bと、パッド部440a、440bと接続している。中継支持部422bは、櫛歯電極部414a、414bおよび櫛歯電極部424a、424bと同電位である。また、検出電極支持部428a、428bはそれぞれ、櫛歯電極部426a、426bと同電位であり、励振電極支持部432a、432bはそれぞれ、櫛歯電極部430a、430bと同電位であり、パッド部440a、440bはそれぞれ、付加櫛歯電極434a、434bと同電位である。演算回路411は、櫛歯電極部424a、424bのそれぞれと、対応する櫛歯電極部430a、430bの間に電圧を印加することができるとともに、付加櫛歯電極434a、434bのそれぞれと、対応する櫛歯電極部426a、426bの間の静電容量を検出することができる。   The arithmetic circuit 411 is connected to the relay support portion 422b of the MEMS sensor 102, the detection electrode support portions 428a and 428b, the excitation electrode support portions 432a and 432b, and the pad portions 440a and 440b. The relay support portion 422b has the same potential as the comb-tooth electrode portions 414a and 414b and the comb-tooth electrode portions 424a and 424b. The detection electrode support portions 428a and 428b have the same potential as the comb electrode portions 426a and 426b, respectively, and the excitation electrode support portions 432a and 432b have the same potential as the comb electrode portions 430a and 430b, respectively 440a and 440b have the same potential as the additional comb-tooth electrodes 434a and 434b, respectively. The arithmetic circuit 411 can apply a voltage between each of the comb electrode portions 424a and 424b and the corresponding comb electrode portions 430a and 430b, and corresponds to each of the additional comb electrodes 434a and 434b. Capacitance between the comb-tooth electrode portions 426a and 426b can be detected.

以下ではMEMSセンサ402の動作について説明する。櫛歯電極部424aと櫛歯電極部430aの間に電圧を印加すると、櫛歯電極部424aを櫛歯電極部430aに引き込もうとする静電引力が作用して、中継部418aと、板状梁部416a、416bと、マス部412と、板状梁部416c、416dと、中継部418bが、図33の上方に向けて、一体的に変位する。逆に、櫛歯電極部424bと櫛歯電極部430bの間に電圧を印加すると、櫛歯電極部424bを櫛歯電極部430bに引き込もうとする静電引力が作用して、中継部418bと、板状梁部416c、416dと、マス部412と、板状梁部416a、416bと、中継部418aが、図33の下方に向けて、一体的に変位する。このような電圧の印加を交互に行なうことによって、マス部412はY方向に励振される。   The operation of the MEMS sensor 402 will be described below. When a voltage is applied between the comb-tooth electrode portion 424a and the comb-tooth electrode portion 430a, an electrostatic attractive force is exerted to pull the comb-tooth electrode portion 424a to the comb-tooth electrode portion 430a, and the relay portion 418a and the plate-like beam The portions 416a and 416b, the mass portion 412, the plate-like beams 416c and 416d, and the relay portion 418b are integrally displaced upward in FIG. Conversely, when a voltage is applied between the comb-tooth electrode portion 424b and the comb-tooth electrode portion 430b, an electrostatic attractive force is exerted to pull the comb-tooth electrode portion 424b to the comb-tooth electrode portion 430b, and the relay portion 418b The plate-like beams 416c and 416d, the mass 412, the plate-like beams 416a and 416b, and the relay 418a are integrally displaced downward in FIG. By alternately applying such a voltage, the mass portion 412 is excited in the Y direction.

マス部412がY方向に振動している状態で、MEMSセンサ402にX軸周りの角速度が作用すると、マス部412にはZ方向のコリオリ力が作用して、マス部412はZ方向に振動する。この際のマス部412のZ方向の振動の振幅は、MEMSセンサ402に作用するX軸周りの角速度の大きさに比例する。マス部412がZ方向に振動すると、櫛歯電極部414a、414bおよび付加櫛歯電極434a、434bが、櫛歯電極部426a、426bに対してZ方向(図34の上下方向)に振動する。演算回路411は、付加櫛歯電極434a、434bと、対応する櫛歯電極部426a、426bの間の静電容量をそれぞれ検出し、両者の差分を算出することによって、MEMSセンサ402に作用するX軸周りの角速度を検出することができる。   When an angular velocity around the X axis acts on the MEMS sensor 402 in a state where the mass portion 412 vibrates in the Y direction, Coriolis force in the Z direction acts on the mass portion 412 and the mass portion 412 vibrates in the Z direction Do. The amplitude of the Z-direction vibration of the mass portion 412 at this time is proportional to the magnitude of the angular velocity around the X axis acting on the MEMS sensor 402. When the mass portion 412 vibrates in the Z direction, the comb-tooth electrode portions 414 a and 414 b and the additional comb-tooth electrodes 434 a and 434 b vibrate in the Z direction (vertical direction in FIG. 34) with respect to the comb-tooth electrode portions 426 a and 426 b. The arithmetic circuit 411 detects the capacitance between the additional comb electrodes 434 a and 434 b and the corresponding comb electrodes 426 a and 426 b, and calculates the difference between the two, thereby acting on the MEMS sensor 402. An angular velocity around an axis can be detected.

実施例4のMEMSセンサ302と同様に、本実施例のMEMSセンサ402によれば、上方に付加櫛歯電極434bが設けられた櫛歯電極部414bと櫛歯電極部426bの間の静電容量と、下方に付加櫛歯電極434aが設けられた櫛歯電極部414aと櫛歯電極部426aの間の静電容量の間の差分を、演算回路411で算出することによって、マス部412のZ方向の変位に起因する静電容量の変化のみを検出することができる。加えて、本実施例のMEMSセンサ402によれば、演算回路411で算出される差分の符号から、マス部412がZ方向の正方向に変位したのか、負方向に変位したのかを、検出することができる。これによって、マス部412のZ方向の変位量を精度よく検出することができ、マス部412に作用するX軸周りの角速度を精度よく検出することができる。   Similar to the MEMS sensor 302 of the fourth embodiment, according to the MEMS sensor 402 of the present embodiment, the capacitance between the comb electrode portion 414 b and the comb electrode portion 426 b provided with the additional comb electrode 434 b above The Z value of the mass portion 412 is calculated by the calculation circuit 411 by calculating the difference between the capacitances of the comb electrode portion 414a and the comb electrode portion 426a provided with the additional comb electrode 434a below. Only changes in capacitance due to directional displacement can be detected. In addition, according to the MEMS sensor 402 of this embodiment, it is detected from the sign of the difference calculated by the arithmetic circuit 411 whether the mass portion 412 is displaced in the positive direction of the Z direction or in the negative direction. be able to. By this, the displacement amount of the mass portion 412 in the Z direction can be accurately detected, and the angular velocity around the X axis acting on the mass portion 412 can be accurately detected.

(実施例6)
図35−図37は、本実施例のMEMSセンサ502を示している。MEMSセンサ502は、導電性を付与された単結晶シリコンからなる支持層504と、酸化シリコンからなる絶縁層506と、主に導電性を付与された単結晶シリコンからなるセンサ層508が順に積層された、積層基板510に形成されている。以下の説明では、積層基板510の積層方向(図35の紙面垂直方向、図36および図37の上下方向)をZ方向とし、積層基板510の面内方向をX方向およびY方向とする。また、以下の説明では、Z方向の正方向(図36および図37の上方向)を上方向といい、Z方向の負方向(図36および図37の下方向)を下方向という。本実施例のMEMSセンサ502では、支持層504の上方に絶縁層506が積層されており、絶縁層506の上方にセンサ層508が積層されている。MEMSセンサ502は、演算回路511と組み合わせて用いられる。
(Example 6)
35 to 37 show the MEMS sensor 502 of this embodiment. In the MEMS sensor 502, a support layer 504 made of conductive single crystal silicon, an insulating layer 506 made of silicon oxide, and a sensor layer 508 mainly made of conductive single crystal silicon are sequentially stacked. Also, it is formed on the laminated substrate 510. In the following description, the stacking direction of the layered substrate 510 (vertical direction in FIG. 35, vertical direction in FIGS. 36 and 37) is taken as the Z direction, and the in-plane direction of the layered substrate 510 is taken as the X direction and the Y direction. Further, in the following description, the positive direction in the Z direction (upper direction in FIGS. 36 and 37) is referred to as the upper direction, and the negative direction in the Z direction (lower direction in FIGS. 36 and 37) is referred to as the lower direction. In the MEMS sensor 502 of this embodiment, the insulating layer 506 is stacked above the support layer 504, and the sensor layer 508 is stacked above the insulating layer 506. The MEMS sensor 502 is used in combination with the arithmetic circuit 511.

センサ層508には、単結晶シリコンをエッチングにより選択的に除去することによって、マス部512と、櫛歯電極部514a、514b、514c、514dと、板状梁部516a、516b、516c、516dと、周縁部518と、櫛歯電極部520a、520b、520c、520dと、電極支持部522a、522b、522c、522dが形成されている。このうち、マス部512と、櫛歯電極部514a、514b、514c、514dと、板状梁部516a、516b、516c、516dと、周縁部518は、継ぎ目なく一体的に形成されており、これらは同電位に維持されている。また、櫛歯電極部520a、520b、520c、520dはそれぞれ、対応する電極支持部522a、522b、522c、522dと継ぎ目なく一体的に形成されており、互いに同電位に維持されている。   In the sensor layer 508, by selectively removing single crystal silicon by etching, the mass portion 512, the comb-tooth electrode portions 514a, 514b, 514c, 514d, and the plate-like beam portions 516a, 516b, 516c, 516d and The peripheral portion 518, the comb-tooth electrode portions 520a, 520b, 520c, and 520d, and the electrode support portions 522a, 522b, 522c, and 522d are formed. Among them, the mass portion 512, the comb-tooth electrode portions 514a, 514b, 514c, 514d, the plate-like beam portions 516a, 516b, 516c, 516d, and the peripheral portion 518 are integrally formed seamlessly. Is maintained at the same potential. Further, the comb-tooth electrode portions 520a, 520b, 520c, and 520d are integrally formed seamlessly with the corresponding electrode support portions 522a, 522b, 522c, and 522d, respectively, and are maintained at the same potential.

マス部512は、MEMSセンサ502を上方から平面視したときに、長方形状に形成されている。なお、図示はしていないが、マス部512には、マス部512を上面から下面まで貫通する複数のエッチングホールが形成されている。マス部512のX方向の一方の端部(図35の右側の端部)には、櫛歯電極部514a、514bが設けられており、マス部512のX方向の他方の端部(図35の左側の端部)には、櫛歯電極部514c、514dが設けられている。櫛歯電極部514aと櫛歯電極部514bは、Y方向に関して、マス部512の中心位置に対して対称な位置に配置されている。同様に、櫛歯電極部514cと櫛歯電極部514dは、Y方向に関して、マス部512の中心位置に対して対称な位置に配置されている。櫛歯電極部520a、520b、520c、520dはそれぞれ、マス部512からX方向に沿って伸びる支持部と、支持部からY方向に沿って伸びる電極部を備えている。マス部512のY方向の一方の端部(図35の上側の端部)には、板状梁部516a、516bが設けられており、マス部512のY方向の他方の端部(図35の下側の端部)には、板状梁部516c、516dが設けられている。板状梁部516a、516b、516c、516dはそれぞれ、マス部512からY方向に沿って伸びて、周縁部518に接続している。板状梁部516a、516b、516c、516dはそれぞれ、X方向およびY方向の剛性が高く、Z方向の剛性が低い形状に形成されている。周縁部518は、MEMSセンサ502を上方から平面視したときに、マス部512と、櫛歯電極部514a、514b、514c、514dと、板状梁部516a、516b、516c、516dと、櫛歯電極部520a、520b、520c、520dと、電極支持部522a、522b、522c、522dを囲う、長方形の枠形状に形成されている。マス部512と、櫛歯電極部514a、514b、514c、514dと、板状梁部516a、516b、516c、516dは、下方の絶縁層506がエッチングにより除去されており、支持層504に対して相対的に変位可能である。周縁部518は、下方の絶縁層506を介して支持層504に対して固定されている。   The mass portion 512 is formed in a rectangular shape when the MEMS sensor 502 is viewed in plan from above. Although not shown, the mass portion 512 is formed with a plurality of etching holes penetrating the mass portion 512 from the upper surface to the lower surface. The comb-like electrode portions 514a and 514b are provided at one end of the mass portion 512 in the X direction (the end on the right side in FIG. 35), and the other end of the mass portion 512 in the X direction (FIG. 35) The comb-shaped electrode portions 514c and 514d are provided at the left end of the The comb-tooth electrode portion 514 a and the comb-tooth electrode portion 514 b are disposed at symmetrical positions with respect to the center position of the mass portion 512 in the Y direction. Similarly, the comb-tooth electrode portion 514 c and the comb-tooth electrode portion 514 d are disposed at symmetrical positions with respect to the center position of the mass portion 512 in the Y direction. The comb-tooth electrodes 520a, 520b, 520c, and 520d each include a support extending from the mass 512 along the X direction, and an electrode extending from the support along the Y direction. Plate-like beam portions 516a and 516b are provided at one end (the upper end in FIG. 35) of the mass 512 in the Y direction, and the other end of the mass 512 in the Y direction (FIG. 35) The plate-like beam portions 516c and 516d are provided at the lower end portion thereof. The plate-like beams 516 a, 516 b, 516 c, 516 d extend from the mass 512 along the Y direction and are connected to the peripheral edge 518. The plate-like beams 516a, 516b, 516c, and 516d are formed in shapes that have high rigidity in the X direction and Y direction and low rigidity in the Z direction. The peripheral portion 518 has the mass portion 512, the comb-tooth electrode portions 514a, 514b, 514c, and 514d, the plate-like beam portions 516a, 516b, 516c, and 516d, and the comb-tooth portions when the MEMS sensor 502 is viewed from above. It is formed in a rectangular frame shape surrounding the electrode parts 520a, 520b, 520c, 520d and the electrode support parts 522a, 522b, 522c, 522d. The lower insulating layer 506 of the mass 512, the comb-tooth electrodes 514a, 514b, 514c, 514d, and the plate-like beams 516a, 516b, 516c, 516d is removed by etching. Relatively displaceable. The peripheral portion 518 is fixed to the support layer 504 via the lower insulating layer 506.

櫛歯電極部520a、520b、520c、520dはそれぞれ、対応する櫛歯電極部514a、514b、514c、514dと噛み合うように配置されている。櫛歯電極部520a、520b、520c、520dはそれぞれ、Y方向に伸びる電極部と、X方向に伸びており、電極部を支持する支持部を備えている。櫛歯電極部520a、520b、520c、520dのそれぞれの電極部は、対応する櫛歯電極部514a、514b、514c、514dの電極部と、X方向に対向するように配置されている。櫛歯電極部520a、520b、520c、520dのそれぞれの支持部は、対応する電極支持部522a、522b、522c、522dに接続している。櫛歯電極部520a、520b、520c、520dは、下方の絶縁層506がエッチングにより除去されているが、電極支持部522a、522b、522c、522dは、下方の絶縁層506を介して支持層504に対して固定されている。マス部512が支持層504に対して相対変位していない状態では、櫛歯電極部514a、514b、514c、514dの上端のZ方向の位置は、櫛歯電極部520a、520b、520c、520dの上端のZ方向の位置と一致しており、櫛歯電極部514a、514b、514c、514dの下端のZ方向の位置は、櫛歯電極部520a、520b、520c、520dの下端のZ方向の位置と一致している。櫛歯電極部514a、514b、514c、514dと櫛歯電極部520a、520b、520c、520dは、平行平板コンデンサを形成している。櫛歯電極部514a、514b、514c、514dが櫛歯電極部520a、520b、520c、520dに対してZ方向に相対変位し、両者の対向面積が変化すると、両者の間で形成される静電容量の大きさも変化する。この静電容量の変化は、演算回路511により検出することができる。   The comb-tooth electrode portions 520a, 520b, 520c, and 520d are arranged to mesh with the corresponding comb-tooth electrode portions 514a, 514b, 514c, and 514d, respectively. The comb-tooth electrode portions 520a, 520b, 520c, and 520d each include an electrode portion extending in the Y direction and a support portion extending in the X direction and supporting the electrode portion. The electrode portions of the comb-tooth electrode portions 520a, 520b, 520c, and 520d are arranged to face the electrode portions of the corresponding comb-tooth electrode portions 514a, 514b, 514c, and 514d in the X direction. The support portions of the comb-tooth electrode portions 520a, 520b, 520c, and 520d are connected to the corresponding electrode support portions 522a, 522b, 522c, and 522d. In the comb-tooth electrode portions 520a, 520b, 520c, and 520d, the lower insulating layer 506 is removed by etching, but in the electrode support portions 522a, 522b, 522c, and 522d, the support layer 504 is interposed between the lower insulating layers 506. It is fixed against. In the state where the mass portion 512 is not displaced relative to the support layer 504, the position in the Z direction of the upper end of the comb electrode portions 514a, 514b, 514c, and 514d is the position of the comb electrode portions 520a, 520b, 520c, and 520d. The position in the Z direction of the lower end of the comb electrode portions 514a, 514b, 514c, 514d is the same as the position in the Z direction of the upper end, the position in the Z direction of the lower end of the comb electrode portions 520a, 520b, 520c, 520d It matches with. The comb-tooth electrode portions 514a, 514b, 514c, 514d and the comb-tooth electrode portions 520a, 520b, 520c, 520d form a parallel plate capacitor. When the comb-tooth electrode portions 514a, 514b, 514c, and 514d are displaced relative to the comb-tooth electrode portions 520a, 520b, 520c, and 520d in the Z direction, and the opposing area of the both changes, electrostatics formed between the two The size of the capacity also changes. The change in capacitance can be detected by the arithmetic circuit 511.

図36、図37に示すように、櫛歯電極部514a、514dの上部には、付加櫛歯電極524a、524dが設けられている。また、櫛歯電極部514b、514cの下部には、付加櫛歯電極524b、524cが設けられている。本実施例のMEMSセンサ502では、付加櫛歯電極524a、524b、524c、524dは、導電性の材料であれば、どのような材料で構成されていてもよく、例えば、導電性を付与された多結晶シリコンから構成されていてもよいし、アルミニウム等の金属から構成されていてもよい。付加櫛歯電極524a、524b、524c、524dはそれぞれ、対応する櫛歯電極部514a、514b、514c、514dと電気的に導通している。   As shown in FIGS. 36 and 37, additional comb electrodes 524a and 524d are provided above the comb electrode portions 514a and 514d. Further, additional comb electrodes 524 b and 524 c are provided below the comb electrode portions 514 b and 514 c. In the MEMS sensor 502 according to the present embodiment, the additional comb electrodes 524a, 524b, 524c, and 524d may be made of any conductive material, for example, the conductive members are given conductivity. It may be composed of polycrystalline silicon or may be composed of a metal such as aluminum. The additional comb-tooth electrodes 524a, 524b, 524c, and 524d are electrically conducted to the corresponding comb-tooth electrode portions 514a, 514b, 514c, and 514d, respectively.

図36、図37に示すように、櫛歯電極部520a、520dの下部には、付加櫛歯電極526a、526dが設けられている。また、櫛歯電極部520b、520cの上部には、付加櫛歯電極526b、526cが設けられている。本実施例のMEMSセンサ502では、付加櫛歯電極526a、526b、526c、526dは、導電性の材料であれば、どのような材料で構成されていてもよく、例えば、導電性を付与された多結晶シリコンから構成されていてもよいし、アルミニウム等の金属から構成されていてもよい。付加櫛歯電極526a、526b、526c、526dはそれぞれ、対応する櫛歯電極部520a、520b、520c、520dと電気的に導通している。   As shown in FIGS. 36 and 37, additional comb electrodes 526a and 526d are provided below the comb electrodes 520a and 520d. Further, additional comb electrodes 526 b and 526 c are provided above the comb electrode portions 520 b and 520 c. In the MEMS sensor 502 according to this embodiment, the additional comb-teeth electrodes 526a, 526b, 526c, and 526d may be made of any conductive material, for example, to which conductivity is added. It may be composed of polycrystalline silicon or may be composed of a metal such as aluminum. The additional comb-tooth electrodes 526a, 526b, 526c, 526d are electrically conducted to the corresponding comb-tooth electrodes 520a, 520b, 520c, 520d, respectively.

演算回路511は、MEMSセンサ502の周縁部518と、電極支持部522a、522b、522c、522dと接続している。周縁部518は、櫛歯電極部514a、514b、514c、514dと同電位である。また、電極支持部522a、522b、522c、522dはそれぞれ、櫛歯電極部520a、520b、520c、520dと同電位である。演算回路511は、櫛歯電極部514a、514b、514c、514dのそれぞれと、対応する櫛歯電極部520a、520b、520c、520dの間の静電容量を検出することができる。   The arithmetic circuit 511 is connected to the peripheral portion 518 of the MEMS sensor 502 and the electrode support portions 522a, 522b, 522c, and 522d. The peripheral portion 518 has the same potential as the comb-tooth electrode portions 514a, 514b, 514c, and 514d. In addition, the electrode support portions 522a, 522b, 522c, and 522d have the same potential as the comb-tooth electrode portions 520a, 520b, 520c, and 520d, respectively. The arithmetic circuit 511 can detect the capacitance between each of the comb-tooth electrode portions 514a, 514b, 514c, and 514d and the corresponding comb-tooth electrode portions 520a, 520b, 520c, and 520d.

以下ではMEMSセンサ502の動作について説明する。マス部512にZ方向の加速度が作用すると、マス部512にZ方向の慣性力が作用して、板状梁部516a、516b、516c、516dがZ方向に撓み変形する。これにより、マス部512と櫛歯電極部514a、514b、514c、514dは、支持層504に対してZ方向に相対変位する。この際のZ方向への変位量は、マス部512に作用する加速度の大きさに比例する。一方、櫛歯電極部520a、520b、520c、520dは、支持層504に対して位置が固定されている。このため、MEMSセンサ502にZ方向の加速度が作用すると、櫛歯電極部514a、514b、514c、514dは、櫛歯電極部520a、520b、520c、520dに対して、Z方向に相対変位する。この際のZ方向の相対変位量は、Z方向の加速度に応じた大きさとなる。なお、本明細書では、支持層504に対して相対変位する櫛歯電極部514a、514b、514c、514dを、可動櫛歯電極ともいう。また、支持層504に対して相対変位しない櫛歯電極部520a、520b、520c、520dを、固定櫛歯電極ともいう。   The operation of the MEMS sensor 502 will be described below. When an acceleration in the Z direction acts on the mass portion 512, an inertial force in the Z direction acts on the mass portion 512, and the plate beams 516a, 516b, 516c, and 516d are bent and deformed in the Z direction. As a result, the mass portion 512 and the comb-tooth electrode portions 514 a, 514 b, 514 c, and 514 d are displaced relative to the support layer 504 in the Z direction. The amount of displacement in the Z direction at this time is proportional to the magnitude of the acceleration acting on the mass portion 512. On the other hand, the positions of the comb electrode portions 520 a, 520 b, 520 c, and 520 d are fixed with respect to the support layer 504. Therefore, when acceleration in the Z direction acts on the MEMS sensor 502, the comb-tooth electrode portions 514a, 514b, 514c, and 514d are displaced relative to the comb-tooth electrode portions 520a, 520b, 520c, and 520d in the Z direction. The relative displacement amount in the Z direction at this time has a magnitude corresponding to the acceleration in the Z direction. In the present specification, the comb-tooth electrode portions 514 a, 514 b, 514 c, and 514 d relatively displaced with respect to the support layer 504 are also referred to as movable comb-tooth electrodes. Further, the comb-tooth electrode portions 520a, 520b, 520c, and 520d which are not displaced relative to the support layer 504 are also referred to as fixed comb-tooth electrodes.

図38の(a)は、マス部512が支持層504に対して相対変位していない状態での、櫛歯電極部514a、514cと、付加櫛歯電極524a、524cと、櫛歯電極部520a、520cと、付加櫛歯電極526a、526cの位置関係を示している。この状態では、櫛歯電極部514aと櫛歯電極部520aが完全に重なり合っており、両者の対向面積は櫛歯電極部514a、櫛歯電極部520aの面積に等しい。また、この状態では、櫛歯電極部514cと櫛歯電極部520cが完全に重なり合っており、両者の対向面積は櫛歯電極部514c、櫛歯電極部520cの面積に等しい。この状態で、演算回路511が、櫛歯電極部514cと櫛歯電極部520cの静電容量から、櫛歯電極部514aと櫛歯電極部520aの間の静電容量を減算すると、その差分はゼロとなる。   In (a) of FIG. 38, the comb-tooth electrode portions 514a and 514c, the additional comb-tooth electrodes 524a and 524c, and the comb-tooth electrode portion 520a in a state where the mass portion 512 is not displaced relative to the support layer 504. , 520c and the additional comb electrodes 526a, 526c. In this state, the comb-tooth electrode portion 514a and the comb-tooth electrode portion 520a completely overlap each other, and the opposing area between them is equal to the area of the comb-tooth electrode portion 514a and the comb-tooth electrode portion 520a. Further, in this state, the comb-tooth electrode portion 514c and the comb-tooth electrode portion 520c completely overlap each other, and the opposing area of both is equal to the area of the comb-tooth electrode portion 514c and the comb-tooth electrode portion 520c. In this state, when the arithmetic circuit 511 subtracts the capacitance between the comb electrode portion 514a and the comb electrode portion 520a from the capacitance of the comb electrode portion 514c and the comb electrode portion 520c, the difference is It will be zero.

図38の(b)に示すように、マス部512が支持層504に対して下方に(Z方向の負方向に)相対変位すると、櫛歯電極部514a、514cは櫛歯電極部520a、520cに対して下方に相対変位する。この場合、櫛歯電極部520aに関しては、櫛歯電極部514aが下方に相対変位すると、櫛歯電極部520aの下方に設けられた付加櫛歯電極526aが櫛歯電極部514aに対向するとともに、櫛歯電極部514aの上方に設けられた付加櫛歯電極524aが櫛歯電極部520aに対向するため、対向面積が増加し、櫛歯電極部514aと櫛歯電極部520aの間の静電容量が増加する。これとは異なり、櫛歯電極部520cに関しては、櫛歯電極部514cが下方に相対変位すると、対向面積が減少し、櫛歯電極部514cと櫛歯電極部520cの間の静電容量が減少する。この状態で、演算回路511が、櫛歯電極部514cと櫛歯電極部520cの静電容量から、櫛歯電極部514aと櫛歯電極部520aの間の静電容量を減算すると、その差分の大きさは、櫛歯電極部514aと櫛歯電極部520aの間の静電容量の増加分の絶対値と、櫛歯電極部514cと櫛歯電極部520cの間の静電容量の減少分の絶対値を加算した値に等しく、その差分の符号は負となる。   As shown in (b) of FIG. 38, when the mass portion 512 is displaced relative to the support layer 504 downward (in the negative direction of the Z direction), the comb-tooth electrode portions 514a, 514c become comb-tooth electrode portions 520a, 520c. Relative to the lower part. In this case, with respect to the comb electrode portion 520a, when the comb electrode portion 514a is relatively displaced downward, the additional comb electrode 526a provided below the comb electrode portion 520a faces the comb electrode portion 514a, Since the additional comb electrode 524a provided above the comb electrode portion 514a is opposed to the comb electrode portion 520a, the opposing area is increased, and the capacitance between the comb electrode portion 514a and the comb electrode portion 520a is increased. Will increase. Unlike this, with respect to the comb electrode portion 520c, when the comb electrode portion 514c is relatively displaced downward, the opposing area is reduced, and the capacitance between the comb electrode portion 514c and the comb electrode portion 520c is decreased. Do. In this state, when the arithmetic circuit 511 subtracts the capacitance between the comb electrode portion 514a and the comb electrode portion 520a from the capacitance of the comb electrode portion 514c and the comb electrode portion 520c, the difference is The magnitude is the absolute value of the increase in capacitance between the comb electrode portion 514a and the comb electrode portion 520a, and the decrease amount of capacitance between the comb electrode portion 514c and the comb electrode portion 520c. It is equal to the sum of absolute values, and the sign of the difference is negative.

図38の(c)に示すように、マス部512が支持層504に対して上方に(Z方向の正方向に)相対変位すると、櫛歯電極部514a、514cは櫛歯電極部520a、520cに対して上方に相対変位する。この場合、櫛歯電極部520cに関しては、櫛歯電極部514cが上方に相対変位すると、櫛歯電極部520cの上方に設けられた付加櫛歯電極526cが櫛歯電極部514cに対向するとともに、櫛歯電極部514cの下方に設けられた付加櫛歯電極524cが櫛歯電極部520cに対向するため、対向面積が増加し、櫛歯電極部514cと櫛歯電極部520cの間の静電容量が増加する。これとは異なり、櫛歯電極部520aに関しては、櫛歯電極部514aが上方に相対変位すると、対向面積が減少し、櫛歯電極部514aと櫛歯電極部520aの間の静電容量が減少する。この状態で、演算回路511が、櫛歯電極部514cと櫛歯電極部520cの静電容量から、櫛歯電極部514aと櫛歯電極部520aの間の静電容量を減算すると、その差分の大きさは、櫛歯電極部514aと櫛歯電極部520aの間の静電容量の減少分の絶対値と、櫛歯電極部514cと櫛歯電極部520cの間の静電容量の増加分の絶対値を加算した値に等しく、その差分の符号は正となる。   As shown in (c) of FIG. 38, when the mass portion 512 is relatively displaced upward (in the positive direction of the Z direction) with respect to the support layer 504, the comb-tooth electrode portions 514a, 514c become comb-tooth electrode portions 520a, 520c. Relative displacement upward with respect to In this case, with regard to the comb electrode portion 520c, when the comb electrode portion 514c is relatively displaced upward, the additional comb electrode 526c provided above the comb electrode portion 520c faces the comb electrode portion 514c, Since the additional comb electrode 524c provided below the comb electrode portion 514c faces the comb electrode portion 520c, the opposing area is increased, and the capacitance between the comb electrode portion 514c and the comb electrode portion 520c is increased. Will increase. Unlike this, with respect to the comb electrode portion 520a, when the comb electrode portion 514a is relatively displaced upward, the opposing area decreases, and the capacitance between the comb electrode portion 514a and the comb electrode portion 520a decreases. Do. In this state, when the arithmetic circuit 511 subtracts the capacitance between the comb electrode portion 514a and the comb electrode portion 520a from the capacitance of the comb electrode portion 514c and the comb electrode portion 520c, the difference is The magnitude is the absolute value of the decrease in capacitance between the comb electrode portion 514a and the comb electrode portion 520a, and the increase in capacitance between the comb electrode portion 514c and the comb electrode portion 520c. It is equal to the value obtained by adding the absolute value, and the sign of the difference is positive.

本実施例のMEMSセンサ502によれば、上方に付加櫛歯電極524aが設けられた櫛歯電極部514aと下方に付加櫛歯電極526aが設けられた櫛歯電極部520aの間の静電容量と、下方に付加櫛歯電極524cが設けられた櫛歯電極部514cと上方に付加櫛歯電極526cが設けられた櫛歯電極部520cの間の静電容量の間の差分を、演算回路511で算出することによって、マス部512のZ方向の変位に起因する静電容量の変化のみを検出することができる。加えて、本実施例のMEMSセンサ502によれば、演算回路511で算出される差分の符号から、マス部512がZ方向の正方向に変位したのか、負方向に変位したのかを、判別することができる。これによって、マス部512のZ方向の変位量を精度よく検出することができ、マス部512に作用するZ方向の加速度を精度よく検出することができる。   According to the MEMS sensor 502 of this embodiment, the capacitance between the comb-tooth electrode portion 514a provided with the additional comb-tooth electrode 524a and the comb-tooth electrode portion 520a provided with the additional comb-tooth electrode 526a below The arithmetic circuit 511 calculates the difference between the electrostatic capacitances between the comb electrode portion 514c provided with the additional comb electrode 524c below and the comb electrode portion 520c provided with the additional comb electrode 526c above. By calculating in the above, it is possible to detect only the change in capacitance resulting from the displacement of the mass portion 512 in the Z direction. In addition, according to the MEMS sensor 502 of this embodiment, it is determined from the sign of the difference calculated by the arithmetic circuit 511 whether the mass unit 512 is displaced in the positive direction of the Z direction or in the negative direction. be able to. By this, the displacement amount of the mass portion 512 in the Z direction can be accurately detected, and the acceleration in the Z direction acting on the mass portion 512 can be accurately detected.

本実施例のMEMSセンサ502は、実施例1のMEMSセンサ2と同様の製造方法によって製造することができるので、製造方法についての詳細な説明は省略する。   The MEMS sensor 502 of the present embodiment can be manufactured by the same manufacturing method as that of the MEMS sensor 2 of the first embodiment, and thus the detailed description of the manufacturing method is omitted.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。   As mentioned above, although the specific example of this invention was described in detail, these are only an illustration and do not limit a claim. The art set forth in the claims includes various variations and modifications of the specific examples illustrated above.

また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。   The technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness singly or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the techniques exemplified in the present specification or the drawings can simultaneously achieve a plurality of purposes, and achieving one of the purposes itself has technical utility.

2:MEMSセンサ;4:支持層;6:絶縁層;8:センサ層;10:積層基板;11:演算回路;12:マス部;14a:櫛歯電極部;14b:櫛歯電極部;14c:櫛歯電極部;14d:櫛歯電極部;16a:板状梁部;16b:板状梁部;16c:板状梁部;16d:板状梁部;18:周縁部;20a:櫛歯電極部;20b:櫛歯電極部;20c:櫛歯電極部;20d:櫛歯電極部;22a:電極支持部;22b:電極支持部;22c:電極支持部;22d:電極支持部;24a:付加櫛歯電極;24b:付加櫛歯電極;24c:付加櫛歯電極;24d:付加櫛歯電極;30:ウェハ;32:酸化シリコン層;34:多結晶シリコン層;36:ウェハ;38:酸化シリコン層;40:酸化シリコン層;42:多結晶シリコン層;102:MEMSセンサ;104:支持層;106:絶縁層;108:センサ層;110:積層基板;111:演算回路;112:マス部;114a:櫛歯電極部;114b:櫛歯電極部;116a:板状梁部;116b:板状梁部;116c:板状梁部;116d:板状梁部;118a:中継部;118b:中継部;120a:直線梁部;120b:直線梁部;120c:直線梁部;120d:直線梁部;122a:中継支持部;122b:中継支持部;122c:中継支持部;122d:中継支持部;124a:櫛歯電極部;124b:櫛歯電極部;126a:櫛歯電極部;126b:櫛歯電極部;128a:検出電極支持部;128b:検出電極支持部;130a:櫛歯電極部;130b:櫛歯電極部;132a:励振電極支持部;132b:励振電極支持部;134a:付加櫛歯電極;134b:付加櫛歯電極;202:MEMSセンサ;204:支持層;206:絶縁層;208:センサ層;210:積層基板;211:演算回路;212:マス部;214a:櫛歯電極部;214b:櫛歯電極部;214c:櫛歯電極部;214d:櫛歯電極部;216a:板状梁部;216b:板状梁部;216c:板状梁部;216d:板状梁部;218:周縁部;220a:櫛歯電極部;220b:櫛歯電極部;220c:櫛歯電極部;220d:櫛歯電極部;222a:電極支持部;222b:電極支持部;222c:電極支持部;222d:電極支持部;224a:付加櫛歯電極;224b:付加櫛歯電極;224c:付加櫛歯電極;224d:付加櫛歯電極;226a:中継配線;226b:中継配線;228a:中継配線;228b:中継配線;230a:パッド部;230b:パッド部;232:貫通電極;302:MEMSセンサ;304:支持層;306:絶縁層;308:センサ層;310:積層基板;311:演算回路;312:マス部;314a:櫛歯電極部;314b:櫛歯電極部;314c:櫛歯電極部;314d:櫛歯電極部;316a:板状梁部;316b:板状梁部;316c:板状梁部;316d:板状梁部;318:周縁部;320a:櫛歯電極部;320b:櫛歯電極部;320c:櫛歯電極部;320d:櫛歯電極部;322a:電極支持部;322b:電極支持部;322c:電極支持部;322d:電極支持部;324a:付加櫛歯電極;324b:付加櫛歯電極;324c:付加櫛歯電極;324d:付加櫛歯電極;326a:中継配線;326b:中継配線;328a:中継配線;328b:中継配線;330a:パッド部;330b:パッド部;332:貫通電極;334a:絶縁膜;334b:絶縁膜;334c:絶縁膜;334d:絶縁膜;336:絶縁膜;340:ウェハ;342:酸化シリコン層;344:多結晶シリコン層;346:ウェハ;348:酸化シリコン層;350:酸化シリコン層;352:多結晶シリコン層;402:MEMSセンサ;404:支持層;406:絶縁層;408:センサ層;410:積層基板;411:演算回路;412:マス部;414a:櫛歯電極部;414b:櫛歯電極部;416a:板状梁部;416b:板状梁部;416c:板状梁部;416d:板状梁部;418a:中継部;418b:中継部;420a:直線梁部;420b:直線梁部;420c:直線梁部;420d:直線梁部;422a:中継支持部;422b:中継支持部;422c:中継支持部;422d:中継支持部;424a:櫛歯電極部;424b:櫛歯電極部;426a:櫛歯電極部;426b:櫛歯電極部;428a:検出電極支持部;428b:検出電極支持部;430a:櫛歯電極部;430b:櫛歯電極部;432a:励振電極支持部;432b:励振電極支持部;434a:付加櫛歯電極;434b:付加櫛歯電極;436a:絶縁膜;436b:絶縁膜;438a:中継配線;438b:中継配線;440a:パッド部;440b:パッド部;442:貫通電極;502:MEMSセンサ;504:支持層;506:絶縁層;508:センサ層;510:積層基板;511:演算回路;512:マス部;514a:櫛歯電極部;514b:櫛歯電極部;514c:櫛歯電極部;514d:櫛歯電極部;516a:板状梁部;516b:板状梁部;516c:板状梁部;516d:板状梁部;518:周縁部;520a:櫛歯電極部;520b:櫛歯電極部;520c:櫛歯電極部;520d:櫛歯電極部;522a:電極支持部;522b:電極支持部;522c:電極支持部;522d:電極支持部;524a:付加櫛歯電極;524b:付加櫛歯電極;524c:付加櫛歯電極;524d:付加櫛歯電極;526a:付加櫛歯電極;526b:付加櫛歯電極;526c:付加櫛歯電極;526d:付加櫛歯電極 2: MEMS sensor; 4: support layer; 6: insulating layer; 8: sensor layer; 10: laminated substrate; 11: arithmetic circuit; 12: mass portion; 14a: comb electrode portion; 14b: comb electrode portion; 16d: plate beam portion 16b: plate beam portion 16c: plate beam portion 16d: plate beam portion 18: peripheral portion 20a: comb teeth 20b: comb electrode portion; 20 d: comb electrode portion; 22a: electrode support portion; 22b: electrode support portion; 22c: electrode support portion; 22d: electrode support portion; 24a: Additional comb electrode 24b: additional comb electrode 24c: additional comb electrode 24d: additional comb electrode 30: wafer 32: silicon oxide layer 34: polycrystalline silicon layer 36: wafer 38: oxide Silicon layer; 40: Silicon oxide layer; 42: Polycrystalline silicon layer; 102 MEMS sensor; 104: support layer; 106: insulating layer; 108: sensor layer; 110: laminated substrate; 111: arithmetic circuit; 112: mass portion; 114a: comb electrode portion; 114b: comb electrode portion; 116a: plate 116b: plate beam portion 116c: plate beam portion 116d: plate beam portion 118a: relay portion 118b: relay portion 120a: straight beam portion 120b: straight beam portion 120c: straight beam portion Beam portion 120d: straight beam portion 122a: relay support portion 122b: relay support portion 122c: relay support portion 122d: relay support portion 124a: comb electrode portion 124b: comb electrode portion 126a: comb Tooth electrode part; 126b: comb electrode part; 128a: detection electrode support part; 128b: detection electrode support part; 130a: comb electrode part; 130b: comb electrode part; 132a: excitation electrode support part; Excitation electrode support part: 134a: additional comb electrode; 134 b: additional comb electrode; 202: MEMS sensor; 204: support layer; 206: insulating layer; 208: sensor layer; 210: laminated substrate; 211: arithmetic circuit; : Mass part; 214a: comb electrode part; 214b: comb electrode part; 214c: comb electrode part; 214d: comb electrode part; 216a: plate beam part; 216b: plate beam part; Beam part 216d: plate beam part 218: peripheral part 220a: comb electrode part 220b: comb electrode part 220c: comb electrode part 220 d: comb electrode part 222a: electrode support part 222 b : Electrode support portion; 222c: electrode support portion; 222d: electrode support portion; 224a: additional comb electrode; 224b: additional comb electrode; 224c: additional comb electrode; 224d: additional comb electrode; 226a: relay wiring; 226b: relay wiring; 228a: relay wiring; 228b: relay wiring; 230a: pad unit; 230b: pad unit; 232: through electrode; 302: MEMS sensor; 304: support layer; 306: insulating layer; 308: sensor layer; 310: laminated substrate; 311: arithmetic circuit; 312: mass part; 314a: comb electrode part; 314b: comb electrode part; 314c: comb electrode part; 314 d: comb electrode part; 316a: plate beam part; 316b: plate beam portion; 316c: plate beam portion; 316 d: plate beam portion; 318: peripheral edge portion; 320a: comb electrode portion; 320b: comb electrode portion; 320c: comb electrode portion; Tooth electrode portion; 322a: electrode support portion; 322b: electrode support portion; 322c: electrode support portion; 322d: electrode support portion; 324a: additional comb electrode; 324b: additional comb electrode; Tooth electrode; 324d: additional comb-teeth electrode; 326a: relay wiring; 326b: relay wiring; 328a: relay wiring; 328b: relay wiring; 330a: pad portion; 330b: pad portion; 332: through electrode; 334a: insulating film; 334b: insulating film; 334c: insulating film; 336: insulating film; 340: wafer; 342: silicon oxide layer; 344: polycrystalline silicon layer; 346: wafer; 348: silicon oxide layer; Silicon layer; 352: polycrystalline silicon layer; 402: MEMS sensor; 404: support layer; 406: insulating layer; 408: sensor layer; 410: laminated substrate; 411: arithmetic circuit; 412: mass part; Part: 414b: comb-like electrode part; 416a: plate-like beam part; 416b: plate-like beam part; 416c: plate-like beam part; 416 d: plate-like beam part 18a: relay portion; 418b: relay portion; 420a: straight beam portion; 420b: straight beam portion; 420d: straight beam portion; 422a: relay support portion; 422b: relay support portion; 422c: relay support Part: 422d: Relay support part; 424a: comb electrode part; 424 b: comb electrode part; 426a: comb electrode part; 426b: comb electrode part; 428a: detection electrode support part; 428b: detection electrode support part; 430a: comb electrode portion; 430b: comb electrode portion; 432a: excitation electrode support portion; 432b: excitation electrode support portion; 434a: additional comb electrode; 434b: additional comb electrode; 436a: insulating film; 438a: relay wiring; 438b: relay wiring; 440a: pad portion; 440b: pad portion; 442: through electrode; 502: MEMS sensor; 504: support layer; : Insulating layer; 508: sensor layer; 510: laminated substrate; 511: arithmetic circuit; 512: mass portion; 514a: comb electrode portion; 514b: comb electrode portion; 514c: comb electrode portion; 516a: plate beam portion 516b: plate beam portion 516c: plate beam portion 516d: plate beam portion 518: peripheral edge portion 520a: comb electrode portion 520b: comb electrode portion 520c : Comb-tooth electrode portion; 520 d: comb-tooth electrode portion; 522a: electrode support portion; 522b: electrode support portion; 522c: electrode support portion; 522d: electrode support portion; 524a: additional comb-tooth electrode; 524b: additional comb-tooth electrode 524c: additional comb electrode; 524 d: additional comb electrode; 526a: additional comb electrode; 526 b: additional comb electrode; 526 c: additional comb electrode; 526 d: additional comb electrode

Claims (6)

第1固定櫛歯電極と、
第1固定櫛歯電極と噛み合うように配置されており、上端の位置が第1固定櫛歯電極の上端の位置と略等しく、下端の位置が第1固定櫛歯電極の下端の位置と略等しい、第1可動櫛歯電極と、
第2固定櫛歯電極と、
第2固定櫛歯電極と噛み合うように配置されており、上端の位置が第2固定櫛歯電極の上端の位置と略等しく、下端の位置が第2固定櫛歯電極の下端の位置と略等しい、第2可動櫛歯電極を備えており、
第1可動櫛歯電極の上部に、導電性材料からなる第1付加櫛歯電極が設けられており、
第2可動櫛歯電極の下部に、導電性材料からなる第2付加櫛歯電極が設けられている、MEMSセンサ。
A first fixed comb electrode,
The first fixed comb electrode is disposed so as to be engaged, the position of the upper end is approximately equal to the position of the upper end of the first fixed comb electrode, and the position of the lower end is approximately equal to the position of the lower end of the first fixed comb electrode , A first movable comb electrode,
A second fixed comb electrode,
The second fixed comb electrode is disposed in mesh with the second fixed comb electrode, and the position of the upper end is approximately equal to the position of the upper end of the second fixed comb electrode, and the position of the lower end is approximately equal to the position of the lower end of the second fixed comb electrode , And a second movable comb electrode,
A first additional comb electrode made of a conductive material is provided above the first movable comb electrode,
A MEMS sensor, wherein a second additional comb electrode made of a conductive material is provided below the second movable comb electrode.
第1可動櫛歯電極と第1付加櫛歯電極が電気的に導通しており、
第2可動櫛歯電極と第2付加櫛歯電極が電気的に導通している、請求項1のMEMSセンサ。
The first movable comb electrode and the first additional comb electrode are electrically conducted,
The MEMS sensor according to claim 1, wherein the second movable comb electrode and the second additional comb electrode are electrically connected.
第1可動櫛歯電極と第1付加櫛歯電極が電気的に絶縁しており、
第2可動櫛歯電極と第2付加櫛歯電極が電気的に絶縁している、請求項1のMEMSセンサ。
The first movable comb electrode and the first additional comb electrode are electrically insulated;
The MEMS sensor according to claim 1, wherein the second movable comb electrode and the second additional comb electrode are electrically insulated.
第1可動櫛歯電極と第1付加櫛歯電極の間が絶縁膜を介して接続しており、
第2可動櫛歯電極と第2付加櫛歯電極の間が絶縁膜を介して接続している、請求項3のMEMSセンサ。
The first movable comb electrode and the first additional comb electrode are connected via an insulating film,
The MEMS sensor according to claim 3, wherein the second movable comb electrode and the second additional comb electrode are connected via an insulating film.
第1可動櫛歯電極と第1付加櫛歯電極の間がPN接合を介して接続しており、
第2可動櫛歯電極と第2付加櫛歯電極の間がPN接合を介して接続している、請求項3のMEMSセンサ。
The first movable comb electrode and the first additional comb electrode are connected via a PN junction,
The MEMS sensor according to claim 3, wherein the second movable comb electrode and the second additional comb electrode are connected via a PN junction.
第1固定櫛歯電極の下部に、導電性材料からなる第3付加櫛歯電極が設けられており、
第2固定櫛歯電極の上部に、導電性材料からなる第4付加櫛歯電極が設けられている、請求項1のMEMSセンサ。
Under the first fixed comb electrode, a third additional comb electrode made of a conductive material is provided,
The MEMS sensor according to claim 1, wherein a fourth additional comb electrode made of a conductive material is provided above the second fixed comb electrode.
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