JPH06109759A - 水平感知加速度計およびその製造方法 - Google Patents
水平感知加速度計およびその製造方法Info
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- JPH06109759A JPH06109759A JP5200212A JP20021293A JPH06109759A JP H06109759 A JPH06109759 A JP H06109759A JP 5200212 A JP5200212 A JP 5200212A JP 20021293 A JP20021293 A JP 20021293A JP H06109759 A JPH06109759 A JP H06109759A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P15/125—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by capacitive pick-up
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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- G01P15/0802—Details
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T29/00—Metal working
- Y10T29/43—Electric condenser making
Abstract
(57)【要約】
【目的】 前記基板２４に付着された第１アンカー１
２，アンカー１２に結合されたテザー１３を有し、加速
度に反応して、基板２４の上で水平方向に自由に動く部
分を有する微小機械コンデンサ構造。 【構成】 タイ・バー１４はテザー１３の可動部分に結
合されており、少なくとも一つの可動コンデンサ・プレ
ート１６がタイ・バー１３に結合されている。第１固定
コンデンサ・プレート１８は、少なくとも一つの可動コ
ンデンサ・プレート１６に水平方向でオーバーラップ
し、このプレート１６から垂直方向にスペーシングされ
る形で、基板２４に付着されている。
２，アンカー１２に結合されたテザー１３を有し、加速
度に反応して、基板２４の上で水平方向に自由に動く部
分を有する微小機械コンデンサ構造。 【構成】 タイ・バー１４はテザー１３の可動部分に結
合されており、少なくとも一つの可動コンデンサ・プレ
ート１６がタイ・バー１３に結合されている。第１固定
コンデンサ・プレート１８は、少なくとも一つの可動コ
ンデンサ・プレート１６に水平方向でオーバーラップ
し、このプレート１６から垂直方向にスペーシングされ
る形で、基板２４に付着されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般にソリッド・ステー
ト・センサに関し、具体的には微小機械コンデンサ構造
を有するソリッド・ステート・センサに関する。
ト・センサに関し、具体的には微小機械コンデンサ構造
を有するソリッド・ステート・センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】現在では、フォース・センサ，加速度セ
ンサおよび圧力センサを含め、多くの微小機械デバイス
が知られている。「微小機械」という語を用いるのは、
これらデバイスが、マイクロメーターの１０分の２〜３
という小型の機械構造／形状を採用しているからであ
る。このような小型寸法は、集積回路の製造に使用され
るのと同様の光蝕刻技術およびエッチング技術によって
実現する。通常、多くのデバイスは１個の基板の上に作
られる。シリコン基板が用いられることが多い。
ンサおよび圧力センサを含め、多くの微小機械デバイス
が知られている。「微小機械」という語を用いるのは、
これらデバイスが、マイクロメーターの１０分の２〜３
という小型の機械構造／形状を採用しているからであ
る。このような小型寸法は、集積回路の製造に使用され
るのと同様の光蝕刻技術およびエッチング技術によって
実現する。通常、多くのデバイスは１個の基板の上に作
られる。シリコン基板が用いられることが多い。
【０００３】微小機械はまた、信号を生成するためにシ
リコンのピエゾ抵抗性を使用することが多い。また少な
くとも一つのコンデンサ・プレートがもう一つのコンデ
ンサ・プレートに対して位置を動かせるように、コンデ
ンサ・プレートを基板の上に形成することができる。圧
力もしくは加速度に反応するこのような動きによって、
当該構造の静電容量が変化する。この静電容量の変化が
出力信号として検出される。
リコンのピエゾ抵抗性を使用することが多い。また少な
くとも一つのコンデンサ・プレートがもう一つのコンデ
ンサ・プレートに対して位置を動かせるように、コンデ
ンサ・プレートを基板の上に形成することができる。圧
力もしくは加速度に反応するこのような動きによって、
当該構造の静電容量が変化する。この静電容量の変化が
出力信号として検出される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしあいにく、先行
技術の微小機械コンデンサ構造は、多くの制約を受けて
おり、これらの制約が製造コストを上昇させ、正確度を
制限し、多くの用途での使用を妨げている。たとえば現
在入手可能なほとんどのコンデンサ構造は、デバイスの
表面に対して垂直に発生する加速度のみ感知する。これ
が、多くの用途でデバイスのパッケージングおよび実装
を難しくしている。
技術の微小機械コンデンサ構造は、多くの制約を受けて
おり、これらの制約が製造コストを上昇させ、正確度を
制限し、多くの用途での使用を妨げている。たとえば現
在入手可能なほとんどのコンデンサ構造は、デバイスの
表面に対して垂直に発生する加速度のみ感知する。これ
が、多くの用途でデバイスのパッケージングおよび実装
を難しくしている。
【０００５】先行技術のコンデンサ構造は通常、片方の
端が基板に固定され、もう片方の端は固定コンデンサ・
プレートに対して垂直方向で自由に動く、片持ちばりと
して設計されていた。このデバイスの静電容量は、片持
ちばりと基板との間のスペーシングが小さくなるにつれ
て変化した。あいにく静電容量の変化は、コンデンサ・
プレート間のスペーシングに対して非線形であるので、
結果として、加速度計の非線形応答特性が生じる。
端が基板に固定され、もう片方の端は固定コンデンサ・
プレートに対して垂直方向で自由に動く、片持ちばりと
して設計されていた。このデバイスの静電容量は、片持
ちばりと基板との間のスペーシングが小さくなるにつれ
て変化した。あいにく静電容量の変化は、コンデンサ・
プレート間のスペーシングに対して非線形であるので、
結果として、加速度計の非線形応答特性が生じる。
【０００６】水平方向の加速度を感知し、加速度に対し
て線形の静電容量の変化を提供する微小機械コンデンサ
構造、およびその製造方法が必要とされる。
て線形の静電容量の変化を提供する微小機械コンデンサ
構造、およびその製造方法が必要とされる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】要約すれば、本発明は、
基板に付着された第１アンカー，このアンカーに結合さ
れたテザーを有し、また加速度に反応して基板の上で水
平方向に自由に動く部分を有する微小機械コンデンサ構
造によって実現される。タイ・バーはテザーの可動部分
に結合されており、少なくとも一つの可動コンデンサ・
プレートがタイ・バーに結合されている。第１固定コン
デンサ・プレートは、少なくとも一つの可動コンデンサ
・プレートに水平方向でオーバーラップして、このプレ
ートから垂直方向にスペーシングされる形で、基板に付
着されている。
基板に付着された第１アンカー，このアンカーに結合さ
れたテザーを有し、また加速度に反応して基板の上で水
平方向に自由に動く部分を有する微小機械コンデンサ構
造によって実現される。タイ・バーはテザーの可動部分
に結合されており、少なくとも一つの可動コンデンサ・
プレートがタイ・バーに結合されている。第１固定コン
デンサ・プレートは、少なくとも一つの可動コンデンサ
・プレートに水平方向でオーバーラップして、このプレ
ートから垂直方向にスペーシングされる形で、基板に付
着されている。
【０００８】本発明に基づく水平感知加速度計を製造す
る方法において、基板は第１犠牲層によって被覆されて
いる。この第１犠牲層をパターン化して、基板の一部を
露出させる。第１ポリシリコン層を被着しパターン化し
て、複数のアンカー，複数のアンカーの内２つの間に結
合されたテザー，およびこのテザーの中央部分に結合さ
れた可動コンデンサ・プレートを提供する。可動コンデ
ンサ・プレートは第２犠牲誘電体によって被覆し、この
誘電体をパターン化してアンカーの一部を露出させる。
ついで第１固定コンデンサ・プレートが、被露出アンカ
ーの内少なくとも２つに付着された第１部分、および可
動コンデンサ・プレートの上に張り出す第２部分を有
し、可動コンデンサ・プレートとは垂直方向で分離され
る形で、形成される。ついでエッチングにより犠牲層を
除去する。
る方法において、基板は第１犠牲層によって被覆されて
いる。この第１犠牲層をパターン化して、基板の一部を
露出させる。第１ポリシリコン層を被着しパターン化し
て、複数のアンカー，複数のアンカーの内２つの間に結
合されたテザー，およびこのテザーの中央部分に結合さ
れた可動コンデンサ・プレートを提供する。可動コンデ
ンサ・プレートは第２犠牲誘電体によって被覆し、この
誘電体をパターン化してアンカーの一部を露出させる。
ついで第１固定コンデンサ・プレートが、被露出アンカ
ーの内少なくとも２つに付着された第１部分、および可
動コンデンサ・プレートの上に張り出す第２部分を有
し、可動コンデンサ・プレートとは垂直方向で分離され
る形で、形成される。ついでエッチングにより犠牲層を
除去する。
【０００９】
【実施例】図１は、本発明に基づく水平感知加速度計の
一部を、非常に単純化した上面図である。可動コンデン
サ回路１１は、図１の矢印が示すように、加速度に反応
して水平方向に動くように設計されている。可動コンデ
ンサ回路１１は、基板２４（図２に示す）に付着された
アンカー１２を含む。２つのアンカーのみを示している
が、一般には、４つの角がアンカー１２によって支持さ
れる対称構造を形成すると役立つ。テザー１３は２つの
アンカー１２の間に渡っている。テザー１３は、水平方
向に自由に曲げたり、動いたりできる中央部分を有して
おり、所望の運動度をとれるように充分な長さに設計す
べきである。
一部を、非常に単純化した上面図である。可動コンデン
サ回路１１は、図１の矢印が示すように、加速度に反応
して水平方向に動くように設計されている。可動コンデ
ンサ回路１１は、基板２４（図２に示す）に付着された
アンカー１２を含む。２つのアンカーのみを示している
が、一般には、４つの角がアンカー１２によって支持さ
れる対称構造を形成すると役立つ。テザー１３は２つの
アンカー１２の間に渡っている。テザー１３は、水平方
向に自由に曲げたり、動いたりできる中央部分を有して
おり、所望の運動度をとれるように充分な長さに設計す
べきである。
【００１０】可動コンデンサ回路１１は個々の用途の必
要性を満たすために種々の形状をとることができるが、
図１では、可動コンデンサ・プレート１６，およびテザ
ー１３の中央部分に結合されたタイ・バー１４によって
構成されるはしご形回路として示されている。可動コン
デンサ・プレート１６の数は、感知性，サイズ上の制約
および線形性など、個々の適用基準を満たすべく選択さ
れている。好適実施例では可動コンデンサ・プレート１
６は長方形で、一方の端が第１タイ・バー１４に付着さ
れており、もう一方の端が第２タイ・バー１４に付着さ
れている。タイ・バー１４は、可動コンデンサ・プレー
ト１６をテザー１３に機械的に付着し、可動コンデンサ
・プレート１６をそれぞれ互いに平行して電気的に結合
する役割を果たしている。
要性を満たすために種々の形状をとることができるが、
図１では、可動コンデンサ・プレート１６，およびテザ
ー１３の中央部分に結合されたタイ・バー１４によって
構成されるはしご形回路として示されている。可動コン
デンサ・プレート１６の数は、感知性，サイズ上の制約
および線形性など、個々の適用基準を満たすべく選択さ
れている。好適実施例では可動コンデンサ・プレート１
６は長方形で、一方の端が第１タイ・バー１４に付着さ
れており、もう一方の端が第２タイ・バー１４に付着さ
れている。タイ・バー１４は、可動コンデンサ・プレー
ト１６をテザー１３に機械的に付着し、可動コンデンサ
・プレート１６をそれぞれ互いに平行して電気的に結合
する役割を果たしている。
【００１１】図２は、本発明に基づく水平感知加速度計
を形成する間の初期の加工工程を断面図で示したもので
ある。基板２４は機械的サポートのために選択される
が、基板２４が半導体材料によって構成されている場合
には、半導体デバイスおよび集積回路を含むことができ
る。
を形成する間の初期の加工工程を断面図で示したもので
ある。基板２４は機械的サポートのために選択される
が、基板２４が半導体材料によって構成されている場合
には、半導体デバイスおよび集積回路を含むことができ
る。
【００１２】好適実施例では、基板２４はシリコンによ
って構成される。基板２４は、図２に示す誘電層２６の
ような一つもしくは複数の誘電層によって選択的にコー
ティングしてもよい。好適実施例では、誘電層２６は減
圧気相反応法によって被着された約０．２マイクロメー
ターの窒化珪素によって構成される。本発明を説明する
上で、「基板」という語は、半導体もしくは絶縁体など
の均質の材料、および一つもしくは複数の誘電層によっ
てコーティングされた材料を含むこと、また中に形成さ
れた集積回路を有することを意図する。
って構成される。基板２４は、図２に示す誘電層２６の
ような一つもしくは複数の誘電層によって選択的にコー
ティングしてもよい。好適実施例では、誘電層２６は減
圧気相反応法によって被着された約０．２マイクロメー
ターの窒化珪素によって構成される。本発明を説明する
上で、「基板」という語は、半導体もしくは絶縁体など
の均質の材料、および一つもしくは複数の誘電層によっ
てコーティングされた材料を含むこと、また中に形成さ
れた集積回路を有することを意図する。
【００１３】第１犠牲層２７は、基板２４を被覆する形
で形成される。第１犠牲層２７の厚さは、基板２４と可
動コンデンサ・プレート１６との間の所望される分離に
よって決定される。第１犠牲層２７は、好適実施例では
酸化珪素によって構成される。第１犠牲層２７をパター
ン化して基板２４の一部を露出させる。これらの被露出
部分は、最終的には図１のアンカー１２のようなアンカ
ーが形成される領域である。
で形成される。第１犠牲層２７の厚さは、基板２４と可
動コンデンサ・プレート１６との間の所望される分離に
よって決定される。第１犠牲層２７は、好適実施例では
酸化珪素によって構成される。第１犠牲層２７をパター
ン化して基板２４の一部を露出させる。これらの被露出
部分は、最終的には図１のアンカー１２のようなアンカ
ーが形成される領域である。
【００１４】可動コンデンサ回路１１は、第１犠牲層２
７を被覆する形で形成される。好適実施例では、均質の
ドープ・ポリシリコン層を、ブランケット層として第１
犠牲層２７の上に被着しパターン化して、アンカー１
２，テザー１３，タイ・バー１４（すべて図１に示
す），および可動コンデンサ・プレート１６を被覆す
る。ついで第２犠牲層２８を被着しパターン化して、可
動コンデンサ・プレート１６を被覆し、基板２４の被露
出部分の一部は残す。第２犠牲層２８の厚さは、可動コ
ンデンサ・プレート１６と、後に形成される固定コンデ
ンサ・プレートとの間の分離を決定する。そのため、周
知の公式および技術を用いて所望の静電容量を達成する
ような厚さを選択する。
７を被覆する形で形成される。好適実施例では、均質の
ドープ・ポリシリコン層を、ブランケット層として第１
犠牲層２７の上に被着しパターン化して、アンカー１
２，テザー１３，タイ・バー１４（すべて図１に示
す），および可動コンデンサ・プレート１６を被覆す
る。ついで第２犠牲層２８を被着しパターン化して、可
動コンデンサ・プレート１６を被覆し、基板２４の被露
出部分の一部は残す。第２犠牲層２８の厚さは、可動コ
ンデンサ・プレート１６と、後に形成される固定コンデ
ンサ・プレートとの間の分離を決定する。そのため、周
知の公式および技術を用いて所望の静電容量を達成する
ような厚さを選択する。
【００１５】図３は、固定コンデンサ回路１７，２１を
示す上面図で、これらの回路は互いにかみ合う形で、可
動コンデンサ回路１１の上に置かれている。水平感知加
速度計を提供するには、一つの固定コンデンサ回路（回
路１７または回路２１）しか必要でないが、少なくとも
固定コンデンサ回路１７と固定コンデンサ回路２１の両
方を用いると、加速度に反応して差動信号を提供するの
で、大きな利点が得られる。
示す上面図で、これらの回路は互いにかみ合う形で、可
動コンデンサ回路１１の上に置かれている。水平感知加
速度計を提供するには、一つの固定コンデンサ回路（回
路１７または回路２１）しか必要でないが、少なくとも
固定コンデンサ回路１７と固定コンデンサ回路２１の両
方を用いると、加速度に反応して差動信号を提供するの
で、大きな利点が得られる。
【００１６】固定コンデンサ回路１７は固定コンデンサ
・プレート１８によって構成されており、これらはアン
カー１９によって基板２４に断続的に付着されている。
各固定コンデンサ・プレート１８は、可動コンデンサ・
プレート１６の一部と水平方向でオーバーラップするよ
うに整合されている。アンカー１９はそれぞれ、可動コ
ンデンサ・プレート１６のエッジから当該アンカーが水
平方向にスペーシングされるように整合されて、可動コ
ンデンサ・プレート１６の水平方向の動きを可能にす
る。好適実施例では、固定コンデンサ・プレート１８は
それぞれ平行に電気的に結合されている。
・プレート１８によって構成されており、これらはアン
カー１９によって基板２４に断続的に付着されている。
各固定コンデンサ・プレート１８は、可動コンデンサ・
プレート１６の一部と水平方向でオーバーラップするよ
うに整合されている。アンカー１９はそれぞれ、可動コ
ンデンサ・プレート１６のエッジから当該アンカーが水
平方向にスペーシングされるように整合されて、可動コ
ンデンサ・プレート１６の水平方向の動きを可能にす
る。好適実施例では、固定コンデンサ・プレート１８は
それぞれ平行に電気的に結合されている。
【００１７】もう一つの固定コンデンサ回路２１は固定
コンデンサ・プレート２２によって構成されており、こ
れらはアンカー２３によって基板２４に断続的に付着さ
れている。固定コンデンサ・プレート２２はそれぞれ、
可動コンデンサ・プレート１６の一部に水平方向でオー
バーラップするように整合される。このオーバーラップ
部分は可動コンデンサ・プレート１６では、固定コンデ
ンサ・プレート１８がオーバーラップしている側とは反
対側になる。アンカー２３はそれぞれ、可動コンデンサ
・プレート１６のエッジから当該アンカーが水平方向に
スペーシングされる形で整合されて、可動コンデンサ・
プレート１６の水平方向の動きを可能にする。好適実施
例では固定コンデンサ・プレート２２はそれぞれ平行に
電気結合されており、固定コンデンサ・プレート１９
（１８？）および可動コンデンサ・プレート１６から電
気的に分離されている。
コンデンサ・プレート２２によって構成されており、こ
れらはアンカー２３によって基板２４に断続的に付着さ
れている。固定コンデンサ・プレート２２はそれぞれ、
可動コンデンサ・プレート１６の一部に水平方向でオー
バーラップするように整合される。このオーバーラップ
部分は可動コンデンサ・プレート１６では、固定コンデ
ンサ・プレート１８がオーバーラップしている側とは反
対側になる。アンカー２３はそれぞれ、可動コンデンサ
・プレート１６のエッジから当該アンカーが水平方向に
スペーシングされる形で整合されて、可動コンデンサ・
プレート１６の水平方向の動きを可能にする。好適実施
例では固定コンデンサ・プレート２２はそれぞれ平行に
電気結合されており、固定コンデンサ・プレート１９
（１８？）および可動コンデンサ・プレート１６から電
気的に分離されている。
【００１８】固定コンデンサ回路１７，２１は、個々の
用途の必要性を満足するために他の形状をとり得るこ
と、また図３に示す具体的な形状は図示するためであっ
て、これに限定することを意図するものでないことを理
解されたい。具体的には、一つもしくは複数の可動コン
デンサ・プレートが、可動コンデンサ回路１１の上とい
うよりは寧ろ、可動コンデンサ回路１１の下に位置づけ
ることができる。図示しやすくするために、図４および
図５では、可動コンデンサ回路１６の上に位置する固定
コンデンサ回路１７，２１のみを示している。
用途の必要性を満足するために他の形状をとり得るこ
と、また図３に示す具体的な形状は図示するためであっ
て、これに限定することを意図するものでないことを理
解されたい。具体的には、一つもしくは複数の可動コン
デンサ・プレートが、可動コンデンサ回路１１の上とい
うよりは寧ろ、可動コンデンサ回路１１の下に位置づけ
ることができる。図示しやすくするために、図４および
図５では、可動コンデンサ回路１６の上に位置する固定
コンデンサ回路１７，２１のみを示している。
【００１９】図４は、図３に示す構造を太線４―４’で
切りとった断面図を示している。固定コンデンサ・プレ
ート１８は、均質のドープ・ポリシリコン層のブランケ
ット被着およびパターニングによって形成できる。同時
にアンカー１９は、基板２４の初期露出部分に付着され
た形で形成できる。固定コンデンサ・プレート１８は、
パターン化された犠牲層２８の側壁に反って形成される
垂直サポート１５によってアンカー１９に付着されてい
る。そのため犠牲層２８は、可動コンデンサ・プレート
１６と垂直サポート１５との間の水平方向の分離、なら
びに固定コンデンサ・プレート１８と可動コンデンサ・
プレート１６との間の垂直方向の分離を決定する。
切りとった断面図を示している。固定コンデンサ・プレ
ート１８は、均質のドープ・ポリシリコン層のブランケ
ット被着およびパターニングによって形成できる。同時
にアンカー１９は、基板２４の初期露出部分に付着され
た形で形成できる。固定コンデンサ・プレート１８は、
パターン化された犠牲層２８の側壁に反って形成される
垂直サポート１５によってアンカー１９に付着されてい
る。そのため犠牲層２８は、可動コンデンサ・プレート
１６と垂直サポート１５との間の水平方向の分離、なら
びに固定コンデンサ・プレート１８と可動コンデンサ・
プレート１６との間の垂直方向の分離を決定する。
【００２０】好適実施例では、固定コンデンサ２２，垂
直サポート２５，アンカー２３は、固定コンデンサ・プ
レート１８を形成するのに使用するのと同じ被着および
パターニング工程の間に形成される。固定コンデンサ・
プレート２２の整合，スペーシング，および形状は固定
コンデンサ・プレート１８のそれと同様であり、ここで
は別個に示していない。
直サポート２５，アンカー２３は、固定コンデンサ・プ
レート１８を形成するのに使用するのと同じ被着および
パターニング工程の間に形成される。固定コンデンサ・
プレート２２の整合，スペーシング，および形状は固定
コンデンサ・プレート１８のそれと同様であり、ここで
は別個に示していない。
【００２１】図５は、犠牲エッチング工程後の図３の構
造を太線５―５’で切りとった断面図を示したものであ
る。図５に示すように、犠牲エッチングによって、犠牲
層２７，２８が除去されて、図５の矢印が示すように、
可動コンデンサ・プレート１６が固定コンデンサ・プレ
ート１８および固定コンデンサ・プレート２２の下で、
加速度に反応して水平方向の動きが自由にできるように
している。本発明に基づき加速度計によって生成される
主静電容量信号(primary capacitance signal)は、可動
コンデンサ・プレート１６と共に、固定コンデンサ・プ
レート１８，２２によって作り出される。可動コンデン
サ・プレート１６の側壁と、垂直サポート１５，２５
（図４に示す）との間には何らかの寄生静電容量原因(p
arasitic capacitance cause）が存在するが、この寄生
静電容量は、アンカー１９，２３（図３に示す）の数が
少ないことによって最小限に抑えられている。
造を太線５―５’で切りとった断面図を示したものであ
る。図５に示すように、犠牲エッチングによって、犠牲
層２７，２８が除去されて、図５の矢印が示すように、
可動コンデンサ・プレート１６が固定コンデンサ・プレ
ート１８および固定コンデンサ・プレート２２の下で、
加速度に反応して水平方向の動きが自由にできるように
している。本発明に基づき加速度計によって生成される
主静電容量信号(primary capacitance signal)は、可動
コンデンサ・プレート１６と共に、固定コンデンサ・プ
レート１８，２２によって作り出される。可動コンデン
サ・プレート１６の側壁と、垂直サポート１５，２５
（図４に示す）との間には何らかの寄生静電容量原因(p
arasitic capacitance cause）が存在するが、この寄生
静電容量は、アンカー１９，２３（図３に示す）の数が
少ないことによって最小限に抑えられている。
【００２２】本発明に基づき水平感知加速度計を作る代
替的方法では、可動コンデンサ回路１１を形成する前に
予め、第１固定コンデンサ・プレートを基板表面に形成
することが必要である。この実施例では、固定コンデン
サ・プレート１８’，２２’（図５に点線で示す）およ
び固定コンデンサ回路１７，２１（図３に示す）は、ポ
リシリコン層のパターン化、または基板２４への拡散に
よって形成できる。固定コンデンサ・プレート１８’，
２２’の形成後、可動コンデンサ回路１１が前述のよう
に形成される。
替的方法では、可動コンデンサ回路１１を形成する前に
予め、第１固定コンデンサ・プレートを基板表面に形成
することが必要である。この実施例では、固定コンデン
サ・プレート１８’，２２’（図５に点線で示す）およ
び固定コンデンサ回路１７，２１（図３に示す）は、ポ
リシリコン層のパターン化、または基板２４への拡散に
よって形成できる。固定コンデンサ・プレート１８’，
２２’の形成後、可動コンデンサ回路１１が前述のよう
に形成される。
【００２３】本発明の重要な機能は、差動静電容量信号
が加速中に生成され、その際、固定コンデンサ・プレー
ト１８が提供する静電容量（Ｃ18）は、固定コンデンサ
・プレート２２が提供する静電容量（Ｃ22）が減少する
ときに増加し、反対にＣ22が増加するときには減少する
ことである。差動出力は、この構造の感知性およびＳＮ
比を改善する。好適実施例では、静電容量の変化を検出
する信号処理手段（図示せず）は、単にＣ18とＣ22の差
ではなく寧ろ、Ｃ18とＣ22の比率の関数である出力信号
を作り出す。静電容量比出力は、可動コンデンサ・プレ
ート１６の垂直方向の動きを補償する。
が加速中に生成され、その際、固定コンデンサ・プレー
ト１８が提供する静電容量（Ｃ18）は、固定コンデンサ
・プレート２２が提供する静電容量（Ｃ22）が減少する
ときに増加し、反対にＣ22が増加するときには減少する
ことである。差動出力は、この構造の感知性およびＳＮ
比を改善する。好適実施例では、静電容量の変化を検出
する信号処理手段（図示せず）は、単にＣ18とＣ22の差
ではなく寧ろ、Ｃ18とＣ22の比率の関数である出力信号
を作り出す。静電容量比出力は、可動コンデンサ・プレ
ート１６の垂直方向の動きを補償する。
【００２４】もう一つの重要な機能は、静電容量の変化
が、コンデンサ・プレート間の分離の変化というより一
般的な方法ではなく寧ろ、コンデンサ面積の変化によっ
て引き起こされることである。本発明に基づく加速度計
では、コンデンサ・プレート１６，１８，２２の間の分
離は、水平方向の加速中、実質的に一定に保たれてい
る。プレート間の静電容量は、プレート間の分離の非線
形関数であるが、コンデンサ面積の線形関数である。こ
の関係のために、本発明に基づく水平感知加速度計は、
加速度に対して実質的に線形の出力をもつと予想され、
特に線形用途もしくはアナログ用途においては、このデ
バイスを用いるのに必要な電子デバイスの追加を大幅に
単純化する。
が、コンデンサ・プレート間の分離の変化というより一
般的な方法ではなく寧ろ、コンデンサ面積の変化によっ
て引き起こされることである。本発明に基づく加速度計
では、コンデンサ・プレート１６，１８，２２の間の分
離は、水平方向の加速中、実質的に一定に保たれてい
る。プレート間の静電容量は、プレート間の分離の非線
形関数であるが、コンデンサ面積の線形関数である。こ
の関係のために、本発明に基づく水平感知加速度計は、
加速度に対して実質的に線形の出力をもつと予想され、
特に線形用途もしくはアナログ用途においては、このデ
バイスを用いるのに必要な電子デバイスの追加を大幅に
単純化する。
【００２５】よって、水平感知加速度計とその製造方法
が提供されることが認識されよう。本発明に基づく構造
は、デバイス平面内の加速度に反応して実質的に線形の
出力を提供して、加速度計のパッケージング，実装およ
び使用を大幅に単純化する。本発明に基づく加速度計を
作る方法は、広範に利用可能な半導体工程を結合して、
２つの機械ポリシリコン層のみを用いて微小機械構造を
提供している。
が提供されることが認識されよう。本発明に基づく構造
は、デバイス平面内の加速度に反応して実質的に線形の
出力を提供して、加速度計のパッケージング，実装およ
び使用を大幅に単純化する。本発明に基づく加速度計を
作る方法は、広範に利用可能な半導体工程を結合して、
２つの機械ポリシリコン層のみを用いて微小機械構造を
提供している。
【図１】本発明に基づく水平感知加速度計の一部を、非
常に単純化した上面図である。
常に単純化した上面図である。
【図２】加工の初期段階における図１の構造の断面図で
ある。
ある。
【図３】加工がさらに進んだ段階の図１〜図２の構造の
上面図である。
上面図である。
【図４】加工が途中段階の図３の構造の第１部分につい
ての断面図である。
ての断面図である。
【図５】加工の後期段階における図３の構造の第２部分
についての断面図である。
についての断面図である。
１１ 可動コンデンサ回路 １２ アンカー １３ テザー １４ タイ・バー １６ 可動コンデンサ・プレート １７ 固定コンデンサ回路 １８ 固定コンデンサ・プレート １９ アンカー ２１ 固定コンデンサ回路 ２２ 固定コンデンサ・プレート ２３ アンカー ２４ 基板 ２５ 垂直サポート ２６ 誘電層 ２７ 第１犠牲層 ２８ 第２犠牲層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロナルド・ジェイ・ガタリッジ アメリカ合衆国アリゾナ州パラダイス・バ レー、エヌ・サーティーナインス・ストリ ート5816 (72)発明者 ダニエル・エヌ・ク−リー アメリカ合衆国アリゾナ州テンピ、イー・ スーザン・レーン1243 (72)発明者 デビッド・エフ・ミータス アメリカ合衆国アリゾナ州フェニックス、 イー・グラナイト・ビュー・ドライブ2212 (72)発明者 リュビザ・リスティック アメリカ合衆国アリゾナ州パラダイス・バ レー、イー・サファイア・レーン5509
Claims (2)
- 【請求項１】 水平感知加速度計であって、前記加速度
計は；基板；前記基板に付着された第１アンカー（１
２），前記アンカー（１２）に結合されていて加速度に
反応して前記基板（２４）の上で水平方向に自由に動く
部分を有するテザー(tether)（１３），前記テザーの前
記可動部分に結合されたタイ・バー（１４），および前
記タイ・バーに結合された少なくとも１つの可動コンデ
ンサ・プレート（１６）；前記少なくとも一つの可動コ
ンデンサ・プレートに水平方向でオーバーラップして、
前記少なくとも一つの可動コンデンサ・プレート（１
６）から垂直方向にスペーシングされた第１固定コンデ
ンサ・プレート（１８）；前記基板に付着された第２ア
ンカー（１９）；および前記第１固定コンデンサ・プレ
ート（１８）を前記第２アンカー（１９）に結合する第
１垂直サポート（１５）であって、前記第１垂直サポー
ト（１５）は前記少なくとも一つの可動コンデンサ・プ
レートから水平方向にスペーシングされて、前記少なく
とも一つの可動コンデンサ・プレートが、前記第１固定
コンデンサ・プレート（１８）の下で水平方向に動ける
ようにする第１垂直サポート（１５）；によって構成さ
れることを特徴とする水平感知加速度計。 - 【請求項２】 水平感知加速度計を作る方法であって、
前記製造方法は：基板（２４）を設ける段階；前記基板
を第１犠牲層（２７）によって被覆する段階；前記第１
犠牲層（２７）をパターン化して前記基板の一部を露出
させる段階；第１ポリシリコン層を被着する段階；前記
第１ポリシリコン層をパターン化して、複数のアンカー
（１２），前記複数のアンカーの内の２つの間に結合さ
れたテザー（１３），および可動コンデンサ・プレート
（１６）であって、前記可動コンデンサ・プレートは前
記テザー（１３）の中央部分に結合される可動コンデン
サ・プレート（１６）を提供する段階；前記可動コンデ
ンサ・プレートを第２犠牲誘電体で被覆する段階；前記
第２犠牲誘電体をパターン化して、前記アンカー（１
９，２３）のいくつかを露出させる段階；前記被露出ア
ンカー（１９）の少なくとも２つに付着された第１部
分、および前記可動コンデンサ・プレート（１６）の上
に張り出す第２部分を有し、前記第２犠牲誘電体の厚さ
によって前記可動コンデンサ・プレートから垂直方向で
分離された第１固定コンデンサ・プレート（１８）を形
成する段階；およびエッチングによって、前記第１犠牲
層および第２犠牲層を除去する段階；によって構成され
ることを特徴とする、水平感知加速度計を作る方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US926616 | 1986-11-03 | ||
| US07/926,616 US5337606A (en) | 1992-08-10 | 1992-08-10 | Laterally sensitive accelerometer and method for making |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06109759A true JPH06109759A (ja) | 1994-04-22 |
Family
ID=25453456
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5200212A Pending JPH06109759A (ja) | 1992-08-10 | 1993-07-21 | 水平感知加速度計およびその製造方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5337606A (ja) |
| EP (1) | EP0582797B1 (ja) |
| JP (1) | JPH06109759A (ja) |
| DE (1) | DE69306687T2 (ja) |
| HK (1) | HK1004293A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7584662B2 (en) | 2003-03-03 | 2009-09-08 | Yamaha Corporation | Electrostatic-capacity-type acceleration sensor and acceleration measuring device therewith |
Families Citing this family (29)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5620931A (en) * | 1990-08-17 | 1997-04-15 | Analog Devices, Inc. | Methods for fabricating monolithic device containing circuitry and suspended microstructure |
| US5417111A (en) | 1990-08-17 | 1995-05-23 | Analog Devices, Inc. | Monolithic chip containing integrated circuitry and suspended microstructure |
| JP3367113B2 (ja) * | 1992-04-27 | 2003-01-14 | 株式会社デンソー | 加速度センサ |
| US5734105A (en) * | 1992-10-13 | 1998-03-31 | Nippondenso Co., Ltd. | Dynamic quantity sensor |
| FR2700012B1 (fr) * | 1992-12-28 | 1995-03-03 | Commissariat Energie Atomique | Accéléromètre intégré à axe sensible parallèle au substrat. |
| DE4447487A1 (de) * | 1994-03-30 | 1995-10-19 | Siemens Ag | Mikromechanische Sensoreinheit zum Erkennen von Beschleunigungen |
| DE4431338C2 (de) * | 1994-09-02 | 2003-07-31 | Bosch Gmbh Robert | Beschleunigungssensor |
| DE4431232C2 (de) * | 1994-09-02 | 1999-07-08 | Hahn Schickard Ges | Integrierbares Feder-Masse-System |
| DE4432837B4 (de) * | 1994-09-15 | 2004-05-13 | Robert Bosch Gmbh | Beschleunigungssensor und Meßverfahren |
| US5604313A (en) * | 1994-11-23 | 1997-02-18 | Tokyo Gas Co., Ltd. | Varying apparent mass accelerometer |
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| US5565625A (en) * | 1994-12-01 | 1996-10-15 | Analog Devices, Inc. | Sensor with separate actuator and sense fingers |
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| DE19537814B4 (de) * | 1995-10-11 | 2009-11-19 | Robert Bosch Gmbh | Sensor und Verfahren zur Herstellung eines Sensors |
| GB9819817D0 (en) * | 1998-09-12 | 1998-11-04 | Secr Defence | Improvements relating to micro-machining |
| EP1127243B1 (de) * | 1998-11-04 | 2006-11-02 | Infineon Technologies AG | Verformungsmesser |
| KR100464309B1 (ko) * | 1998-12-31 | 2005-02-28 | 삼성전자주식회사 | 면적변화정전용량형마이크로가속도계및그제조방법 |
| JP4238437B2 (ja) | 1999-01-25 | 2009-03-18 | 株式会社デンソー | 半導体力学量センサとその製造方法 |
| US6545661B1 (en) * | 1999-06-21 | 2003-04-08 | Midway Amusement Games, Llc | Video game system having a control unit with an accelerometer for controlling a video game |
| US6230566B1 (en) | 1999-10-01 | 2001-05-15 | The Regents Of The University Of California | Micromachined low frequency rocking accelerometer with capacitive pickoff |
| EP1191338A1 (en) * | 2000-03-31 | 2002-03-27 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Acceleration sensor |
| US6539524B1 (en) * | 2000-05-10 | 2003-03-25 | Agere Systems Inc. | Method and apparatus for matching capacitance of filters having different circuit topologies |
| US6536280B1 (en) * | 2000-09-12 | 2003-03-25 | Ic Mechanics, Inc. | Thin film MEMS sensors employing electrical sensing and force feedback |
| US6571628B1 (en) * | 2000-10-16 | 2003-06-03 | Institute Of Microelectronics | Z-axis accelerometer |
| DE10231729B4 (de) * | 2002-07-13 | 2011-08-11 | Robert Bosch GmbH, 70469 | Bauelement mit einer oberflächenmikromechanischen Struktur |
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| FR2578323B1 (fr) * | 1985-03-01 | 1987-11-20 | Metravib Sa | Capteur integre de grandeurs mecaniques a effet capacitif et procede de fabrication. |
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1992
- 1992-08-10 US US07/926,616 patent/US5337606A/en not_active Expired - Lifetime
-
1993
- 1993-06-01 EP EP93108750A patent/EP0582797B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-06-01 DE DE69306687T patent/DE69306687T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1993-07-21 JP JP5200212A patent/JPH06109759A/ja active Pending
-
1998
- 1998-04-09 HK HK98102985A patent/HK1004293A1/xx not_active IP Right Cessation
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|---|---|
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| DE69306687T2 (de) | 1997-06-12 |
| US5337606A (en) | 1994-08-16 |
| EP0582797B1 (en) | 1996-12-18 |
| EP0582797A1 (en) | 1994-02-16 |
| HK1004293A1 (en) | 1998-11-20 |
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