JPH07183543A - Acceleration sensor - Google Patents

Acceleration sensor

Info

Publication number
JPH07183543A
JPH07183543A JP32403193A JP32403193A JPH07183543A JP H07183543 A JPH07183543 A JP H07183543A JP 32403193 A JP32403193 A JP 32403193A JP 32403193 A JP32403193 A JP 32403193A JP H07183543 A JPH07183543 A JP H07183543A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
movable electrode
electrode
acceleration sensor
fixed electrode
fixed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP32403193A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masahiro Matsumoto
昌大 松本
Kiyomitsu Suzuki
清光 鈴木
Masayuki Miki
政之 三木
Seiichi Ukai
征一 鵜飼
Kazuo Sato
佐藤  一雄
Akira Koide
晃 小出
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP32403193A priority Critical patent/JPH07183543A/en
Publication of JPH07183543A publication Critical patent/JPH07183543A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Pressure Sensors (AREA)
  • Weting (AREA)
  • ing And Chemical Polishing (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a semiconductor capacity-type acceleration sensor which is free from the effect of dust and moisture, small in chip area, and less affected by a stray capacitance by a method wherein a gap between a movable electrode and a stationary electrode is hermetically sealed up, the movable electrode and the stationary electrode are formed simple in shape, and the movable electrode, the stationary electrode, and an electronic circuit are arranged on the same substrate. CONSTITUTION:An acceleration sensor is composed of a glass layer 101 and silicon layers 103 and 105, wherein the glass layer 101 and the silicon layer 103 are bonded together through the intermediary of a polysilicon 102, and the silicon layers 103 and 105 are bonded together through the intermediary of an oxide film 104. A movable electrode 107 which swings in the lengthwise direction of the sensor by acceleration and stationary electrodes 106 and 108 arranged confronting the movable electrode 107 are provided to the silicon layer 103 by cutting grooves in it vertical to its surface through an etching process. An electronic circuit 109 which detects an electrostatic capacity is formed in the silicon layer 103 of the same substrate.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体基板に形成される
加速度センサに係り、特に加速度に応じて移動する可動
電極とそれに対向して配置される固定電極とを有する容
量型加速度センサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an acceleration sensor formed on a semiconductor substrate, and more particularly to a capacitive acceleration sensor having a movable electrode which moves according to acceleration and a fixed electrode which is arranged opposite to the movable electrode.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来技術の加速度センサに、特表平4−5
04003号公報に記載されているモノリシック加速度計が
ある。これは、半導体基板表面に蒸着したポリシリコン
をエッチング加工して、可動電極と固定電極を形成する
薄膜形の容量型加速度センサである。この形の加速度セ
ンサは、電子回路を形成する製造工程との適合性が良
く、可動電極と固定電極と電子回路を同一半導体基板上
に集積することが容易なものである。
2. Description of the Related Art In addition to the conventional acceleration sensor,
There is a monolithic accelerometer described in 04003 publication. This is a thin film type capacitive acceleration sensor in which polysilicon deposited on the surface of a semiconductor substrate is etched to form a movable electrode and a fixed electrode. This type of acceleration sensor has good compatibility with the manufacturing process for forming an electronic circuit, and it is easy to integrate the movable electrode, the fixed electrode, and the electronic circuit on the same semiconductor substrate.

【0003】また、特開平5−52867号公報に記載されて
いる加速度センサは、シリコン基板とガラス基板とを複
数枚張り合わせた積層形の容量型加速度センサである。
中央層の可動電極を上下層の固定電極にて挾み重ね合わ
せるため、気密構造にすることが比較的容易で、ゴミや
水の影響を受けないものである。
The acceleration sensor described in Japanese Patent Laid-Open No. 5-52867 is a laminated capacitive acceleration sensor in which a plurality of silicon substrates and glass substrates are bonded together.
Since the movable electrodes in the central layer are sandwiched and overlapped by the fixed electrodes in the upper and lower layers, it is relatively easy to form an airtight structure and is not affected by dust or water.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来技術の前者のよう
な薄膜形の加速度センサは、加速度に応じて移動する可
動電極とこれに対向して配置される固定電極間のギャッ
プが非常に狭いものである。このため、当該ギャップに
ゴミや水が侵入すると、可動電極が移動不能になり、加
速度センサとして動作しなくなる危惧を持っている。特
に、可動電極と固定電極とを同一半導体基板上に形成し
た薄膜形の加速度センサは、複数の基板を張り合わせる
積層形に比べ気密構造にすることが難しく、ゴミや水の
影響を受け易いものであった。
In the former thin film type acceleration sensor of the prior art, the gap between the movable electrode that moves according to the acceleration and the fixed electrode that faces the movable electrode is very narrow. Is. Therefore, if dust or water enters the gap, the movable electrode may become immovable and may not operate as an acceleration sensor. In particular, a thin film type acceleration sensor in which a movable electrode and a fixed electrode are formed on the same semiconductor substrate is more difficult to have an airtight structure than a laminated type in which a plurality of substrates are attached, and is easily affected by dust and water. Met.

【0005】また、容量型加速度センサにおいて、検出
感度を上げることは、可動電極と固定電極間の静電容
量、即ち可動電極と固定電極間の対向面積を大きくする
ことである。所が、薄膜形の加速度センサの可動電極と
固定電極は、蒸着ポリシリコンを加工して形成されてい
るので、可動電極と固定電極の対向する面の縦方向の長
さ(蒸着ポリシリコンの厚み)は、およそ5μm以下と
非常に薄いものである。従って、厚さが薄い分、横方向
の長さである縁面距離を長くし、必要な当該対向面積を
確保している。このため可動電極と固定電極の形状は、
多数の歯を持つ櫛状に複雑化し、これに伴い各電極から
の引出配線や可動電極を支えるビ−ム形状も複雑になっ
ている。そして、可動電極と固定電極とビ−ムと配線の
構造が複雑化したため、チップ面積の増大を招いてい
た。つまり、前者従来技術は、ゴミや水の影響に対する
配慮と、構造の複雑化によるチップ面積の増大に関して
の考慮に、欠けているものであった。
In the capacitive acceleration sensor, increasing the detection sensitivity is to increase the capacitance between the movable electrode and the fixed electrode, that is, the facing area between the movable electrode and the fixed electrode. However, since the movable electrode and the fixed electrode of the thin film type acceleration sensor are formed by processing the vapor-deposited polysilicon, the vertical length of the facing surface of the movable electrode and the fixed electrode (the thickness of the vapor-deposited polysilicon). ) Is very thin, about 5 μm or less. Therefore, as the thickness is thinner, the edge face distance, which is the length in the lateral direction, is increased to secure the necessary facing area. Therefore, the shapes of the movable electrode and the fixed electrode are
The comb shape having a large number of teeth is complicated, and accordingly, the beam shape for supporting the lead wiring from each electrode and the movable electrode is also complicated. Further, the structure of the movable electrode, the fixed electrode, the beam and the wiring has been complicated, resulting in an increase in the chip area. In other words, the former conventional technique lacks consideration for the influence of dust and water and consideration for increasing the chip area due to the complicated structure.

【0006】一方、後者のような積層形の加速度センサ
は、中央層の可動電極と上下層二個の固定電極が別々の
基板に形成されていて、同一基板に形成されていないも
のである。従って、静電容量の変化を検出するための電
子回路を可動電極の近くに配置することが難しく、当該
センサは浮遊容量の影響を受け易いものであった。ま
た、各電極から電子回路への配線も難しく、この形のセ
ンサの小型化の隘路でもあった。つまり、後者従来技術
は、可動電極と固定電極と電子回路とを同一基板に近接
させて配置し、浮遊容量の影響を低減することやセンサ
を小型化することに関しての配慮に欠けているものであ
った。
On the other hand, in the latter type of laminated acceleration sensor, the movable electrode in the central layer and the two fixed electrodes in the upper and lower layers are formed on different substrates, but not on the same substrate. Therefore, it is difficult to dispose an electronic circuit for detecting a change in capacitance near the movable electrode, and the sensor is easily affected by stray capacitance. Further, it is difficult to connect each electrode to the electronic circuit, which is a bottleneck for downsizing of this type of sensor. That is, the latter conventional technology lacks consideration for reducing the influence of stray capacitance and downsizing the sensor by arranging the movable electrode, the fixed electrode, and the electronic circuit in close proximity to each other on the same substrate. there were.

【0007】このように、従来の容量型加速度センサ
は、一長一短のあるものであった。
As described above, the conventional capacitive acceleration sensor has advantages and disadvantages.

【0008】本発明の目的は、可動電極と固定電極のギ
ャップ部を気密に封止し、可動電極と固定電極を簡単な
形状で形成し、且つ、可動電極と固定電極と電子回路を
同一基板に配置する加速度センサを提供することにあ
る。言い換えると、ゴミや水の影響を受けず、チップ面
積が小さく、且つ、浮遊容量の影響が少ない加速度セン
サを提供することにある。
An object of the present invention is to hermetically seal a gap between a movable electrode and a fixed electrode, to form the movable electrode and the fixed electrode in a simple shape, and to form the movable electrode, the fixed electrode and an electronic circuit on the same substrate. The purpose of the present invention is to provide an acceleration sensor arranged in the. In other words, it is to provide an acceleration sensor that is not affected by dust and water, has a small chip area, and is less affected by stray capacitance.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的は、弾性を有す
る梁にて支持され加速度による慣性力によって移動する
可動電極と、可動電極との間に微小ギャップを有し対向
する固定電極とを備え、可動電極と固定電極間の静電容
量の変化を検出して加速度を測定する加速度センサにお
いて、可動電極および固定電極は、半導体基板の表面か
ら垂直にエッチングを施して可動電極と固定電極との周
囲に微小ギャップを含む溝を堀込み、半導体基板の一部
をエッチングされずに残して形成されたものであって、
別にエッチングされずに残されて可動電極と固定電極と
を絶縁し微小ギャップを保持するように支持する支持体
と、可動電極と固定電極とを上下方向の少なくとも1方
向から挾んで微小ギャップを含む溝を封止する封止体と
を設けることにより達成される。
The object is to provide a movable electrode which is supported by a beam having elasticity and moves by inertial force due to acceleration, and a fixed electrode which has a minute gap between the movable electrode and faces each other. In an acceleration sensor that measures an acceleration by detecting a change in electrostatic capacitance between the movable electrode and the fixed electrode, the movable electrode and the fixed electrode are vertically etched from the surface of the semiconductor substrate so that the movable electrode and the fixed electrode are separated from each other. It is formed by engraving a groove including a minute gap in the periphery and leaving a part of the semiconductor substrate without being etched,
Separately, a support body that is left unetched to insulate the movable electrode and the fixed electrode from each other and supports the movable electrode and the fixed electrode so as to hold the minute gap, and the movable electrode and the fixed electrode sandwich the minute gap from at least one direction in the vertical direction. It is achieved by providing a sealing body that seals the groove.

【0010】また、別にエッチングされずに残されて可
動電極と固定電極とを絶縁し微小ギャップを保持するよ
うに支持する支持体と、可動電極と固定電極とを上下方
向の少なくとも1方向から挾んで微小ギャップを含む溝
を封止する封止体とを設けたものであって、可動電極
は、半導体基板のウエハー面に垂直な方向に支持軸を有
する片側支持の支持体にて半導体基板のウエハー面に垂
直な方向に吊り下げられ、ウエハー面に並行な方向に移
動をするもの、あるいは、可動電極は、半導体基板の表
面近傍に位置し半導体基板のウエハー面に並行な方向に
支持軸を有する支持体にてウエハー面に垂直な方向に吊
り下げられ、支持軸を回転中心として揺動し、ウエハー
面に並行な方向に移動をするものであっても達成され
る。
Further, the movable electrode and the fixed electrode are sandwiched from at least one vertical direction, and a support that is not etched separately and supports the movable electrode and the fixed electrode so as to insulate the movable electrode and the fixed electrode from each other and hold the minute gap. And a sealing body that seals a groove including a minute gap, and the movable electrode is a one-sided support body having a support shaft in a direction perpendicular to the wafer surface of the semiconductor substrate. Those that are suspended in a direction perpendicular to the wafer surface and move in a direction parallel to the wafer surface, or the movable electrode is located near the surface of the semiconductor substrate and has a support shaft in a direction parallel to the wafer surface of the semiconductor substrate. This can be achieved even by suspending in a direction perpendicular to the wafer surface by a supporting body, swinging about a support shaft as a rotation center, and moving in a direction parallel to the wafer surface.

【0011】[0011]

【作用】本発明の加速度センサの構造は、薄膜形と積層
形とを組み合わせた構造である。即ち、可動電極と固定
電極が同一基板上に形成されている薄膜形加速度センサ
の蒸着ポリシリコンに代わり、厚みのあるシリコン基板
を採用する。そして、静電容量が発生する可動電極と固
定電極間の対向する微小ギャップは、エッチング加工法
により、当該シリコン基板の厚み方向に溝を堀込むこと
により形成する。蒸着ポリシリコンの厚みが5μm以下
に対し、シリコン基板の厚みは、およそ100〜200μmで
ある。従って、厚みが厚い分、縁面距離を短くし、簡単
な電極形状で可動電極と固定電極間の対向面積を確保す
る。
The structure of the acceleration sensor of the present invention is a combination of the thin film type and the laminated type. That is, a thick silicon substrate is adopted instead of the vapor-deposited polysilicon of the thin film type acceleration sensor in which the movable electrode and the fixed electrode are formed on the same substrate. Then, the facing minute gap between the movable electrode and the fixed electrode where the electrostatic capacitance is generated is formed by forming a groove in the thickness direction of the silicon substrate by an etching processing method. The vapor-deposited polysilicon has a thickness of 5 μm or less, while the silicon substrate has a thickness of approximately 100 to 200 μm. Therefore, as the thickness is larger, the edge distance is shortened, and the facing area between the movable electrode and the fixed electrode is secured with a simple electrode shape.

【0012】また、可動電極と固定電極が形成されてい
る厚みのあるシリコン基板に、拡散法やエピタキシャル
成長法などにて、絶縁しつつ各電極を支持する支持体を
形成する。
On a thick silicon substrate on which the movable electrode and the fixed electrode are formed, a support for supporting each electrode while insulating is formed by a diffusion method or an epitaxial growth method.

【0013】さらに、可動電極と固定電極と電子回路を
シリコン基板の同一面側に、且つ可動電極と電子回路を
近接して配置し、それらを蒸着アルミ配線で接続する。
Further, the movable electrode, the fixed electrode, and the electronic circuit are arranged on the same surface side of the silicon substrate, and the movable electrode and the electronic circuit are arranged in close proximity to each other, and they are connected by vapor deposition aluminum wiring.

【0014】そして、可動電極と固定電極と電子回路な
どが形成されたシリコン基板を、別の封止体で張り合わ
せる積層構造とする。
Then, the silicon substrate on which the movable electrode, the fixed electrode, the electronic circuit and the like are formed is laminated with another sealing body to form a laminated structure.

【0015】従って、可動電極と固定電極のギャップ部
を気密に封止することは、可動電極と固定電極とを形成
するシリコン基板に、封止体を上下から重ねて蓋をする
ことにより達成される。
Therefore, the airtight sealing of the gap portion between the movable electrode and the fixed electrode is achieved by covering the silicon substrate forming the movable electrode and the fixed electrode with the sealing member from above and below to cover the silicon substrate. It

【0016】また、可動電極と固定電極を簡単な形状に
形成することは、可動電極と固定電極間の対向する面の
厚みを厚くし、縁面距離の短い単純な電極形状で可動電
極と固定電極間の対向面積を確保することにより達成さ
れる。
Further, forming the movable electrode and the fixed electrode in a simple shape makes it possible to increase the thickness of the facing surfaces between the movable electrode and the fixed electrode and to fix the movable electrode and the fixed electrode with a simple electrode shape with a short edge distance. This is achieved by ensuring the facing area between the electrodes.

【0017】さらに、可動電極と固定電極と電子回路を
同一基板に配置することは、可動電極と固定電極と電子
回路とを同一基板に配置できる厚みのあるシリコン基板
構造とすることにより達成される。
Further, disposing the movable electrode, the fixed electrode, and the electronic circuit on the same substrate is achieved by providing a thick silicon substrate structure capable of disposing the movable electrode, the fixed electrode, and the electronic circuit on the same substrate. .

【0018】[0018]

【実施例】以下、本発明による一実施例の加速度センサ
について、図1〜図6により説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An acceleration sensor according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0019】図1は、本実施例の加速度センサの断面図
を示したものである。構成と動作について説明する。本
加速度センサは、絶縁材であるガラス層101、シリコ
ン層103、105の三層より構成されている。そし
て、ガラス層101とシリコン層103はポリシリコン
102を介して接着され、シリコン層103とシリコン
層105は絶縁材である酸化膜104を介して接着され
ている。シリコン層103は固定電極106、108、
可動電極107及び電子回路109から形成されてい
る。この加速度センサに検出加速度方向の加速度が働く
と、可動電極107は慣性力により検出加速度方向に移
動する。可動電極107が検出加速度方向に移動すると
固定電極106と可動電極107間ならびに固定電極1
08と可動電極107間の静電容量が変化する。この静
電容量の変化を電子回路109の出力変化として捉え、
加速度を検出する。
FIG. 1 is a sectional view of the acceleration sensor of this embodiment. The configuration and operation will be described. This acceleration sensor is composed of three layers of a glass layer 101 and silicon layers 103 and 105 which are insulating materials. Then, the glass layer 101 and the silicon layer 103 are bonded to each other via the polysilicon 102, and the silicon layer 103 and the silicon layer 105 are bonded to each other via the oxide film 104 which is an insulating material. The silicon layer 103 has fixed electrodes 106, 108,
It is composed of a movable electrode 107 and an electronic circuit 109. When an acceleration in the detected acceleration direction acts on this acceleration sensor, the movable electrode 107 moves in the detected acceleration direction due to inertial force. When the movable electrode 107 moves in the detected acceleration direction, the distance between the fixed electrode 106 and the movable electrode 107 and the fixed electrode 1
The electrostatic capacitance between 08 and the movable electrode 107 changes. This change in capacitance is taken as a change in the output of the electronic circuit 109,
Detect acceleration.

【0020】図2は、図1の加速度センサの製造工程を
示した図である。
FIG. 2 is a diagram showing a manufacturing process of the acceleration sensor of FIG.

【0021】工程1では、可動電極107との接触を避
けるため予め凹部を形成したシリコン層105に酸化膜
104を形成する。
In step 1, an oxide film 104 is formed on the silicon layer 105 in which a recess is formed in advance in order to avoid contact with the movable electrode 107.

【0022】工程2では、シリコン層105とシリコン
層103を酸化膜104を介して接着する。
In step 2, the silicon layer 105 and the silicon layer 103 are bonded via the oxide film 104.

【0023】工程3では、ポリシリコン102を蒸着す
る。また、シリコン層103のウエハー面に沿って電子
回路109を形成する。可動電極107と固定電極10
6、108とが、同一のシリコン層103に形成される
ので、電子回路109もまた、このように同一のシリコ
ン層103に形成することができる。従って、後工程
で、可動電極と固定電極と電子回路をシリコン層103
の同一面側に、且つ可動電極と電子回路を近接して配置
し、それらを蒸着アルミ配線で接続することができる。
In step 3, polysilicon 102 is deposited. Further, the electronic circuit 109 is formed along the wafer surface of the silicon layer 103. Movable electrode 107 and fixed electrode 10
Since 6 and 108 are formed on the same silicon layer 103, the electronic circuit 109 can also be formed on the same silicon layer 103 in this way. Therefore, in a later step, the movable electrode, the fixed electrode, the electronic circuit, the silicon layer 103
It is possible to dispose the movable electrode and the electronic circuit on the same surface side of, and close to each other, and to connect them by the vapor-deposited aluminum wiring.

【0024】工程4では、エッチングにより、シリコン
層103のウエハー面から、厚み方向に垂直に溝を堀込
み、固定電極106、108及び、可動電極107を形
成する。本実施例では、シリコン層103の厚みは約15
0μmである。溝を堀込むことにより、可動電極と固定
電極間の静電容量が変化するに必要な対向面(対向面
積)が形成される。また、この対向面はシリコン層10
3のダイシング面に並行な面と言える。
In step 4, a groove is formed perpendicularly to the thickness direction from the wafer surface of the silicon layer 103 by etching to form the fixed electrodes 106 and 108 and the movable electrode 107. In this embodiment, the silicon layer 103 has a thickness of about 15
It is 0 μm. By forming the groove, a facing surface (a facing area) necessary for changing the electrostatic capacitance between the movable electrode and the fixed electrode is formed. In addition, the facing surface is a silicon layer 10
It can be said that the surface is parallel to the dicing surface of 3.

【0025】従来の薄膜形の加速度センサでは、可動電
極と固定電極の対向する面の縦方向の長さ(蒸着ポリシ
リコンの厚み)は、およそ5μm以下と非常に薄いもの
である。これは、蒸着と言う製法で形成されるから薄い
のである。蒸着製法により、当該厚みをシリコン基板並
に厚くすることは可能であるが、非常に長時間(数時間
から数十時間位)掛かり、加速度センサの製造工程との
適合性に劣る。
In the conventional thin film type acceleration sensor, the length in the vertical direction (thickness of vapor-deposited polysilicon) of the facing surfaces of the movable electrode and the fixed electrode is very thin, about 5 μm or less. This is thin because it is formed by a manufacturing method called vapor deposition. Although it is possible to make the thickness as thick as a silicon substrate by a vapor deposition manufacturing method, it takes a very long time (from several hours to several tens of hours), and the compatibility with the manufacturing process of the acceleration sensor is poor.

【0026】これに対し、約150μmの既製のシリコン
基板を採用し、当該基板の厚み方向に溝を加工する製造
工程が本発明であり、ライン生産の適合性がある。そし
て、厚さが厚い分、縁面距離を短くし、必要な当該対向
面積を容易に確保することができる。これにより、可動
電極と固定電極の形状は簡単になり、これに伴い各電極
からの引出配線や可動電極を支えるビ−ム形状も簡単に
なる。また、電極形状が簡単であることは、設計工数の
短縮に結び付く効果がある。
On the other hand, the present invention is a manufacturing process in which an off-the-shelf silicon substrate of about 150 μm is adopted and a groove is processed in the thickness direction of the substrate, which is suitable for line production. Then, as the thickness increases, the distance between the edge surfaces can be shortened, and the necessary facing area can be easily secured. As a result, the shapes of the movable electrode and the fixed electrode are simplified, and accordingly, the lead wiring from each electrode and the beam shape for supporting the movable electrode are also simplified. Further, the simple electrode shape has an effect of reducing the design man-hour.

【0027】工程5では、絶縁材であるガラス層101
をポリシリコン102を介して接着し、固定電極10
6、108、可動電極107及び、電子回路109を気
密に封止する。即ち、ガラス層101は封止体であり蓋
である。従って、可動電極と固定電極のギャップ部を気
密に封止することができ、ゴミや水による影響を受けな
くすることができる。なお、ガラス層101に凹部を設
けることにより、ガラス層101と可動電極107が接
触しないようにしている。
In step 5, the glass layer 101, which is an insulating material, is used.
Is bonded via the polysilicon 102, and the fixed electrode 10
6, 108, the movable electrode 107, and the electronic circuit 109 are hermetically sealed. That is, the glass layer 101 is a sealing body and a lid. Therefore, the gap between the movable electrode and the fixed electrode can be hermetically sealed, and the influence of dust and water can be eliminated. Note that the glass layer 101 is provided with a recess so that the glass layer 101 and the movable electrode 107 do not contact with each other.

【0028】また、ポリシリコン102の代わりに低融
点ガラスに、ガラス層101の代わりにシリコン層に置
き換えることが可能である。このようにすれば、電極な
どと封止体(蓋)の間を電気的に絶縁しつつ、気密にす
ることができる。そして、封止体がシリコン層(電気伝
導体)であるので、当該シリコン層を接地(アース)
し、静電誘導と言う外乱による可動電極の誤動作を防止
する「静電シ−ルド効果」を得ることも可能である。
Further, it is possible to replace the polysilicon 102 with a low melting point glass and replace the glass layer 101 with a silicon layer. With this configuration, the electrodes and the sealing body (lid) can be electrically insulated and hermetically sealed. Since the sealing body is a silicon layer (electric conductor), the silicon layer is grounded (earth).
However, it is also possible to obtain an "electrostatic shield effect" that prevents malfunction of the movable electrode due to a disturbance called electrostatic induction.

【0029】さらにまた、電子回路109も気密に封止
されるため、電子回路109の汚染が回避される。この
ため、本加速度センサを実装するためのパッケ−ジは簡
易なもので十分である。
Furthermore, since the electronic circuit 109 is also hermetically sealed, the electronic circuit 109 is prevented from being contaminated. Therefore, a simple package is sufficient for mounting the present acceleration sensor.

【0030】なお、工程4のエッチングは、ドライエッ
チング法を採用することができるので、電子回路109
を汚染することが無い。従って、本実施例の加速度セン
サにおいて、可動電極と固定電極と電子回路とを同一半
導体基板上に形成することがさらに容易である。
Since the dry etching method can be adopted for the etching in the step 4, the electronic circuit 109 is used.
Does not pollute. Therefore, in the acceleration sensor of this embodiment, it is easier to form the movable electrode, the fixed electrode, and the electronic circuit on the same semiconductor substrate.

【0031】図3は、可動電極と固定電極の第1の配置
例を示した図である。
FIG. 3 is a diagram showing a first arrangement example of the movable electrode and the fixed electrode.

【0032】可動電極107はH形状という簡単な電極
形状をしている。可動電極107は、固定部301、3
02、307、310にてシリコン層103に固定さ
れ、ビ−ム303、304、305、306の曲がりに
より図中の左右方向に移動できるようになっている。可
動電極107は、図の長手方向に揺動する。
The movable electrode 107 has a simple H shape. The movable electrode 107 has fixed portions 301, 3
It is fixed to the silicon layer 103 at 02, 307 and 310, and can be moved in the left and right directions in the figure by bending the beams 303, 304, 305 and 306. The movable electrode 107 swings in the longitudinal direction of the figure.

【0033】そして、可動電極107に対向して固定電
極106、108が配置され、可動電極の移動により静
電容量が変化するように配置されている。
The fixed electrodes 106 and 108 are arranged to face the movable electrode 107, and the electrostatic capacitance is changed by the movement of the movable electrode.

【0034】また、可動電極107に対向してストッパ
308、309が配置されている。ストッパ308、3
09と可動電極107間のギャップは、固定電極10
6、108と可動電極107間のギャップより狭くなっ
ており、可動電極が大きく移動しても固定電極には接触
せず、先にストッパに接触するようにしている。即ち可
動電極の移動に制限を与えている。
Further, stoppers 308 and 309 are arranged facing the movable electrode 107. Stoppers 308, 3
09 and the movable electrode 107, the gap between the fixed electrode 10
The gap is smaller than the gap between the movable electrode 107 and the movable electrodes 107 and 108, so that even if the movable electrode largely moves, it does not contact the fixed electrode but contacts the stopper first. That is, the movement of the movable electrode is restricted.

【0035】更に、ストッパ308、309と可動電極
107間を蒸着アルミ配線などで接続し、ストッパと可
動電極を等電位にする。これにより、両者の間の電位差
により発生する静電気力(接触時、ギャップはゼロであ
るため、少しの電位差でも発生する過大な静電気力)に
よる固着が防止される。
Further, the stoppers 308 and 309 and the movable electrode 107 are connected by a vapor-deposited aluminum wiring or the like so that the stopper and the movable electrode have the same potential. This prevents sticking due to the electrostatic force generated by the potential difference between the two (the gap is zero at the time of contact, so an excessive electrostatic force is generated even with a slight potential difference).

【0036】またさらに、ストッパ308、309に突
起部を設け、ストッパと可動電極の接触面積を極力低減
している。これにより、等電位にしても多少は残る極微
な電位差による固着が防止される。
Furthermore, the stoppers 308 and 309 are provided with protrusions to reduce the contact area between the stopper and the movable electrode as much as possible. As a result, even if the potentials are equal, sticking due to a slight potential difference that remains to some extent is prevented.

【0037】即ち、過大な加速度が本加速度センサに加
わり、可動電極107が大きく移動した時に、可動電極
107を可動電極107と等電位で、且つ、接触面積の
少ないストッパ308、309に接触させることで、可
動電極107の溶着や固着を防止するようにしている。
なお、突起部は可動電極107に設けても、ストッパ3
08、309に設けても、あるいはストッパ308、3
09と可動電極107両方に突起部を設けても良い。
That is, when an excessive acceleration is applied to the acceleration sensor and the movable electrode 107 is largely moved, the movable electrode 107 is brought into contact with the stoppers 308 and 309 having the same potential as the movable electrode 107 and a small contact area. Thus, the movable electrode 107 is prevented from being welded or fixed.
Even if the protrusion is provided on the movable electrode 107, the stopper 3
08, 309 or stoppers 308, 3
You may provide a projection part in both 09 and the movable electrode 107.

【0038】尚、固定部301、302、307、31
0と、固定電極106、108と、ストッパ308、3
09とは、シリコン層103を拡散法にて形成する「電
気的に絶縁することができるn拡散層」と言う支持体で
支持されている。
The fixed portions 301, 302, 307, 31
0, fixed electrodes 106 and 108, stoppers 308 and 3
09 is supported by a support called “n diffusion layer capable of electrically insulating”, which is formed by the diffusion method of the silicon layer 103.

【0039】図4は、可動電極と固定電極の第2の配置
例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a second arrangement example of the movable electrode and the fixed electrode.

【0040】可動電極107は、簡単な十字形状で、固
定部401、402、407、409によりシリコン層
105に固定され、ビ−ム403、405、406、4
08の曲がりにより図中の左右方向に移動できるように
なっている。また、可動電極107に対向して固定電極
106、108は配置され、可動電極の移動により静電
容量が変化するように配置されている。
The movable electrode 107 has a simple cross shape and is fixed to the silicon layer 105 by fixing portions 401, 402, 407, 409, and the beams 403, 405, 406, 4 are provided.
The bend of 08 allows movement in the left-right direction in the drawing. Further, the fixed electrodes 106 and 108 are arranged so as to face the movable electrode 107, and the electrostatic capacity is changed by the movement of the movable electrode.

【0041】また、可動電極107に穴が設けられ、こ
の穴の内部にストッパ404が配置されている。第1の
配置例と同様にストッパ404と可動電極107間のギ
ャップは固定電極106、108と可動電極107間の
ギャップより狭く、また、ストッパ404と可動電極1
07は同電位であり、突起部により可動電極107との
接触面積は極力減らされている次に、電子回路109に
ついて図5、図6により説明する。
Further, a hole is provided in the movable electrode 107, and a stopper 404 is arranged inside this hole. Similar to the first arrangement example, the gap between the stopper 404 and the movable electrode 107 is narrower than the gap between the fixed electrodes 106 and 108 and the movable electrode 107, and the stopper 404 and the movable electrode 1 are arranged.
07 is the same potential, and the contact area with the movable electrode 107 is reduced as much as possible by the protrusion. Next, the electronic circuit 109 will be described with reference to FIGS.

【0042】図5は電子回路109の構成図、図6はパ
ルス発生器516の出力波形を示した図である。可動電
極107と「一方の固定電極106」間の静電容量は、
静電容量508で、また、可動電極107と「他方の固
定電極108」間の静電容量は、静電容量514で表示
している。
FIG. 5 is a configuration diagram of the electronic circuit 109, and FIG. 6 is a diagram showing an output waveform of the pulse generator 516. The electrostatic capacitance between the movable electrode 107 and the "one fixed electrode 106" is
The electrostatic capacitance 508 and the electrostatic capacitance between the movable electrode 107 and the "other fixed electrode 108" are indicated by the electrostatic capacitance 514.

【0043】電子回路109は、図6に示される出力波
形のパルス信号を発生し電子回路109を動作させるパ
ルス発生器516と、静電容量508にパルス電圧を印
加するインバ−タゲ−ト506、507と、静電容量5
08に印加したパルス電圧とは逆位相のパルス電圧を静
電容量514に印加するインバ−タゲ−ト513と、静
電容量505にインバ−タゲ−ト512の出力に応じて
位相を反転するパルス信号を印加するインバ−タゲ−ト
501、504、スイッチ502、503から成る位相
反転器と、静電容量505、508、514に充放電さ
れた電荷を積分するスイッチ509、515、インバ−
タゲ−ト511、静電容量510から成る電荷積分器
と、インバ−タゲ−ト511の出力を二値化するインバ
−タゲ−ト512とにより構成される。
The electronic circuit 109 generates a pulse signal having the output waveform shown in FIG. 6 to operate the electronic circuit 109, and an inverter target 506 that applies a pulse voltage to the electrostatic capacitance 508. 507 and capacitance 5
A pulse voltage having a phase opposite to that of the pulse voltage applied to the capacitor 08 is applied to the capacitance 514, and a pulse whose phase is inverted according to the output of the inverter 512 to the capacitance 505. A phase inverter composed of inverter targets 501 and 504 and switches 502 and 503 for applying a signal, switches 509 and 515 for integrating charges charged and discharged to electrostatic capacitances 505, 508 and 514, and an inverter.
It is composed of a charge integrator composed of a target 511 and a capacitance 510, and an invert target 512 which binarizes the output of the invert target 511.

【0044】従って、本電子回路109はスイッチ50
9、515、インバ−タゲ−ト511、静電容量510
により構成される電荷積分器の出力が一定値になるよう
に動作する。また、電荷積分器の出力は静電容量508
の充電電荷と静電容量514の放電電荷の差及び、イン
バ−タゲ−ト512の出力によって決まる静電容量50
5の充電あるいは放電電荷を積分した値に比例する。つ
まり、静電容量508の充電電荷と静電容量514の放
電電荷と、静電容量505の充電あるいは放電電荷の和
の積分値を一定値にするように電子回路109は動作す
る。言い換えれば、静電容量508の充電電荷と静電容
量514の放電電荷の差と、静電容量505の充電ある
いは放電電荷の総和の平均値を等しくする。ここで、静
電容量508の充電電荷は静電容量508の容量値に比
例し、静電容量514の放電電荷は静電容量514の容
量値に比例する。つまり、静電容量508の充電電荷と
静電容量514の放電電荷の差は静電容量508と静電
容量514の差に比例する。また、静電容量505の放
電あるいは充電電荷どちらの電荷が電荷積分器に積分さ
れるかはインバ−タゲ−ト512の出力に依存する。従
って、静電容量505の充電あるいは放電電荷の総和の
平均値はインバ−タゲ−ト512の出力のパルス密度に
比例する。
Therefore, the electronic circuit 109 includes the switch 50.
9, 515, Inverter Target 511, Capacitance 510
It operates so that the output of the charge integrator constituted by is a constant value. The output of the charge integrator is the capacitance 508.
Capacitance 50 determined by the difference between the charged charge of the capacitor and the discharge charge of the capacitor 514 and the output of the inverter target 512.
It is proportional to the integrated value of the charge or discharge charge of 5. That is, the electronic circuit 109 operates so that the integrated value of the sum of the charged charge of the electrostatic capacitance 508, the discharged charge of the electrostatic capacitance 514, and the charged or discharged charge of the electrostatic capacitance 505 becomes a constant value. In other words, the average value of the sum of the charged or discharged charges of the electrostatic capacitance 505 and the difference between the charged charges of the electrostatic capacitance 508 and the discharged charge of the electrostatic capacitance 514 is made equal. Here, the charged charge of the electrostatic capacitance 508 is proportional to the capacitance value of the electrostatic capacitance 508, and the discharged charge of the electrostatic capacitance 514 is proportional to the capacitance value of the electrostatic capacitance 514. That is, the difference between the charge charged in the capacitance 508 and the discharge charge in the capacitance 514 is proportional to the difference between the capacitance 508 and the capacitance 514. The discharge of the electrostatic capacitance 505 or the charge that is integrated into the charge integrator depends on the output of the inverter target 512. Therefore, the average value of the sum of the charge or discharge charges of the electrostatic capacitance 505 is proportional to the pulse density of the output of the inverter target 512.

【0045】即ち、静電容量508と静電容量514の
差に応じてインバ−タゲ−ト512の出力のパルス密度
が変化するので、電子回路109は、このパルス密度の
変化を信号として出力する。そして、静電容量508と
静電容量514の容量値の差分に比例した出力信号よ
り、加速度が検出される。
That is, since the pulse density of the output of the invert target 512 changes according to the difference between the electrostatic capacitance 508 and the electrostatic capacitance 514, the electronic circuit 109 outputs this change in pulse density as a signal. . Then, the acceleration is detected from the output signal proportional to the difference between the capacitance values of the electrostatic capacitance 508 and the electrostatic capacitance 514.

【0046】次に、本発明による他の実施例の加速度セ
ンサについて、図7〜図20により説明する。
Next, an acceleration sensor according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0047】図7は、他の実施例の第1実施例である加
速度センサの断面図、図8は、図7に示された可動電極
709の外観図、図9は、第1実施例の加速度センサの
製造工程を示す図である。
FIG. 7 is a sectional view of an acceleration sensor which is a first embodiment of another embodiment, FIG. 8 is an external view of the movable electrode 709 shown in FIG. 7, and FIG. 9 is a view of the first embodiment. It is a figure which shows the manufacturing process of an acceleration sensor.

【0048】まず、本加速度センサの構造と動作を図7
により説明する。本加速度センサはシリコン層701、
ガラス層702の二層より構成されている。そして、シ
リコン層701に、固定電極708、710、可動電極
709及び電子回路707が配置され、固定電極70
8、710、可動電極709の各電極間を「電気的に絶
縁することができるn拡散」703、704、705、
706が配置されている。また、ガラス層702をシリ
コン層701に接着することにより、固定電極708、
710及び可動電極709を気密に封止する。固定電極
708、710及び可動電極709と電子回路707間
の接続は、シリコン層701の上面からアルミ配線にて
行われる。
First, the structure and operation of this acceleration sensor are shown in FIG.
Will be described. This acceleration sensor has a silicon layer 701,
It is composed of two glass layers 702. Then, the fixed electrodes 708 and 710, the movable electrode 709, and the electronic circuit 707 are arranged on the silicon layer 701.
8, 710, "n diffusion capable of electrically insulating" between the movable electrodes 709, 703, 704, 705,
706 are arranged. Further, by fixing the glass layer 702 to the silicon layer 701, the fixed electrode 708,
710 and the movable electrode 709 are hermetically sealed. The fixed electrodes 708 and 710, the movable electrode 709, and the electronic circuit 707 are connected to each other by aluminum wiring from the upper surface of the silicon layer 701.

【0049】また、可動電極709を加速度により大き
く移動させることが、図8に示すように、可動電極70
9の中央部を厚くすることによる質量の拡大と、シリコ
ン層701への固定用のビ−ム801、802を細くす
ることによるバネ定数の低減とで図られている。
Further, it is possible to move the movable electrode 709 largely by acceleration, as shown in FIG.
This is achieved by increasing the mass by thickening the central portion of 9 and reducing the spring constant by thinning the beams 801 and 802 for fixing to the silicon layer 701.

【0050】図7や図8に示されているように、可動電
極709は、半導体基板であるシリコン層701のウエ
ハー面に垂直な方向の支持軸を有する片側支持の梁、即
ちビ−ム801、802にて、シリコン層701のウエ
ハー面に垂直な方向に吊り下げられている。そして、図
に示されている検出加速度方向に、シリコン層701の
ウエハー面に並行な方向に、移動をするものである。
As shown in FIGS. 7 and 8, the movable electrode 709 has a beam 801 which is a one-sided support beam having a support axis in a direction perpendicular to the wafer surface of the silicon layer 701 which is a semiconductor substrate. , 802 are suspended in a direction perpendicular to the wafer surface of the silicon layer 701. Then, it moves in the direction parallel to the wafer surface of the silicon layer 701 in the detected acceleration direction shown in the figure.

【0051】本加速度センサに検出加速度方向の加速度
が働くと、可動電極709は、慣性力により検出加速度
方向に移動する。可動電極709が検出加速度方向に移
動すると、可動電極709と固定電極708ならびに固
定電極710間の静電容量が変化する。従って、この静
電容量の変化を電子回路707で検出することにより、
加速度に応じた出力を得ることができる。
When an acceleration in the direction of detected acceleration acts on this acceleration sensor, the movable electrode 709 moves in the direction of detected acceleration due to inertial force. When the movable electrode 709 moves in the detected acceleration direction, the electrostatic capacitance between the movable electrode 709, the fixed electrode 708, and the fixed electrode 710 changes. Therefore, by detecting this change in capacitance with the electronic circuit 707,
An output corresponding to the acceleration can be obtained.

【0052】一方、本加速度センサでは、可動電極70
9の縦方向を更に長く(半導体基板の厚みを増す方向
に)形成することにより、可動電極709と固定電極7
08、710間の対向面積(静電容量)を拡大し、更
に、横方向である縁面距離を短縮することが図られてい
る。従って、可動電極と固定電極の形状は、前述の実施
例よりさらに簡単にすることができる。そして、厚みが
増えた分、更に電極形状が簡単になり、シリコン層70
1の平面面積は低減するので、センサの全体形状が小型
化することになる。これはシリコン層701の厚み方向
を利用した利点である。具体的には、シリコン層701
の厚みは、およそ300〜400μmである。これは、前述の
実施例の厚みより2〜3倍である。
On the other hand, in this acceleration sensor, the movable electrode 70
The movable electrode 709 and the fixed electrode 7 are formed by making the vertical direction of 9 longer (in the direction of increasing the thickness of the semiconductor substrate).
It is intended to increase the facing area (capacitance) between 08 and 710 and further reduce the edge distance in the lateral direction. Therefore, the shapes of the movable electrode and the fixed electrode can be made simpler than those in the above-described embodiments. As the thickness is increased, the shape of the electrode is further simplified, and the silicon layer 70
Since the planar area of 1 is reduced, the overall shape of the sensor is downsized. This is an advantage of utilizing the thickness direction of the silicon layer 701. Specifically, the silicon layer 701
Has a thickness of approximately 300 to 400 μm. This is 2-3 times the thickness of the previous example.

【0053】次に、本加速度センサの製造工程を図9に
より説明する。
Next, the manufacturing process of this acceleration sensor will be described with reference to FIG.

【0054】まず、工程1では、p型シリコンであるシ
リコン層701にn拡散703、704、705、70
6、p+拡散901、電子回路707を形成する。な
お、p+拡散901の不純物濃度はシリコン層701の
不純物濃度に比べて十分大きくしている。
First, in step 1, n diffusions 703, 704, 705 and 70 are formed in the silicon layer 701 which is p-type silicon.
6, p + diffusion 901 and electronic circuit 707 are formed. The impurity concentration of the p + diffusion 901 is set sufficiently higher than that of the silicon layer 701.

【0055】工程2では、シリコン層701の底に一部
エッチングにより凹部を形成する。これは、ガラス層7
02を接着しても、可動電極709がガラス層702に
接触せずに移動できるようにするためと、固定電極70
8、710にガラス層702から応力が働くことを防止
するために行っている。
In step 2, a recess is formed in the bottom of the silicon layer 701 by partial etching. This is the glass layer 7
02 so that the movable electrode 709 can move without coming into contact with the glass layer 702.
This is done in order to prevent stress from acting on the glass layers 702 on the layers 8 and 710.

【0056】工程3では、シリコン層701のウエハー
面に対し、垂直方向にエッチング加工法にて溝を堀込
み、固定電極708、710及び可動電極709の原形
となる部分、即ち微小ギャップを形成する。ここでシリ
コン層701のウエハー面から厚み方向に溝を垂直に堀
込み易くするため、「半導体結晶軸の110方向」と直
交するウエハー面を有するシリコン基板が使用される。
これにより、比較的深いエッチング溝をシリコン層70
1のウエハー面からほぼ垂直に堀込むことができる。
In step 3, a groove is formed in the wafer surface of the silicon layer 701 in the vertical direction by an etching method to form original portions of the fixed electrodes 708 and 710 and the movable electrode 709, that is, a minute gap. . Here, in order to make it easier to vertically form a groove in the thickness direction from the wafer surface of the silicon layer 701, a silicon substrate having a wafer surface orthogonal to the “110 direction of the semiconductor crystal axis” is used.
As a result, a relatively deep etching groove is formed in the silicon layer 70.
One can be dug almost vertically from the wafer surface.

【0057】また、エッチング法により溝を掘る時、n
拡散703、704、705、706とシリコン層70
1の間に逆バイアスの電圧を印加し、溝がn拡散70
3、704、705、706の部分で止まるようにして
いる。n拡散703、704、705、706は、穴堀
りで突き当たった岩盤のような天井蓋である。これによ
り、上方向は密閉され、電極形状の安定化が図られる。
尚、天井蓋 また、n拡散703、704、705、706は、シリ
コン層701と固定電極708、710と可動電極70
9のそれぞれを絶縁する重要な役割を担っている。前者
はn極性であり、後者はp極性である。異なる電圧を与
えて両者の間を「電気的に絶縁することができる」。そ
してまた、n拡散703、704、705、706は、
固定電極708、710と可動電極709間の微小ギャ
ップを保持するように、これらを支持している支持体で
ある。
When digging a groove by the etching method, n
Diffusions 703, 704, 705, 706 and silicon layer 70
A reverse bias voltage is applied during 1 and the groove is n-diffused 70
It is designed to stop at the portions 3, 704, 705, 706. The n-diffusions 703, 704, 705, and 706 are bedrock-like ceiling lids that are struck by digging holes. Thereby, the upward direction is sealed and the electrode shape is stabilized.
In addition, the ceiling cover, the n diffusions 703, 704, 705, and 706 are the silicon layer 701, the fixed electrodes 708 and 710, and the movable electrode 70.
It plays an important role in insulating each of the nine. The former is n-polar and the latter is p-polar. By applying different voltages, it is possible to "electrically insulate" between the two. And again, the n diffusions 703, 704, 705, 706 are
It is a support body that supports the fixed electrodes 708 and 710 and the movable electrode 709 so as to hold a minute gap between them.

【0058】さらに、この実施例の場合、n拡散である
支持体が、前述のように天井蓋でもあり、従って、一方
の封止体になっているものである。
Further, in the case of this embodiment, the support body which is n-diffused is also the ceiling lid as described above, and is therefore one sealing body.

【0059】工程4では、p+拡散901を硝酸により
エッチングし取り除く。これにより、可動電極709の
形状を図8に示すように加工する。図8に示すビ−ム8
01、802は、シリコン層701の残部である。
In step 4, the p + diffusion 901 is removed by etching with nitric acid. As a result, the shape of the movable electrode 709 is processed as shown in FIG. Beam 8 shown in FIG.
01 and 802 are the rest of the silicon layer 701.

【0060】工程5では、シリコン層701に他方の封
止体であるガラス層702を陽極接合により接着し、固
定電極708、710及び可動電極709の下方向は密
閉される。これにより、固定電極と可動電極のギャップ
部は、前述のn拡散からなる天井蓋とガラス層702と
で気密に封止され、ゴミや水による影響を受けなくな
る。
In step 5, the glass layer 702 which is the other sealing body is bonded to the silicon layer 701 by anodic bonding, and the fixed electrodes 708 and 710 and the movable electrode 709 are hermetically sealed downward. As a result, the gap between the fixed electrode and the movable electrode is hermetically sealed by the above-described ceiling cover made of n diffusion and the glass layer 702, and is not affected by dust or water.

【0061】図10は、他の実施例の二次元加速度セン
サの概略外観図を示したものである。図7の実施例を応
用したものであり、前後、左右の二次元方向の加速度を
検出する可動電極の配置になっている。本加速度センサ
では、シリコン層1001に、第1の検出加速度方向の
加速度に反応する可動電極1003と、第2の検出加速
度方向の加速度に反応する可動電極1002とが配置さ
れている。従って、図7の実施例の加速度センサで説明
したような可動電極1002、1003をそれぞれの固
定電極に対抗して配置し、電子回路をシリコン層100
1に構成することにより、第1の検出加速度方向と第2
の検出加速度方向の加速度を検出できる二次元加速度セ
ンサを構成することができる。
FIG. 10 is a schematic external view of a two-dimensional acceleration sensor of another embodiment. This is an application of the embodiment shown in FIG. 7, in which movable electrodes are arranged to detect two-dimensional accelerations in the front, rear, left and right directions. In this acceleration sensor, a movable electrode 1003 that reacts to acceleration in the first detected acceleration direction and a movable electrode 1002 that reacts to acceleration in the second detected acceleration direction are arranged on the silicon layer 1001. Therefore, the movable electrodes 1002 and 1003 as described in the acceleration sensor of the embodiment of FIG. 7 are arranged so as to oppose the respective fixed electrodes, and the electronic circuit is provided with the silicon layer 100.
The first detection acceleration direction and the second detection acceleration direction
It is possible to configure a two-dimensional acceleration sensor that can detect acceleration in the detected acceleration direction.

【0062】図11は、他の実施例の第2実施例の加速
度センサを示す図である。図11は、第2実施例の加速
度センサの断面図である。本実施例は、静電容量方式と
は異なるピエゾ抵抗方式を採用したものである。本加速
度センサは、シリコン層1106、ガラス層1107よ
り構成されている。そして、シリコン層1106に、薄
膜部1103、電子回路1104、質量部1105が配
置されており、薄膜部1103に、拡散抵抗1101、
1102が配置されている。
FIG. 11 is a diagram showing an acceleration sensor of a second embodiment of another embodiment. FIG. 11 is a sectional view of the acceleration sensor of the second embodiment. In this embodiment, a piezoresistive method different from the electrostatic capacity method is adopted. The acceleration sensor includes a silicon layer 1106 and a glass layer 1107. Then, the thin film portion 1103, the electronic circuit 1104, and the mass portion 1105 are arranged on the silicon layer 1106, and the thin film portion 1103 has a diffusion resistance 1101,
1102 is arranged.

【0063】本加速度センサに検出加速度方向の加速度
が働くと、質量部1105の懸垂部が慣性力により検出
加速度方向に移動する。質量部1105の懸垂部が検出
加速度方向に移動すると薄膜部1103に応力が働き、
拡散抵抗1101、1102の抵抗値が変化する。この
拡散抵抗1101、1102の抵抗値の変化を電子回路
1104で検出することにより加速度に応じた出力を得
ることができる。なお、本実施例においてもシリコン層
1106にガラス層1107を接着することにより、質
量部1105を気密に封止できるので、水分やゴミの影
響を無くすことができる。
When an acceleration in the detected acceleration direction acts on this acceleration sensor, the suspended portion of the mass portion 1105 moves in the detected acceleration direction due to inertial force. When the suspended portion of the mass portion 1105 moves in the detected acceleration direction, stress acts on the thin film portion 1103,
The resistance values of the diffused resistors 1101 and 1102 change. By detecting the change in the resistance value of the diffused resistors 1101 and 1102 with the electronic circuit 1104, an output according to the acceleration can be obtained. Also in this embodiment, the mass portion 1105 can be hermetically sealed by adhering the glass layer 1107 to the silicon layer 1106, so that the influence of water and dust can be eliminated.

【0064】図12、図13、図14は、他の実施例の
第3実施例の加速度センサを示す図である。図12は、
第3実施例の加速度センサの断面図、図13は図12の
シリコン層1201を裏返して見た斜視図、図14は第
3実施例の加速度センサの製造工程を示す図である。
FIG. 12, FIG. 13 and FIG. 14 are views showing the acceleration sensor of the third embodiment of the other embodiments. Figure 12
FIG. 13 is a cross-sectional view of the acceleration sensor of the third embodiment, FIG. 13 is a perspective view of the silicon layer 1201 of FIG. 12 turned upside down, and FIG. 14 is a diagram showing a manufacturing process of the acceleration sensor of the third embodiment.

【0065】まず、本加速度センサの構成を図12、図
13により説明する。本加速度センサは、シリコン層1
201をエッチングし、固定電極1203、1205、
ビ−ム1207に支持された可動電極1204を形成
し、シリコン層1201の上面に電子回路1206を配
置し、シリコン層1201の凹部を気密に封止するよう
にガラス層1202を張り合わせることにより構成され
ている。
First, the structure of the present acceleration sensor will be described with reference to FIGS. This acceleration sensor has a silicon layer 1
201 is etched and fixed electrodes 1203, 1205,
A movable electrode 1204 supported by the beam 1207 is formed, an electronic circuit 1206 is arranged on the upper surface of the silicon layer 1201, and a glass layer 1202 is laminated so as to hermetically seal the concave portion of the silicon layer 1201. Has been done.

【0066】本加速度センサに検出加速度方向の加速度
が働くと可動電極1204は慣性力により検出加速度方
向に移動する。可動電極1204が検出加速度方向に移
動すると可動電極1204と固定電極1203、120
5間の静電容量が変化する。この静電容量の変化を電子
回路1206によって検出することで加速度に応じた出
力を得ることができる。なお、固定電極1203、12
05、可動電極1204から電子回路1206への配線
はシリコン層1201の上面からアルミ配線により行
う。また、シリコン層1201の下側にはガラス層12
02を接着し、固定電極1203、1205、可動電極
1204を気密に封止することで、ゴミや水分による影
響を無くすことができる。
When acceleration in the detected acceleration direction acts on this acceleration sensor, the movable electrode 1204 moves in the detected acceleration direction due to inertial force. When the movable electrode 1204 moves in the detected acceleration direction, the movable electrode 1204 and the fixed electrodes 1203, 120
The capacitance between 5 changes. An output according to the acceleration can be obtained by detecting the change in the electrostatic capacitance by the electronic circuit 1206. The fixed electrodes 1203, 12
05, wiring from the movable electrode 1204 to the electronic circuit 1206 is performed by aluminum wiring from the upper surface of the silicon layer 1201. The glass layer 12 is provided below the silicon layer 1201.
02 is adhered and the fixed electrodes 1203, 1205 and the movable electrode 1204 are hermetically sealed, so that the influence of dust and water can be eliminated.

【0067】次に、本加速度センサの製造方法を図14
により説明する。まず、工程1ではp型のシリコン層1
201にリンなどを高濃度に拡散し、p+拡散140
1、1402、1403を形成する。工程2ではシリコ
ン層1201にエピタキシャル成長によりp型エピ層1
404を形成する。
Next, a method of manufacturing this acceleration sensor will be described with reference to FIG.
Will be described. First, in step 1, the p-type silicon layer 1
Diffuse phosphorus into 201 with high concentration and p + diffuse 140
1, 1402, 1403 are formed. In step 2, the p-type epi layer 1 is epitaxially grown on the silicon layer 1201.
404 is formed.

【0068】工程3ではエピタキシャル成長によりシリ
コン層1201と極性の異なるn型エピ層1405を形
成する。このn型エピ層1405は、シリコン層120
1と固定電極1203、1205と可動電極1204と
をそれぞれ絶縁し、且つ固定電極と可動電極間の微小ギ
ャップを保持するように、これらを支持している支持体
である。
In step 3, an n-type epi layer 1405 having a polarity different from that of the silicon layer 1201 is formed by epitaxial growth. The n-type epi layer 1405 is the silicon layer 120.
1 and the fixed electrodes 1203, 1205 and the movable electrode 1204, respectively, and support them so as to hold them so as to hold a minute gap between the fixed electrode and the movable electrode.

【0069】工程4ではシリコン層1201にリン拡散
を行いp+拡散1406、1407及び電子回路120
6を形成する。工程5ではシリコン層1201を下部か
ら上部に向かって垂直にエッチングし、p+拡散140
1、1402、1403、1406、1407の周囲に
溝を堀込む。このエッチングにより、固定電極と可動電
極間のギャップが形成される。この時、エッチングがシ
リコン層1201に形成したn型エピ層1405で止ま
るようにn型エピ層1405とシリコン層1201間に
逆バイアスの電圧を印加する。
In step 4, phosphorus diffusion is performed on the silicon layer 1201 and p + diffusions 1406 and 1407 and the electronic circuit 120 are performed.
6 is formed. In step 5, the silicon layer 1201 is vertically etched from the bottom to the top, and the p + diffusion 140
A groove is formed around 1, 1402, 1403, 1406, 1407. This etching forms a gap between the fixed electrode and the movable electrode. At this time, a reverse bias voltage is applied between the n-type epi layer 1405 and the silicon layer 1201 so that the etching stops at the n-type epi layer 1405 formed in the silicon layer 1201.

【0070】n型エピ層1405は、穴堀りで突き当た
った岩盤のような天井蓋である。工程6では工程5のエ
ッチングを更に進める。この時、p+拡散1401、1
402、1403、1406、1407の部分は拡散濃
度が高いためにエッチングされずに残る。これによりp
+拡散1401、1406により残された部分が固定電
極1203に、p+拡散1403、1407により残さ
れた部分が固定電極1205に、p+拡散1402によ
り残された部分が可動電極1204にそれぞれ形成され
る。工程7ではシリコン層1201の下部にガラス層1
202を接着し、固定電極1203、1205、可動電
極1204を気密に封止する。
The n-type epi layer 1405 is a rock-like ceiling cover that abuts against a hole. In step 6, the etching in step 5 is further advanced. At this time, p + diffusion 1401, 1
The portions 402, 1403, 1406, and 1407 have a high diffusion concentration and therefore remain without being etched. This gives p
The portions left by the + diffusions 1401 and 1406 are formed on the fixed electrode 1203, the portions left by the p + diffusions 1403 and 1407 are formed on the fixed electrode 1205, and the portions left by the p + diffusion 1402 are formed on the movable electrode 1204. In step 7, the glass layer 1 is formed under the silicon layer 1201.
202 is adhered and the fixed electrodes 1203 and 1205 and the movable electrode 1204 are hermetically sealed.

【0071】図15、図16、図17は、第4実施例の
加速度センサを示す図である。図15は、第4実施例の
加速度センサの断面図、図16は、シリコン層1502
の断面斜視図、図17は、第4実施例の加速度センサの
製造工程を示す図である。
FIGS. 15, 16 and 17 are views showing the acceleration sensor of the fourth embodiment. FIG. 15 is a sectional view of the acceleration sensor of the fourth embodiment, and FIG. 16 is a silicon layer 1502.
17 is a cross-sectional perspective view of FIG. 17, and FIG. 17 is a diagram showing a manufacturing process of the acceleration sensor of the fourth embodiment.

【0072】まず、本加速度センサの構成を図15、図
16により説明する。本加速度センサはガラス層150
1、1503、シリコン層1502より構成されてい
る。そして、シリコン層1502は、固定電極150
7、1509、ビーム1701、ビ−ム1701に吊り
下げられた可動電極1508、シリコン層1502と固
定電極1507、1509と可動電極1508間をそれ
ぞれ絶縁するために配置したn拡散1504、150
5、1506から構成されている。
First, the structure of the present acceleration sensor will be described with reference to FIGS. This acceleration sensor has a glass layer 150.
1, 1503, and a silicon layer 1502. Then, the silicon layer 1502 forms the fixed electrode 150.
7, 1509, the beam 1701, the movable electrode 1508 suspended from the beam 1701, the silicon layer 1502, the fixed electrodes 1507 and 1509, and the n diffusions 1504 and 150 arranged to insulate the movable electrode 1508 from each other.
5, 1506.

【0073】図16を参照して、n拡散1504、15
05、1506は、シリコン層1502と固定電極15
07、1509と可動電極1508をそれぞれ絶縁し、
且つ固定電極と可動電極間の微小ギャップを保持するよ
うに、これらを支持している支持体である。更に、可動
電極1508は、半導体基板であるシリコン層1502
の表面近傍に位置し、シリコン層1502のウエハー面
に並行な方向の支持軸を有する梁、即ちビ−ム1701
にて、シリコン層1502のウエハー面に垂直な方向に
吊り下げられている。そして、可動電極1508は、当
該支持軸を回転中心として揺動し、図15に示されてい
る検出加速度方向に、当該ウエハー面に並行な方向に移
動をするものである。
Referring to FIG. 16, n diffusions 1504, 15
05 and 1506 are the silicon layer 1502 and the fixed electrode 15.
07 and 1509 are insulated from the movable electrode 1508,
In addition, it is a support body that supports the fixed electrode and the movable electrode so as to hold a minute gap between them. Further, the movable electrode 1508 has a silicon layer 1502 which is a semiconductor substrate.
Beam 1701 located near the surface of the silicon layer 1502 and having a support axis in a direction parallel to the wafer surface of the silicon layer 1502.
At, the silicon layer 1502 is hung in a direction perpendicular to the wafer surface. The movable electrode 1508 swings around the support shaft as a rotation center and moves in the direction of the detected acceleration shown in FIG. 15 in the direction parallel to the wafer surface.

【0074】本加速度センサに検出加速度方向の加速度
が働くと、可動電極1508は慣性力を受け、可動電極
1508の揺動により、ビーム1701が捩じれ、可動
電極1508は検出加速度方向に移動する。この移動に
より可動電極1508と固定電極1507ならびに固定
電極1509間の静電容量が変化する。この静電容量の
変化を検出することで加速度に応じた出力を得ることが
できる。なお、図15では省略したが、電子回路をシリ
コン層1502に形成することは容易に可能である。
When an acceleration in the detected acceleration direction acts on this acceleration sensor, the movable electrode 1508 receives an inertial force, the beam 1701 is twisted by the swing of the movable electrode 1508, and the movable electrode 1508 moves in the detected acceleration direction. This movement changes the electrostatic capacitance between the movable electrode 1508, the fixed electrode 1507, and the fixed electrode 1509. An output according to the acceleration can be obtained by detecting the change in the electrostatic capacitance. Although not shown in FIG. 15, an electronic circuit can be easily formed in the silicon layer 1502.

【0075】次に、本加速度センサの製造方法を図17
により説明する。まず、工程1ではシリコン層1502
にn拡散1504、1505、1506を形成する。こ
こで、n拡散1505はビーム1701になる部分でも
ある。工程2ではシリコン層1502の底にエッチング
により凹部を形成する。これは、ガラス層1503を接
着しても、可動電極1508がガラス層1503に接触
せずに移動できるようにするためと、固定電極150
7、1509にガラス層1502から応力が働くことを
防止するために行う。工程3ではシリコン層1502を
垂直にエッチングし、固定電極1507、1509、可
動電極1508、ビーム1701を形成する。この時、
n拡散1504、1505、1506とシリコン層15
02に逆バイアスを印加し、n拡散1504、150
5、1506の部分がエッチングされずに残るようにす
る。
Next, a method of manufacturing this acceleration sensor will be described with reference to FIG.
Will be described. First, in step 1, the silicon layer 1502
Then, n diffusions 1504, 1505, and 1506 are formed. Here, the n diffusion 1505 is also a portion that becomes the beam 1701. In step 2, a recess is formed in the bottom of the silicon layer 1502 by etching. This is because even if the glass layer 1503 is adhered, the movable electrode 1508 can move without coming into contact with the glass layer 1503.
7, 1509 to prevent the glass layer 1502 from exerting a stress. In step 3, the silicon layer 1502 is vertically etched to form fixed electrodes 1507 and 1509, a movable electrode 1508, and a beam 1701. This time,
n diffusions 1504, 1505, 1506 and silicon layer 15
02 by applying a reverse bias to the n diffusions 1504, 150
The portions 5 and 1506 are left unetched.

【0076】工程4では、封止体であるガラス層150
1、1503をシリコン層1502に陽極接合により接
着し、固定電極1507、1509、可動電極1508
を気密に封止する。
In step 4, the glass layer 150 which is the sealing body.
1, 1503 are bonded to the silicon layer 1502 by anodic bonding, and fixed electrodes 1507 and 1509 and movable electrode 1508 are attached.
Is hermetically sealed.

【0077】図18、図19、図20は、第5実施例の
加速度センサを示す図である。図18は、第5実施例の
加速度センサの断面図、図19は、第5実施例の加速度
センサの前半の製造工程を、図20は、後半の製造工程
を示す図である。
18, 19, and 20 are views showing the acceleration sensor of the fifth embodiment. FIG. 18 is a sectional view of the acceleration sensor of the fifth embodiment, FIG. 19 is a diagram showing the first half of the manufacturing process of the acceleration sensor of the fifth embodiment, and FIG. 20 is a diagram of the second half of the manufacturing process.

【0078】まず、本加速度センサの構造と動作を図1
8により説明する。本加速度センサはシリコン層180
1、ガラス層1802より構成されている。シリコン層
1801に固定電極1803、1805及び、可動電極
1806が配置され、可動電極1806の電気的な信号
をシリコン層1801の上面に取り出すためにp+拡散
1804が配置されている。また、p+拡散1804は
可動電極1806を支えるビ−ムの役割も果たしてい
る。また、ガラス層1802をシリコン層1801に接
着することで、固定電極1803、1805及び可動電
極1806のギャップ部を気密に封止している。
First, the structure and operation of this acceleration sensor are shown in FIG.
8 will be described. This acceleration sensor has a silicon layer 180.
1 and the glass layer 1802. Fixed electrodes 1803 and 1805 and a movable electrode 1806 are arranged on the silicon layer 1801, and a p + diffusion 1804 is arranged to take out an electric signal of the movable electrode 1806 to the upper surface of the silicon layer 1801. The p + diffusion 1804 also plays the role of a beam for supporting the movable electrode 1806. Further, by bonding the glass layer 1802 to the silicon layer 1801, the gap portions of the fixed electrodes 1803 and 1805 and the movable electrode 1806 are hermetically sealed.

【0079】本加速度センサに検出加速度方向の加速度
が働くと慣性力により、可動電極1806は検出加速度
方向に回転する。可動電極1806が検出加速度方向に
回転すると可動電極1806と固定電極1803ならび
に固定電極1805間の静電容量が変化する。従って、
この静電容量の変化から加速度を検出することができ
る。なお、図18では省略したが電子回路をシリコン層
1801に形成することは容易に可能である。
When an acceleration in the detected acceleration direction acts on this acceleration sensor, the movable electrode 1806 rotates in the detected acceleration direction due to the inertial force. When the movable electrode 1806 rotates in the detected acceleration direction, the electrostatic capacitance between the movable electrode 1806, the fixed electrode 1803, and the fixed electrode 1805 changes. Therefore,
The acceleration can be detected from this change in capacitance. Although not shown in FIG. 18, it is possible to easily form an electronic circuit on the silicon layer 1801.

【0080】次に、本加速度センサの製造工程を図1
9、図20により説明する。
Next, the manufacturing process of this acceleration sensor is shown in FIG.
9 and FIG. 20.

【0081】まず、工程1では、p型シリコンであるシ
リコン層1801に部分的に酸化膜1901を形成す
る。この酸化膜1901は固定電極1803、1805
と可動電極1806間のギャップを形成するためのもの
で、酸化膜1901の厚さを管理することにより固定電
極1803、1805と可動電極1806間のギャップ
を管理することができる。
First, in step 1, an oxide film 1901 is partially formed on the silicon layer 1801 which is p-type silicon. The oxide film 1901 is formed on the fixed electrodes 1803 and 1805.
The gap between the fixed electrodes 1803 and 1805 and the movable electrode 1806 can be controlled by controlling the thickness of the oxide film 1901.

【0082】工程2では、シリコン層1801に、エピ
タキシャル成長を行い、シリコン層1801と極性の異
なるn型エピ層1902を形成する。このn型エピ層1
902は、シリコン層1801と固定電極1803、1
805と可動電極1806とをそれぞれ絶縁し、且つ固
定電極と可動電極間の微小ギャップを保持するように、
これらを支持している支持体である。
In step 2, the silicon layer 1801 is epitaxially grown to form an n-type epi layer 1902 having a polarity different from that of the silicon layer 1801. This n-type epi layer 1
902 is a silicon layer 1801 and fixed electrodes 1803, 1
805 and the movable electrode 1806 are insulated from each other, and a small gap between the fixed electrode and the movable electrode is maintained,
It is a support that supports these.

【0083】工程3では、p+拡散により固定電極18
03、1805及び、可動電極1806とn型エピ層1
902の上面を電気的に接続するためのp+拡散180
4を形成する。前述したように、p+拡散1804はビ
−ムでもある。このビ−ムは、例えば、一本の円柱また
は角柱で形成することもできる。
In step 3, the fixed electrode 18 is formed by p + diffusion.
03, 1805, the movable electrode 1806 and the n-type epi layer 1
P + diffusion 180 for electrically connecting the top surface of 902
4 is formed. As mentioned above, the p + diffusion 1804 is also a beam. The beam can also be formed of, for example, a single cylinder or prism.

【0084】工程4では、シリコン層1801の底部に
エッチングにより凹部を形成する。
In step 4, a recess is formed in the bottom of the silicon layer 1801 by etching.

【0085】工程5では、シリコン層1801の底部か
ら天井部に向かってエッチングを行い、可動電極180
6を形成する。可動電極1806の形状は、例えば、円
盤形状とすることもできる。そして、前述の一本のビ−
ム柱であるp+拡散1804で支える構造とする。この
場合、固定電極は多数個に分割する。このようにすれ
ば、センサチップの長手方向であれば、前後左右あらゆ
る方向の加速度の検出が可能となる。
In step 5, the etching is performed from the bottom of the silicon layer 1801 toward the ceiling to move the movable electrode 180.
6 is formed. The shape of the movable electrode 1806 can be, for example, a disc shape. And the one beer
The structure is supported by p + diffusion 1804 which is a pillar. In this case, the fixed electrode is divided into a large number. By doing so, it is possible to detect the acceleration in all directions in the longitudinal direction of the sensor chip.

【0086】工程6では、酸化膜1901をエッチング
により取り除き、固定電極1803、1805と可動電
極1806間のギャップを形成する。この場合において
も、n型エピ層1902は、岩盤のような天井蓋であ
る。この実施例の場合も、n型エピ層1902からなる
支持体が、天井蓋となっていて、一方の封止体になって
いるものである。
In step 6, the oxide film 1901 is removed by etching to form a gap between the fixed electrodes 1803 and 1805 and the movable electrode 1806. Also in this case, the n-type epi layer 1902 is a rock-like ceiling lid. Also in the case of this embodiment, the support made of the n-type epi layer 1902 serves as a ceiling cover, which is one of the sealing bodies.

【0087】工程7では、シリコン層1801に他方の
封止体であるガラス層1802を接着し封止する。
In step 7, the glass layer 1802, which is the other sealing body, is bonded and sealed to the silicon layer 1801.

【0088】[0088]

【発明の効果】本発明によれば、可動電極と固定電極の
ギャップ部を気密に封止し、可動電極と固定電極を簡単
な形状で形成し、且つ、固定電極と可動電極と電子回路
を同一基板に配置することができるので、ゴミや水の影
響を受けず、チップ面積が小さく、且つ、浮遊容量の影
響が小さい加速度センサを提供することができる。
According to the present invention, the gap between the movable electrode and the fixed electrode is hermetically sealed, the movable electrode and the fixed electrode are formed in a simple shape, and the fixed electrode, the movable electrode and the electronic circuit are formed. Since they can be arranged on the same substrate, it is possible to provide an acceleration sensor that is not affected by dust or water, has a small chip area, and is less affected by stray capacitance.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による一実施例の加速度センサの断面図
を示したものである。
FIG. 1 is a sectional view of an acceleration sensor according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の加速度センサの製造工程を示した図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing a manufacturing process of the acceleration sensor of FIG.

【図3】図1の加速度センサの可動電極と固定電極の第
1の配置例を示す図である。
3 is a diagram showing a first arrangement example of movable electrodes and fixed electrodes of the acceleration sensor of FIG.

【図4】図1の加速度センサの可動電極と固定電極の第
2の配置例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a second arrangement example of movable electrodes and fixed electrodes of the acceleration sensor of FIG.

【図5】電子回路109の構成図である。5 is a configuration diagram of an electronic circuit 109. FIG.

【図6】パルス発生器516の出力波形を示した図であ
る。
FIG. 6 is a diagram showing an output waveform of a pulse generator 516.

【図7】本発明による他の実施例の第1実施例である加
速度センサの断面図を示したものである。
FIG. 7 shows a sectional view of an acceleration sensor according to a first embodiment of another embodiment of the present invention.

【図8】第1実施例の可動電極709の外観図である。FIG. 8 is an external view of a movable electrode 709 according to the first embodiment.

【図9】第1実施例の加速度センサの製造工程を示す図
である。
FIG. 9 is a diagram showing a manufacturing process of the acceleration sensor according to the first embodiment.

【図10】他の実施例の二次元加速度センサの概略外観
図を示したものである。
FIG. 10 is a schematic external view of a two-dimensional acceleration sensor according to another embodiment.

【図11】他の実施例の第2実施例である加速度センサ
の断面図を示したものである。
FIG. 11 shows a sectional view of an acceleration sensor according to a second embodiment of the other embodiments.

【図12】第3実施例の加速度センサの断面図である。FIG. 12 is a sectional view of an acceleration sensor according to a third embodiment.

【図13】第3実施例のシリコン層1201を裏返して
見た斜視図である。
FIG. 13 is a perspective view of the silicon layer 1201 according to the third embodiment as seen inside out.

【図14】第3実施例の加速度センサの製造工程を示す
図である。
FIG. 14 is a diagram showing a manufacturing process of the acceleration sensor according to the third embodiment.

【図15】第4実施例の加速度センサの断面図である。FIG. 15 is a sectional view of an acceleration sensor according to a fourth embodiment.

【図16】第4実施例のシリコン層1502の断面斜視
図である。
FIG. 16 is a sectional perspective view of a silicon layer 1502 according to a fourth embodiment.

【図17】第4実施例の加速度センサの製造工程を示す
図である。
FIG. 17 is a diagram showing a manufacturing process of the acceleration sensor according to the fourth embodiment.

【図18】第5実施例の加速度センサの断面図である。FIG. 18 is a sectional view of an acceleration sensor according to a fifth embodiment.

【図19】第5実施例の加速度センサの前半の製造工程
を示す図である。
FIG. 19 is a diagram showing a manufacturing process of the first half of the acceleration sensor according to the fifth embodiment.

【図20】第5実施例の加速度センサの後半の製造工程
を示す図である。
FIG. 20 is a diagram showing a manufacturing process of the latter half of the acceleration sensor of the fifth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101…ガラス層、102…ポリシリコン、103…シ
リコン層、104…酸化膜、105…シリコン層、10
6…固定電極、107…可動電極、108…固定電極、
109…電子回路、301…固定部、302…固定部、
303…ビ−ム、304…ビ−ム、305…ビ−ム、3
06…ビ−ム、307…固定部、308…ストッパ、3
09…ストッパ、310…固定部、401…固定部、4
02…固定部、403…ビ−ム、404…ストッパ、4
05…ビ−ム、406…ビ−ム、407…固定部、40
8…ビ−ム、409…固定部、501…インバ−タゲ−
ト、502…スイッチ、503…スイッチ、504…イ
ンバ−タゲ−ト、505…静電容量、506…インバ−
タゲ−ト、507…インバ−タゲ−ト、508…静電容
量、509…スイッチ、510…静電容量、511…イ
ンバ−タゲ−ト、512…インバ−タゲ−ト、513…
インバ−タゲ−ト、514…静電容量、515…スイッ
チ、516…パルス発生器、701…シリコン層、70
2…ガラス層、703…n拡散、704…n拡散、70
5…n拡散、706…n拡散、707…電子回路、70
8…固定電極、709…可動電極、710…固定電極、
801…ビ−ム、802…ビ−ム、901…p+拡散、
1001…シリコン層、1002…可動電極、1003
…可動電極、1101…拡散抵抗、1102…拡散抵
抗、1103…薄膜部、1104…電子回路、1105
…質量部、1106…シリコン層、1107…ガラス
層、1201…シリコン層、1202…ガラス層、12
03…固定電極、1204…可動電極、1205…固定
電極、1206…電子回路、1207…ビ−ム、140
1…p+拡散、1402…p+拡散、1403…p+拡
散、1404…p型エピ層、1405…n型エピ層、1
406…p+拡散、1407…p+拡散、1501…ガ
ラス層、1502…シリコン層、1503…ガラス層、
1504…n拡散、1505…n拡散、1506…n拡
散、1507…固定電極、1508…可動電極、150
9…固定電極、1701…ビ−ム、1801…シリコン
層、1802…ガラス層、1803…固定電極、180
4…p+拡散、1805…固定電極、1806…可動電
極、1901…酸化膜、1902…エピ層、
101 ... Glass layer, 102 ... Polysilicon, 103 ... Silicon layer, 104 ... Oxide film, 105 ... Silicon layer, 10
6 ... Fixed electrode, 107 ... Movable electrode, 108 ... Fixed electrode,
109 ... Electronic circuit, 301 ... Fixed part, 302 ... Fixed part,
303 ... Beam, 304 ... Beam, 305 ... Beam, 3
06 ... Beam, 307 ... Fixed part, 308 ... Stopper, 3
09 ... Stopper, 310 ... Fixed part, 401 ... Fixed part, 4
02: fixed part, 403: beam, 404: stopper, 4
05 ... beam, 406 ... beam, 407 ... fixing part, 40
8 ... Beam, 409 ... Fixed part, 501 ... Inverter target
502 ... Switch, 503 ... Switch, 504 ... Inverter target, 505 ... Electrostatic capacitance, 506 ... Inverter
Target, 507 ... Invert target, 508 ... Electrostatic capacity, 509 ... Switch, 510 ... Electrostatic capacity, 511 ... Invert target, 512 ... Invert target, 513 ...
Inverter target, 514 ... Electrostatic capacitance, 515 ... Switch, 516 ... Pulse generator, 701 ... Silicon layer, 70
2 ... glass layer, 703 ... n diffusion, 704 ... n diffusion, 70
5 ... n diffusion, 706 ... n diffusion, 707 ... electronic circuit, 70
8 ... Fixed electrode, 709 ... Movable electrode, 710 ... Fixed electrode,
801 ... beam, 802 ... beam, 901 ... p + diffusion,
1001 ... Silicon layer, 1002 ... Movable electrode, 1003
... movable electrode, 1101 ... diffusion resistance, 1102 ... diffusion resistance, 1103 ... thin film portion, 1104 ... electronic circuit, 1105
Mass part, 1106 ... Silicon layer, 1107 ... Glass layer, 1201 ... Silicon layer, 1202 ... Glass layer, 12
03 ... Fixed electrode, 1204 ... Movable electrode, 1205 ... Fixed electrode, 1206 ... Electronic circuit, 1207 ... Beam, 140
1 ... p + diffusion, 1402 ... p + diffusion, 1403 ... p + diffusion, 1404 ... p type epi layer, 1405 ... n type epi layer, 1
406 ... p + diffusion, 1407 ... p + diffusion, 1501 ... glass layer, 1502 ... silicon layer, 1503 ... glass layer,
1504 ... n diffusion, 1505 ... n diffusion, 1506 ... n diffusion, 1507 ... fixed electrode, 1508 ... movable electrode, 150
9 ... Fixed electrode, 1701 ... Beam, 1801 ... Silicon layer, 1802 ... Glass layer, 1803 ... Fixed electrode, 180
4 ... p + diffusion, 1805 ... fixed electrode, 1806 ... movable electrode, 1901 ... oxide film, 1902 ... epi layer,

フロントページの続き (72)発明者 鵜飼 征一 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 佐藤 一雄 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 小出 晃 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内Front Page Continuation (72) Inventor Seiichi Ukai 7-1 Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Hitachi Ltd. Hitachi Research Laboratory, Ltd. (72) Inventor, Akira Koide 502, Kamidate-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Hiritsu Manufacturing Co., Ltd.

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】弾性を有する梁にて支持され加速度による
慣性力によって移動する可動電極と、前記可動電極との
間に微小ギャップを有し対向する固定電極とを備え、前
記可動電極と前記固定電極間の静電容量の変化を検出し
て加速度を測定する加速度センサにおいて、 前記可動電極および前記固定電極は、半導体基板の表面
から垂直にエッチングを施して前記可動電極と前記固定
電極との周囲に前記微小ギャップを含む溝を堀込み、前
記半導体基板の一部をエッチングされずに残して形成さ
れたものであって、 別にエッチングされずに残されて前記可動電極と前記固
定電極とを絶縁し前記微小ギャップを保持するように支
持する支持体と、前記可動電極と前記固定電極とを上下
方向の少なくとも1方向から挾んで前記微小ギャップを
含む前記溝を封止する封止体とを設けたことを特徴とす
る加速度センサ。
1. A movable electrode, which is supported by an elastic beam and moves by an inertial force due to acceleration, and a fixed electrode which has a minute gap between the movable electrode and faces each other, and the movable electrode and the fixed electrode. In an acceleration sensor that measures acceleration by detecting a change in electrostatic capacitance between electrodes, the movable electrode and the fixed electrode are vertically etched from the surface of a semiconductor substrate to surround the movable electrode and the fixed electrode. A groove including the minute gap is dug in to form a part of the semiconductor substrate without being etched, and the movable electrode and the fixed electrode are insulated from each other by being left without being etched. Before including the minute gap, the support body that supports the minute gap and the movable electrode and the fixed electrode are sandwiched from at least one of the vertical direction. An acceleration sensor, characterized in that a sealing member for sealing the groove.
【請求項2】請求項1において、前記支持体は、前記半
導体基板に不純物を拡散し形成した拡散層またはエピタ
キシャル成長により形成した絶縁層からなるものである
ことを特徴とする加速度センサ。
2. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the support comprises a diffusion layer formed by diffusing impurities in the semiconductor substrate or an insulating layer formed by epitaxial growth.
【請求項3】請求項1において、前記可動電極と前記固
定電極とを上下方向から挾む少なくとも一方の前記封止
体は、前記支持体と同一のものであることを特徴とする
加速度センサ。
3. The acceleration sensor according to claim 1, wherein at least one of the sealing bodies that sandwich the movable electrode and the fixed electrode in the vertical direction is the same as the support body.
【請求項4】請求項1において、前記可動電極と前記固
定電極とを上下方向から挾む少なくとも一方の前記封止
体は、半導体を含む電気伝導体であり、且つ、接地され
ているものであることを特徴とする加速度センサ。
4. The sealing body according to claim 1, wherein at least one of the encapsulating bodies sandwiching the movable electrode and the fixed electrode from above and below is an electric conductor containing a semiconductor and is grounded. An acceleration sensor characterized by being present.
【請求項5】弾性を有する梁にて支持され加速度による
慣性力によって移動する可動電極と、前記可動電極との
間に微小ギャップを有し対向する固定電極とを備え、前
記可動電極と前記固定電極間の静電容量の変化を検出し
て加速度を測定する加速度センサにおいて、 前記可動電極および前記固定電極は、半導体基板の表面
から垂直にエッチングを施して前記可動電極と前記固定
電極との周囲に前記微小ギャップを含む溝を堀込み、前
記半導体基板の一部をエッチングされずに残して形成さ
れたものであって、 別にエッチングされずに残されて前記可動電極と前記固
定電極とを絶縁し前記微小ギャップを保持するように支
持する支持体と、前記可動電極と前記固定電極とを上下
方向の少なくとも1方向から挾んで前記微小ギャップを
含む前記溝を封止する封止体とを設けたものであって、 前記可動電極は、前記半導体基板のウエハー面に垂直な
方向に支持軸を有する片側支持の前記支持体にて前記半
導体基板のウエハー面に垂直な方向に吊り下げられ、前
記ウエハー面に並行な方向に前記移動をするものである
ことを特徴とする加速度センサ。
5. A movable electrode supported by a beam having elasticity and moved by an inertial force due to acceleration, and a fixed electrode facing each other with a minute gap between the movable electrode and the movable electrode, and the fixed electrode. In an acceleration sensor that measures acceleration by detecting a change in electrostatic capacitance between electrodes, the movable electrode and the fixed electrode are vertically etched from the surface of a semiconductor substrate to surround the movable electrode and the fixed electrode. A groove including the minute gap is dug in to form a part of the semiconductor substrate without being etched, and the movable electrode and the fixed electrode are insulated from each other by being left without being etched. Before including the minute gap, the support body that supports the minute gap and the movable electrode and the fixed electrode are sandwiched from at least one of the vertical direction. A sealing body for sealing the groove is provided, and the movable electrode is a wafer of the semiconductor substrate by the one-sided support body having a support axis in a direction perpendicular to a wafer surface of the semiconductor substrate. An acceleration sensor, which is suspended in a direction perpendicular to a surface of the wafer and is moved in a direction parallel to the wafer surface.
【請求項6】弾性を有する梁にて支持され加速度による
慣性力によって移動する可動電極と、前記可動電極との
間に微小ギャップを有し対向する固定電極とを備え、前
記可動電極と前記固定電極間の静電容量の変化を検出し
て加速度を測定する加速度センサにおいて、 前記可動電極および前記固定電極は、半導体基板の表面
から垂直にエッチングを施して前記可動電極と前記固定
電極との周囲に前記微小ギャップを含む溝を堀込み、前
記半導体基板の一部をエッチングされずに残して形成さ
れたものであって、 別にエッチングされずに残されて前記可動電極と前記固
定電極とを絶縁し前記微小ギャップを保持するように支
持する支持体と、前記可動電極と前記固定電極とを上下
方向の少なくとも1方向から挾んで前記微小ギャップを
含む前記溝を封止する封止体とを設けたものであって、 前記可動電極は、前記半導体基板の表面近傍に位置し前
記半導体基板のウエハー面に並行な方向に支持軸を有す
る前記支持体にて前記ウエハー面に垂直な方向に吊り下
げられ、前記支持軸を回転中心として揺動し、前記ウエ
ハー面に並行な方向に前記移動をするものであることを
特徴とする加速度センサ。
6. A movable electrode, which is supported by a beam having elasticity and moves by an inertial force due to acceleration, and a fixed electrode which has a minute gap between the movable electrode and faces each other, and the movable electrode and the fixed electrode. In an acceleration sensor that measures acceleration by detecting a change in electrostatic capacitance between electrodes, the movable electrode and the fixed electrode are vertically etched from the surface of a semiconductor substrate to surround the movable electrode and the fixed electrode. A groove including the minute gap is dug in to form a part of the semiconductor substrate without being etched, and the movable electrode and the fixed electrode are insulated from each other by being left without being etched. Before including the minute gap, the support body that supports the minute gap and the movable electrode and the fixed electrode are sandwiched from at least one of the vertical direction. A sealing body for sealing the groove is provided, wherein the movable electrode is located in the vicinity of the surface of the semiconductor substrate and has a supporting shaft in a direction parallel to the wafer surface of the semiconductor substrate. An acceleration sensor which is suspended in a direction perpendicular to the wafer surface, swings around the support shaft as a rotation center, and moves in a direction parallel to the wafer surface.
【請求項7】請求項1または請求項5または請求項6に
おいて、前記支持体に前記静電容量の変化を検出する電
子回路を設けたことを特徴とする加速度センサ。
7. The acceleration sensor according to claim 1, 5 or 6, wherein the support is provided with an electronic circuit for detecting a change in the electrostatic capacitance.
【請求項8】請求項1または請求項5または請求項6に
おいて、前記溝は、前記半導体基板のウエハー面に垂直
方向で半導体結晶軸の110方向と並行に堀込み形成し
たものであることを特徴とする加速度センサ。
8. The method according to claim 1, 5 or 6, wherein the groove is formed by engraving in a direction perpendicular to a wafer surface of the semiconductor substrate and in parallel with a semiconductor crystal axis 110 direction. Characteristic acceleration sensor.
【請求項9】請求項1または請求項5または請求項6に
おいて、前記半導体基板に、前記可動電極と等電位であ
って、前記可動電極の慣性力による前記移動を制限する
ストッパをエッチングされずに残したことを特徴とする
加速度センサ。
9. The stopper according to claim 1, 5 or 6, wherein the semiconductor substrate is equipotential with the movable electrode and limits the movement of the movable electrode due to inertial force. An acceleration sensor characterized by being left in.
【請求項10】請求項9において、前記ストッパは、突
起を有するものであることを特徴とする加速度センサ。
10. The acceleration sensor according to claim 9, wherein the stopper has a protrusion.
JP32403193A 1993-12-22 1993-12-22 Acceleration sensor Pending JPH07183543A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP32403193A JPH07183543A (en) 1993-12-22 1993-12-22 Acceleration sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP32403193A JPH07183543A (en) 1993-12-22 1993-12-22 Acceleration sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH07183543A true JPH07183543A (en) 1995-07-21

Family

ID=18161386

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP32403193A Pending JPH07183543A (en) 1993-12-22 1993-12-22 Acceleration sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH07183543A (en)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09292409A (en) * 1996-04-26 1997-11-11 Hitachi Ltd Accelerometer
JPH11230985A (en) * 1998-02-18 1999-08-27 Denso Corp Semiconductor dynamic quantity sensor
JP2000133814A (en) * 1998-10-22 2000-05-12 Toyota Motor Corp Semiconductor device
JP2001066321A (en) * 1999-07-03 2001-03-16 Robert Bosch Gmbh Micromachining-type constituent element
US6313529B1 (en) 1997-08-08 2001-11-06 Denso Corporation Bump bonding and sealing a semiconductor device with solder
EP1279941A2 (en) * 2001-07-25 2003-01-29 Conti Temic microelectronic GmbH Procedure for testing the leak tightness of capacitive sensors
US6862795B2 (en) * 2002-06-17 2005-03-08 Vty Holding Oy Method of manufacturing of a monolithic silicon acceleration sensor
KR100620288B1 (en) * 2005-01-31 2006-09-14 삼성전자주식회사 A Vacuum Floating Structure By The Gap Pillar And A Method Of Forming Vacuum Floating Structure By The Gap Pillar
JP2007263742A (en) * 2006-03-28 2007-10-11 Matsushita Electric Works Ltd Capacitance type sensor
JP2008292428A (en) * 2007-05-28 2008-12-04 Panasonic Electric Works Co Ltd Semiconductor sensor
JP2009047712A (en) * 2008-12-02 2009-03-05 Mitsumi Electric Co Ltd Oscillatory angular velocity sensor
JP2011174881A (en) * 2010-02-25 2011-09-08 Asahi Kasei Electronics Co Ltd Capacitance type acceleration sensor

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09292409A (en) * 1996-04-26 1997-11-11 Hitachi Ltd Accelerometer
US6313529B1 (en) 1997-08-08 2001-11-06 Denso Corporation Bump bonding and sealing a semiconductor device with solder
JPH11230985A (en) * 1998-02-18 1999-08-27 Denso Corp Semiconductor dynamic quantity sensor
JP2000133814A (en) * 1998-10-22 2000-05-12 Toyota Motor Corp Semiconductor device
JP2001066321A (en) * 1999-07-03 2001-03-16 Robert Bosch Gmbh Micromachining-type constituent element
EP1279941A3 (en) * 2001-07-25 2006-01-11 Conti Temic microelectronic GmbH Procedure for testing the leak tightness of capacitive sensors
EP1279941A2 (en) * 2001-07-25 2003-01-29 Conti Temic microelectronic GmbH Procedure for testing the leak tightness of capacitive sensors
US6862795B2 (en) * 2002-06-17 2005-03-08 Vty Holding Oy Method of manufacturing of a monolithic silicon acceleration sensor
KR100620288B1 (en) * 2005-01-31 2006-09-14 삼성전자주식회사 A Vacuum Floating Structure By The Gap Pillar And A Method Of Forming Vacuum Floating Structure By The Gap Pillar
JP2007263742A (en) * 2006-03-28 2007-10-11 Matsushita Electric Works Ltd Capacitance type sensor
JP2008292428A (en) * 2007-05-28 2008-12-04 Panasonic Electric Works Co Ltd Semiconductor sensor
JP2009047712A (en) * 2008-12-02 2009-03-05 Mitsumi Electric Co Ltd Oscillatory angular velocity sensor
JP2011174881A (en) * 2010-02-25 2011-09-08 Asahi Kasei Electronics Co Ltd Capacitance type acceleration sensor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2786321B2 (en) Semiconductor capacitive acceleration sensor and method of manufacturing the same
US5259247A (en) Sensor
US5195371A (en) Semiconductor chip transducer
KR100413789B1 (en) High vacuum packaging microgyroscope and manufacturing method thereof
EP1019733B1 (en) Micro-mechanical semiconductor accelerometer
US7272974B2 (en) Capacitance type physical quantity sensor having sensor chip and circuit chip
JP2001099855A (en) Micromachine-type rotation angle accelerometer
JPH07183543A (en) Acceleration sensor
US6876093B2 (en) Capacitance type dynamic quantity sensor device
US20130346015A1 (en) Semiconductor Physical Quantity Detecting Sensor
US10697995B2 (en) Acceleration sensor including improved mass body
JP3405108B2 (en) External force measuring device and manufacturing method thereof
US5747691A (en) Angular velocity sensor apparatus
JPH09318656A (en) Electrostatic capacity type acceleration sensor
JP3093058B2 (en) Semiconductor acceleration sensor and its self-diagnosis test method
JPH06242141A (en) Semiconductor acceleration sensor
JPH1019923A (en) Electronic component and its manufacture
JPH11248733A (en) Angular velocity sensor and its manufacture
JPH06331648A (en) Acceleration sensor and manufacture thereof
KR100506073B1 (en) A vacuum packaged microgyroscope and a fabricating method thereof
JP2001281264A (en) Semiconductor dynamic quantity sensor
JP2003014777A (en) Physical quantity sensor
JPH08285884A (en) Semiconductor capacitance type acceleration sensor
JP2005070018A (en) Acceleration sensor
JPH02248086A (en) Acceleration sensor