JPH0798328A - 半導体センサ - Google Patents
半導体センサInfo
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- JPH0798328A JPH0798328A JP5241460A JP24146093A JPH0798328A JP H0798328 A JPH0798328 A JP H0798328A JP 5241460 A JP5241460 A JP 5241460A JP 24146093 A JP24146093 A JP 24146093A JP H0798328 A JPH0798328 A JP H0798328A
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- Japan
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- substrate
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- sided structure
- movable multi
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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
- G01P2015/0805—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 being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
- G01P2015/0822—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 being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
- G01P2015/084—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 being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass the mass being suspended at more than one of its sides, e.g. membrane-type suspension, so as to permit multi-axis movement of the mass
Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 小型で構造が簡易な多次元方向の力を検出す
ることができる半導体センサを提供する。 【構成】 本発明の半導体センサは、基準平面とこの基
準平面に対して所定の傾斜角を有する複数の傾斜面によ
り形成された凹部を備えた基板と、この基板の各傾斜面
に対向する傾斜面及び基準平面と平行な平行面を有し上
記基板と所定の間隔を介して配置された可動多面構造体
と、この可動多面構造体を可動可能に弾性支持する支持
手段と、上記基板と可動多面構造体の各傾斜面の間の変
位及び上記基板の基準平面と上記可動多面構造体の平行
面の間の上記基準面に対して垂直方向の変位を検出する
変位検出手段と、を有する。
ることができる半導体センサを提供する。 【構成】 本発明の半導体センサは、基準平面とこの基
準平面に対して所定の傾斜角を有する複数の傾斜面によ
り形成された凹部を備えた基板と、この基板の各傾斜面
に対向する傾斜面及び基準平面と平行な平行面を有し上
記基板と所定の間隔を介して配置された可動多面構造体
と、この可動多面構造体を可動可能に弾性支持する支持
手段と、上記基板と可動多面構造体の各傾斜面の間の変
位及び上記基板の基準平面と上記可動多面構造体の平行
面の間の上記基準面に対して垂直方向の変位を検出する
変位検出手段と、を有する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体センサに係わ
り、特に多次元方向の変位（力）を検出すると共に加速
度センサ等に適用することができる半導体センサに関す
る。
り、特に多次元方向の変位（力）を検出すると共に加速
度センサ等に適用することができる半導体センサに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】加速度センサとして半導体センサが用い
た例が、特開昭５７−１２５３５５号公報に記載されて
いる。この公報には、細長いＶ形溝を有する半導体材料
の基板上に、基板の平面に垂直及び平行な方向に動き得
る用に３つのＶ形片持ビームを配置し、基板の溝とビー
ムとの間の容量変化をそれぞれに設けた電極により検出
して加速度を検出するようにした加速度センサが開示さ
れている。
た例が、特開昭５７−１２５３５５号公報に記載されて
いる。この公報には、細長いＶ形溝を有する半導体材料
の基板上に、基板の平面に垂直及び平行な方向に動き得
る用に３つのＶ形片持ビームを配置し、基板の溝とビー
ムとの間の容量変化をそれぞれに設けた電極により検出
して加速度を検出するようにした加速度センサが開示さ
れている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の公
報に示された従来のものは、３つのＶ形片持ビームを設
けているため、その分、装置が大きく且つ複雑となる。
また、構造的に振動式センサや角速度センサとして用い
ることも困難である。そこで本発明は、従来の技術の欠
点を解決するためになされたものであり、小型で構造が
簡易な多次元方向の力を検出することができる半導体セ
ンサを提供することを目的としている。また、本発明
は、一つの基本構造で種々のセンサに適用できる半導体
センサを提供することを目的としている。
報に示された従来のものは、３つのＶ形片持ビームを設
けているため、その分、装置が大きく且つ複雑となる。
また、構造的に振動式センサや角速度センサとして用い
ることも困難である。そこで本発明は、従来の技術の欠
点を解決するためになされたものであり、小型で構造が
簡易な多次元方向の力を検出することができる半導体セ
ンサを提供することを目的としている。また、本発明
は、一つの基本構造で種々のセンサに適用できる半導体
センサを提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本願の第１の発明は、基準平面とこの基準平面に対し
て所定の傾斜角を有する複数の傾斜面により形成された
凹部を備えた基板と、この基板の各傾斜面に対向する傾
斜面及び基準平面と平行な平行面を有し上記基板と所定
の間隔を介して配置された可動多面構造体と、この可動
多面構造体を可動可能に弾性支持する支持手段と、上記
基板と可動多面構造体の各傾斜面の間の変位及び上記基
板の基準平面と上記可動多面構造体の平行面の間の上記
基準面に対して垂直方向の変位を検出する変位検出手段
と、を有することを特徴としている。このように構成さ
れた本願の第１の発明においては、基板が基準平面と凹
部を備え、この基板に所定の間隔を介して可動多面構造
体が配置され、さらに、支持手段により、可動多面構造
体は可動可能に弾性支持されている。このため、可動多
面構造体は、基板の基準平面の水平方向及び垂直方向に
移動可能である。このため、加速度（力）が作用する
と、可動多面構造体は各軸方向に変位する。この可動多
面構造体のこの各軸方向の変位を検出手段により検出す
ることにより、加速度を検出する。
め本願の第１の発明は、基準平面とこの基準平面に対し
て所定の傾斜角を有する複数の傾斜面により形成された
凹部を備えた基板と、この基板の各傾斜面に対向する傾
斜面及び基準平面と平行な平行面を有し上記基板と所定
の間隔を介して配置された可動多面構造体と、この可動
多面構造体を可動可能に弾性支持する支持手段と、上記
基板と可動多面構造体の各傾斜面の間の変位及び上記基
板の基準平面と上記可動多面構造体の平行面の間の上記
基準面に対して垂直方向の変位を検出する変位検出手段
と、を有することを特徴としている。このように構成さ
れた本願の第１の発明においては、基板が基準平面と凹
部を備え、この基板に所定の間隔を介して可動多面構造
体が配置され、さらに、支持手段により、可動多面構造
体は可動可能に弾性支持されている。このため、可動多
面構造体は、基板の基準平面の水平方向及び垂直方向に
移動可能である。このため、加速度（力）が作用する
と、可動多面構造体は各軸方向に変位する。この可動多
面構造体のこの各軸方向の変位を検出手段により検出す
ることにより、加速度を検出する。
【０００５】この第１の発明において、上記基板は、凹
部の傾斜面に電極が形成されたシリコン基板であり、さ
らに上記多面構造体は、導電性材料により形成されてい
ることが好ましい。また、第１の発明において、上記基
板は、凹部の傾斜面に電極が形成されたシリコン基板で
あり、さらに上記多面構造体は、絶縁性を有するシリコ
ン材料より形成され、このシリコン材料の表面に導電性
材料の電極が形成されていることが好ましい。さらに、
第１の発明において、上記変位検出手段は、変位を静電
容量変化として検出することが好ましい。また、本願の
第２の発明は、基準平面とこの基準平面に対して所定の
傾斜角を有する複数の傾斜面により形成された凹部を備
えた基板と、この基板の各傾斜面に対向する傾斜面及び
基準平面と平行な平行面を有し上記基板と所定の間隔を
介して配置された可動多面構造体と、この可動多面構造
体を可動可能に弾性支持する支持手段と、上記可動多面
構造体を共振駆動させる駆動手段と、この駆動手段によ
り駆動されら可動多面構造体の周波数の変化を検出する
周波数検出手段と、を有することを特徴としている。
部の傾斜面に電極が形成されたシリコン基板であり、さ
らに上記多面構造体は、導電性材料により形成されてい
ることが好ましい。また、第１の発明において、上記基
板は、凹部の傾斜面に電極が形成されたシリコン基板で
あり、さらに上記多面構造体は、絶縁性を有するシリコ
ン材料より形成され、このシリコン材料の表面に導電性
材料の電極が形成されていることが好ましい。さらに、
第１の発明において、上記変位検出手段は、変位を静電
容量変化として検出することが好ましい。また、本願の
第２の発明は、基準平面とこの基準平面に対して所定の
傾斜角を有する複数の傾斜面により形成された凹部を備
えた基板と、この基板の各傾斜面に対向する傾斜面及び
基準平面と平行な平行面を有し上記基板と所定の間隔を
介して配置された可動多面構造体と、この可動多面構造
体を可動可能に弾性支持する支持手段と、上記可動多面
構造体を共振駆動させる駆動手段と、この駆動手段によ
り駆動されら可動多面構造体の周波数の変化を検出する
周波数検出手段と、を有することを特徴としている。
【０００６】このように構成された本願の第２の発明に
おいては、第１の発明と同様に、基板が基準平面と凹部
を備え、この基板に所定の間隔を介して可動多面構造体
が配置され、さらに、支持手段により、可動多面構造体
は可動可能に弾性支持されている。このため、可動多面
構造体は、基板の基準平面の水平方向及び垂直方向に移
動可能である。このため、可動多面構造体を駆動手段に
より共振駆動させた状態で力が作用すると、可動多面構
造体の周波数はその力の大きさにより変化する。この可
動多面構造体の周波数の変化を周波数検出手段により検
出して作用する力を検出する。さらに、本願の第３の発
明は、基準平面とこの基準平面に対して所定の傾斜角を
有する複数の傾斜面により形成された凹部を備えた基板
と、この基板の各傾斜面に対向する傾斜面及び基準平面
と平行な平行面を有し上記基板と所定の間隔を介して配
置された可動多面構造体と、この可動多面構造体を可動
可能に弾性支持する支持手段と、上記可動多面構造体を
所定の方向に共振駆動させる駆動手段と、この駆動手段
により駆動された可動多面構造体の上記所定の方向と直
交する方向の変位を検出することにより角速度を検出す
る角速度検出手段と、を有することを特徴としている。
おいては、第１の発明と同様に、基板が基準平面と凹部
を備え、この基板に所定の間隔を介して可動多面構造体
が配置され、さらに、支持手段により、可動多面構造体
は可動可能に弾性支持されている。このため、可動多面
構造体は、基板の基準平面の水平方向及び垂直方向に移
動可能である。このため、可動多面構造体を駆動手段に
より共振駆動させた状態で力が作用すると、可動多面構
造体の周波数はその力の大きさにより変化する。この可
動多面構造体の周波数の変化を周波数検出手段により検
出して作用する力を検出する。さらに、本願の第３の発
明は、基準平面とこの基準平面に対して所定の傾斜角を
有する複数の傾斜面により形成された凹部を備えた基板
と、この基板の各傾斜面に対向する傾斜面及び基準平面
と平行な平行面を有し上記基板と所定の間隔を介して配
置された可動多面構造体と、この可動多面構造体を可動
可能に弾性支持する支持手段と、上記可動多面構造体を
所定の方向に共振駆動させる駆動手段と、この駆動手段
により駆動された可動多面構造体の上記所定の方向と直
交する方向の変位を検出することにより角速度を検出す
る角速度検出手段と、を有することを特徴としている。
【０００７】このように構成された本願の第３の発明に
おいては、第１の発明と同様に、基板が基準平面と凹部
を備え、この基板に所定の間隔を介して可動多面構造体
が配置され、さらに、支持手段により、可動多面構造体
は可動可能に弾性支持されている。このため、可動多面
構造体は、基板の基準平面の水平方向及び垂直方向に移
動可能である。このため、可動多面構造体を駆動手段に
より所定の方向に共振駆動させた状態で角速度が入力さ
れると、可動多面構造体は角速度により上記所定の方向
と直交する方向に変位する。この可動多面構造体の変位
を角速度検出手段により検出して角速度を検出する。
おいては、第１の発明と同様に、基板が基準平面と凹部
を備え、この基板に所定の間隔を介して可動多面構造体
が配置され、さらに、支持手段により、可動多面構造体
は可動可能に弾性支持されている。このため、可動多面
構造体は、基板の基準平面の水平方向及び垂直方向に移
動可能である。このため、可動多面構造体を駆動手段に
より所定の方向に共振駆動させた状態で角速度が入力さ
れると、可動多面構造体は角速度により上記所定の方向
と直交する方向に変位する。この可動多面構造体の変位
を角速度検出手段により検出して角速度を検出する。
【０００８】
【実施例】以下本発明の一実施例について図１及び図２
を参照して説明する。図１は本発明の半導体センサを加
速度センサに適用した場合を示す平面図、図２は図１の
Ａ−Ａ線に沿う断面図である。図１及び図２に示すよう
に、１はシリコン基板であり、このシリコン基板１は、
（１００）平面に配向された主表面を有している。この
シリコン基板１上には、この主表面に対して所定の傾斜
角を有する４つの（１１１）表面である傾斜面２，３，
４，５が異方性エッチングにより形成され、これにより
略逆ピラミッド状の凹部６が形成されている。シリコン
基板１の凹部６上には、これらの各傾斜面２，３，４，
５に微小な間隔を介して対向する４つの面８及びシリコ
ン基板１の主表面と平行な平面１２により形成された可
動多面構造体１４が配置されている。この可動多面構造
体１４は、その各面に対応する位置に設けられた４つの
微小な梁１６により可動可能にシリコン基板１に弾性支
持されている。さらに、シリコン基板１には、シリコン
基板１の一部を形成する上部カバー１８が可動多面構造
体１４の平面１２と微小な間隔を介して対向するように
配置されている。
を参照して説明する。図１は本発明の半導体センサを加
速度センサに適用した場合を示す平面図、図２は図１の
Ａ−Ａ線に沿う断面図である。図１及び図２に示すよう
に、１はシリコン基板であり、このシリコン基板１は、
（１００）平面に配向された主表面を有している。この
シリコン基板１上には、この主表面に対して所定の傾斜
角を有する４つの（１１１）表面である傾斜面２，３，
４，５が異方性エッチングにより形成され、これにより
略逆ピラミッド状の凹部６が形成されている。シリコン
基板１の凹部６上には、これらの各傾斜面２，３，４，
５に微小な間隔を介して対向する４つの面８及びシリコ
ン基板１の主表面と平行な平面１２により形成された可
動多面構造体１４が配置されている。この可動多面構造
体１４は、その各面に対応する位置に設けられた４つの
微小な梁１６により可動可能にシリコン基板１に弾性支
持されている。さらに、シリコン基板１には、シリコン
基板１の一部を形成する上部カバー１８が可動多面構造
体１４の平面１２と微小な間隔を介して対向するように
配置されている。
【０００９】シリコン基板１の凹部６を形成する各傾斜
面２，３，４，５には、導電性材料により形成された電
極２２，２３，２４，２５が、それぞれ配置されてい
る。さらに、上部カバー１８の可動多面構造体１４の平
面１２と対向する面にも同様な電極２６が配置されてい
る。一方、可動多面構造体１４自身も導電性を有してお
り電極として作用する。可動多面構造体１４は、梁１６
によりシリコン基板１に弾性支持されているため、Ｘ，
Ｙ，Ｚの各軸方向（Ｘ，Ｙ軸は基板の主表面と平行方
向、Ｚ軸は基板の主表面と鉛直方向）に動くことが可能
である。このため、加速度（力）が作用すると可動多面
構造体１４は、各軸方向に変位する。この可動多面構造
体１４の変位を検出することにより、各軸方向に加速度
を検出することができる。即ち、可動多面構造体１４が
変位すると、シリコン基板１の凹部６を形成する各傾斜
面２，３，４，５に設けられた各電極２２，２３，２
４，２５とこれらの各電極に対向する可動多面構造体１
４の各面（電極）との間隔が変化し、その部分の静電容
量が変化する。このため、Ｘ軸方向の変位を検出する電
極２３，２５には、差動増幅回路２８が接続され、Ｙ軸
方向を検出する電極２２，２４には、差動増幅回路３０
が接続され、さらに、Ｚ軸方向を検出する電極２６に
は、増幅回路３２が接続されている。基板平面方向であ
るＸ−Ｙ軸方向に対しては各々２個づつの電極が配置さ
れているため、可動多面構造体１４の変位により、一方
は容量増、他方は容量減となるため、各電極に上記の差
動増幅回路２８，３０をそれぞれ接続することにより、
感度を向上させることができる。
面２，３，４，５には、導電性材料により形成された電
極２２，２３，２４，２５が、それぞれ配置されてい
る。さらに、上部カバー１８の可動多面構造体１４の平
面１２と対向する面にも同様な電極２６が配置されてい
る。一方、可動多面構造体１４自身も導電性を有してお
り電極として作用する。可動多面構造体１４は、梁１６
によりシリコン基板１に弾性支持されているため、Ｘ，
Ｙ，Ｚの各軸方向（Ｘ，Ｙ軸は基板の主表面と平行方
向、Ｚ軸は基板の主表面と鉛直方向）に動くことが可能
である。このため、加速度（力）が作用すると可動多面
構造体１４は、各軸方向に変位する。この可動多面構造
体１４の変位を検出することにより、各軸方向に加速度
を検出することができる。即ち、可動多面構造体１４が
変位すると、シリコン基板１の凹部６を形成する各傾斜
面２，３，４，５に設けられた各電極２２，２３，２
４，２５とこれらの各電極に対向する可動多面構造体１
４の各面（電極）との間隔が変化し、その部分の静電容
量が変化する。このため、Ｘ軸方向の変位を検出する電
極２３，２５には、差動増幅回路２８が接続され、Ｙ軸
方向を検出する電極２２，２４には、差動増幅回路３０
が接続され、さらに、Ｚ軸方向を検出する電極２６に
は、増幅回路３２が接続されている。基板平面方向であ
るＸ−Ｙ軸方向に対しては各々２個づつの電極が配置さ
れているため、可動多面構造体１４の変位により、一方
は容量増、他方は容量減となるため、各電極に上記の差
動増幅回路２８，３０をそれぞれ接続することにより、
感度を向上させることができる。
【００１０】図３は本発明の他の実施例を示す断面図で
ある。この実施例は、シリコン基板１の凹部６がさら
に、シリコン基板１の主表面（（１００）面）と平行な
平面４０を有するように形成したものである。この実施
例においては、この平面４０に電極４１を形成すると共
に可動多面構造体１４にこの平面４０に微小間隔を介し
て対向する面４２を形成する。このように構成すること
により、この実施例によれば、鉛直方向であるＺ軸方向
の変位の検出感度を向上させることができる。次に図４
を参照して本発明の半導体センサの製造プロセスを説明
する。先ず、（ａ）工程において、主表面が（１００）
平面にあるｎ型単結晶シリコンウエハである基板を用意
する。次に（ｂ）工程において、所望の（１１１）面で
囲まれた凹部６を形成するために、水酸化カリウムなど
のアリカリを用いて異方性エッチングを行う。次に
（ｃ）工程において、凹部６の傾斜面の領域にボロン等
の不純物を高濃度にドープし電極２２，２３，２４，２
５を形成する（２３，２５のみ示す）。次に（ｄ）工程
において、可動多面構造体１４と対向する面に所定の間
隔を設けるため、２酸化シリコン膜の犠牲層４４を形成
する。この犠牲層４４は、ＣＶＤ等で形成した後ホォト
リソグラフィでパターニングすることにより形成する。
ある。この実施例は、シリコン基板１の凹部６がさら
に、シリコン基板１の主表面（（１００）面）と平行な
平面４０を有するように形成したものである。この実施
例においては、この平面４０に電極４１を形成すると共
に可動多面構造体１４にこの平面４０に微小間隔を介し
て対向する面４２を形成する。このように構成すること
により、この実施例によれば、鉛直方向であるＺ軸方向
の変位の検出感度を向上させることができる。次に図４
を参照して本発明の半導体センサの製造プロセスを説明
する。先ず、（ａ）工程において、主表面が（１００）
平面にあるｎ型単結晶シリコンウエハである基板を用意
する。次に（ｂ）工程において、所望の（１１１）面で
囲まれた凹部６を形成するために、水酸化カリウムなど
のアリカリを用いて異方性エッチングを行う。次に
（ｃ）工程において、凹部６の傾斜面の領域にボロン等
の不純物を高濃度にドープし電極２２，２３，２４，２
５を形成する（２３，２５のみ示す）。次に（ｄ）工程
において、可動多面構造体１４と対向する面に所定の間
隔を設けるため、２酸化シリコン膜の犠牲層４４を形成
する。この犠牲層４４は、ＣＶＤ等で形成した後ホォト
リソグラフィでパターニングすることにより形成する。
【００１１】次に（ｅ）工程において、上記（ｄ）工程
において形成された犠牲層４４上に、最終的に可動多面
構造体１４の下面部と梁１６となる多結晶シリコン膜４
６をＣＶＤ等により形成する。この多結晶シリコン膜４
６の厚さが梁１６の厚さとなる。また、この多結晶シリ
コン膜４６に不純物をドーピングして導電性を有するよ
うにしておく。次に（ｆ）工程において、上記（ｄ）工
程において形成された多結晶シリコン膜４６の上部の溝
部にポリイミド材料やシリコン材料の充填物４８を埋め
込んで基板表面と平行な面１０を形成する。ポリイミド
材料のような高分子材料はプロセス上で段差や溝部のス
テップカバレッジに優れており本工程のような溝部の埋
め込みでも容易に行うことができる。また、（ｄ）工程
において、多結晶シリコンやシリコン窒化膜などを溝部
が埋まる程厚く堆積させて、その後、プラズマエッチン
グやスパッタリングでエッチングして上部平面１０を形
成するようにしてもよい。次に、（ｇ）工程において、
上記（ｄ）工程において形成された２酸化シリコン膜の
犠牲層４４だけを選択的にエッチングできる液を用いて
この犠牲層４４を削除し、間隙５０を形成する。その
後、（ｈ）工程において、可動多面構造体１４と対向す
る面に電極２６を形成した上部カバー１８を、可動多面
構造体１４と所定の間隔を保つようにして、陽極接合方
等を用いて、基板１上に固定して設ける。このような製
造プロセスにより、本発明の半導体センサが製造され
る。
において形成された犠牲層４４上に、最終的に可動多面
構造体１４の下面部と梁１６となる多結晶シリコン膜４
６をＣＶＤ等により形成する。この多結晶シリコン膜４
６の厚さが梁１６の厚さとなる。また、この多結晶シリ
コン膜４６に不純物をドーピングして導電性を有するよ
うにしておく。次に（ｆ）工程において、上記（ｄ）工
程において形成された多結晶シリコン膜４６の上部の溝
部にポリイミド材料やシリコン材料の充填物４８を埋め
込んで基板表面と平行な面１０を形成する。ポリイミド
材料のような高分子材料はプロセス上で段差や溝部のス
テップカバレッジに優れており本工程のような溝部の埋
め込みでも容易に行うことができる。また、（ｄ）工程
において、多結晶シリコンやシリコン窒化膜などを溝部
が埋まる程厚く堆積させて、その後、プラズマエッチン
グやスパッタリングでエッチングして上部平面１０を形
成するようにしてもよい。次に、（ｇ）工程において、
上記（ｄ）工程において形成された２酸化シリコン膜の
犠牲層４４だけを選択的にエッチングできる液を用いて
この犠牲層４４を削除し、間隙５０を形成する。その
後、（ｈ）工程において、可動多面構造体１４と対向す
る面に電極２６を形成した上部カバー１８を、可動多面
構造体１４と所定の間隔を保つようにして、陽極接合方
等を用いて、基板１上に固定して設ける。このような製
造プロセスにより、本発明の半導体センサが製造され
る。
【００１２】次に本発明の半導体センサをアクチュエー
タに適用した場合の実施例について図５及び図６を参照
して説明する。この実施例では、図１及び図２に示す実
施例と異なる部分のみ説明する。即ち、この実施例で
は、図１に示される差動増幅回路２８，３０及び増幅回
路３２の代わりに、各電極には、駆動手段５２がそれぞ
れ設けられている。これらの駆動手段５２により所定の
電極に対して電圧を印加することにより、この電極と可
動多面構造体１４との間に静電気力を発生させ、これに
より、可動多面構造体１４は次式に示す力Ｆを受けて変
位する。 Ｆ＝０．５εＳ（Ｖ／ｄ） この式において、Ｆは発生する力、εは電極間の誘電
率、Ｓは電極の面積、ｄは電極間距離、Ｖは印加電圧で
ある。このように、本実施例によれば、所定の電極に電
圧を印加することにより、可動多面構造体１４を３次元
方向の任意の方向に可動させることができる微小なアク
チュエータを得ることができる。次に本発明の半導体セ
ンサを振動式センサに適用した場合の実施例について図
７乃至図９を参照して説明する。この実施例では、図５
及び図６に示す実施例と異なる部分のみ説明する。即
ち、この実施例では、シリコンで作られたダイヤフラム
６０（基板１に相当する）の応力の加わる部分に可動多
面構造体６２を埋め込むことにより、同様なセンサを構
成している。このダイヤフラム６０の凹部には、駆動用
電極６４と容量検出用電極６６とを設けている。さら
に、駆動手段（図示せず）は、駆動用電極６４に対して
交流電圧を印加している。
タに適用した場合の実施例について図５及び図６を参照
して説明する。この実施例では、図１及び図２に示す実
施例と異なる部分のみ説明する。即ち、この実施例で
は、図１に示される差動増幅回路２８，３０及び増幅回
路３２の代わりに、各電極には、駆動手段５２がそれぞ
れ設けられている。これらの駆動手段５２により所定の
電極に対して電圧を印加することにより、この電極と可
動多面構造体１４との間に静電気力を発生させ、これに
より、可動多面構造体１４は次式に示す力Ｆを受けて変
位する。 Ｆ＝０．５εＳ（Ｖ／ｄ） この式において、Ｆは発生する力、εは電極間の誘電
率、Ｓは電極の面積、ｄは電極間距離、Ｖは印加電圧で
ある。このように、本実施例によれば、所定の電極に電
圧を印加することにより、可動多面構造体１４を３次元
方向の任意の方向に可動させることができる微小なアク
チュエータを得ることができる。次に本発明の半導体セ
ンサを振動式センサに適用した場合の実施例について図
７乃至図９を参照して説明する。この実施例では、図５
及び図６に示す実施例と異なる部分のみ説明する。即
ち、この実施例では、シリコンで作られたダイヤフラム
６０（基板１に相当する）の応力の加わる部分に可動多
面構造体６２を埋め込むことにより、同様なセンサを構
成している。このダイヤフラム６０の凹部には、駆動用
電極６４と容量検出用電極６６とを設けている。さら
に、駆動手段（図示せず）は、駆動用電極６４に対して
交流電圧を印加している。
【００１３】この実施例においては、駆動手段に交流電
圧を印加することにより、可動多面構造体６２は、交流
電圧の周波数で振動する。このため、可動多面構造体６
２の機械的共振周波数に一致した周波数の電圧を駆動手
段が駆動用電極６４に印加すうことにより、可動多面構
造体６２を共振子として用いることができる。この共振
子である可動多面構造体６２をダイヤフラム６０の応力
の加わる部分に配設しているため、この部分の機械的歪
による共振子の共振周波数の変化を検出することで、図
９に示すように、ダイヤフラム６０に作用する圧力を検
出することができる。次に本発明の半導体センサを角速
度センサに適用した実施例を図１０乃至図１１を参照し
て説明する。この実施例でも、図１及び図２に示す実施
例と異なる部分のみ説明する。即ち、この実施例では、
Ｘ軸方向の容量変化の振幅を検出する検出手段７０、Ｙ
軸方向の容量変化の振幅を検出する検出手段７２、さら
に上部カバー１８に設けられた駆動用電極７６に可動多
面構造体１４の共振周波数の電圧を印加する駆動手段７
４が設けられている。この駆動手段７４により、可動多
面構造体１４は、図１１に示すように、Ｚ軸方向（矢印
Ｂで示す）に共振振動する。このように、可動多面構造
体１４がＺ軸方向（矢印Ｂで示す）に共振振動している
とき、可動多面構造体１４の質量中心７８を基準とした
角速度の入力があれば、可動多面構造体１４は、基板の
主表面に対して、角速度入力軸に垂直な方向にコリオリ
力（図１１において矢印Ｃで示す）を受ける。このコリ
オリ力により、可動多面構造体１４は、そのコリオリ力
の方向に振動の振幅を発生する。このコリオリ力により
発生したＸ軸方向の振動は、電極２３，２５によって容
量変化として検出することができる。この容量変化に基
づき検出手段７０によりＸ軸方向の角速度の大きさを検
出することができる。
圧を印加することにより、可動多面構造体６２は、交流
電圧の周波数で振動する。このため、可動多面構造体６
２の機械的共振周波数に一致した周波数の電圧を駆動手
段が駆動用電極６４に印加すうことにより、可動多面構
造体６２を共振子として用いることができる。この共振
子である可動多面構造体６２をダイヤフラム６０の応力
の加わる部分に配設しているため、この部分の機械的歪
による共振子の共振周波数の変化を検出することで、図
９に示すように、ダイヤフラム６０に作用する圧力を検
出することができる。次に本発明の半導体センサを角速
度センサに適用した実施例を図１０乃至図１１を参照し
て説明する。この実施例でも、図１及び図２に示す実施
例と異なる部分のみ説明する。即ち、この実施例では、
Ｘ軸方向の容量変化の振幅を検出する検出手段７０、Ｙ
軸方向の容量変化の振幅を検出する検出手段７２、さら
に上部カバー１８に設けられた駆動用電極７６に可動多
面構造体１４の共振周波数の電圧を印加する駆動手段７
４が設けられている。この駆動手段７４により、可動多
面構造体１４は、図１１に示すように、Ｚ軸方向（矢印
Ｂで示す）に共振振動する。このように、可動多面構造
体１４がＺ軸方向（矢印Ｂで示す）に共振振動している
とき、可動多面構造体１４の質量中心７８を基準とした
角速度の入力があれば、可動多面構造体１４は、基板の
主表面に対して、角速度入力軸に垂直な方向にコリオリ
力（図１１において矢印Ｃで示す）を受ける。このコリ
オリ力により、可動多面構造体１４は、そのコリオリ力
の方向に振動の振幅を発生する。このコリオリ力により
発生したＸ軸方向の振動は、電極２３，２５によって容
量変化として検出することができる。この容量変化に基
づき検出手段７０によりＸ軸方向の角速度の大きさを検
出することができる。
【００１４】また、同様にして、電極２２，２５により
検出された容量変化に基づき検出手段７２により、Ｙ軸
方向の角速度を検出することができる。このようにし
て、本実施例によれば、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の角速度
の検出を一つの可動多面構造体１４を用いることにより
実現できる。この実施例においては、共振駆動する電極
と容量変化を検出する検出電極が直交していることが必
要であり、これらの電極を上記の例と逆にして、例え
ば、電極２３，２５を駆動電極とし、電極７６を検出電
極として構成するようにしても良い。また、上述したよ
うに、本実施例においては、図１２に示すように、電極
２２，２４からの出力をもとにして容量検出回路８０及
び振幅検出回路８２によりＹ軸方向の角速度を出力する
と共に電極２３，２５からの出力をもとにして容量検出
回路８４及び振幅検出回路８６によりＸ軸方向の角速度
を出力することができる。また、Ｘ軸及びＹ軸の角速度
のそれぞれの値を比較演算回路８８により比較演算する
ことにより、角速度ベクトルを出力することもできる。
検出された容量変化に基づき検出手段７２により、Ｙ軸
方向の角速度を検出することができる。このようにし
て、本実施例によれば、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の角速度
の検出を一つの可動多面構造体１４を用いることにより
実現できる。この実施例においては、共振駆動する電極
と容量変化を検出する検出電極が直交していることが必
要であり、これらの電極を上記の例と逆にして、例え
ば、電極２３，２５を駆動電極とし、電極７６を検出電
極として構成するようにしても良い。また、上述したよ
うに、本実施例においては、図１２に示すように、電極
２２，２４からの出力をもとにして容量検出回路８０及
び振幅検出回路８２によりＹ軸方向の角速度を出力する
と共に電極２３，２５からの出力をもとにして容量検出
回路８４及び振幅検出回路８６によりＸ軸方向の角速度
を出力することができる。また、Ｘ軸及びＹ軸の角速度
のそれぞれの値を比較演算回路８８により比較演算する
ことにより、角速度ベクトルを出力することもできる。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体セン
サによれば、一つの可動多面構造体を用いることによ
り、小型で構造が簡易となり、多次元方向の力を検出す
ることができる。また、一つの基本構造で、加速度セン
サ、振動式センサ及び角速度センサ等の種々のセンサに
適用することができる。
サによれば、一つの可動多面構造体を用いることによ
り、小型で構造が簡易となり、多次元方向の力を検出す
ることができる。また、一つの基本構造で、加速度セン
サ、振動式センサ及び角速度センサ等の種々のセンサに
適用することができる。
【図１】本発明の半導体センサを加速度センサに適用し
た一実施例を示す平面図
た一実施例を示す平面図
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図
【図３】本発明の半導体センサを加速度センサに適用し
た他の実施例を示す断面図
た他の実施例を示す断面図
【図４】本発明の半導体センサの製造プロセスの各工程
を示す工程図
を示す工程図
【図５】本発明の半導体センサをアクチュエータに適用
した一実施例を示す平面図
した一実施例を示す平面図
【図６】図５に示す本発明の一実施例の断面図
【図７】本発明の半導体センサを振動式センサに適用し
た一実施例を示す正面図
た一実施例を示す正面図
【図８】図７に示す本発明の一実施例の拡大断面図
【図９】図７に示す本発明の一実施例における共振子と
圧力との関係を示す線図
圧力との関係を示す線図
【図１０】本発明の半導体センサを角速度センサに適用
した一実施例を示す正面図
した一実施例を示す正面図
【図１１】図１０に示す本発明の一実施例の断面図
【図１２】図１０に示す本発明の一実施例のブロック図
１ シリコン基板 ２，３，４，５ 傾斜面 ６ 凹部 １２ 平面 １４ 可動多面構造体 １６ 梁 １８ 上部カバー ２２，２３，２４，２５ 電極 ２８，３０ 差動増幅回路 ３２ 増幅回路 ４０ 平面 ４１ 電極 ５２ 駆動手段 ６０ ダイヤフラム ６２ 可動多面構造体 ６４ 駆動用電極 ６６ 容量検出用電極 ７０，７２ 検出手段 ７４ 駆動手段 ７６ 駆動用電極 ８０，８４ 容量検出回路 ８２，８６ 振幅検出回路 ８８ 比較演算回路
Claims (6)
- 【請求項１】 基準平面とこの基準平面に対して所定の
傾斜角を有する複数の傾斜面により形成された凹部を備
えた基板と、 この基板の各傾斜面に対向する傾斜面及び基準平面と平
行な平行面を有し上記基板と所定の間隔を介して配置さ
れた可動多面構造体と、 この可動多面構造体を可動可能に弾性支持する支持手段
と、 上記基板と可動多面構造体の各傾斜面の間の変位及び上
記基板の基準平面と上記可動多面構造体の平行面の間の
上記基準面に対して垂直方向の変位を検出する変位検出
手段と、 を有することを特徴とする半導体センサ。 - 【請求項２】 上記基板は、凹部の傾斜面に電極が形成
されたシリコン基板であり、さらに上記多面構造体は、
導電性材料により形成されていることを特徴とする請求
項１記載の半導体センサ。 - 【請求項３】 上記基板は、凹部の傾斜面に電極が形成
されたシリコン基板であり、さらに上記多面構造体は、
絶縁性を有するシリコン材料より形成され、このシリコ
ン材料の表面に導電性材料の電極が形成されていること
を特徴とする請求項１記載の半導体センサ。 - 【請求項４】 上記変位検出手段は、変位を静電容量変
化として検出することを特徴とする請求項１記載の半導
体センサ。 - 【請求項５】 基準平面とこの基準平面に対して所定の
傾斜角を有する複数の傾斜面により形成された凹部を備
えた基板と、 この基板の各傾斜面に対向する傾斜面及び基準平面と平
行な平行面を有し上記基板と所定の間隔を介して配置さ
れた可動多面構造体と、 この可動多面構造体を可動可能に弾性支持する支持手段
と、 上記可動多面構造体を共振駆動させる駆動手段と、 この駆動手段により駆動されら可動多面構造体の周波数
の変化を検出する周波数検出手段と、 を有することを特徴とする半導体センサ。 - 【請求項６】 基準平面とこの基準平面に対して所定の
傾斜角を有する複数の傾斜面により形成された凹部を備
えた基板と、 この基板の各傾斜面に対向する傾斜面及び基準平面と平
行な平行面を有し上記基板と所定の間隔を介して配置さ
れた可動多面構造体と、 この可動多面構造体を可動可能に弾性支持する支持手段
と、 上記可動多面構造体を所定の方向に共振駆動させる駆動
手段と、 この駆動手段により駆動された可動多面構造体の上記所
定の方向と直交する方向の変位を検出することにより角
速度を検出する角速度検出手段と、 を有することを特徴とする請求項１記載の半導体セン
サ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24146093A JP3333285B2 (ja) | 1993-09-28 | 1993-09-28 | 半導体センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24146093A JP3333285B2 (ja) | 1993-09-28 | 1993-09-28 | 半導体センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0798328A true JPH0798328A (ja) | 1995-04-11 |
| JP3333285B2 JP3333285B2 (ja) | 2002-10-15 |
Family
ID=17074652
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24146093A Expired - Fee Related JP3333285B2 (ja) | 1993-09-28 | 1993-09-28 | 半導体センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3333285B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08327657A (ja) * | 1995-06-01 | 1996-12-13 | Nikon Corp | 力学量センサ |
| WO2003055788A1 (fr) * | 2001-12-26 | 2003-07-10 | Sony Corporation | Element mems (de systemes mecaniques microelectriques) de commande electrostatique, element mems optique, element de modulation optique, dispositif glv et ecran laser |
| JP2007271320A (ja) * | 2006-03-30 | 2007-10-18 | Kyocera Corp | 加速度・角速度検出素子およびその製造方法、ならびに加速度・角速度測定装置 |
| WO2008143191A1 (ja) * | 2007-05-17 | 2008-11-27 | Rohm Co., Ltd. | Ｍｅｍｓセンサおよびその製造方法 |
| JP2009122041A (ja) * | 2007-11-16 | 2009-06-04 | Ricoh Co Ltd | 複合センサー |
| JP2010175482A (ja) * | 2009-01-30 | 2010-08-12 | Rohm Co Ltd | Ｍｅｍｓセンサ |
| JP2018520348A (ja) * | 2015-06-11 | 2018-07-26 | ジョージア テック リサーチ コーポレイション | 直交同調ための傾斜電極を有するｍｅｍｓ慣性測定装置 |
-
1993
- 1993-09-28 JP JP24146093A patent/JP3333285B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08327657A (ja) * | 1995-06-01 | 1996-12-13 | Nikon Corp | 力学量センサ |
| WO2003055788A1 (fr) * | 2001-12-26 | 2003-07-10 | Sony Corporation | Element mems (de systemes mecaniques microelectriques) de commande electrostatique, element mems optique, element de modulation optique, dispositif glv et ecran laser |
| US7116462B2 (en) | 2001-12-26 | 2006-10-03 | Sony Corporation | Electrostatic drive type MEMS device and manufacturing method thereof, optical MEMS device, light modulation device, GLV device, and laser display |
| KR100958441B1 (ko) * | 2001-12-26 | 2010-05-18 | 소니 주식회사 | 정전구동형 초소형 전기적 기계적 복합체 소자와 그 제조방법, 광학 초소형전기적 기계적 복합체소자, 광변조소자, ｇｌｖ 디바이스 및 레이저 디스플레이 |
| JP2007271320A (ja) * | 2006-03-30 | 2007-10-18 | Kyocera Corp | 加速度・角速度検出素子およびその製造方法、ならびに加速度・角速度測定装置 |
| WO2008143191A1 (ja) * | 2007-05-17 | 2008-11-27 | Rohm Co., Ltd. | Ｍｅｍｓセンサおよびその製造方法 |
| JPWO2008143191A1 (ja) * | 2007-05-17 | 2010-08-05 | ローム株式会社 | Ｍｅｍｓセンサおよびその製造方法 |
| JP2009122041A (ja) * | 2007-11-16 | 2009-06-04 | Ricoh Co Ltd | 複合センサー |
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| JP2018520348A (ja) * | 2015-06-11 | 2018-07-26 | ジョージア テック リサーチ コーポレイション | 直交同調ための傾斜電極を有するｍｅｍｓ慣性測定装置 |
| US11280613B2 (en) | 2015-06-11 | 2022-03-22 | Georgia Tech Research Corporation | MEMS inertial measurement apparatus having slanted electrodes for quadrature tuning |
| US11280612B2 (en) | 2015-06-11 | 2022-03-22 | Georgia Tech Research Corporation | MEMS inertial measurement apparatus having slanted electrodes for quadrature tuning |
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| JP3333285B2 (ja) | 2002-10-15 |
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