JPH0979921A - 力学量センサ - Google Patents
力学量センサInfo
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- JPH0979921A JPH0979921A JP23292695A JP23292695A JPH0979921A JP H0979921 A JPH0979921 A JP H0979921A JP 23292695 A JP23292695 A JP 23292695A JP 23292695 A JP23292695 A JP 23292695A JP H0979921 A JPH0979921 A JP H0979921A
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- 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
- G01P2015/0808—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 in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate
- G01P2015/0811—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 in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate for one single degree of freedom of movement of the mass
- G01P2015/0814—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 in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate for one single degree of freedom of movement of the mass for translational movement of the mass, e.g. shuttle type
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 基板に固定された櫛歯電極の剛性を向上する
とともに、質量の基板法線方向の変位を制限するストッ
パを備える力学量センサを提供する。 【解決手段】 質量部１４と、質量を基板に支持する支
持部１７と、接続部２２において基板に固定された両持
梁構造である櫛歯状の電極部１９，２０で駆動電極２１
を形成し、駆動電極２１に電圧を印加することにより質
量の駆動が可能になる。このように基板に固定された櫛
歯電極を両持梁構造とし、質量の基板法線方向の変位を
制限するストッパを備えることにより、低コスト、高信
頼な力学量センサを実現している。
とともに、質量の基板法線方向の変位を制限するストッ
パを備える力学量センサを提供する。 【解決手段】 質量部１４と、質量を基板に支持する支
持部１７と、接続部２２において基板に固定された両持
梁構造である櫛歯状の電極部１９，２０で駆動電極２１
を形成し、駆動電極２１に電圧を印加することにより質
量の駆動が可能になる。このように基板に固定された櫛
歯電極を両持梁構造とし、質量の基板法線方向の変位を
制限するストッパを備えることにより、低コスト、高信
頼な力学量センサを実現している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、力学量の入力によ
る微少な力を検出する力学量センサに関する。
る微少な力を検出する力学量センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、多くの電子システムが安全性や快
適性向上のために車載されている。このような電子シス
テムにおいては力学量入力に対して各種の制御を行うた
め、様々な力学量センサが必要である。車載の力学量セ
ンサには測定精度と共に小型化と低コスト化が求められ
る。このような要求に対して半導体を用いて力学量セン
サを実現する技術が知られている。
適性向上のために車載されている。このような電子シス
テムにおいては力学量入力に対して各種の制御を行うた
め、様々な力学量センサが必要である。車載の力学量セ
ンサには測定精度と共に小型化と低コスト化が求められ
る。このような要求に対して半導体を用いて力学量セン
サを実現する技術が知られている。
【０００３】このような半導体力学量センサの例として
は、例えば特公平６−４４００８号公報に開示されてい
る。これは加速度センサの例であり、図９に平面模式図
を示す。
は、例えば特公平６−４４００８号公報に開示されてい
る。これは加速度センサの例であり、図９に平面模式図
を示す。
【０００４】構造体はすべて基板上に堆積した多結晶シ
リコン薄膜で形成されている。図９において１は慣性質
量であり、２は慣性質量１を基板に支持する梁部であ
り、３は慣性質量側面より延びた櫛歯電極である。４，
５は基板に固定された櫛歯電極であり、慣性質量側面よ
り延びた櫛歯電極３に対向している。櫛歯電極３〜５で
検出電極６を形成している。慣性質量１の電位は梁部２
を介して電気的に周辺処理回路（図示せず）に接続され
ている（ａ）。慣性質量側面より延びた櫛歯電極３に対
して図９において下側に対向する櫛歯電極４は相互に接
続され周辺処理回路に接続されている（ｃ）。また、慣
性質量側面より延びた櫛歯電極３に対して図９において
上側に対向する櫛歯電極５は相互に接続され周辺処理回
路に接続されている（ｂ）。
リコン薄膜で形成されている。図９において１は慣性質
量であり、２は慣性質量１を基板に支持する梁部であ
り、３は慣性質量側面より延びた櫛歯電極である。４，
５は基板に固定された櫛歯電極であり、慣性質量側面よ
り延びた櫛歯電極３に対向している。櫛歯電極３〜５で
検出電極６を形成している。慣性質量１の電位は梁部２
を介して電気的に周辺処理回路（図示せず）に接続され
ている（ａ）。慣性質量側面より延びた櫛歯電極３に対
して図９において下側に対向する櫛歯電極４は相互に接
続され周辺処理回路に接続されている（ｃ）。また、慣
性質量側面より延びた櫛歯電極３に対して図９において
上側に対向する櫛歯電極５は相互に接続され周辺処理回
路に接続されている（ｂ）。
【０００５】次に動作について説明する。
【０００６】図９のｙ軸方向に加速度が入力すると、慣
性質量１に慣性力が発生する。発生した慣性力に釣り合
うように梁部２は撓み、その結果慣性質量側面より延び
た櫛歯電極３と櫛歯電極４の間隔及び櫛歯電極３と櫛歯
電極５の間隔に差が生じる。これを図９のａ−ｃ及びａ
−ｂ容量差として検出する。
性質量１に慣性力が発生する。発生した慣性力に釣り合
うように梁部２は撓み、その結果慣性質量側面より延び
た櫛歯電極３と櫛歯電極４の間隔及び櫛歯電極３と櫛歯
電極５の間隔に差が生じる。これを図９のａ−ｃ及びａ
−ｂ容量差として検出する。
【０００７】また他の従来例としては例えば J. Bernst
ein et al. "Micromachined Comb-Drive Tuning Fork R
ate Gyroscope" Digest IEEE/ASME Micro Electro Mech
anical Systems(MEMS) Workshop, Florida, 1993, 143-
148 に開示されている。
ein et al. "Micromachined Comb-Drive Tuning Fork R
ate Gyroscope" Digest IEEE/ASME Micro Electro Mech
anical Systems(MEMS) Workshop, Florida, 1993, 143-
148 に開示されている。
【０００８】これは角速度センサの例であり、図１０に
平面模式図を、図１１には図１０中のＥ−Ｅ′断面の模
式図を示す。この従来例は前記従来例と同様に構造体は
すべて基板１２上に堆積した多結晶シリコン薄膜で形成
されている。図１０，１１において７は振動質量であ
り、８，９は振動質量７を基板１２に支持する支持部で
ある。１０は振動質量側面より延びた櫛歯電極と基板１
２に固定された櫛歯電極で構成した駆動電極である。基
板１２上には酸化膜１１が形成され酸化膜１１上の振動
質量７の直下には検出電極１３が形成されている。
平面模式図を、図１１には図１０中のＥ−Ｅ′断面の模
式図を示す。この従来例は前記従来例と同様に構造体は
すべて基板１２上に堆積した多結晶シリコン薄膜で形成
されている。図１０，１１において７は振動質量であ
り、８，９は振動質量７を基板１２に支持する支持部で
ある。１０は振動質量側面より延びた櫛歯電極と基板１
２に固定された櫛歯電極で構成した駆動電極である。基
板１２上には酸化膜１１が形成され酸化膜１１上の振動
質量７の直下には検出電極１３が形成されている。
【０００９】次に動作について説明する。
【００１０】図１０，１１において、２つの振動質量
は、共通電位ａに対してｂ、ｄとｃに逆位相の駆動電圧
を印加することによりｘ軸方向にそれぞれ逆方向に駆動
される。振動質量の駆動状態において図中ｚ軸方向に角
速度が入力すると（ｚ軸回りに回転すると）、下記
（１）式で示されるようなコリオリ力Ｆｃ（ｔ）がそれ
ぞれの振動質量に対してｙ軸方向に発生する。
は、共通電位ａに対してｂ、ｄとｃに逆位相の駆動電圧
を印加することによりｘ軸方向にそれぞれ逆方向に駆動
される。振動質量の駆動状態において図中ｚ軸方向に角
速度が入力すると（ｚ軸回りに回転すると）、下記
（１）式で示されるようなコリオリ力Ｆｃ（ｔ）がそれ
ぞれの振動質量に対してｙ軸方向に発生する。
【００１１】 Ｆｃ（ｔ）＝２・ｍ・Ｖｍ（ｔ）・Ω （１） ここで、ｍは振動質量の質量、Ｖｍ（ｔ）は静電引力に
より駆動される振動質量の速さである。振動質量はそれ
ぞれ逆方向に駆動されるため発生するコリオリ力は符号
が逆になる。発生したコリオリ力により振動質量はｙ軸
方向（基板の法線方向）に変位する。この変位により２
つの振動質量の共通電位ａとそれぞれの検出電極の容量
が変化し差動容量により角速度を検出する。
より駆動される振動質量の速さである。振動質量はそれ
ぞれ逆方向に駆動されるため発生するコリオリ力は符号
が逆になる。発生したコリオリ力により振動質量はｙ軸
方向（基板の法線方向）に変位する。この変位により２
つの振動質量の共通電位ａとそれぞれの検出電極の容量
が変化し差動容量により角速度を検出する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来例で示したような力学量センサにおいては、検
出電極または駆動電極を、変位可能な質量の側面より延
びた櫛歯電極と基板に固定した片持ち梁状の櫛歯電極を
対向させて構成しているため、櫛歯電極の剛性が低く容
易に変位が可能である。その結果、実装工程時に誤って
落下した場合等に発生する衝撃力等により櫛歯電極同士
のミスステップ（図１２参照）が容易に発生して動作不
良を引き起こし、センサとしての信頼性を低下させると
いう問題点があった。
うな従来例で示したような力学量センサにおいては、検
出電極または駆動電極を、変位可能な質量の側面より延
びた櫛歯電極と基板に固定した片持ち梁状の櫛歯電極を
対向させて構成しているため、櫛歯電極の剛性が低く容
易に変位が可能である。その結果、実装工程時に誤って
落下した場合等に発生する衝撃力等により櫛歯電極同士
のミスステップ（図１２参照）が容易に発生して動作不
良を引き起こし、センサとしての信頼性を低下させると
いう問題点があった。
【００１３】本発明は、このような従来の問題点に着目
してなされたもので、基板に固定された櫛歯電極の剛性
を向上するとともに、質量の基板法線方向の変位を制限
するストッパを備える力学量センサを提供することを目
的とする。
してなされたもので、基板に固定された櫛歯電極の剛性
を向上するとともに、質量の基板法線方向の変位を制限
するストッパを備える力学量センサを提供することを目
的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は上述の課題を解
決するために、基板と、質量と、前記質量を支持する、
前記基板に固定された支持部と、前記質量に対向した、
前記基板に固定された複数の電極とを有し、力学量の入
力により前記質量に発生する力を、前記質量と前記電極
間で形成した対向電極で検出する力学量センサ、また
は、前記質量を、前記電極で振動駆動し、振動状態にお
ける力学量の入力により前記質量に発生する力を、前記
質量と前記電極間で形成した対向電極で検出する力学量
センサにおいて、前記電極は、前記基板に２カ所以上ま
たは全面で固定されており、かつ前記振動質量の前記基
板法線方向の変位を制限するストッパを有する。
決するために、基板と、質量と、前記質量を支持する、
前記基板に固定された支持部と、前記質量に対向した、
前記基板に固定された複数の電極とを有し、力学量の入
力により前記質量に発生する力を、前記質量と前記電極
間で形成した対向電極で検出する力学量センサ、また
は、前記質量を、前記電極で振動駆動し、振動状態にお
ける力学量の入力により前記質量に発生する力を、前記
質量と前記電極間で形成した対向電極で検出する力学量
センサにおいて、前記電極は、前記基板に２カ所以上ま
たは全面で固定されており、かつ前記振動質量の前記基
板法線方向の変位を制限するストッパを有する。
【００１５】
【作用】本発明によれば、基板に固定された櫛歯電極を
両持梁構造にしたことにより剛性が向上し、また、スト
ッパの剛性を所望の値に設定することにより、落下衝撃
等の大規模な入力に対しても櫛歯電極間のミスステップ
がおきないように抑えることが可能である。
両持梁構造にしたことにより剛性が向上し、また、スト
ッパの剛性を所望の値に設定することにより、落下衝撃
等の大規模な入力に対しても櫛歯電極間のミスステップ
がおきないように抑えることが可能である。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に基づいて詳
細に説明する。
細に説明する。
【００１７】〔実施の形態１〕図１に本発明の実施の形
態１の質量部、質量を基板に支持する支持部及び電極部
の平面模式図を示す。
態１の質量部、質量を基板に支持する支持部及び電極部
の平面模式図を示す。
【００１８】図１において本実施の形態は基板として半
導体基板を用い、質量部、支持部及び電極部を多結晶シ
リコン層で形成したものである。
導体基板を用い、質量部、支持部及び電極部を多結晶シ
リコン層で形成したものである。
【００１９】同図において１４は質量部であり、１７は
質量を基板に支持する支持部である。１９は質量部の側
面より延びた櫛歯状の電極部、２０は基板に固定された
櫛歯状の電極部である。本実施の形態では櫛歯電極１９
と２０で駆動電極２１を形成しており、駆動電極に電圧
を印加することにより図中ｘ軸方向に質量の駆動が可能
にっている。１８は櫛歯電極２０と周辺回路部（図示せ
ず）を電気的に接続する配線部であり、接続部２２にお
いて櫛歯電極２０と配線部１８は接続されている。各々
の櫛歯電極は２カ所の接続部２２において基板に固定さ
れた両持梁構造となっている。１５は質量部、支持部及
び電極部と同じ構造体で形成したアンカ部である。１６
はひさし状構造体であり、固定部２３にてアンカ部１５
に固定されている。
質量を基板に支持する支持部である。１９は質量部の側
面より延びた櫛歯状の電極部、２０は基板に固定された
櫛歯状の電極部である。本実施の形態では櫛歯電極１９
と２０で駆動電極２１を形成しており、駆動電極に電圧
を印加することにより図中ｘ軸方向に質量の駆動が可能
にっている。１８は櫛歯電極２０と周辺回路部（図示せ
ず）を電気的に接続する配線部であり、接続部２２にお
いて櫛歯電極２０と配線部１８は接続されている。各々
の櫛歯電極は２カ所の接続部２２において基板に固定さ
れた両持梁構造となっている。１５は質量部、支持部及
び電極部と同じ構造体で形成したアンカ部である。１６
はひさし状構造体であり、固定部２３にてアンカ部１５
に固定されている。
【００２０】図１のＡ−Ａ′、Ｂ−Ｂ′、Ｃ−Ｃ′の各
断面図の模式図をそれぞれ図１３、図１４、図１５に示
す。図１３〜図１５と図１において同じ構成部は同じ番
号で示した。また、２４は基板を示す。配線部１８は多
結晶シリコンで形成した例を示した。２５は基板や多結
晶シリコンの酸化膜である。３２は図１においては、図
面の簡略のために記載を省略した２層目の多結晶シリコ
ン層である。
断面図の模式図をそれぞれ図１３、図１４、図１５に示
す。図１３〜図１５と図１において同じ構成部は同じ番
号で示した。また、２４は基板を示す。配線部１８は多
結晶シリコンで形成した例を示した。２５は基板や多結
晶シリコンの酸化膜である。３２は図１においては、図
面の簡略のために記載を省略した２層目の多結晶シリコ
ン層である。
【００２１】次に作成プロセスの一例を各断面図に基づ
いて説明する。
いて説明する。
【００２２】図１７及び図１８には図１Ａ−Ａ′断面図
における作成プロセスを示す。
における作成プロセスを示す。
【００２３】（ａ）基板２４を酸化し酸化膜２５を形成
する。
する。
【００２４】（ｂ）配線部のために多結晶シリコンを堆
積し、これをパターニングした後に酸化を行い酸化膜を
形成する。
積し、これをパターニングした後に酸化を行い酸化膜を
形成する。
【００２５】（ｃ）２層目の多結晶シリコン層３２を堆
積し、酸化を行い酸化膜を形成する。
積し、酸化を行い酸化膜を形成する。
【００２６】（ｄ）２層目の多結晶シリコン層３２のパ
ターニングを行う。
ターニングを行う。
【００２７】（ｅ）犠牲層酸化膜２６を堆積し、電極２
０と配線部１８の接続部２２の形成のためにコンタクト
孔２７を形成する。
０と配線部１８の接続部２２の形成のためにコンタクト
孔２７を形成する。
【００２８】（ｆ）質量部、支持部及び電極部になる構
造体用の多結晶シリコン層２８を堆積する。多結晶シリ
コン層２８の厚さは２〜５μｍ程度である。
造体用の多結晶シリコン層２８を堆積する。多結晶シリ
コン層２８の厚さは２〜５μｍ程度である。
【００２９】（ｇ）多結晶シリコン層２８をパターニン
グする。
グする。
【００３０】（ｈ）酸系の溶液を用いて犠牲層酸化膜２
６を除去し、構造体を形成する。
６を除去し、構造体を形成する。
【００３１】図１Ｂ−Ｂ′断面図における作成プロセス
はＡ−Ａ′断面図と同じであるので説明を省略する。
はＡ−Ａ′断面図と同じであるので説明を省略する。
【００３２】図１９〜図２１は図１Ｃ−Ｃ′断面図にお
ける作成プロセスである。
ける作成プロセスである。
【００３３】（ａ）〜（ｆ）までは配線用の多結晶シリ
コンの堆積プロセスが無いことを除き、Ａ−Ａ′断面図
の作成プロセスと同じであるので説明を省略する。
コンの堆積プロセスが無いことを除き、Ａ−Ａ′断面図
の作成プロセスと同じであるので説明を省略する。
【００３４】（ｇ）構造体用の多結晶シリコン層２８の
パターニングし、質量部１４やアンカ部１５の形成の後
に平坦化及びパッシベーション膜形成のために酸化膜２
９を堆積する。
パターニングし、質量部１４やアンカ部１５の形成の後
に平坦化及びパッシベーション膜形成のために酸化膜２
９を堆積する。
【００３５】（ｈ）アンカ部上の酸化膜２９に固定部の
ためのコンタクト孔３０を形成する。
ためのコンタクト孔３０を形成する。
【００３６】（ｉ）パッシベーション膜及びストッパ形
成用の窒化シリコン膜３１を堆積する。
成用の窒化シリコン膜３１を堆積する。
【００３７】（ｊ）窒化シリコン膜３１をパターニング
してひさし状構造体１６を形成する。パターニング用の
マスクとしてはワイヤボンド用のパッド形成のため金属
電極上のパッシベーション膜を除去するマスクと共用が
可能である。
してひさし状構造体１６を形成する。パターニング用の
マスクとしてはワイヤボンド用のパッド形成のため金属
電極上のパッシベーション膜を除去するマスクと共用が
可能である。
【００３８】（ｊ）工程の後、酸系の溶液にて犠牲層酸
化膜２６、平坦化及びパッシベーション膜形成のために
酸化膜２９を除去することにより、質量部１４の基板法
線方向の変位を制限するストッパを形成する。
化膜２６、平坦化及びパッシベーション膜形成のために
酸化膜２９を除去することにより、質量部１４の基板法
線方向の変位を制限するストッパを形成する。
【００３９】上記のプロセスではストッパの構成するひ
さし状構造体の材料として窒化シリコン膜を用いた例を
示したが、構造材として多結晶シリコン膜等他の堆積膜
を用いることも可能である。
さし状構造体の材料として窒化シリコン膜を用いた例を
示したが、構造材として多結晶シリコン膜等他の堆積膜
を用いることも可能である。
【００４０】以上説明したように、本実施の形態におい
ては基板に固定された櫛歯電極２０は基板に対して２カ
所で固定された両持梁構造であり、従来例に示したよう
な片持梁構造に比べその剛性が向上している。例えば最
大変位量で比較すると図１中のｘ，ｙ軸方向に対して片
持梁構造から両持梁構造にすることによりその剛性は８
倍向上する（但し、梁長は不変とした）。また、図１５
に示すように質量部１４はひさし状構造体１６で構成さ
れたストッパにより基板法線方向の変位が制限されてい
る。ストッパの剛性はひさし状構造体の材質、形状及び
数量により決定できる。質量部の側面より延びた櫛歯電
極１９は質量部で支持された片持梁構造であるが、質量
部１４とひさし状構造体１６の間隔δを質量部１４の厚
さより少なくし、ストッパの剛性を所望の値に設定する
ことにより、落下衝撃等の大規模な入力に対しても、質
量部の側面より延びた櫛歯電極１９と基板に固定された
櫛歯電極２０の最大相対変位を図１２に示すような櫛歯
電極間のミスステップがおきないように抑えることが可
能である。
ては基板に固定された櫛歯電極２０は基板に対して２カ
所で固定された両持梁構造であり、従来例に示したよう
な片持梁構造に比べその剛性が向上している。例えば最
大変位量で比較すると図１中のｘ，ｙ軸方向に対して片
持梁構造から両持梁構造にすることによりその剛性は８
倍向上する（但し、梁長は不変とした）。また、図１５
に示すように質量部１４はひさし状構造体１６で構成さ
れたストッパにより基板法線方向の変位が制限されてい
る。ストッパの剛性はひさし状構造体の材質、形状及び
数量により決定できる。質量部の側面より延びた櫛歯電
極１９は質量部で支持された片持梁構造であるが、質量
部１４とひさし状構造体１６の間隔δを質量部１４の厚
さより少なくし、ストッパの剛性を所望の値に設定する
ことにより、落下衝撃等の大規模な入力に対しても、質
量部の側面より延びた櫛歯電極１９と基板に固定された
櫛歯電極２０の最大相対変位を図１２に示すような櫛歯
電極間のミスステップがおきないように抑えることが可
能である。
【００４１】また落下衝撃等の大規模な入力に対しても
櫛歯電極間のミスステップが発生せず、実装工程におけ
る歩留まり低下を防止できるため、低コストかつ高信頼
な力学量センサを実現できる。
櫛歯電極間のミスステップが発生せず、実装工程におけ
る歩留まり低下を防止できるため、低コストかつ高信頼
な力学量センサを実現できる。
【００４２】なお、本実施の形態では質量を駆動する力
学量センサ（例えば角速度センサ等）について説明した
が、他の力学量センサにも適用可能である。例えば図５
に示すように基板に固定した櫛歯電極２０と質量部の側
面より延びた櫛歯電極１９の間隔を図中の上下で異なる
ように両電極を対向することによりｙ軸方向の質量部の
変位を検出可能となる。従ってｙ軸方向の加速度センサ
が実現可能である。また、先願の特願平６−３１８１５
８号公報、特願平６−３０４８２０号公報の技術を適用
することにより高精度の角速度センサが実現可能であ
る。得られる作用効果は同じである。
学量センサ（例えば角速度センサ等）について説明した
が、他の力学量センサにも適用可能である。例えば図５
に示すように基板に固定した櫛歯電極２０と質量部の側
面より延びた櫛歯電極１９の間隔を図中の上下で異なる
ように両電極を対向することによりｙ軸方向の質量部の
変位を検出可能となる。従ってｙ軸方向の加速度センサ
が実現可能である。また、先願の特願平６−３１８１５
８号公報、特願平６−３０４８２０号公報の技術を適用
することにより高精度の角速度センサが実現可能であ
る。得られる作用効果は同じである。
【００４３】〔実施の形態２〕図２に本発明の実施の形
態２の質量部、質量を基板に支持する支持部及び電極部
の平面模式図を示す。
態２の質量部、質量を基板に支持する支持部及び電極部
の平面模式図を示す。
【００４４】本実施の形態は、基板として半導体基板を
用い、質量部、支持部及び電極部を多結晶シリコン層で
形成したものである。
用い、質量部、支持部及び電極部を多結晶シリコン層で
形成したものである。
【００４５】図２において本実施の形態は基板に固定し
た櫛歯電極２０をその長手方向のほぼ全域において配線
部１８と接続したことに特徴がある。その他の構成は実
施の形態１と同じであるので説明を省略する。
た櫛歯電極２０をその長手方向のほぼ全域において配線
部１８と接続したことに特徴がある。その他の構成は実
施の形態１と同じであるので説明を省略する。
【００４６】図２のＤ−Ｄ′断面図の模式図をそれぞれ
図１６に示す。
図１６に示す。
【００４７】本実施の形態の作成プロセスは実施の形態
１と同じであるので省略する。
１と同じであるので省略する。
【００４８】本実施の形態においては基板に固定された
櫛歯電極２０はその長手方向のほぼ全域において固定さ
れた構造であり、従来例に示したような片持梁構造に比
べその剛性が向上している。本実施の形態は実施の形態
１と同様の作用・効果が得られ、さらに基板に固定され
た櫛歯電極２０の剛性がより向上するため信頼性は実施
の形態１に比べ向上する。
櫛歯電極２０はその長手方向のほぼ全域において固定さ
れた構造であり、従来例に示したような片持梁構造に比
べその剛性が向上している。本実施の形態は実施の形態
１と同様の作用・効果が得られ、さらに基板に固定され
た櫛歯電極２０の剛性がより向上するため信頼性は実施
の形態１に比べ向上する。
【００４９】なお、本実施の形態では質量を駆動する力
学量センサ（例えば角速度センサ等）について説明した
が、他の力学量センサにも適用可能である。例えば図６
に示すように基板に固定した櫛歯電極２０と質量部の側
面より延びた櫛歯電極１９の間隔を図中の上下で異なる
ように両電極を対向することによりｙ軸方向の質量部の
変位を検出可能となる。従ってｙ軸方向の加速度センサ
が実現可能である。また、先願の特願平６−３１８１５
８号公報、特願平６−３０４８２０号公報の技術を適用
することにより高精度の角速度センサが実現可能であ
る。得られる作用効果は同じである。
学量センサ（例えば角速度センサ等）について説明した
が、他の力学量センサにも適用可能である。例えば図６
に示すように基板に固定した櫛歯電極２０と質量部の側
面より延びた櫛歯電極１９の間隔を図中の上下で異なる
ように両電極を対向することによりｙ軸方向の質量部の
変位を検出可能となる。従ってｙ軸方向の加速度センサ
が実現可能である。また、先願の特願平６−３１８１５
８号公報、特願平６−３０４８２０号公報の技術を適用
することにより高精度の角速度センサが実現可能であ
る。得られる作用効果は同じである。
【００５０】〔実施の形態３〕図３に本発明の実施の形
態３の質量部、質量を基板に支持する支持部及び電極部
の平面模式図を示す。
態３の質量部、質量を基板に支持する支持部及び電極部
の平面模式図を示す。
【００５１】本実施の形態は、基板として半導体基板を
用い、質量部、支持部及び電極部を多結晶シリコン層で
形成したものである。
用い、質量部、支持部及び電極部を多結晶シリコン層で
形成したものである。
【００５２】本実施の形態は質量部１４に空洞部３３を
形成し、基板に対して２カ所の接続部２２で固定した櫛
歯電極２０を空洞部３３に包含されるように配置し、空
洞部３３の内壁と基板に固定した櫛歯電極２０で駆動電
極２１を構成したことに特徴がある。また、駆動電圧印
加時にｘ軸方向に発生する静電引力の影響が無視できな
い場合には、図２２のようにシールド電極３４を追加
し、質量部１４と等電位にすることにより、その影響を
除去できる。その他の構成は実施の形態１と同じである
ので説明を省略する。
形成し、基板に対して２カ所の接続部２２で固定した櫛
歯電極２０を空洞部３３に包含されるように配置し、空
洞部３３の内壁と基板に固定した櫛歯電極２０で駆動電
極２１を構成したことに特徴がある。また、駆動電圧印
加時にｘ軸方向に発生する静電引力の影響が無視できな
い場合には、図２２のようにシールド電極３４を追加
し、質量部１４と等電位にすることにより、その影響を
除去できる。その他の構成は実施の形態１と同じである
ので説明を省略する。
【００５３】本実施の形態の作成プロセスは実施の形態
１と同様であるので説明を省略する。
１と同様であるので説明を省略する。
【００５４】本実施の形態においては、実施の形態１と
同様に基板に固定された櫛歯電極２０は基板に対して２
カ所で固定された両持梁構造であり、従来例に示したよ
うな片持梁構造に比べその剛性が向上している。さら
に、固定された櫛歯電極２０の対向電極として、両持梁
構造体の側面である空洞部３３の内壁を電極として用い
ているため、実施の形態１，２に比べ剛性が向上する。
同様に基板に固定された櫛歯電極２０は基板に対して２
カ所で固定された両持梁構造であり、従来例に示したよ
うな片持梁構造に比べその剛性が向上している。さら
に、固定された櫛歯電極２０の対向電極として、両持梁
構造体の側面である空洞部３３の内壁を電極として用い
ているため、実施の形態１，２に比べ剛性が向上する。
【００５５】本実施の形態は実施の形態１と同様な効果
が得られ、固定された櫛歯電極２０の対向電極の剛性が
さらに向上するため信頼性は実施の形態１に比べ向上す
る。なお、本実施の形態では質量を駆動する力学量セン
サ（例えば角速度センサ等）について説明したが、他の
力学量センサにも適用可能である。例えば図７に示すよ
うに基板に固定した櫛歯電極２０と対向電極として用い
る空洞部３３の内壁との間隔を図中の上下で異なるよう
に両電極を対向することによりｙ軸方向の質量部の変位
を検出可能となる。従ってｙ軸方向の加速度センサが実
現可能である。また、先願の特願平６−３１８１５８号
公報、特願平６−３０４８２０号公報の技術を適用する
ことにより高精度の角速度センサが実現可能である。得
られる作用効果は同じである。
が得られ、固定された櫛歯電極２０の対向電極の剛性が
さらに向上するため信頼性は実施の形態１に比べ向上す
る。なお、本実施の形態では質量を駆動する力学量セン
サ（例えば角速度センサ等）について説明したが、他の
力学量センサにも適用可能である。例えば図７に示すよ
うに基板に固定した櫛歯電極２０と対向電極として用い
る空洞部３３の内壁との間隔を図中の上下で異なるよう
に両電極を対向することによりｙ軸方向の質量部の変位
を検出可能となる。従ってｙ軸方向の加速度センサが実
現可能である。また、先願の特願平６−３１８１５８号
公報、特願平６−３０４８２０号公報の技術を適用する
ことにより高精度の角速度センサが実現可能である。得
られる作用効果は同じである。
【００５６】〔実施の形態４〕図４に本発明の実施の形
態４の質量部、質量を基板に支持する支持部及び電極部
の平面模式図を示す。
態４の質量部、質量を基板に支持する支持部及び電極部
の平面模式図を示す。
【００５７】本実施の形態は、基板として半導体基板を
用い、質量部、支持部及び電極部を多結晶シリコン層で
形成したものである。
用い、質量部、支持部及び電極部を多結晶シリコン層で
形成したものである。
【００５８】本実施の形態は質量部１４に空洞部３３を
形成し、長手方向のほぼ全域において配線部１８と接続
して基板に固定した櫛歯電極２０を空洞部３３に包含さ
れるように配置し、空洞部３３の内壁と基板に固定した
櫛歯電極２０で駆動電極２１を構成したことに特徴があ
る。また、駆動電圧印加時にｘ軸方向に発生する静電引
力の影響が無視出来ない場合には、図２２のようにシー
ルド電極３４を追加し質量部１４と等電位にすることに
よりその影響を除去できる。その他の構成は実施の形態
１と同じであるので説明を省略する。
形成し、長手方向のほぼ全域において配線部１８と接続
して基板に固定した櫛歯電極２０を空洞部３３に包含さ
れるように配置し、空洞部３３の内壁と基板に固定した
櫛歯電極２０で駆動電極２１を構成したことに特徴があ
る。また、駆動電圧印加時にｘ軸方向に発生する静電引
力の影響が無視出来ない場合には、図２２のようにシー
ルド電極３４を追加し質量部１４と等電位にすることに
よりその影響を除去できる。その他の構成は実施の形態
１と同じであるので説明を省略する。
【００５９】本実施の形態の作成プロセスは実施の形態
１と同様であるので説明を省略する。
１と同様であるので説明を省略する。
【００６０】本実施の形態により得られる作用は実施の
形態３と同様であるが、本実施の形態においては基板に
固定された櫛歯電極２０はその長手方向のほぼ全域にお
いて固定された構造であり、実施の形態３に比べその剛
性が向上している。
形態３と同様であるが、本実施の形態においては基板に
固定された櫛歯電極２０はその長手方向のほぼ全域にお
いて固定された構造であり、実施の形態３に比べその剛
性が向上している。
【００６１】本実施の形態は実施の形態３と同様な効果
が得られ、固定された櫛歯電極２０の剛性がさらに向上
するため信頼性は実施の形態３に比べ向上する。
が得られ、固定された櫛歯電極２０の剛性がさらに向上
するため信頼性は実施の形態３に比べ向上する。
【００６２】なお、本実施の形態では質量を駆動する力
学量センサ（例えば角速度センサ等）について説明した
が、他の力学量センサにも適用可能である。例えば図８
に示すように基板に固定した櫛歯電極２０と対向電極と
して用いる空洞部３３の内壁との間隔を図中の上下で異
なるように両電極を対向することによりｙ軸方向の質量
部の変位を検出可能となる。従ってｙ軸方向の加速度セ
ンサが実現可能である。また、先願の特願平６−３１８
１５８号公報、特願平６−３０４８２０号公報の技術を
適用することにより高精度の角速度センサが実現可能で
ある。得られる作用効果は同じである。
学量センサ（例えば角速度センサ等）について説明した
が、他の力学量センサにも適用可能である。例えば図８
に示すように基板に固定した櫛歯電極２０と対向電極と
して用いる空洞部３３の内壁との間隔を図中の上下で異
なるように両電極を対向することによりｙ軸方向の質量
部の変位を検出可能となる。従ってｙ軸方向の加速度セ
ンサが実現可能である。また、先願の特願平６−３１８
１５８号公報、特願平６−３０４８２０号公報の技術を
適用することにより高精度の角速度センサが実現可能で
ある。得られる作用効果は同じである。
【００６３】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば基板に固定された櫛歯電極を両持梁構造とし、質量の
基板法線方向の変位を制限するストッパを備える構成と
したことにより、低コスト、高信頼な力学量センサを実
現している。
ば基板に固定された櫛歯電極を両持梁構造とし、質量の
基板法線方向の変位を制限するストッパを備える構成と
したことにより、低コスト、高信頼な力学量センサを実
現している。
【図１】本発明における実施の形態１の平面模式図であ
る。
る。
【図２】本発明における実施の形態２の平面模式図であ
る。
る。
【図３】本発明における実施の形態３の平面模式図であ
る。
る。
【図４】本発明における実施の形態４の平面模式図であ
る。
る。
【図５】本発明における実施の形態１の変形例の平面模
式図である。
式図である。
【図６】本発明における実施の形態２の変形例の平面模
式図である。
式図である。
【図７】本発明における実施の形態３の変形例の平面模
式図である。
式図である。
【図８】本発明における実施の形態４の変形例の平面模
式図である。
式図である。
【図９】従来の加速度センサの平面模式図である。
【図１０】従来の角速度センサの平面模式図である。
【図１１】図２に示したＥ−Ｅ′断面の模式図である。
【図１２】従来の加速度センサで発生する電極間のミス
ステップを示す図である。
ステップを示す図である。
【図１３】図１に示したＡ−Ａ′断面の模式図である。
【図１４】図１に示したＢ−Ｂ′断面の模式図である。
【図１５】図１に示したＣ−Ｃ′断面の模式図である。
【図１６】図２に示したＤ−Ｄ′断面の模式図である。
【図１７】図１に示したＡ−Ａ′断面部における作成プ
ロセス例を示した図である。
ロセス例を示した図である。
【図１８】図１に示したＡ−Ａ′断面部における作成プ
ロセス例を示した図である。
ロセス例を示した図である。
【図１９】図１に示したＣ−Ｃ′断面部における作成プ
ロセス例を示した図である。
ロセス例を示した図である。
【図２０】図１に示したＣ−Ｃ′断面部における作成プ
ロセス例を示した図である。
ロセス例を示した図である。
【図２１】図１に示したＣ−Ｃ′断面部における作成プ
ロセス例を示した図である。
ロセス例を示した図である。
【図２２】本発明における実施の形態３，４におけるシ
ールド電極の付加を示した図である。
ールド電極の付加を示した図である。
１ 慣性質量 ２ 梁部 ３ 慣性質量側面より延びた櫛歯電極 ４，５ 基板に固定された櫛歯電極 ６ 検出電極 ７ 振動質量 ８，９ 支持部 １０ 振動質量側面より延びた櫛歯電極 １１ 酸化膜 １２ 基板 １３ 検出電極 １４ 質量部 １５ アンカ部 １６ ひさし状構造体 １７ 支持部 １８ 配線部 １９ 質量部側面より延びた櫛歯状電極部 ２０ 基板に固定された櫛歯状電極部 ２１ 駆動電極 ２２ 接続部 ２３ 固定部 ２４ 基板 ２５ 酸化膜 ２６ 犠牲層酸化膜 ２７ コンタクト孔 ２８ 構造体用多結晶シリコン層 ２９ 平坦化及びパッシベーション用酸化膜 ３０ コンタクト孔 ３１ 窒化シリコン膜 ３２ ２層目の多結晶シリコン層 ３３ 空洞部 ３４ シールド電極
Claims (5)
- 【請求項１】 基板と、 質量と、 前記質量を支持する、前記基板に固定された支持部と、 前記質量に対向した、前記基板に固定された複数の電極
とを有し、 力学量の入力により前記質量に発生する力を、前記質量
と前記電極間で形成した対向電極で検出する力学量セン
サ、 または、前記質量を、前記電極で振動駆動し、振動状態
における力学量の入力により前記質量に発生する力を、
前記質量と前記電極間で形成した対向電極で検出する力
学量センサにおいて、 前記電極は、前記基板に２カ所以上または全面で固定さ
れており、 かつ前記振動質量の前記基板法線方向の変位を制限する
ストッパを有することを特徴とする力学量センサ。 - 【請求項２】 前記質量は、前記電極を包含する空洞部
を有し、前記空洞部の内壁と前記電極間で対向電極を形
成することを特徴とする請求項１に記載の力学量セン
サ。 - 【請求項３】 前記ストッパは、前記質量と同じ構造体
で固定されたひさし状の構造体であることを特徴とする
請求項１，２に記載の力学量センサ。 - 【請求項４】 前記ひさし状の構造体は、窒化シリコン
で形成したことを特徴とする請求項３に記載の力学量セ
ンサ。 - 【請求項５】 前記ひさし状の構造体は、多結晶シリコ
ンで形成したことを特徴とする請求項３に記載の力学量
センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23292695A JPH0979921A (ja) | 1995-09-11 | 1995-09-11 | 力学量センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23292695A JPH0979921A (ja) | 1995-09-11 | 1995-09-11 | 力学量センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0979921A true JPH0979921A (ja) | 1997-03-28 |
Family
ID=16947012
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23292695A Pending JPH0979921A (ja) | 1995-09-11 | 1995-09-11 | 力学量センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0979921A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002022446A (ja) * | 2000-07-06 | 2002-01-23 | Murata Mfg Co Ltd | 外力検知センサ |
| WO2009148156A1 (ja) * | 2008-06-05 | 2009-12-10 | 国立大学法人静岡大学 | 検知センサ |
-
1995
- 1995-09-11 JP JP23292695A patent/JPH0979921A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002022446A (ja) * | 2000-07-06 | 2002-01-23 | Murata Mfg Co Ltd | 外力検知センサ |
| WO2009148156A1 (ja) * | 2008-06-05 | 2009-12-10 | 国立大学法人静岡大学 | 検知センサ |
| JP5024803B2 (ja) * | 2008-06-05 | 2012-09-12 | 国立大学法人静岡大学 | 検知センサ |
| US8770043B2 (en) | 2008-06-05 | 2014-07-08 | National University Corporation Shizuoka University | Comb-structured MEMS accelerometer |
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