JPH10206457A - Capacitive acceleration sensor and its manufacture - Google Patents

Capacitive acceleration sensor and its manufacture

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Publication number
JPH10206457A
JPH10206457A JP963397A JP963397A JPH10206457A JP H10206457 A JPH10206457 A JP H10206457A JP 963397 A JP963397 A JP 963397A JP 963397 A JP963397 A JP 963397A JP H10206457 A JPH10206457 A JP H10206457A
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JP
Japan
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film
electrode
substrate
forming
movable electrode
Prior art date
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Pending
Application number
JP963397A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Keiji Hanzawa
恵二 半沢
Satoshi Shimada
嶋田  智
Kiyomitsu Suzuki
清光 鈴木
Masahiro Matsumoto
昌大 松本
Akihiko Saito
明彦 斉藤
Norio Ichikawa
範男 市川
Junichi Horie
潤一 堀江
Terumi Nakazawa
照美 仲沢
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
Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Car Engineering Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd, Hitachi Car Engineering Co Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPH10206457A publication Critical patent/JPH10206457A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensor structure having a relatively simple detection circuit of good detection accuracy without servo control performed. SOLUTION: The sensor has center beams 102a, 102b; 102c, 102d fixed to a surface of a substrate, a movable electrode 101 supported by the center beams via a space to the substrate and movable in a direction parallel to the substrate surface, fixed electrodes 104, 105 set at the substrate to confront the movable electrode, and side electrodes 106-111 located sideways of the movable electrode and projecting from the substrate surface. A change of a confronting area of the movable electrode and fixed electrode 104, 105 is detected as a change of a static capacity. In this case, a half length L2 of the center beam and a length L1 of the movable electrode at a part fixed to the center beam are set to hold a relationship L2/L1 of 0.8-2.2.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、加速度を検出する
加速度センサに関し、特に自動車エアバッグやシートベ
ルトの制御を行う安全装置等に組み込んで使用するのに
好適な静電容量式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 for detecting acceleration, and more particularly to a capacitance type acceleration sensor suitable for use in a safety device for controlling an airbag or a seat belt of an automobile.

【0002】[0002]

【従来の技術】自動車のエアバッグシステムやシートベ
ルトベルトシステム等の安全装置には自動車の衝突を検
知するための加速度センサが組み込まれている。この安
全装置は、自動車の衝突時以外の時に作動すると運転者
の自由が安全装置によって奪われるため非常に危険であ
る。一方、衝突時には確実に作動しないと運転者や同乗
者の生命を保護するという安全装置本来の目的を達成す
ることができない。したがって、自動車の安全装置に組
み込まれて自動車の衝突検知を行う加速度センサには極
めて高い信頼性が要求される。
2. Description of the Related Art An acceleration sensor for detecting a collision of an automobile is incorporated in a safety device such as an airbag system and a seat belt system of the automobile. This safety device is very dangerous if operated at times other than the collision of a motor vehicle, since the safety device deprives the driver of freedom. On the other hand, if it does not operate reliably in the event of a collision, the original purpose of the safety device, which protects the life of the driver and passengers, cannot be achieved. Therefore, extremely high reliability is required for an acceleration sensor that is incorporated in a vehicle safety device and detects a collision of a vehicle.

【0003】この加速度センサとして、ビームで支持さ
れ且つ可動電極の機能を有する可動マス及び可動マスに
対向して配置された固定電極よりなる加速度検出部と、
加速度に応じて変位する可動マスの動きを加速度信号に
変換する信号処理回路部とをシリコン基板上に一体に集
積化した構造のものが"ELECTRONIC DESIGN"1991年
8月号、45〜56ページに記載されている。
[0003] As the acceleration sensor, an acceleration detecting section comprising a movable mass supported by a beam and having a function of a movable electrode, and a fixed electrode disposed opposite to the movable mass,
"ELECTRONIC DESIGN", August 1991, pages 45 to 56, has a structure in which a signal processing circuit that converts the movement of a movable mass that changes in accordance with acceleration into an acceleration signal is integrated on a silicon substrate. Have been described.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】前記した従来の加速度
センサは、加速度検出精度を高めるために、また可動マ
ス(可動電極)が変位してセンサの加速度検出部が破壊
されるのを防止するために、可動マスが固定電極に対し
て所定の位置関係となるように加速度検出部をサーボ制
御し、その制御出力から加速度信号を得るようにしてい
る。このため、信号処理回路が複雑化している。また、
加速度検出部の構造は、加工のために用いるマスクのパ
ターン精度等、製造プロセスの影響を受けやすく、セン
サ特性のバラツキが大きい。
The conventional acceleration sensor described above is used to improve the accuracy of acceleration detection and to prevent the movable mass (movable electrode) from being displaced and the acceleration detecting portion of the sensor from being destroyed. Then, the acceleration detector is servo-controlled so that the movable mass has a predetermined positional relationship with respect to the fixed electrode, and an acceleration signal is obtained from the control output. For this reason, the signal processing circuit is complicated. Also,
The structure of the acceleration detection unit is easily affected by the manufacturing process such as the pattern accuracy of a mask used for processing, and has large variations in sensor characteristics.

【0005】更に、自動車のエアバッグシステム等に使
用される加速度センサは、検出方向以外から印加される
加速度成分に対する所定の弁別比(他軸感度)特性や、
所定の周波数特性、エンジンスイッチ投入時等に実行さ
れる自己診断機能等を備えていなければならない。
Further, an acceleration sensor used in an airbag system of an automobile has a predetermined discrimination ratio (other-axis sensitivity) characteristic with respect to an acceleration component applied from a direction other than the detection direction.
It must have a predetermined frequency characteristic, a self-diagnosis function executed when an engine switch is turned on, and the like.

【0006】本発明は、このような加速度センサの現状
に鑑みてなされたもので、比較的簡単な検出回路を用
い、加速度検出部をサーボ制御しなくても高精度な加速
度検出が可能な加速度センサを提供することを目的とす
る。また、本発明は、センサ間の特性のバラツキが少な
く、他軸感度特性や自己診断機能に対する要求を満足
し、且つ最も小さな構造で最大の検出精度の得られる加
速度センサを提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the current situation of such an acceleration sensor, and uses a relatively simple detection circuit and an acceleration capable of detecting an acceleration with high accuracy without performing servo control of an acceleration detection unit. It is intended to provide a sensor. Another object of the present invention is to provide an acceleration sensor that has less variation in characteristics between sensors, satisfies requirements for other axis sensitivity characteristics and a self-diagnosis function, and has the smallest structure and the highest detection accuracy. I do.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明では、基板に設け
られた固定電極と、基板に梁で支持されて固定電極に対
向配置された電極機能を有する可動マスとを用い、加速
度によって固定電極と可動マスの間の対向面積が変化す
るセンサ構造を採用することによって前記目的を達成す
る。固定電極と可動マス(可動電極)の対向面積が変化
すると、その間の静電容量が変化するため、この静電容
量の変化を検知することにより加速度を検出することが
できる。
According to the present invention, a fixed electrode provided on a substrate and a movable mass having an electrode function which is supported by a beam on the substrate and opposed to the fixed electrode are used. The object is achieved by adopting a sensor structure in which the facing area between the and the movable mass changes. When the facing area between the fixed electrode and the movable mass (movable electrode) changes, the capacitance between them changes, so that the acceleration can be detected by detecting the change in the capacitance.

【0008】図1は、本発明による静電容量式加速度セ
ンサの一例の基本構成を示す略図である。図1(a)は
固定電極と可動マス(可動電極)の位置関係を示す略平
面図、図1(b)はそのA−A断面図である。固定電極
14はシリコン等の基板16に形成されており、電極機
能を有する可動マス(可動電極)11は固定電極14と
一部重なり合うようにして固定電極14の上方に配置さ
れている。可動マス11は、アンカー部13a,13b
で基板16に固定された梁12a,12bによって、固
定電極14の上方に所定の間隙を有して支持されてい
る。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a basic configuration of an example of a capacitive acceleration sensor according to the present invention. FIG. 1A is a schematic plan view showing a positional relationship between a fixed electrode and a movable mass (movable electrode), and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA. The fixed electrode 14 is formed on a substrate 16 made of silicon or the like, and the movable mass (movable electrode) 11 having an electrode function is disposed above the fixed electrode 14 so as to partially overlap the fixed electrode 14. The movable mass 11 includes anchor portions 13a and 13b.
Are supported above the fixed electrode 14 with a predetermined gap by beams 12a and 12b fixed to the substrate 16.

【0009】加速度が基板16と平行に図1の左右方向
から加わると、可動電極11は慣性力によって固定電極
14に対して相対的に変位する。この可動電極11と固
定電極14との相対変位によって、2つの電極11,1
4の対向面積が変化する。したがって、これを一対の電
極11,14によって構成されるコンデンサの静電容量
の変化として捉えることにより、加速度を検出すること
ができる。
When an acceleration is applied in the horizontal direction of FIG. 1 in parallel with the substrate 16, the movable electrode 11 is displaced relative to the fixed electrode 14 by an inertial force. Due to the relative displacement between the movable electrode 11 and the fixed electrode 14, the two electrodes 11, 1
The facing area of No. 4 changes. Therefore, the acceleration can be detected by grasping this as a change in the capacitance of the capacitor formed by the pair of electrodes 11 and 14.

【0010】図2は、本発明による静電容量式加速度セ
ンサの他の例の基本構成を示す略図である。図2(a)
は固定電極と可動マスの位置関係を示す略平面図、図2
(b)はそのA−A断面図である。図2の例は、基板1
6上に固定電極14に加えて他の固定電極15を追加
し、2つの固定電極14,15に各々一部が重なるよう
にして可動マス(可動電極)11を設けたものである。
可動マス11は、アンカー部13a,13bで基板16
に固定された梁12a,12bによって、固定電極14
の上方に所定の間隙を有して支持されている。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a basic configuration of another example of the capacitive acceleration sensor according to the present invention. FIG. 2 (a)
Is a schematic plan view showing the positional relationship between the fixed electrode and the movable mass, and FIG.
(B) is the AA sectional view. The example of FIG.
6, a fixed electrode 14 is provided in addition to the fixed electrode 14, and a movable mass (movable electrode) 11 is provided so as to partially overlap the two fixed electrodes 14, 15.
The movable mass 11 is fixed to the substrate 16 by the anchor portions 13a and 13b.
The electrodes 12a, 12b fixed to the
Is supported with a predetermined gap above.

【0011】加速度が基板16と平行に図2の左右方向
から加わると、可動電極11は慣性力によって固定電極
14,15に対して相対的に変位する。この可動電極1
1と固定電極14との相対変位によって、可動電極11
と固定電極14の対向面積、及び可動電極11と固定電
極15bの対向面積が各々変化する。したがって、これ
を可動電極11と固定電極14によって構成される第1
のコンデンサの静電容量変化、及び可動電極11と固定
電極15によって構成される第2のコンデンサの静電容
量変化として捉えることにより、加速度を検出すること
ができる。具体的には、2つのコンデンサの静電容量は
一方が増加すれば他方は減少する関係で変化するので、
2つのコンデンサの静電容量の差の変化から加速度を検
出することができる。このとき、加速度がゼロの平衡状
態において、2つのコンデンサの静電容量が等しいよう
に電極形状を定めておくのが好ましい。
When acceleration is applied from the left and right directions in FIG. 2 in parallel with the substrate 16, the movable electrode 11 is displaced relative to the fixed electrodes 14 and 15 by inertial force. This movable electrode 1
1 and the fixed electrode 14 cause the movable electrode 11 to move.
The facing area of the fixed electrode 14 and the facing area of the movable electrode 11 and the fixed electrode 15b change. Accordingly, the first electrode constituted by the movable electrode 11 and the fixed electrode 14
The acceleration can be detected by grasping the change in the capacitance of the capacitor and the change in the capacitance of the second capacitor formed by the movable electrode 11 and the fixed electrode 15. Specifically, the capacitance of the two capacitors changes in such a way that if one increases, the other decreases.
The acceleration can be detected from the change in the difference between the capacitances of the two capacitors. At this time, in an equilibrium state where the acceleration is zero, it is preferable that the electrode shapes are determined so that the capacitances of the two capacitors are equal.

【0012】本発明による静電容量式加速度センサは、
基板表面に固定された両持ち梁と、両持ち梁によって基
板に対して空隙を持って支持され基板表面と平行な方向
に変位可能な可動電極と、可動電極に対向して基板に設
けられた固定電極と、可動電極の側方に位置し基板表面
から突出して設けられたサイド電極とを備え、可動電極
と固定電極との対向面積の変化を静電容量の変化として
検出することを特徴とする。
[0012] The capacitive acceleration sensor according to the present invention comprises:
A doubly-supported beam fixed to the substrate surface, a movable electrode supported by the doubly-supported beam with an air gap and displaceable in a direction parallel to the substrate surface, and provided on the substrate in opposition to the movable electrode. A fixed electrode, and a side electrode provided on the side of the movable electrode and protruding from the substrate surface, and detecting a change in an opposing area between the movable electrode and the fixed electrode as a change in capacitance. I do.

【0013】両持ち梁の半分の長さL2と、可動電極が
両持ち梁に固定されている長さL1の比L2/L1は、
0.8〜2.2であることが好ましい。また、可動電極
の厚みhと空隙dの比h/dは1.2〜3.4であるこ
とが好ましい。
A ratio L2 / L1 of a half length L2 of the doubly supported beam and a length L1 at which the movable electrode is fixed to the doubly supported beam is as follows.
It is preferably 0.8 to 2.2. Further, the ratio h / d of the thickness h of the movable electrode to the gap d is preferably 1.2 to 3.4.

【0014】前記固定電極は第1の電極と第2の電極と
からなり、可動電極と第1の電極との対向面積と、可動
電極と第2の電極との対向面積とは、可動電極の変位に
よって一方が増加するとき他方が減少する関係を有する
ように構成し、可動電極と第1電極間の静電容量と、可
動電極と第2の電極間の静電容量の差を検出することで
加速度検出を行うことができる。
The fixed electrode comprises a first electrode and a second electrode, and the area of the movable electrode facing the first electrode and the area of the movable electrode facing the second electrode are equal to the movable electrode. Detecting the difference between the capacitance between the movable electrode and the first electrode and the capacitance between the movable electrode and the second electrode, wherein the displacement is such that one increases and the other decreases by displacement. Can be used to perform acceleration detection.

【0015】可動電極は変位方向と略直交する方向に延
び互いに接続された複数の電極から構成することができ
る。サイド電極は可動電極と同一の材料で形成されてい
るものとすることができる。固定電極は単結晶シリコン
基板表面に不純物を拡散して形成された電極とすること
ができる。固定電極は、また、単結晶シリコン基板表面
に積層され、且つ不純物が含まれる多結晶シリコン電極
で構成することができる。
The movable electrode can be composed of a plurality of electrodes extending in a direction substantially perpendicular to the displacement direction and connected to each other. The side electrode may be formed of the same material as the movable electrode. The fixed electrode can be an electrode formed by diffusing impurities on the surface of the single crystal silicon substrate. The fixed electrode can be formed of a polycrystalline silicon electrode that is stacked on the surface of the single crystal silicon substrate and contains impurities.

【0016】本発明の静電容量式加速度センサには、可
動電極と固定電極との対向面積を調整するための調整機
構を設けることができる。この調整機構は基板表面に設
けられた面積調整用の電極パターンと電極パターンを固
定電極に選択的に接続するためのスイッチング手段とを
備えることができる。面積調整用の電極パターンは、可
動電極の変位にかかわらず常に可動電極と対向する位置
に配置される。
The capacitance type acceleration sensor according to the present invention can be provided with an adjusting mechanism for adjusting the facing area between the movable electrode and the fixed electrode. The adjustment mechanism can include an electrode pattern for adjusting the area provided on the substrate surface and switching means for selectively connecting the electrode pattern to the fixed electrode. The electrode pattern for area adjustment is always arranged at a position facing the movable electrode regardless of the displacement of the movable electrode.

【0017】また、前記調整機構は可動電極とサイド電
極との間に所定の電圧を印加する電圧印可手段を備え、
サイド電極への電圧印可により可動電極を強制的に変位
させるものとすることができる。前記調整機構は、ま
た、可動電極とサイド電極との間に電圧を印加する電圧
印可手段と、電圧印可手段にサイド電極を選択的に接続
するためのスイッチング手段とを備え、サイド電極への
電圧印可により可動電極を強制的に変位させるものとす
ることができる。
Further, the adjusting mechanism includes voltage applying means for applying a predetermined voltage between the movable electrode and the side electrode,
The movable electrode can be forcibly displaced by applying a voltage to the side electrode. The adjusting mechanism further includes voltage applying means for applying a voltage between the movable electrode and the side electrode, and switching means for selectively connecting the side electrode to the voltage applying means. The movable electrode can be forcibly displaced by application.

【0018】調整機構が備えるスイッチング手段は、ツ
ェナーザップトリミング、多結晶シリコンヒューズ又は
EEPROMからなるデジタル調整手段とすることがで
きる。また、本発明による静電容量式加速度センサは、
基板表面を彫り込んで形成された凹部底面に固定された
両持ち梁と、両持ち梁によって基板に対して空隙を持っ
て支持され基板表面と平行な方向に変位可能な可動電極
と、可動電極の側方に空隙をもって基板に設けられた固
定電極とを備え、可動電極と固定電極の空隙距離の変化
を静電容量の変化として検出することを特徴とする。
The switching means included in the adjusting mechanism may be a zener zap trimming, a polycrystalline silicon fuse or a digital adjusting means composed of an EEPROM. Further, the capacitance type acceleration sensor according to the present invention,
A doubly supported beam fixed to the bottom of the recess formed by engraving the substrate surface, a movable electrode supported by the doubly beam with a gap with respect to the substrate and displaceable in a direction parallel to the substrate surface, A fixed electrode provided on the substrate with a gap on the side is provided, and a change in a gap distance between the movable electrode and the fixed electrode is detected as a change in capacitance.

【0019】可動電極は導電化された多結晶シリコンに
より構成し、固定電極は導電化された単結晶シリコン、
導電化された多結晶シリコン又は金属によって構成する
ことができる。両持ち梁の半分の長さL2と、可動電極
が両持ち梁に固定される長さL1の比L2/L1は0.
8〜2.2であることが好ましい。
The movable electrode is made of conductive polycrystalline silicon, the fixed electrode is made of conductive single crystal silicon,
It can be made of conductive polycrystalline silicon or metal. The ratio L2 / L1 of the half length L2 of the doubly supported beam and the length L1 at which the movable electrode is fixed to the doubly supported beam is 0.
It is preferably from 8 to 2.2.

【0020】また、本発明による静電容量式加速度セン
サは、基板表面に固定された両持ち梁と、両持ち梁によ
って基板に対して空隙を持って支持され基板表面と平行
な方向に変位可能な可動電極と、可動電極の側方に空隙
をもって基板表面から突出して設けられた固定電極とを
備え、可動電極と固定電極の空隙距離の変化を静電容量
の変化として検出することを特徴とする。
Further, the capacitive acceleration sensor according to the present invention is a doubly supported beam fixed to the substrate surface, and is supported by the doubly supported beam with a gap with respect to the substrate and can be displaced in a direction parallel to the substrate surface. A movable electrode and a fixed electrode protruding from the substrate surface with a gap beside the movable electrode, and detecting a change in a gap distance between the movable electrode and the fixed electrode as a change in capacitance. I do.

【0021】可動電極は導電化された多結晶シリコンに
より構成し、固定電極は導電化された多結晶シリコン又
は金属により構成することができる。あるいは、可動電
極及び固定電極は導電化された単結晶シリコンにより構
成することができる。前記可動電極は固定電極を囲むよ
うな形状とすることができる。あるいは、可動電極の外
周を包囲する枠を基板から突出して設けることができ
る。
The movable electrode can be made of conductive polysilicon, and the fixed electrode can be made of conductive polysilicon or metal. Alternatively, the movable electrode and the fixed electrode can be made of conductive single-crystal silicon. The movable electrode may be shaped to surround the fixed electrode. Alternatively, a frame surrounding the outer periphery of the movable electrode can be provided so as to protrude from the substrate.

【0022】このセンサにおいても、両持ち梁の半分の
長さL2と、可動電極が両持ち梁に固定される長さL1
の比は0.8〜2.2であることが好ましい。前記し
た、基板表面に固定された両持ち梁と、両持ち梁によっ
て基板に対して空隙を持って支持され基板表面と平行な
方向に変位可能な可動電極と、可動電極に対向して基板
に設けられた固定電極と、可動電極の側方に位置し基板
表面から突出して設けられたサイド電極とを備え、可動
電極と固定電極との対向面積の変化を静電容量の変化と
して検出する静電容量式加速度センサは、(a)単結晶
シリコン基板にマスク用の第1の膜を形成する工程と、
(b)第1の膜にパターンを形成し、パターンが形成さ
れた膜をマスクとして基板に不純物をドープし、基板に
固定電極を形成する工程と、(c)第1の膜を除去し、
そののちマスク用の第2の膜を形成する工程と、(d)
第2の膜に両持ち梁のアンカー部となる孔及びサイド電
極が結合される孔を形成する工程と、(e)その上に多
結晶シリコン膜を形成し、多結晶シリコン膜を導電化処
理したのち、その上にマスク用の第3の膜を形成する工
程と、(f)第3の膜に多結晶シリコン膜を加工するた
めのパターンを形成する工程と、(g)パターンが形成
された膜をマスクとして多結晶シリコン膜をエッチング
加工し、両持ち梁、両持ち梁に結合された可動電極及び
サイド電極を形成する工程と、(h)多結晶シリコン膜
の下方に位置する第2の膜を除去する工程とを含む製造
方法によって製造すすることができる。マスク用の膜に
は、酸化膜や窒化膜を用いることができる。
Also in this sensor, a half length L2 of the double-supported beam and a length L1 at which the movable electrode is fixed to the double-supported beam are used.
Is preferably 0.8 to 2.2. The above-mentioned, a doubly-supported beam fixed to the substrate surface, a movable electrode that is supported with a gap with respect to the substrate by the doubly-supported beam and that can be displaced in a direction parallel to the substrate surface, A static electrode provided with a fixed electrode provided, and a side electrode positioned on a side of the movable electrode and protruding from the surface of the substrate, and detecting a change in an opposing area between the movable electrode and the fixed electrode as a change in capacitance. The capacitance type acceleration sensor includes: (a) forming a first film for a mask on a single crystal silicon substrate;
(B) forming a pattern on the first film, doping the substrate with impurities using the film on which the pattern is formed as a mask, and forming a fixed electrode on the substrate; and (c) removing the first film;
(D) forming a second film for a mask after that;
Forming, in the second film, a hole serving as an anchor portion of the doubly supported beam and a hole to which the side electrode is to be coupled; and (e) forming a polycrystalline silicon film thereon, and subjecting the polycrystalline silicon film to a conductive treatment. After that, a step of forming a third film for a mask thereon, (f) a step of forming a pattern for processing a polycrystalline silicon film on the third film, and (g) a pattern are formed. Forming a doubly supported beam, a movable electrode coupled to the doubly supported beam, and a side electrode using the etched film as a mask, and (h) a second step located below the polycrystalline silicon film. And a step of removing the film. As the film for the mask, an oxide film or a nitride film can be used.

【0023】また、前記静電容量式加速度センサは、
(a)基板上に多結晶シリコン膜を形成し、多結晶シリ
コン膜を導電化処理したのち、その上にマスク用の第1
の膜を形成する工程と、(b)第1の膜にパターンを形
成し、パターンが形成された膜をマスクとして多結晶シ
リコン膜をエッチング加工し、固定電極を形成する工程
と、(c)第1の膜を除去し、そののちマスク用の第2
の膜を形成する工程と、(d)第2の膜に両持ち梁のア
ンカー部となる孔及びサイド電極が結合される孔を形成
する工程と、(e)その上に多結晶シリコン膜を形成
し、多結晶シリコン膜を導電化処理したのち、その上に
マスク用の第3の膜を形成する工程と、(f)第3の膜
に多結晶シリコン膜を加工するためのパターンを形成す
る工程と、(g)パターンが形成された膜をマスクとし
て多結晶シリコン膜をエッチング加工し、両持ち梁、両
持ち梁に結合された可動電極及びサイド電極を形成する
工程と、(h)多結晶シリコン膜の下方に位置する第2
の膜を除去する工程とを含む製造方法によって製造する
ことができる。
Further, the capacitance type acceleration sensor is
(A) A polycrystalline silicon film is formed on a substrate, and after the polycrystalline silicon film is made conductive, a first masking mask is formed thereon.
(B) forming a pattern on the first film, etching the polycrystalline silicon film using the patterned film as a mask to form a fixed electrode, and (c) forming a fixed electrode. The first film is removed, and then the second film for the mask is removed.
(D) forming a hole serving as an anchor portion of a doubly supported beam and a hole to which a side electrode is coupled in the second film; and (e) forming a polycrystalline silicon film thereon. Forming and conducting a polycrystalline silicon film to make it conductive, and then forming a third film for a mask thereon, and (f) forming a pattern for processing the polycrystalline silicon film in the third film (H) etching the polycrystalline silicon film using the film on which the pattern is formed as a mask to form a doubly supported beam, a movable electrode and a side electrode coupled to the doubly supported beam, and (h) A second layer located below the polycrystalline silicon film;
And a step of removing the film.

【0024】また、前記した、基板表面を彫り込んで形
成された凹部底面に固定された両持ち梁と、両持ち梁に
よって基板に対して空隙を持って支持され基板表面と平
行な方向に変位可能な可動電極と、可動電極の側方に空
隙をもって基板に設けられた固定電極とを備え、可動電
極と固定電極の空隙距離の変化を静電容量の変化として
検出する静電容量式加速度センサは、(a)単結晶シリ
コン基板にマスク用の第1の膜を形成する工程と、
(b)第1の膜にパターンを形成し、パターンが形成さ
れた膜をマスクとして基板に不純物をドープし、基板に
固定電極を形成する工程と、(c)第1の膜を除去し、
そののちマスク用の第2の膜を形成する工程と、(d)
第2の膜にパターンを形成し、それをマスクとして基板
及び固定電極をエッチング加工し、基板に形成された溝
の側面に固定電極を露出させる工程と、(e)基板上に
電気絶縁膜及びマスク用の第3の膜を積層する工程と、
(f)第3の膜に両持ち梁のアンカー部となる孔を形成
する工程と、(g)その上に多結晶シリコン膜を形成
し、多結晶シリコン膜を導電化処理したのち、その上に
マスク用の第4の膜を形成する工程と、(h)第4の膜
に多結晶シリコン膜を加工するためのパターンを形成す
る工程と、(i)パターンが形成された膜をマスクとし
て多結晶シリコン膜をエッチング加工する工程と、
(j)多結晶シリコン膜と電気絶縁膜の間に位置する第
3の膜を除去する工程とを含む製造方法によって製造す
ることができる。
The above-mentioned doubly supported beam fixed to the bottom of the recess formed by engraving the surface of the substrate, and supported by the doubly supported beam with a gap with respect to the substrate and displaceable in a direction parallel to the surface of the substrate. A movable electrode and a fixed electrode provided on the substrate with a gap beside the movable electrode, and a capacitance type acceleration sensor that detects a change in a gap distance between the movable electrode and the fixed electrode as a change in capacitance. (A) forming a first film for a mask on a single crystal silicon substrate;
(B) forming a pattern on the first film, doping the substrate with impurities using the film on which the pattern is formed as a mask, and forming a fixed electrode on the substrate; and (c) removing the first film;
(D) forming a second film for a mask after that;
Forming a pattern on the second film, etching the substrate and the fixed electrode using the pattern as a mask to expose the fixed electrode on the side surface of the groove formed in the substrate, and (e) forming an electric insulating film and Laminating a third film for a mask;
(F) a step of forming a hole serving as an anchor portion of the doubly supported beam in the third film; and (g) forming a polycrystalline silicon film thereon and subjecting the polycrystalline silicon film to a conductive treatment. Forming a fourth film for a mask, (h) forming a pattern for processing a polycrystalline silicon film on the fourth film, and (i) using the film on which the pattern is formed as a mask. Etching the polycrystalline silicon film;
(J) a step of removing a third film located between the polycrystalline silicon film and the electrical insulating film.

【0025】また、前記した、基板表面に固定された両
持ち梁と、両持ち梁によって基板に対して空隙を持って
支持され基板表面と平行な方向に変位可能な可動電極
と、可動電極の側方に空隙をもって基板表面から突出し
て設けられた固定電極とを備え、可動電極と固定電極の
空隙距離の変化を静電容量の変化として検出する静電容
量式加速度センサは、(a)基板に固定電極用の配線を
形成する工程と、(b)基板上に酸化膜を堆積する工程
と、(c)酸化膜の垂直壁が配線上に位置するようにし
て酸化膜をエッチング加工する工程と、(d)酸化膜の
垂直壁に配線に接続されるようにして固定電極を形成す
る工程と、(e)基板上に電気絶縁膜及びマスク用の第
1の膜を積層する工程と、(f)電気絶縁膜上の第1の
膜に両持ち梁のアンカー部となる孔を形成する工程と、
(g)その上に多結晶シリコン膜を形成し、多結晶シリ
コン膜を導電化処理したのち、その上にマスク用の第2
の膜を形成する工程と、(h)第2の膜に多結晶シリコ
ン膜を加工するためのパターンを形成する工程と、
(i)パターンが形成された膜をマスクとして多結晶シ
リコン膜をエッチング加工する工程と、(j)多結晶シ
リコン膜と電気電気絶縁膜の間に位置する第1の膜を除
去する工程とを含む製造方法によって製造することがで
きる。
Also, the above-mentioned doubly supported beam fixed to the substrate surface, a movable electrode supported by the doubly beam with a gap to the substrate and displaceable in a direction parallel to the substrate surface, The capacitance-type acceleration sensor includes a fixed electrode protruding from the surface of the substrate with a gap on a side, and detects a change in a gap distance between the movable electrode and the fixed electrode as a change in capacitance. Forming a wiring for a fixed electrode, (b) depositing an oxide film on the substrate, and (c) etching the oxide film so that the vertical wall of the oxide film is positioned on the wiring. (D) forming a fixed electrode so as to be connected to a wiring on a vertical wall of the oxide film, and (e) laminating an electric insulating film and a first film for a mask on a substrate. (F) The first film on the electrical insulating film has a double-ended beam Forming a hole serving as the over section,
(G) A polycrystalline silicon film is formed thereon, and the polycrystalline silicon film is subjected to a conductive treatment.
(H) forming a pattern for processing a polycrystalline silicon film on the second film;
(I) a step of etching the polycrystalline silicon film using the film on which the pattern is formed as a mask, and (j) a step of removing the first film located between the polycrystalline silicon film and the electric / electrical insulating film. It can be manufactured by a manufacturing method including:

【0026】本発明によると、製造プロセスを増加させ
ることなく、簡単な構成で、所望の周波数特性、自己診
断特性等を満足させることのできる比較的高精度な加速
度センサを得ることができる。
According to the present invention, it is possible to obtain a relatively high-accuracy acceleration sensor capable of satisfying desired frequency characteristics, self-diagnosis characteristics, and the like with a simple configuration without increasing the number of manufacturing processes.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図3は本発明による静電容量式加
速度センサの一例を示す平面図、図4はその断面図であ
る。図4(a),(b),(c)は、各々図3中に指示
されたA−A,B−B,C−Cラインでの断面図であ
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 3 is a plan view showing an example of a capacitive acceleration sensor according to the present invention, and FIG. 4 is a sectional view thereof. 4A, 4B, and 4C are cross-sectional views taken along lines AA, BB, and CC indicated in FIG. 3, respectively.

【0028】この静電容量式加速度センサは、単結晶シ
リコン基板114上に設けられた一対の固定電極10
4,105、基板114から突出して設けられたサイド
電極106,107,108,109,110,11
1、面積調整用パターン121a〜121c、ギャップ
120を介して基板114上に設けられた可動マス(可
動電極)101、可動マス101を支持する4本の梁1
02a〜102d、梁102a〜102dを基板114
に固定するアンカー部103a〜103dを備える。梁
102a,102b;102c,102dは長さ2×L
2の両持ち梁を構成し、可動マス101は長さL1にわ
たってその両側部を両持ち梁に支持されている。一対の
固定電極104,105は相互に入り組んだ櫛形電極で
ある。
This capacitance type acceleration sensor comprises a pair of fixed electrodes 10 provided on a single crystal silicon substrate 114.
4, 105, side electrodes 106, 107, 108, 109, 110, 11 provided to protrude from the substrate 114.
1. A movable mass (movable electrode) 101 provided on a substrate 114 via an area adjustment pattern 121a to 121c, a gap 120, and four beams 1 supporting the movable mass 101
02a to 102d and beams 102a to 102d
Are provided with anchor portions 103a to 103d. Beams 102a, 102b; 102c, 102d are 2 × L in length
The movable mass 101 is supported on both sides of the movable mass 101 over the length L1. The pair of fixed electrodes 104 and 105 are interdigitated comb-shaped electrodes.

【0029】可動マス101は、図示の例では4本のス
リットによって分離された6本の細長い電極部、サイド
電極108,109と110,111が入り込む窓部、
中央部に設けられた貫通溝112,113を有し、アン
カー部103a〜103dを支点として基板114の表
面に平行に変位可能な可動電極として機能する。スリッ
トで区切られた可動マス101の細長い電極部は各々固
定電極104,105の一方又は双方と重なり、可動マ
ス101が図3の左右方向に変位したとき、それぞれ固
定電極104,105との重なり程度が変化する。
In the illustrated example, the movable mass 101 has six elongated electrode portions separated by four slits, a window portion into which the side electrodes 108 and 109 and 110 and 111 enter,
It has through grooves 112 and 113 provided at the center, and functions as a movable electrode that can be displaced in parallel to the surface of the substrate 114 with the anchor portions 103a to 103d as fulcrums. The elongated electrode portion of the movable mass 101 divided by the slit overlaps with one or both of the fixed electrodes 104 and 105, respectively, and when the movable mass 101 is displaced in the left-right direction of FIG. 3, the overlap with the fixed electrodes 104 and 105 respectively. Changes.

【0030】基板面に対し水平方向(図3の左右方向)
の加速度が加わった場合に、可動マス101が固定電極
104,105に対して相対的に変位し、可動マス10
1と固定電極104,105との対向電極面積が変化す
る。ここで、可動マス(可動電極)101と固定電極1
04によって構成される第1のコンデンサの静電容量
と、可動マス(可動電極)101と固定電極105によ
って構成される第2のコンデンサの静電容量との差を考
える。可動マス101と固定電極104の対向面積をS
1、可動マス101と固定電極105との対向面積をS
2、可動マス101と固定電極104,105の間に形
成されたギャップ120の距離をd、誘電率をεとする
と、加速度が加わった時の2つのコンデンサの静電容量
の差の変化ΔCは次の〔数1〕で表される。
Horizontal direction to the substrate surface (left-right direction in FIG. 3)
Is applied, the movable mass 101 is relatively displaced with respect to the fixed electrodes 104 and 105, and the movable mass 10
1 and the area of the counter electrode between the fixed electrodes 104 and 105 changes. Here, the movable mass (movable electrode) 101 and the fixed electrode 1
Consider the difference between the capacitance of the first capacitor constituted by the element 04 and the capacitance of the second capacitor constituted by the movable mass (movable electrode) 101 and the fixed electrode 105. The facing area between the movable mass 101 and the fixed electrode 104 is S
1. The facing area between the movable mass 101 and the fixed electrode 105 is S
2. Assuming that the distance of the gap 120 formed between the movable mass 101 and the fixed electrodes 104 and 105 is d and the dielectric constant is ε, the change ΔC in the difference between the capacitances of the two capacitors when acceleration is applied is It is expressed by the following [Equation 1].

【0031】[0031]

【数1】ΔC=ε(S1−S2)/dΔC = ε (S1−S2) / d

【0032】したがって、この加速度センサに加速度が
加わると、可動マス101と固定電極104によって構
成される第1のコンデンサの静電容量と、可動マス10
1と固定電極105によって構成される第2のコンデン
サの静電容量が変化し、その差を検出することで加速度
の大きさを検出することができる。この方法により加速
度検出を行うと、可動マス101と可動電極104,1
05間のギャップ120が変わることがないため、容量
検出特性は入力加速度に対してほぼ直線となる。したが
って、この加速度センサは、加速度によってギャップが
変化することを検出する従来のタイプの加速度センサと
比較して良好な特性を有する。
Therefore, when acceleration is applied to the acceleration sensor, the capacitance of the first capacitor formed by the movable mass 101 and the fixed electrode 104 and the movable mass 10
The capacitance of the second capacitor constituted by 1 and the fixed electrode 105 changes, and the magnitude of the acceleration can be detected by detecting the difference. When acceleration is detected by this method, the movable mass 101 and the movable electrodes 104, 1
Since the gap 120 between the positions 05 does not change, the capacitance detection characteristic is substantially linear with respect to the input acceleration. Therefore, this acceleration sensor has better characteristics than a conventional type acceleration sensor that detects that the gap changes due to acceleration.

【0033】また、過大な加速度が加わった場合に梁1
02a〜102cに過大な応力が印加されるのを防止の
ため、ストッパーとして機能するサイド電極106〜1
11が設けられている。このサイド電極106〜111
は、可動マス101との空隙間隔を狭く(例えば1μ
m)することによって、スクイズフィルム効果によるエ
アダンピングにより可動マス101の共振を抑える機能
も有する。更に、可動マス101とサイド電極106〜
111との間に電圧を印加することによって両電極間に
静電力が働き、可動マス101を強制変位させることが
できる。このことにより、検出部の自己診断を行うこと
が可能となる。
When an excessive acceleration is applied, the beam 1
02a to 102c prevent excessive stress from being applied to the side electrodes 106 to 1 functioning as stoppers.
11 are provided. The side electrodes 106 to 111
Narrows the gap between the movable mass 101 and the movable mass 101 (for example, 1 μm).
m) also has a function of suppressing resonance of the movable mass 101 by air damping by the squeeze film effect. Further, the movable mass 101 and the side electrodes 106 to
By applying a voltage between the two electrodes, an electrostatic force acts between the two electrodes, and the movable mass 101 can be forcibly displaced. This makes it possible to perform self-diagnosis of the detection unit.

【0034】また、基板114上には、可動マス101
が移動したとしても可動マス101の電極パターンから
はみ出ることなく確実に覆われるようにして、固定電極
104,105の面積調整用のパターン121a〜12
1cが設けられている。この面積調整用パターン121
a〜121cを固定電極104又は固定電極105に接
続するかしないかを切り替えることにより、可動マス1
01と固定電極104,105の位置ズレに原因する2
つのコンデンサの静電容量のアンバランスを補償するこ
とが可能である。すなわち、この面積調整用パターン1
21a〜121cの一つあるいは複数のものを固定電極
104又は105に電気的に接続することによって可動
マス101と対向する固定電極104又は105の面積
を実効的に増大させ、可動マス101と固定電極104
によって構成される第1のコンデンサの静電容量と、可
動マス101と固定電極105によって構成される第2
のコンデンサの静電容量とが略等しくなるようにされ
る。
The movable mass 101 is provided on the substrate 114.
Even when the movable electrodes 101 move, the electrodes 121 and 121 are arranged so as to be surely covered without protruding from the electrode pattern of the movable mass 101, so that the areas 121 a to 121 for adjusting the area of the fixed electrodes 104 and 105.
1c is provided. This area adjustment pattern 121
a to 121c are connected to the fixed electrode 104 or the fixed electrode 105, thereby switching the movable mass 1
2 caused by misalignment between the fixed electrodes 104 and 105 and the fixed electrodes 104 and 105
It is possible to compensate for the capacitance imbalance of the two capacitors. That is, this area adjustment pattern 1
The area of the fixed electrode 104 or 105 facing the movable mass 101 is effectively increased by electrically connecting one or more of the movable masses 101a to 121c to the fixed electrode 104 or 105. 104
And a second capacitor formed by the movable mass 101 and the fixed electrode 105.
Is made substantially equal to the capacitance of the capacitor.

【0035】このような構成により、印可加速度に対し
てほぼ直線的に変化する検出出力が得られるため、高精
度な加速度センサを得ることができる。また、可動マス
(可動電極)101の側方に基板114から突出して設
けられたサイド電極106〜111により、梁102a
〜102dに過大な応力が印可されるのが防止されると
ともに、共振防止と自己診断機能を同時に実現すること
ができる。更に、基板114に面積調整用パターン12
1a〜121cを設けることにより、可動電極101と
固定電極104,105によって構成される2つのコン
デンサの静電容量のバラツキを検出素子内部で補償でき
るため、後段に接続される検出回路の構成を簡略化する
ことができる。
With such a configuration, a detection output that changes substantially linearly with respect to the applied acceleration is obtained, so that a highly accurate acceleration sensor can be obtained. Beams 102 a are provided by side electrodes 106 to 111 provided on the side of the movable mass (movable electrode) 101 so as to protrude from the substrate 114.
It is possible to prevent an excessive stress from being applied to to -102d, and to simultaneously realize the resonance prevention and the self-diagnosis function. Further, the area adjustment pattern 12 is provided on the substrate 114.
By providing 1a to 121c, the variation in the capacitance of the two capacitors formed by the movable electrode 101 and the fixed electrodes 104 and 105 can be compensated inside the detection element, so that the configuration of the detection circuit connected to the subsequent stage is simplified. Can be

【0036】図5は本発明による静電容量式加速度セン
サの他の例を示す平面図、図6はその断面図である。図
6(a),(b),(c)は、各々図5中に指示された
A−A,B−B,C−Cラインでの断面図である。
FIG. 5 is a plan view showing another example of the capacitive acceleration sensor according to the present invention, and FIG. 6 is a sectional view thereof. 6A, 6B, and 6C are cross-sectional views taken along lines AA, BB, and CC indicated in FIG. 5, respectively.

【0037】この例の静電容量式加速度センサは、単結
晶シリコン基板214上に設けられた一対の固定電極2
04,205、基板214から突出して設けられたサイ
ド電極206,207,208,209,210,21
1、面積調整用パターン221a〜221c、ギャップ
220を介して基板214上に設けられた可動マス(可
動電極)201、可動マス201を支持する4本の梁2
02a〜202d、梁202a〜202dを基板214
に固定するアンカー部203a〜203dを備える。梁
202a,202b;202c,202dは長さ2×L
2の両持ち梁を構成し、可動マス201は長さL1にわ
たってその両側部を両持ち梁に支持されている。一対の
固定電極204,205は相互に入り組んだ櫛形電極で
ある。
The capacitance type acceleration sensor of this example is composed of a pair of fixed electrodes 2 provided on a single crystal silicon substrate 214.
04, 205, and side electrodes 206, 207, 208, 209, 210, 21 provided to protrude from the substrate 214.
1. A movable mass (movable electrode) 201 provided on a substrate 214 via an area adjustment pattern 221a to 221c, a gap 220, and four beams 2 supporting the movable mass 201
02a to 202d and beams 202a to 202d
Is provided with anchor portions 203a to 203d. Beams 202a, 202b; 202c, 202d are 2 × L in length
The movable mass 201 is supported on both sides of the movable mass 201 over the length L1. The pair of fixed electrodes 204 and 205 are interdigitated comb-shaped electrodes.

【0038】この例の可動マス201は、先の例と同様
に6本の細長い電極部を有する。ただし、6本の細長い
電極部を連結する固定用の筋交い梁215,216が、
可動マス201の端部に配置されている図3の場合と異
なり、内部に配置されている点で先の例と異なる。この
ためサイド電極208〜211が可動マス201によっ
て完全に囲われていない構造となっている。このような
構造を採用することによって、サイド電極208,20
9,210,211の配線が取り出しやすくなる。可動
マスの中央部には貫通溝212,213が設けられてい
る。
The movable mass 201 of this example has six elongated electrode portions as in the previous example. However, fixing bracing beams 215 and 216 connecting the six elongated electrode portions are provided.
Unlike the case of FIG. 3 which is arranged at the end of the movable mass 201, it differs from the previous example in that it is arranged inside. Therefore, the side electrodes 208 to 211 are not completely surrounded by the movable mass 201. By adopting such a structure, the side electrodes 208, 20
Wirings 9, 210 and 211 can be easily taken out. Through holes 212 and 213 are provided in the center of the movable mass.

【0039】可動マス201は、基板214に固定され
たアンカー部203a〜203dを支点として基板21
4の表面に平行に変位可能な可動電極として機能する。
可動マス201の細長い電極部は各々固定電極204,
205の一方又は双方と重なり、可動マス201が図5
の左右方向に変位したとき、それぞれ固定電極204,
205との重なり程度が変化する。
The movable mass 201 is mounted on the substrate 21 with the anchor portions 203a to 203d fixed to the substrate 214 as fulcrums.
4 functions as a movable electrode that can be displaced in parallel to the surface.
The elongated electrode portions of the movable mass 201 are fixed electrodes 204,
The movable mass 201 overlaps one or both of the
Are displaced in the left and right directions of the fixed electrodes 204,
The degree of overlap with 205 changes.

【0040】加速度の検出原理等は、図3、図4で説明
した先の例のものと同様である。図5に示すような構造
を採用することによって、サイド電極208,209,
210,211の配線が取り出しやすくなる。
The principle of detecting the acceleration and the like are the same as those of the previous example described with reference to FIGS. By adopting the structure as shown in FIG. 5, the side electrodes 208, 209,
The wires 210 and 211 can be easily taken out.

【0041】図7は、本発明による静電容量式加速度セ
ンサの全体的な回路構成の一例を示す概略図である。こ
の回路は、信号印加部231、加速度検出部232、容
量検出部233、出力調整部234からなる。信号印加
部231は、電源VDD、アナログスイッチSW1,S
W2よりなる。加速度検出部232は、静電容量CS
1,CS2を有する2つの可変容量コンデンサからなっ
ており、これらの可変容量コンデンサは図3〜図6で説
明した可動マス(可動電極)101;201と1組の固
定電極104,105;204,205によって構成さ
れる。容量検出部233はアナログスイッチSW3,S
W4,SW5、演算増幅器OP1、コンデンサCT,C
Fによって構成される。出力調整部234は電源VD
D、演算増幅器OP2、抵抗R4,R5,6,R7,V
R、コンデンサC4、ツェナーロムZRによって構成さ
れる。
FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of the overall circuit configuration of the capacitive acceleration sensor according to the present invention. This circuit includes a signal application unit 231, an acceleration detection unit 232, a capacitance detection unit 233, and an output adjustment unit 234. The signal application unit 231 includes a power supply VDD, analog switches SW1, S
W2. The acceleration detection unit 232 has a capacitance CS
1 and CS2, and these variable capacitance capacitors are composed of a movable mass (movable electrode) 101; 201 and a set of fixed electrodes 104, 105; 204, described with reference to FIGS. 205. The capacitance detection unit 233 includes analog switches SW3 and S
W4, SW5, operational amplifier OP1, capacitors CT, C
F. The output adjustment unit 234 is connected to the power supply VD
D, operational amplifier OP2, resistors R4, R5, 6, R7, V
R, capacitor C4, and Zenerrom ZR.

【0042】信号印加部231と加速度検出部232、
容量検出部233はスイッチドキャパシタ回路構成にな
っており、各スイッチのON−OFF動作によって容量
値に比例した出力が得られる。容量検出部233の出力
電圧(OP1の出力)をVoとすると、本回路の動作は
次の〔数2〕で表される。〔数2〕において、nはデジ
タル処理における計測タイミングを表し、Vo(n−1)
は計測タイミングnの1タイミング前の出力電圧を表
す。
The signal application section 231 and the acceleration detection section 232,
The capacitance detection unit 233 has a switched capacitor circuit configuration, and an output proportional to the capacitance value is obtained by ON / OFF operation of each switch. Assuming that the output voltage (output of OP1) of the capacitance detection unit 233 is Vo, the operation of this circuit is expressed by the following [Equation 2]. In [Equation 2], n represents a measurement timing in digital processing, and Vo (n−1)
Represents the output voltage one timing before the measurement timing n.

【0043】[0043]

【数2】CF・Vo(n)=CF・Vo(n−1)−CT・
Vo(n−1)−CS1・VDD+CS2・VDD
## EQU2 ## CF.Vo (n) = CF.Vo (n-1) -CT.
Vo (n-1) -CS1.VDD + CS2.VDD

【0044】上記〔数2〕は、最終的には次の〔数3〕
で表される関係になる。
The above [Equation 2] finally becomes the following [Equation 3].
The relationship is represented by

【0045】[0045]

【数3】Vo=(CS2−CS1)・VDD/CT## EQU3 ## Vo = (CS2-CS1) .VDD / CT

【0046】従って、加速度が検出素子に印加されると
き、可動マス(可動電極)と2つの固定電極によって構
成される2つのコンデンサの静電容量の差(CS2−C
S1)の値が電圧出力Voに変換される。この出力電圧
Voは、出力調整回路234によって所定のオフセット
電圧(通常は加速度が加わらない状態で2.5V)と感
度〔通常は40mV/G程度(1Gは9.8m/
2 )〕に調整される。このような回路構成によって、
加速度信号を比較的容易に電圧信号に比較することがで
きる。
Therefore, when acceleration is applied to the detecting element, the difference between the capacitances of two capacitors formed by the movable mass (movable electrode) and the two fixed electrodes (CS2-C
The value of S1) is converted to a voltage output Vo. The output voltage Vo is adjusted by the output adjustment circuit 234 to a predetermined offset voltage (usually 2.5 V when no acceleration is applied) and sensitivity [usually about 40 mV / G (1 G is 9.8 m / G).
s 2 )]. With such a circuit configuration,
The acceleration signal can be relatively easily compared to the voltage signal.

【0047】本発明による静電容量式加速度センサの特
性例を図8に示す。図3及び図5に図示したように、両
持ち梁と可動マスの固定長をL1、両持ち梁の半分の長
さをL2とし、その比L2/L1をλとする。更に、加
速度が加わった場合の2つのコンデンサの静電容量の差
(CS2−CS1)の値をΔCとすると、図8に示され
ているように、λが1.33のところで容量変化ΔCが
最大になる。容量変化ΔCは大きければ大きいほど加速
度の検出分解能が高くなる。容量変化ΔCの大きさは検
出精度に影響を与えるため、検出精度から考えてピーク
値の95%以上の感度があればよいとすると、そのとき
の可動電極と梁の固定長の長さL1に対する両持ち梁の
半分の長さL2の比λは0.8〜2.2となる。従っ
て、λ(=L2/L1)が0.8〜2.2の範囲で可動
マスの寸法を決定すると、最小の面積で最も効率よく大
きな感度(ΔC)を得ることが可能となる。
FIG. 8 shows a characteristic example of the capacitance type acceleration sensor according to the present invention. As shown in FIGS. 3 and 5, the fixed length of the doubly supported beam and the movable mass is L1, the half length of the doubly supported beam is L2, and the ratio L2 / L1 is λ. Further, assuming that the value of the difference (CS2−CS1) between the capacitances of the two capacitors when acceleration is applied is ΔC, as shown in FIG. 8, the capacitance change ΔC at λ of 1.33 is obtained. Be the largest. The larger the capacitance change ΔC, the higher the acceleration detection resolution. Since the magnitude of the capacitance change ΔC affects the detection accuracy, it is sufficient if there is a sensitivity of 95% or more of the peak value in consideration of the detection accuracy. The ratio λ of the half length L2 of the doubly supported beam is 0.8 to 2.2. Therefore, if the size of the movable mass is determined in a range where λ (= L2 / L1) is in the range of 0.8 to 2.2, it is possible to obtain the largest sensitivity (ΔC) most efficiently with the smallest area.

【0048】本発明による静電容量式加速度センサの断
面図を図9に示す。図9は図4(a)あるいは図6
(a)に相当する断面図である。可動マス(可動電極)
101;201とサイド電極106〜109;206〜
209のパターンと固定電極104,105;204,
205のパターンがバラツキなく適正にパターンニング
できた場合には、図9(a)に示すように、可動マス1
01;201と2つの固定電極104,105;20
4,205の対向部の長さW1,W2がそれぞれ等しく
なる。しかし、これらの電極のパターンニングにズレが
生じると、図9(b)に図示するように、対向部の長さ
W1とW2とは等しくならない。このため、基板11
4;124と垂直方向に加速度が加わり、可動マス10
1;201に基板114;124と垂直方向の変位Δy
が生じた場合、次の〔数4〕で表される容量変化が生じ
てしまう。
FIG. 9 is a sectional view of a capacitance type acceleration sensor according to the present invention. FIG. 9 shows FIG. 4 (a) or FIG.
It is sectional drawing corresponding to (a). Movable mass (movable electrode)
101; 201 and side electrodes 106 to 109; 206 to
209 and the fixed electrodes 104, 105;
When the pattern 205 can be properly patterned without variation, as shown in FIG.
01; 201 and two fixed electrodes 104, 105;
The lengths W1 and W2 of the 4,205 facing portions are equal to each other. However, when the patterning of these electrodes is displaced, the lengths W1 and W2 of the opposing portions are not equal, as shown in FIG. 9B. For this reason, the substrate 11
4: acceleration is applied in the vertical direction to 124, and the movable mass 10
1, the displacement Δy in the vertical direction with respect to the substrate 114;
Occurs, the capacitance change represented by the following [Equation 4] occurs.

【0049】[0049]

【数4】ΔCax=ε(S2−S1)/(d+Δy) 加速度が検出方向に加わった時の容量変化ΔCに対する
ΔCaxの比が他軸感度となり、検出誤差の一要因とな
る。
## EQU4 ## ΔC ax = ε (S2−S1) / (d + Δy) The ratio of ΔC ax to capacitance change ΔC when acceleration is applied in the detection direction becomes the sensitivity of the other axis, which is a factor of the detection error.

【0050】可動マス101,201の厚みをhとし、
基板114;214と可動マス101;201間のギャ
ップをdとし、hとdの比h/dをβとするとき、βと
ΔCax/ΔCの関係を図10に示す。図10に示されて
いるように、βが2のとき他軸感度(ΔCax/ΔC)が
最小となり、検出誤差が最小になる。加速度センサに要
求される他軸感度特性は一般に±4〜5%以下となって
いる。本発明の静電容量式加速度センサの他軸感度が±
5%以下になるβの値は図10から1.2〜3.4であ
り、この範囲でβの値を設定すればよいことが分かる。
The thickness of the movable masses 101 and 201 is h,
FIG. 10 shows the relationship between β and ΔC ax / ΔC, where d is the gap between the substrates 114 and 214 and the movable masses 101 and 201, and β is the ratio h / d between h and d. As shown in FIG. 10, when β is 2, the other axis sensitivity (ΔC ax / ΔC) is minimized, and the detection error is minimized. The other axis sensitivity characteristic required for the acceleration sensor is generally ± 4 to 5% or less. The other axis sensitivity of the capacitive acceleration sensor of the present invention is ±
The value of β that becomes 5% or less is 1.2 to 3.4 from FIG. 10, and it is understood that the value of β should be set within this range.

【0051】次に、基板に形成された面積調整用パター
ンの利用方法について説明する。図3及び図5に示した
平面図において、面積調整用パターンが形成された部分
の拡大図を図11(a)に、調整方法を説明する断面模
式図を図11(b)、(c)に示す。なお、図11
(b)、(c)は、それぞれ図11(a)のB−B断面
図及びB’−B’断面図である。
Next, a method of using the area adjusting pattern formed on the substrate will be described. In the plan views shown in FIGS. 3 and 5, an enlarged view of a portion where the area adjustment pattern is formed is shown in FIG. 11A, and schematic sectional views for explaining the adjustment method are shown in FIGS. 11B and 11C. Shown in Note that FIG.
(B) and (c) are BB sectional drawing and B'-B 'sectional drawing of FIG.11 (a), respectively.

【0052】製造プロセスに原因して、可動マス10
1;201の部分が基板に対して紙面の右方向にずれて
形成された場合の様子を図示したものが図11(b)で
ある。この場合、可動マス(可動電極)101;201
と固定電極104;204の間の静電容量よりも、可動
マス(可動電極)101;201と固定電極105;2
05間の静電容量が大きくなる。これを補償するため、
スイッチSWa1,SWa2,SWa3を切り替えて、
固定電極104;204に面積調整用のパターン12
1;221を接続する。この操作により固定電極10
4;204の面積が実効的に増大され、可動マス10
1;201と固定電極104;204の間の静電容量
を、可動マス101;201と固定電極105;205
間の静電容量と等しくすることができる。
Due to the manufacturing process, the movable mass 10
FIG. 11B illustrates a state in which the portion 201 is formed so as to be shifted to the right of the paper surface with respect to the substrate. In this case, the movable mass (movable electrode) 101; 201
The movable mass (movable electrode) 101; 201 and the fixed electrode 105;
The capacitance between 05 becomes large. To compensate for this,
By switching the switches SWa1, SWa2, SWa3,
The fixed electrode 104;
1: 221 is connected. This operation allows the fixed electrode 10
4: the area of 204 is effectively increased and the movable mass 10
1; 201 and the fixed electrode 104; 204, the capacitance between the movable mass 101; 201 and the fixed electrode 105;
And the capacitance between them.

【0053】同様に、可動マス101;201の部分が
基板に対して紙面の左方向にずれた場合の様子を図示し
たものが図11(c)である。この場合、可動マス(可
動電極)101;201と固定電極105;205の間
の静電容量よりも、可動マス(可動電極)101;20
1と固定電極104;204間の静電容量が大きくな
る。これを補償するため、スイッチSWb1,SWb
2,SWb3を切り替えて、今度は固定電極105;2
05に面積調整用のパターン121;221を接続す
る。この操作により固定電極105;205の面積が実
効的に増大され、可動マス101;201と固定電極1
05;205間の静電容量を、可動マス101;201
と固定電極104;204間の静電容量と等しくなるよ
うに調整することができる。
Similarly, FIG. 11C shows a state where the movable masses 101 and 201 are displaced from the substrate to the left in the drawing. In this case, the capacitance between the movable mass (movable electrode) 101; 201 and the fixed electrode 105;
1 and the fixed electrodes 104 and 204 increase in capacitance. To compensate for this, switches SWb1 and SWb
2, SWb3 is switched, and the fixed electrode 105;
05 is connected to patterns 121 and 221 for area adjustment. By this operation, the area of the fixed electrodes 105; 205 is effectively increased, and the movable mass 101;
05; 205, the movable mass 101; 201
And the capacitance between the fixed electrodes 104 and 204 can be adjusted.

【0054】このように、スイッチによって固定電極と
選択的に接続可能な面積調整用のパターンを基板上に設
けておくことにより、製造プロセスでのパターンずれに
起因して2つのコンデンサ間に生ずる静電容量のアンバ
ランスを容易に補償することができる。また、加速度セ
ンサ全体としての回路構成の点からしても、面積調整用
のパターンを利用して前段で静電容量のバラツキを補償
することができるため、後段の容量検出回路の構成が簡
素化される。
As described above, by providing on the substrate a pattern for adjusting the area which can be selectively connected to the fixed electrode by the switch, the static electricity generated between the two capacitors due to the pattern shift in the manufacturing process. The electric capacity imbalance can be easily compensated. Also, from the viewpoint of the circuit configuration of the entire acceleration sensor, the variation of the capacitance can be compensated in the preceding stage by using the area adjustment pattern, so that the configuration of the subsequent capacitance detecting circuit is simplified. Is done.

【0055】図12に、スイッチを切り替えるための調
整回路の一例を示す。この調整方法はツェナーザッピン
グを用いたものである。この調整回路は入力端子IN、
電源Vcc、トランジスタMN1、ツェナーダイオード
ZR1、インバータINV、スイッチSwab(図11
に示した調整用スイッチ)で構成される。入力端子IN
に所定の電圧、電流波形を印加するとツェナーザップZ
R1が短絡して破壊され、アノード−カソード間がショ
ートされ、入力端子INはグラウンドにショートされ
る。このことによってインバータINVが反転され、ス
イッチSWabのON−OFFが制御される。このよう
なスイッチング切り替え方法を用いることにより、デジ
タル的にかつ容易に対向する電極の面積調整を行うこと
が可能となる。
FIG. 12 shows an example of an adjustment circuit for switching a switch. This adjustment method uses zener zapping. This adjustment circuit has an input terminal IN,
Power supply Vcc, transistor MN1, zener diode ZR1, inverter INV, switch Swab (FIG. 11)
(Adjustment switch). Input terminal IN
When a predetermined voltage and current waveform are applied to the
R1 is short-circuited and destroyed, the anode and the cathode are short-circuited, and the input terminal IN is short-circuited to ground. As a result, the inverter INV is inverted, and ON / OFF of the switch SWab is controlled. By using such a switching method, it is possible to digitally and easily adjust the area of the facing electrode.

【0056】図13は、調整回路の他の例を示す図であ
る。この調整回路は入力端子IN、電源電圧Vcc、ト
ランジスタMN1、抵抗PR1、インバータINV、ス
イッチSwab(図11に示した調整用スイッチ)で構
成される。抵抗PR1は多結晶シリコンでできており、
入力端子INに所定の電圧、電流波形を印加すると抵抗
PR1が短絡して破壊され、アノード−カソード間がシ
ョートされ、入力端子INはグラウンドにショートされ
る。このことによってインバータINVが反転され、同
様にスイッチSWabのON−OFFが制御される。こ
の方法を用いることによっても、デジタル的にかつ容易
に対向する電極の面積調整を行うことが可能となる。
FIG. 13 is a diagram showing another example of the adjustment circuit. This adjustment circuit includes an input terminal IN, a power supply voltage Vcc, a transistor MN1, a resistor PR1, an inverter INV, and a switch Swab (the adjustment switch shown in FIG. 11). The resistor PR1 is made of polycrystalline silicon,
When a predetermined voltage and current waveform are applied to the input terminal IN, the resistor PR1 is short-circuited and broken, the anode-cathode is short-circuited, and the input terminal IN is short-circuited to ground. As a result, the inverter INV is inverted, and ON / OFF of the switch SWab is similarly controlled. By using this method, it is possible to digitally and easily adjust the area of the facing electrode.

【0057】この他、EEPROM等の回路を用いても
同様に電極面積調整回路を構成することができる。図1
4は、可動マスと(可動電極)と2つの固定電極によっ
て構成される2つのコンデンサの静電容量を調整する他
の方法を示す説明図である。
In addition, a circuit such as an EEPROM can be used to form an electrode area adjusting circuit in the same manner. FIG.
FIG. 4 is an explanatory view showing another method for adjusting the capacitance of two capacitors constituted by a movable mass, a (movable electrode) and two fixed electrodes.

【0058】図14(a)に示した例では、調整用電圧
241を可動マス101;201とサイド電極106;
206間に印加する。この方法は、可動マス101;2
01とサイド電極106;206の間に作用する静電気
力によって、可動マス101;201を固定電極10
4,105;204,205との対向部の長さW1,W
2が等しくなる位置まで変位させ、パターンずれを強制
的に補償する方法である。静電気力の大きさは、調整用
電圧241の電圧値を変えることによって調整する。こ
の方法によると、基板上に前述の面積調整用パターンの
ような特別なパターンを付加することなく、2つのコン
デンサの静電容量を調整することが可能となる。
In the example shown in FIG. 14A, the adjusting voltage 241 is applied to the movable mass 101; 201 and the side electrode 106;
Apply between 206. This method uses a movable mass 101; 2.
01 and the side electrode 106; 206, the movable mass 101;
4, 105; Lengths W1, W facing portions facing 204, 205
This is a method of forcibly compensating for a pattern shift by displacing to a position where 2 is equal. The magnitude of the electrostatic force is adjusted by changing the voltage value of the adjustment voltage 241. According to this method, it is possible to adjust the capacitances of the two capacitors without adding a special pattern such as the above-described area adjustment pattern on the substrate.

【0059】図14(b)は、図14(a)の方法と同
様に、調整用電圧242を可動マス101、;01とサ
イド電極106;206間に印加することによって可動
マス101;201をW1とW2が等しくなる位置まで
変位させ、パターンずれを強制的に補償する方法であ
る。静電気力の調整は、調整用電圧242につながるサ
イド電極の一部(図示の例では108;208)との接
続をスイッチ243を介して切り換えてサイド電極の面
積を変化させることによって行う。すなわち、サイド電
極の面積制御によって、可動マス101;201とサイ
ド電極間の静電気力を調整する。この方法によっても、
前述の面積調整用パターンのような特別なパターンを付
加することなく、2つのコンデンサの静電容量を調整す
ることができる。
FIG. 14 (b) shows that the movable mass 101; 201 is applied by applying an adjustment voltage 242 between the movable masses 101 and 01 and the side electrodes 106 and 206, similarly to the method of FIG. This is a method of forcibly compensating for a pattern shift by displacing to a position where W1 and W2 are equal. The adjustment of the electrostatic force is performed by changing the connection with a part of the side electrode (108; 208 in the illustrated example) connected to the adjustment voltage 242 via the switch 243 to change the area of the side electrode. That is, the electrostatic force between the movable mass 101; 201 and the side electrode is adjusted by controlling the area of the side electrode. With this method,
The capacitance of the two capacitors can be adjusted without adding a special pattern such as the area adjustment pattern described above.

【0060】次に、本発明による静電容量式加速度セン
サの製造方法について説明する。なお、図3及び図4を
用いて説明した加速度センサと、図5及び図6を用いて
説明した加速度センサは同一の製造プロセスで製造でき
るため、以下では図3及び図4に示した加速度センサの
例で説明をおこなう。
Next, a method for manufacturing the capacitance type acceleration sensor according to the present invention will be described. Since the acceleration sensor described with reference to FIGS. 3 and 4 and the acceleration sensor described with reference to FIGS. 5 and 6 can be manufactured by the same manufacturing process, the acceleration sensor illustrated in FIGS. An example will be described.

【0061】図15,図16は、本発明による静電容量
式加速度センサの製造方法の一例を説明する工程図であ
る。図15及び図16は、図3のA−A断面に相当する
図である。まず、単結晶シリコンからなる基板114に
熱酸化膜(SiO2 膜)301をデポジションし、さら
にその上に窒化膜(Si34膜)302をデポジション
する(a)。
FIGS. 15 and 16 are process diagrams illustrating an example of a method of manufacturing a capacitance type acceleration sensor according to the present invention. 15 and 16 are views corresponding to the AA cross section of FIG. First, a thermal oxide film (SiO 2 film) 301 is deposited on a substrate 114 made of single crystal silicon, and a nitride film (Si 3 N 4 film) 302 is further deposited thereon (a).

【0062】次に、Si34膜302に塗布したホトレ
ジストに形成されたパターンを介してSi34膜302
をドライエッチングし、Si34膜302にホトレジス
トのパターンを転写する。続いて、Si34膜302を
マスクとしてボロンやリン等の不純物をイオン打ち込み
によりドープし、熱拡散して固定電極104,105を
形成する(b)。
Next, the Si 3 N 4 film 302 is formed through a pattern formed on the photoresist applied to the Si 3 N 4 film 302.
Is dry-etched to transfer a photoresist pattern to the Si 3 N 4 film 302. Subsequently, using the Si 3 N 4 film 302 as a mask, impurities such as boron and phosphorus are doped by ion implantation and thermally diffused to form the fixed electrodes 104 and 105 (b).

【0063】その後、SiO2膜301、Si34膜3
02をエッチング除去し、その後酸化膜(SiO2膜)
303をCVDによりデポジションする(c)。SiO
2膜303をホトレジスト加工により、ドライエッチン
グをおこない、梁のアンカー部やサイド電極になる孔3
04を形成する(d)。
Thereafter, the SiO 2 film 301 and the Si 3 N 4 film 3
02 by etching, and then an oxide film (SiO 2 film)
303 is deposited by CVD (c). SiO
2 Dry etching is performed on the film 303 by photoresist processing, and holes 3 serving as anchor portions of the beams and side electrodes are formed.
04 is formed (d).

【0064】その上に多結晶シリコン膜305をLPC
VDによりデポジションし、リン処理による導電化処理
の後、SiO2酸化膜306をCVDによりデポジショ
ンする(e)。続いて、SiO2膜306をホトレジス
ト加工により、ドライエッチングをおこない、SiO2
膜306に多結晶シリコン膜305を加工するためのパ
ターンを転写する(f)。
A polycrystalline silicon film 305 is formed thereon by LPC.
After deposition by VD and conductivity treatment by phosphorus treatment, the SiO 2 oxide film 306 is deposited by CVD (e). Subsequently, the SiO 2 film 306 by the photoresist process, dry etching is carried out, SiO 2
A pattern for processing the polycrystalline silicon film 305 is transferred to the film 306 (f).

【0065】次に、SiO2膜306をマスクとして、
多結晶シリコン膜305をドライエッチングで加工を行
う(g)。最後に、多結晶シリコン膜305の下方のS
iO2膜303をフッ酸処理によって除去し、アンカー
部分を除いて基板114と可動マスの間に空隙を形成
し、完成する。このとき、図3に示した貫通溝112,
113はフッ酸をSiO2膜303に効率的に導くため
の通路として作用する(h)。
Next, using the SiO 2 film 306 as a mask,
The polycrystalline silicon film 305 is processed by dry etching (g). Finally, the S under the polycrystalline silicon film 305
The iO 2 film 303 is removed by hydrofluoric acid treatment, and a void is formed between the substrate 114 and the movable mass except for the anchor portion, thereby completing the process. At this time, the through groove 112 shown in FIG.
Numeral 113 functions as a passage for efficiently guiding hydrofluoric acid to the SiO 2 film 303 (h).

【0066】このような製造プロセスを採用することに
よって、一般的なIC製造プロセスを用いて製造できる
ため、回路部との1チップ化が可能となり、小型化、低
価格化が可能となる。また、可動マス101とサイド電
極106〜109を同一部材、同一プロセスで製造でき
るため、サイド電極を形成するための特別なプロセスが
必要なく、コストアップ要因が生じない。更に、基板上
の固定電極と可動マスの間のギャップはCVDによって
形成されるSiO2膜による膜厚制御が可能であり、高
精度に制御できる。一方、従来例では、可動マスと固定
電極間のギャップはホトリソグラフィーとドライエッチ
ングの精度によるため、バラツキが大きい。
By adopting such a manufacturing process, the semiconductor device can be manufactured by using a general IC manufacturing process. Therefore, it is possible to integrate the circuit portion into one chip, and to reduce the size and the cost. In addition, since the movable mass 101 and the side electrodes 106 to 109 can be manufactured by the same member and the same process, a special process for forming the side electrodes is not required, and no cost increase factor occurs. Further, the thickness of the gap between the fixed electrode and the movable mass on the substrate can be controlled with a SiO 2 film formed by CVD, and can be controlled with high precision. On the other hand, in the conventional example, since the gap between the movable mass and the fixed electrode depends on the accuracy of photolithography and dry etching, the gap is large.

【0067】図17,図18,図19は、本発明による
静電容量式加速度センサの製造方法の他の例を説明する
工程図である。まず、単結晶シリコンからなる基板11
4に熱酸化膜(SiO2膜)311をデポジションし、
さらにその上に窒化膜(Si34膜)312をデポジシ
ョンする(a)。
FIGS. 17, 18 and 19 are process diagrams for explaining another example of the method of manufacturing the capacitive acceleration sensor according to the present invention. First, a substrate 11 made of single crystal silicon
In step 4, a thermal oxide film (SiO 2 film) 311 is deposited.
Further, a nitride film (Si 3 N 4 film) 312 is deposited thereon (a).

【0068】更に、多結晶シリコン膜313、SiO2
膜314をデポジションし、リン処理により、導電化す
る(b)。SiO2膜314をホトレジストに形成され
たパターンを介してドライエッチングし、SiO2膜3
14にホトレジストのパターンを転写する(c)。
Further, the polycrystalline silicon film 313, SiO 2
The film 314 is deposited and made conductive by phosphorous treatment (b). The SiO 2 film 314 is dry-etched through a pattern formed in the photoresist to form the SiO 2 film 3.
The pattern of the photoresist is transferred to 14 (c).

【0069】次に、SiO2膜314をマスクとして多
結晶シリコン313をドライエッチングし、固定電極1
04,105、サイド電極用配線315を形成する。そ
の後、SiO2膜314を除去する(d)。次に、Si
2膜316をCVDによりデポジションする(e)。
Next, the polycrystalline silicon 313 is dry-etched using the SiO 2 film 314 as a mask to form the fixed electrode 1.
04, 105 and wiring 315 for side electrodes are formed. After that, the SiO 2 film 314 is removed (d). Next, Si
The O 2 film 316 is deposited by CVD (e).

【0070】次に、SiO2膜316をホトレジスト加
工によりドライエッチングし、梁のアンカー部やサイド
電極になる孔317を形成する(f)。その上に多結晶
シリコン膜318をLPCVDによりデポジションし、
リン処理による導電化処理の後、SiO2膜319をC
VDによりデポジションする(g)。
Next, the SiO 2 film 316 is dry-etched by photoresist process, to form a hole 317 made in the anchor portion and the side electrode of the beam (f). A polycrystalline silicon film 318 is deposited thereon by LPCVD,
After the conductive treatment by the phosphorus treatment, the SiO 2 film 319 is
Deposition by VD (g).

【0071】SiO2膜319をホトレジスト加工によ
りドライエッチングし、SiO2膜319に多結晶シリ
コン膜318を加工するためのパターンを転写する
(h)。次に、SiO2膜319をマスクとして、多結
晶シリコン膜318をドライエッチングで加工を行った
後、SiO2膜319を除去する(i)。
The SiO 2 film 319 is dry-etched by photoresist processing, and a pattern for processing the polycrystalline silicon film 318 is transferred to the SiO 2 film 319 (h). Next, after the polycrystalline silicon film 318 is processed by dry etching using the SiO 2 film 319 as a mask, the SiO 2 film 319 is removed (i).

【0072】最後に、多結晶シリコン膜318の下方の
SiO2膜316をフッ酸処理によって除去し、基板1
14と可動マスの間に空隙を形成し完成する。このと
き、図3に示した貫通溝112,113はフッ酸を除去
すべきSiO2膜316に効率的に導くための通路とし
て作用する。
Finally, the SiO 2 film 316 below the polycrystalline silicon film 318 is removed by hydrofluoric acid treatment,
A gap is formed between the movable mass 14 and the movable mass to complete the process. At this time, the through grooves 112 and 113 shown in FIG. 3 function as passages for efficiently leading hydrofluoric acid to the SiO 2 film 316 to be removed.

【0073】このような製造プロセスを採用することに
よって、一般的なIC製造プロセスを用いて製造できる
ため、回路部との1チップ化が可能となり、小型化、低
価格化が可能となる。また、可動マスとサイド電極を同
一部材、同一プロセスで製造できるため、サイド電極を
形成するための特別なプロセスが必要なく、コストアッ
プ要因が生じない。更に、基板上の固定電極と可動マス
の間のギャップはCVDSiO2膜による膜厚制御が可
能であり、高精度に制御できる。更に、固定電極の配線
を不純物によるpn分離で形成するのではなく、酸化膜
によって完全分離された多結晶シリコンを用いて形成し
ているため、浮遊容量が少なく、高精度な容量検出を行
うことができる。固定電極は金属を用いても良い。
By employing such a manufacturing process, the semiconductor device can be manufactured by using a general IC manufacturing process. Therefore, it is possible to integrate the circuit portion into one chip, and to reduce the size and cost. In addition, since the movable mass and the side electrode can be manufactured by the same member and the same process, a special process for forming the side electrode is not required, and no cost increase factor occurs. Furthermore, the thickness of the gap between the fixed electrode and the movable mass on the substrate can be controlled with a CVD SiO 2 film, and can be controlled with high precision. Furthermore, since the fixed electrode wiring is not formed by pn separation by impurities but is formed by using polycrystalline silicon completely separated by an oxide film, the floating capacitance is small and high-precision capacitance detection is performed. Can be. The fixed electrode may use metal.

【0074】図20は、本発明による静電容量式加速度
センサの他の例の平面図である。図21はその断面図で
あり、(a)、(b)は図20中に指示されたA−A,
B−Bラインでの断面形状を示す。
FIG. 20 is a plan view of another example of the capacitive acceleration sensor according to the present invention. FIGS. 21A and 21B are cross-sectional views thereof, and FIGS. 21A and 21B are AA and AB indicated in FIG.
3 shows a cross-sectional shape taken along line BB.

【0075】この例の静電容量式加速度センサは、単結
晶シリコン基板407に対向して配置された一対の固定
電極404,405、アンカー部403a〜403dで
基板407に固定された4個の梁402a〜402dに
よって基板407上に支持された可動マス401を備え
る。梁402a,402b;402c,402dは長さ
2×L2の両持ち梁を構成し、可動マス401は長さL
1にわたってその両側部を両持ち梁に支持されている。
単結晶シリコン基板407の表面には保護膜となるSi
2膜411とSi34膜412が積層されている。可
動マス401には、この図の例では3個のスリット40
6が設けられ、電極機能を有する。図21(a)に示さ
れているように、固定電極404,405は可動マス4
01に設けられたスリット406内に入り込んで可動マ
ス(可動電極)401の側方に位置している。
The capacitance type acceleration sensor of this example has a pair of fixed electrodes 404 and 405 arranged opposite to a single crystal silicon substrate 407 and four beams fixed to the substrate 407 by anchor portions 403a to 403d. The movable mass 401 is supported on the substrate 407 by 402a to 402d. The beams 402a and 402b; 402c and 402d constitute a doubly supported beam having a length of 2 × L2, and the movable mass 401 has a length L
The two sides are supported by a doubly supported beam.
Si serving as a protective film is formed on the surface of the single crystal silicon substrate 407.
An O 2 film 411 and a Si 3 N 4 film 412 are stacked. The movable mass 401 has three slits 40 in the example of this figure.
6 are provided and have an electrode function. As shown in FIG. 21A, the fixed electrodes 404 and 405 are
01 is located on the side of the movable mass (movable electrode) 401 by entering the slit 406 provided in the same.

【0076】基板面に対し水平方向(図20、図21の
左右方向)に加速度が加わると、可動マス401が固定
電極404,405に対して変位し、可動マス401の
スリット406の端面と固定電極404,405との間
のギャップがそれぞれ変化する。
When an acceleration is applied to the substrate surface in the horizontal direction (the horizontal direction in FIGS. 20 and 21), the movable mass 401 is displaced with respect to the fixed electrodes 404 and 405, and fixed to the end surface of the slit 406 of the movable mass 401. The gap between the electrodes 404 and 405 changes respectively.

【0077】可動マス401と固定電極404,405
との対向面積をS、加速度ゼロの平衡状態における可動
マス401と固定電極404,405とのギャップを
d、誘電率をεとし、加速度が加わった時のギャップの
変化量をΔdとすると、可動マス401と固定電極40
4によって構成される第1のコンデンサの静電容量と、
可動マス401と固定電極405によって構成される第
2のコンデンサの静電容量の差ΔCは次の〔数5〕で表
される。このように、加速度が作用することによって加
速度センサ内に形成されている2組のコンデンサの静電
容量の差が変化し、それを検出することで加速度を検出
することができる。
The movable mass 401 and the fixed electrodes 404 and 405
If the gap between the movable mass 401 and the fixed electrodes 404 and 405 in an equilibrium state at zero acceleration is d, the dielectric constant is ε, and the amount of change in the gap when acceleration is applied is Δd, Mass 401 and fixed electrode 40
4, the capacitance of a first capacitor constituted by
The capacitance difference ΔC of the second capacitor formed by the movable mass 401 and the fixed electrode 405 is represented by the following [Equation 5]. In this manner, the difference between the capacitances of the two sets of capacitors formed in the acceleration sensor is changed by the action of the acceleration, and the acceleration can be detected by detecting the change.

【0078】[0078]

【数5】ΔC=2ε・S・Δd/{d2−(Δd)2ΔC = 2ε · S · Δd / {d 2 − (Δd) 2 }

【0079】この例の加速度センサでは、可動マス40
1は固定電極404,405を完全に囲う構造となって
いる。このような構造の採用によって、加速度センサに
いずれの方向から過大な衝撃が印加されても、ストッパ
ーの役目を兼用する固定電極404,405によって可
動マス401の変位が制限され保護されるため、センサ
検出部が破壊することはない。
In the acceleration sensor of this example, the movable mass 40
1 has a structure that completely surrounds the fixed electrodes 404 and 405. By adopting such a structure, even if an excessive impact is applied to the acceleration sensor from any direction, the displacement of the movable mass 401 is limited and protected by the fixed electrodes 404 and 405 which also serve as a stopper. The detector is not destroyed.

【0080】図22は、図20,図21に示した加速度
センサの特性を示す図である。図20に図示したよう
に、梁402a〜402dと可動マス401の固定長を
L1、両持ち梁402a,402b;402c,402
dの半分の長さをL2とし、その比L2/L1をλとす
る。横軸にλをとり、縦軸に前記〔数5〕のΔCをとっ
て、λとΔCの関係を求めると、図22に示したように
λが1.33のところでΔCが最大となる。容量変化Δ
Cは大きければ大きいほど加速度の検出分解能が高くな
る。容量変化ΔCの大きさは検出精度に影響を与えるた
め、検出精度から考えてピーク値の95%以上の感度が
あればよいとすると、そのときの可動電極と梁の固定長
の長さL1に対する梁の半分の長さL2の比λは0.8
〜2.2となる。従って、λ(=L2/L1)が0.8
〜2.2の範囲で可動マスの寸法を決定すると、最小の
面積で最も効率よく大きな感度(ΔC)を得ることが可
能となる。
FIG. 22 is a diagram showing characteristics of the acceleration sensor shown in FIGS. As shown in FIG. 20, the fixed length of the beams 402a to 402d and the movable mass 401 is L1, and the beams 402a and 402b;
The length of half of d is L2, and the ratio L2 / L1 is λ. When the horizontal axis is λ and the vertical axis is ΔC in the above equation (5), the relationship between λ and ΔC is obtained. As shown in FIG. 22, ΔC becomes the maximum when λ is 1.33. Capacity change Δ
The larger C is, the higher the acceleration detection resolution is. Since the magnitude of the capacitance change ΔC affects the detection accuracy, it is sufficient if there is a sensitivity of 95% or more of the peak value in consideration of the detection accuracy. The ratio λ of the half length L2 of the beam is 0.8
~ 2.2. Therefore, λ (= L2 / L1) is 0.8
When the size of the movable mass is determined in the range of 2.2 to 2.2, it is possible to obtain a large sensitivity (ΔC) most efficiently with a minimum area.

【0081】図23〜図25は、図20,図21に示し
た静電容量式加速度センサの製造方法の一例を説明する
工程図である。この工程図は、図20のA−Aに沿った
断面に相当する図である。
FIGS. 23 to 25 are process diagrams illustrating an example of a method of manufacturing the capacitance type acceleration sensor shown in FIGS. This process diagram is a diagram corresponding to a cross section along AA in FIG.

【0082】まず、単結晶シリコンからなる基板407
に熱酸化膜(SiO2 膜)501をデポジションし、さ
らにその上に窒化膜(Si34膜)502をデポジショ
ンする(a)。
First, a substrate 407 made of single crystal silicon is used.
Next, a thermal oxide film (SiO 2 film) 501 is deposited, and a nitride film (Si 3 N 4 film) 502 is further deposited thereon (FIG. 5A).

【0083】次に、ホトレジストに形成されたパターン
を介してSi34膜502をドライエッチングし、Si
34膜502にホトレジストのパターンを転写する。続
いて、Si34膜502をマスクとしてボロンやリン等
の不純物をイオン打ち込みによりドープし、熱拡散して
固定電極404,405を形成する(b)。
Next, the Si 3 N 4 film 502 is dry-etched through the pattern formed in the photoresist,
In 3 N 4 film 502 to transfer the pattern of the photoresist. Subsequently, using the Si 3 N 4 film 502 as a mask, impurities such as boron and phosphorus are doped by ion implantation and thermally diffused to form fixed electrodes 404 and 405 (b).

【0084】その後、SiO2膜501、Si34膜5
02を除去し、酸化膜(SiO2膜)503をCVDに
よりデポジションする(c)。SiO2膜503をホト
レジスト加工により、ドライエッチングする(d)。
Thereafter, the SiO 2 film 501 and the Si 3 N 4 film 5
02 is removed, and an oxide film (SiO 2 film) 503 is deposited by CVD (c). The SiO 2 film 503 is dry-etched by photoresist processing (d).

【0085】SiO2膜503をマスクとして、単結晶
シリコン基板407をエッチング加工し、その後SiO
2膜503を除去する。この工程によって基板407の
表面が彫り込まれて凹部504が形成され、固定電極4
04,405はその凹部504の垂直壁として出現する
(e)。次に、その上にSiO2膜411とSi34
412をCVDによりデポジションし、更にSiO2
505をCVDによりデポジションする(f)。
Using the SiO 2 film 503 as a mask, the single crystal silicon substrate 407 is etched, and
2 The film 503 is removed. By this step, the surface of the substrate 407 is carved to form a concave portion 504, and the fixed electrode 4
04, 405 appear as vertical walls of the recess 504 (e). Next, the SiO 2 film 411 and the Si 3 N 4 film 412 are deposited thereon by CVD, and the SiO 2 film 505 is further deposited by CVD (f).

【0086】SiO2膜505をホトレジスト加工によ
りドライエッチングし、アンカー部となる部分506を
加工する(g)。その後、多結晶シリコン膜507をL
PCVDによりデポジションし、リン処理による導電化
処理の後、SiO2膜508をCVDによりデポジショ
ンする(h)。
The SiO 2 film 505 is dry-etched by a photoresist process to process a portion 506 to be an anchor portion (g). After that, the polycrystalline silicon film 507 is
After deposition by PCVD and conductivity treatment by phosphorous treatment, the SiO 2 film 508 is deposited by CVD (h).

【0087】次に、SiO2膜508をホトレジスト加
工によりドライエッチングし、多結晶シリコン膜507
を加工するためのパターンを転写する(i)。続いて、
パターンが転写されたSiO2膜508をマスクとして
多結晶シリコン膜507をドライエッチングで加工し、
加工後、SiO2膜508を除去する(j)。最後に、
一部が多結晶質シリコン膜507とSi34膜412の
間に存在するSiO2膜505をフッ酸処理によって除
去し、センサ検知部を完成する(k)。
Next, the SiO 2 film 508 is dry-etched by photoresist processing to form a polycrystalline silicon film 507.
Is transferred (i). continue,
The polycrystalline silicon film 507 is processed by dry etching using the SiO 2 film 508 to which the pattern has been transferred as a mask,
After the processing, the SiO 2 film 508 is removed (j). Finally,
A part of the SiO 2 film 505 existing between the polycrystalline silicon film 507 and the Si 3 N 4 film 412 is removed by hydrofluoric acid treatment to complete the sensor detection part (k).

【0088】このような製造プロセスを採用することに
より、一般的なIC製造プロセスを用いてセンサの検知
部を製造することができるため、回路部との1チップ化
が可能となり、小型化、低価格化が可能となる。基板上
の固定電極404,405と可動マス401のギャップ
はSiO2膜505によるCVD膜厚制御が可能であ
り、高精度に制御することができる。
By adopting such a manufacturing process, the detecting portion of the sensor can be manufactured by using a general IC manufacturing process, so that it can be integrated with the circuit portion on one chip, and the size and the size can be reduced. Pricing is possible. The gap between the fixed electrodes 404 and 405 on the substrate and the movable mass 401 can be controlled with high precision by controlling the CVD film thickness by the SiO 2 film 505.

【0089】図26は本発明による静電容量式加速度セ
ンサの他の例の平面図、図27はその断面図である。図
27(a)、(b)は、各々図26中に指示されたA−
A,B−Bラインでの断面形状を示している。
FIG. 26 is a plan view of another example of the capacitive acceleration sensor according to the present invention, and FIG. 27 is a sectional view thereof. FIGS. 27 (a) and 27 (b) respectively show A-
The cross-sectional shape along line A, BB is shown.

【0090】この例の加速度センサは、単結晶シリコン
基板607上に突出して設けられた一対の固定電極60
9,610と、可動マス(可動電極)601と、可動マ
スの周囲を包囲するようにして基板607の表面に設け
られた枠608とを備える。固定電極609,610は
配線604,605により接続されている。単結晶シリ
コン基板607の表面には保護膜となるSiO2膜61
1とSi34膜612が積層されている。電極機能を有
する可動マス611にはスリット606が設けられ、こ
のスリット606内に一対の固定電極609,610が
各々スリット606の端面に面して配置されている。可
動マス611は、アンカー部603a〜603dで基板
607に固定された4本の梁602a〜602dによっ
て、基板607上にギャップ613を介して支持されて
いる。梁602a,602b;602c,602dは長
さ2×L2の両持ち梁を構成し、可動マス601は長さ
L1にわたってその両側部を両持ち梁に支持されてい
る。
The acceleration sensor of this example has a pair of fixed electrodes 60 protruding from a single crystal silicon substrate 607.
9, 610, a movable mass (movable electrode) 601 and a frame 608 provided on the surface of the substrate 607 so as to surround the movable mass. The fixed electrodes 609 and 610 are connected by wirings 604 and 605. On the surface of the single crystal silicon substrate 607, a SiO 2 film 61 serving as a protective film
1 and a Si 3 N 4 film 612 are stacked. The movable mass 611 having an electrode function is provided with a slit 606, and a pair of fixed electrodes 609 and 610 are arranged in the slit 606 so as to face the end surface of the slit 606. The movable mass 611 is supported on the substrate 607 via a gap 613 by four beams 602a to 602d fixed to the substrate 607 by anchor portions 603a to 603d. The beams 602a, 602b; 602c, 602d constitute a doubly supported beam having a length of 2 × L2, and the movable mass 601 is supported by the doubly supported beam on both sides over a length L1.

【0091】基板面に対し水平方向(図26の左右方
向)に加速度が加わると、可動マス601が固定電極6
09,610に対して変位し、可動マス601と固定電
極609,610とのギャップがそれぞれ変化する。し
たがって、可動マス601と固定電極609によって構
成される第1のコンデンサの静電容量と、可動マス60
1と固定電極610によって構成される第2のコンデン
サの静電容量との差が変化し、それを検知することによ
り加速度を検出することができる。
When an acceleration is applied to the substrate surface in the horizontal direction (the horizontal direction in FIG. 26), the movable mass 601
09, 610, and the gap between the movable mass 601 and the fixed electrodes 609, 610 changes respectively. Therefore, the capacitance of the first capacitor constituted by the movable mass 601 and the fixed electrode 609 and the movable mass 60
The difference between the capacitance of the first capacitor and the capacitance of the second capacitor formed by the fixed electrode 610 changes. By detecting the change, the acceleration can be detected.

【0092】この例ような構造を採用すると、単結晶シ
リコン基板607を彫り込むことがないため、配線が取
り出しやすくなる。また、可動マス601の周囲に枠6
08を設けたため、センサ検出部にいずれの方向から過
大な衝撃が印加されても、枠608によって可動マス6
01の変位が制限されるため、センサが破壊することは
ない。
By employing such a structure, the single crystal silicon substrate 607 is not carved, so that the wiring can be easily taken out. Also, a frame 6 is provided around the movable mass 601.
08, the movable mass 6 can be moved by the frame 608 even if an excessive impact is applied to the sensor detector from any direction.
Since the displacement of 01 is limited, the sensor does not break.

【0093】図28〜図30は、図26及び図27に示
した加速度センサの製造方法の一例を示す工程図であ
る。まず、単結晶シリコンからなる基板607に熱酸化
膜(SiO2)701をデポジションし、さらにその上
に窒化膜(Si34膜)702をデポジションする
(a)。
FIGS. 28 to 30 are process diagrams showing an example of a method of manufacturing the acceleration sensor shown in FIGS. 26 and 27. First, a thermal oxide film (SiO 2 ) 701 is deposited on a substrate 607 made of single crystal silicon, and a nitride film (Si 3 N 4 film) 702 is further deposited thereon (a).

【0094】次に、ホトレジストに形成されたパターン
を介してSi34膜702をドライエッチンし、Si3
4膜702にホトレジストのパターンを転写する。続
いて、Si34膜702をマスクとしてボロンやリン等
の不純物をイオン打ち込みによりドープし、熱拡散して
固定電極の配線604,605を形成する(b)。
[0094] Then the Si 3 N 4 film 702 and dry etching through a pattern formed photoresist, Si 3
A photoresist pattern is transferred to the N 4 film 702. Subsequently, using the Si 3 N 4 film 702 as a mask, impurities such as boron and phosphorus are doped by ion implantation, and thermally diffused to form fixed electrode wirings 604 and 605 (b).

【0095】その後、SiO2膜701、Si34膜7
02を除去し、酸化膜(SiO2膜)703をCVDに
よりデポジションする(c)。SiO2膜703をホト
レジスト加工によりドライエッチングする。この加工に
より、配線604,605に一部重なった壁部が基板上
に突出して形成される(d)。
Thereafter, the SiO 2 film 701 and the Si 3 N 4 film 7
02 is removed, and an oxide film (SiO 2 film) 703 is deposited by CVD (c). The SiO 2 film 703 is dry-etched by photoresist processing. By this processing, a wall part partially overlapping the wirings 604 and 605 is formed so as to protrude above the substrate (d).

【0096】その上に多結晶シリコン膜704をLPC
VDによりデポジションし、導電化のためのリン処理を
行う(e)。次に、多結晶シリコン膜704をエッチン
グ加工して、前記壁部の側部に固定電極609,610
を形成する。固定電極609,610は配線604,6
05に接続されている(f)。
A polycrystalline silicon film 704 is formed thereon by LPC.
Deposition is performed by VD, and phosphorus treatment for conductivity is performed (e). Next, the polycrystalline silicon film 704 is etched to form fixed electrodes 609 and 610 on the side of the wall.
To form The fixed electrodes 609 and 610 are connected to the wirings 604 and 6
05 (f).

【0097】その上に、SiO2膜611とSi34
612とSiO2膜705をCVDによりデポジション
する(g)。SiO2膜705をホトレジスト加工によ
りドライエッチングし、アンカー部となる部分706を
加工する(h)。
Then, a SiO 2 film 611, a Si 3 N 4 film 612 and a SiO 2 film 705 are deposited by CVD (g). The SiO 2 film 705 is dry-etched by a photoresist process, and a portion 706 serving as an anchor portion is processed (h).

【0098】その後、多結晶シリコン膜707をLPC
VDによりデポジションし、リン処理による導電化処理
の後、SiO2膜708をCVDによりデポジションす
る(i)。SiO2膜708をホトレジスト加工によ
り、ドライエッチングをおこない、多結晶シリコン膜7
07を加工するためのパターンを転写する(j)。
Then, the polycrystalline silicon film 707 is
After deposition by VD and conductivity treatment by phosphorous treatment, the SiO 2 film 708 is deposited by CVD (i). The SiO 2 film 708 is dry-etched by photo-resist processing to obtain a polycrystalline silicon film 7.
07 is transferred (j).

【0099】多結晶シリコン膜707をドライエッチン
グで加工し、可動マス701や梁及び梁のアンカー部6
03を形成し、その後SiO2膜708を除去する
(k)。
The polycrystalline silicon film 707 is processed by dry etching, and the movable mass 701 and the beam and the beam anchor 6 are formed.
03 is formed, and then the SiO 2 film 708 is removed (k).

【0100】最後に、一部が多結晶シリコン膜707と
Si34膜612の間に位置するSiO2膜705をフ
ッ酸処理によって除去し、固定電極609.610と可
動マス601の間のギャップ606を形成し、センサ検
出部を完成する(l)。
Finally, the SiO 2 film 705 partly located between the polycrystalline silicon film 707 and the Si 3 N 4 film 612 is removed by hydrofluoric acid treatment, and the portion between the fixed electrode 609.610 and the movable mass 601 is removed. The gap 606 is formed to complete the sensor detection section (l).

【0101】このような製造プロセスを採用することに
より、センサの検出部を一般的なIC製造プロセスを用
いて製造できるため、回路部との1チップ化が可能とな
り、小型化、低価格化が可能となる。また、基板上の固
定電極609,610と可動マス601のギャップはS
iO2膜によるCVD膜厚制御が可能となっており、高
精度に制御することができる。更に、基板表面に積層で
きるため配線が容易である。また、固定電極は金属を用
いても良い。
By adopting such a manufacturing process, the detecting portion of the sensor can be manufactured using a general IC manufacturing process, so that it can be integrated with the circuit portion on one chip, and the size and the cost can be reduced. It becomes possible. The gap between the fixed electrodes 609 and 610 on the substrate and the movable mass 601 is S
The thickness of the CVD film can be controlled by the iO 2 film, and the control can be performed with high accuracy. Further, wiring can be easily performed since the wiring can be laminated on the substrate surface. Further, a metal may be used for the fixed electrode.

【0102】[0102]

【発明の効果】本発明によると、検出加速度に対して出
力が直線的に変化し、極めて高精度の加速度センサを得
ることができる。また、過大応力による損傷防止のため
のサイド電極を用いて共振防止と自己診断機能を同時に
実現可能となる。更に、面積調整用パターンを設けるこ
とにより、静電容量のバラツキを検出素子内部で補償で
きるため、後段につながる検出回路の構成が簡単にな
る。更に、最小の面積で最も効率よく大きな感度(Δ
C)を得ることが可能となり、他軸感度による検出誤差
を最小に抑えることができる。
According to the present invention, the output changes linearly with respect to the detected acceleration, and an extremely accurate acceleration sensor can be obtained. In addition, it is possible to simultaneously realize the resonance prevention and the self-diagnosis function by using the side electrode for preventing damage due to excessive stress. Further, by providing the area adjustment pattern, the variation in the capacitance can be compensated inside the detection element, so that the configuration of the detection circuit connected to the subsequent stage is simplified. Furthermore, the most efficient large sensitivity (Δ
C) can be obtained, and the detection error due to the sensitivity of the other axis can be minimized.

【0103】本発明の加速度センサは、一般的なIC製
造プロセスを用いて製造できるため、回路部との1チッ
プ化が可能となり、小型化、低価格化が可能となる。ま
た、可動マスとサイド電極を同一部材、同一プロセスで
製造できるため、サイド電極を形成するための特別なコ
ストアップ要因が生じない。更に、基板上の固定電極と
可動マスのギャップはSiO2膜によるCVD膜厚制御
で高精度に制御できる。
The acceleration sensor of the present invention can be manufactured by using a general IC manufacturing process, so that it can be integrated with the circuit section on one chip, and can be reduced in size and cost. Further, since the movable mass and the side electrode can be manufactured by the same member and the same process, there is no special factor for increasing the cost for forming the side electrode. Further, the gap between the fixed electrode and the movable mass on the substrate can be controlled with high precision by controlling the CVD film thickness by the SiO 2 film.

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

【図1】本発明による静電容量式加速度センサの一例の
基本構成を示す略図。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a basic configuration of an example of a capacitive acceleration sensor according to the present invention.

【図2】本発明による静電容量式加速度センサの他の例
の基本構成を示す略図。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a basic configuration of another example of a capacitive acceleration sensor according to the present invention.

【図3】本発明による静電容量式加速度センサの一例を
示す平面図。
FIG. 3 is a plan view showing an example of a capacitive acceleration sensor according to the present invention.

【図4】図3中に指示されたA−A,B−B,C−Cラ
インでの断面図。
FIG. 4 is a sectional view taken along lines AA, BB, and CC indicated in FIG. 3;

【図5】本発明による静電容量式加速度センサの他の例
を示す平面図。
FIG. 5 is a plan view showing another example of the capacitive acceleration sensor according to the present invention.

【図6】図5中に指示されたA−A,B−B,C−Cラ
インでの断面図。
FIG. 6 is a sectional view taken along lines AA, BB, and CC indicated in FIG. 5;

【図7】本発明による静電容量式加速度センサの全体的
な回路構成の一例を示す概略図。
FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of the overall circuit configuration of a capacitive acceleration sensor according to the present invention.

【図8】本発明による静電容量式加速度センサの特性例
を示す図。
FIG. 8 is a diagram showing a characteristic example of the capacitance type acceleration sensor according to the present invention.

【図9】本発明による静電容量式加速度センサの断面
図。
FIG. 9 is a sectional view of a capacitive acceleration sensor according to the present invention.

【図10】本発明による静電容量式加速度センサの他軸
感度特性を示す図。
FIG. 10 is a diagram showing another axis sensitivity characteristic of the capacitance type acceleration sensor according to the present invention.

【図11】面積調整用パターンが形成された部分の拡大
図、及び調整方法を説明する断面模式図。
FIG. 11 is an enlarged view of a portion where an area adjustment pattern is formed, and a schematic cross-sectional view illustrating an adjustment method.

【図12】スイッチを切り替えるための調整回路の一例
を示す図。
FIG. 12 illustrates an example of an adjustment circuit for switching a switch.

【図13】調整回路の他の例を示す図。FIG. 13 is a diagram showing another example of the adjustment circuit.

【図14】可動マスと(可動電極)と2つの固定電極に
よって構成される2つのコンデンサの静電容量を調整す
る他の方法を示す説明図。
FIG. 14 is an explanatory diagram showing another method for adjusting the capacitance of two capacitors constituted by a movable mass, a (movable electrode), and two fixed electrodes.

【図15】本発明による静電容量式加速度センサの製造
方法の一例を説明する工程図。
FIG. 15 is a process chart illustrating an example of a method for manufacturing a capacitance type acceleration sensor according to the present invention.

【図16】本発明による静電容量式加速度センサの製造
方法の一例を説明する工程図。
FIG. 16 is a process chart illustrating an example of a method for manufacturing a capacitance type acceleration sensor according to the present invention.

【図17】本発明による静電容量式加速度センサの製造
方法の他の例を説明する工程図。
FIG. 17 is a process chart for explaining another example of the method of manufacturing the capacitive acceleration sensor according to the present invention.

【図18】本発明による静電容量式加速度センサの製造
方法の他の例を説明する工程図。
FIG. 18 is a process chart for explaining another example of the method of manufacturing the capacitive acceleration sensor according to the present invention.

【図19】本発明による静電容量式加速度センサの製造
方法の他の例を説明する工程図。
FIG. 19 is a process chart for explaining another example of the method of manufacturing the capacitive acceleration sensor according to the present invention.

【図20】本発明による静電容量式加速度センサの他の
例の平面図。
FIG. 20 is a plan view of another example of the capacitive acceleration sensor according to the present invention.

【図21】図20中に指示されたA−A,B−Bライン
での断面形状を示す図。
FIG. 21 is a diagram showing a cross-sectional shape taken along line AA and BB indicated in FIG. 20;

【図22】図20,図21に示した加速度センサの特性
を示す図。
FIG. 22 is a diagram showing characteristics of the acceleration sensor shown in FIGS. 20 and 21.

【図23】図20,図21に示した静電容量式加速度セ
ンサの製造方法の一例を説明する工程図。
FIG. 23 is a process chart illustrating an example of a method of manufacturing the capacitance type acceleration sensor shown in FIGS. 20 and 21.

【図24】図20,図21に示した静電容量式加速度セ
ンサの製造方法の一例を説明する工程図。
FIG. 24 is a process chart illustrating an example of a method of manufacturing the capacitance type acceleration sensor shown in FIGS. 20 and 21.

【図25】図20,図21に示した静電容量式加速度セ
ンサの製造方法の一例を説明する工程図。
FIG. 25 is a process chart illustrating an example of a method of manufacturing the capacitance type acceleration sensor shown in FIGS. 20 and 21.

【図26】本発明による静電容量式加速度センサの他の
例の平面図。
FIG. 26 is a plan view of another example of the capacitive acceleration sensor according to the present invention.

【図27】図26中に指示されたA−A,B−Bライン
での断面形状を示す図。
FIG. 27 is a view showing a cross-sectional shape taken along line AA and BB indicated in FIG. 26;

【図28】図26及び図27に示した加速度センサの製
造方法の一例を示す工程図。
FIG. 28 is a process chart showing an example of a method for manufacturing the acceleration sensor shown in FIGS. 26 and 27.

【図29】図26及び図27に示した加速度センサの製
造方法の一例を示す工程図。
FIG. 29 is a process chart showing an example of a method for manufacturing the acceleration sensor shown in FIGS. 26 and 27.

【図30】図26及び図27に示した加速度センサの製
造方法の一例を示す工程図。
FIG. 30 is a process chart showing an example of a method for manufacturing the acceleration sensor shown in FIGS. 26 and 27.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101…可動マス(可動電極)、102a〜102d…
梁、103a〜103d…アンカー部、104,105
…固定電極、106〜110…サイド電極、112,1
13…貫通溝、114…基板、120…ギャップ、12
1a〜121c…面積調整用パターン、201…可動マ
ス(可動電極)、202a〜202d…梁、203a〜
203d…アンカー部、204,205…固定電極、2
06〜211…サイド電極、212,213…貫通溝、
214…基板、220…ギャップ、221a〜221c
…面積調整用パターン、231…信号印加部、232…
加速度検出部、233…容量検出部、234…出力調整
部、241,242調整用電圧、243…スイッチ、3
01…SiO2熱酸化膜、302…Si34膜、303
…SiO2膜、304…孔、305…多結晶シリコン
膜、306…SiO2膜、311…SiO2熱酸化膜、3
12…Si34膜、313…多結晶シリコン膜、314
…SiO2膜、315…サイド電極用配線、316…S
iO2膜、317…孔、318…多結晶シリコン膜、3
19…SiO2膜、401…可動マス(可動電極)、4
02a〜402d…梁、403a〜403d…アンカー
部、404,405…固定電極、406…貫通溝、40
7…基板、411…SiO2膜、412…Si34膜、
501…SiO2熱酸化膜、502…Si34膜、50
3…酸化膜、505…SiO2膜、506…アンカー部
となる部分、507…多結晶シリコン膜、508…Si
2膜、601…可動マス(可動電極)、602a〜6
02d…梁、603a〜603d…アンカー部、60
4,605,609,610…固定電極、606…貫通
溝、607…基板、608…枠、611…SiO2膜、
612…Si34膜、701…SiO2熱酸化膜、70
2…Si34膜、703…酸化膜、704…多結晶シリ
コン膜、705…SiO2膜、706…アンカー部、7
07…多結晶シリコン膜、708…SiO2膜、SW1
〜SW5…アナログスイッチ、CS1,CS2…静電容
量、OP1,OP2…オペアンプ、CT,CF…コンデ
ンサ、VDD…電源、R4〜R7,VR…抵抗、C4…
コンデンサ、ZR…ツェナーロム、SWa1〜Swa
3,SWb1〜SWb3…スイッチ、IN…入力端子、
Vcc…電源、MN1…トランジスタ、ZR1…ツェナ
ーダイオード、INV…インバータ、PR1…多結晶シ
リコン抵抗
101: movable mass (movable electrode), 102a to 102d ...
Beams, 103a to 103d ... anchor parts, 104, 105
... fixed electrodes, 106 to 110 ... side electrodes, 112, 1
13 ... through-groove, 114 ... substrate, 120 ... gap, 12
1a to 121c: area adjustment pattern, 201: movable mass (movable electrode), 202a to 202d: beam, 203a to
203d: anchor part, 204, 205: fixed electrode, 2
06 to 211: side electrode, 212, 213: through groove,
214: substrate, 220: gap, 221a to 221c
... area adjustment pattern, 231 ... signal application section, 232 ...
Acceleration detector, 233 ... Capacitance detector, 234 ... Output adjuster, 241,242 adjusting voltage, 243 ... Switch, 3
01: SiO 2 thermal oxide film, 302: Si 3 N 4 film, 303
... SiO 2 film, 304, hole, 305, polycrystalline silicon film, 306, SiO 2 film, 311, SiO 2 thermal oxide film, 3
12 ... Si 3 N 4 film, 313 ... polycrystalline silicon film, 314
... SiO 2 film, 315 ... side electrode wiring, 316 ... S
iO 2 film, 317 ... holes, 318 ... polycrystalline silicon film, 3
19: SiO 2 film, 401: movable mass (movable electrode), 4
02a to 402d: beam, 403a to 403d: anchor portion, 404, 405: fixed electrode, 406: through groove, 40
7: substrate, 411: SiO 2 film, 412: Si 3 N 4 film,
501: SiO 2 thermal oxide film, 502: Si 3 N 4 film, 50
Reference numeral 3 denotes an oxide film, 505 denotes a SiO 2 film, 506 denotes a portion serving as an anchor portion, 507 denotes a polycrystalline silicon film, and 508 denotes Si.
O 2 film, 601... Movable mass (movable electrode), 602 a to 6
02d: beam, 603a to 603d: anchor part, 60
4, 605, 609, 610: fixed electrode, 606: through groove, 607: substrate, 608: frame, 611: SiO 2 film,
612: Si 3 N 4 film, 701: SiO 2 thermal oxide film, 70
2. Si 3 N 4 film, 703 oxide film, 704 polycrystalline silicon film, 705 SiO 2 film, 706 anchor part, 7
07: polycrystalline silicon film, 708: SiO 2 film, SW1
To SW5: analog switch, CS1, CS2: capacitance, OP1, OP2: operational amplifier, CT, CF: capacitor, VDD: power supply, R4 to R7, VR: resistor, C4 ...
Capacitor, ZR: Zener rom, SWa1-Swa
3, SWb1 to SWb3 ... switch, IN ... input terminal,
Vcc: power supply, MN1: transistor, ZR1: zener diode, INV: inverter, PR1: polycrystalline silicon resistor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 清光 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 松本 昌大 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 斉藤 明彦 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 市川 範男 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式会 社日立カーエンジニアリング内 (72)発明者 堀江 潤一 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 仲沢 照美 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Kiyomitsu Suzuki 7-1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Inside the Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Masahiro Matsumoto 7-chome, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture No. 1-1 Inside Hitachi, Ltd. Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Akihiko Saito 7-1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Inside Hitachi, Ltd. Hitachi Research Laboratory Co., Ltd. (72) Inventor Norio Ichikawa Hitachinaka, Ibaraki 2477 Takaba Inside Hitachi Car Engineering Co., Ltd. (72) Inventor Junichi Horie 2520 Takaji, Hitachinaka-shi, Ibaraki Prefecture Automotive Equipment Division, Hitachi, Ltd. (72) Terumi Nakazawa In-house Takaba, Hitachinaka-shi, Ibaraki 2520 Inside the Automotive Equipment Division of Hitachi, Ltd.

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板表面に固定された両持ち梁と、前記
両持ち梁によって前記基板に対して空隙を持って支持さ
れ前記基板表面と平行な方向に変位可能な可動電極と、
前記可動電極に対向して前記基板に設けられた固定電極
と、前記可動電極の側方に位置し前記基板表面から突出
して設けられたサイド電極とを備え、前記可動電極と前
記固定電極との対向面積の変化を静電容量の変化として
検出することを特徴とする静電容量式加速度センサ。
1. A doubly supported beam fixed to a substrate surface, a movable electrode supported by the doubly supported beam with a gap with respect to the substrate and displaceable in a direction parallel to the substrate surface,
A fixed electrode provided on the substrate in opposition to the movable electrode, including a side electrode provided on a side of the movable electrode and protruding from the surface of the substrate, wherein the movable electrode and the fixed electrode A capacitance-type acceleration sensor, wherein a change in facing area is detected as a change in capacitance.
【請求項2】 請求項1記載の静電容量式加速度センサ
において、前記両持ち梁の半分の長さL2と、前記可動
電極が前記両持ち梁に固定されている長さL1の比L2
/L1が0.8〜2.2であることを特徴とする静電容
量式加速度センサ。
2. The capacitance type acceleration sensor according to claim 1, wherein a ratio L2 of a half length L2 of the doubly supported beam and a length L1 of the movable electrode fixed to the doubly supported beam.
/ L1 is 0.8-2.2.
【請求項3】 請求項1又は2記載の静電容量式加速度
センサにおいて、前記可動電極の厚みhと前記空隙dの
比h/dが1.2〜3.4であることを特徴とする静電
容量式加速度センサ。
3. The capacitance type acceleration sensor according to claim 1, wherein a ratio h / d of the thickness h of the movable electrode to the gap d is 1.2 to 3.4. Capacitive acceleration sensor.
【請求項4】 請求項1〜3のいずれか1項記載の静電
容量式加速度センサにおいて、 前記固定電極は第1の電極と第2の電極とからなり、 前記可動電極と前記第1の電極との対向面積と、前記可
動電極と前記第2の電極との対向面積とは、前記可動電
極の変位によって一方が増加するとき他方が減少する関
係を有し、 前記可動電極と前記第1電極間の静電容量と、前記可動
電極と前記第2の電極間の静電容量の差を検出すること
を特徴とする静電容量式加速度センサ。
4. The capacitance type acceleration sensor according to claim 1, wherein the fixed electrode includes a first electrode and a second electrode, and the movable electrode and the first electrode. The facing area with the electrode and the facing area with the movable electrode and the second electrode have a relationship that when one increases due to the displacement of the movable electrode, the other decreases, and the movable electrode and the first A capacitance type acceleration sensor which detects a difference between capacitance between electrodes and capacitance between the movable electrode and the second electrode.
【請求項5】 基板表面を彫り込んで形成された凹部底
面に固定された両持ち梁と、前記両持ち梁によって前記
基板に対して空隙を持って支持され前記基板表面と平行
な方向に変位可能な可動電極と、前記可動電極の側方に
空隙をもって前記基板に設けられた固定電極とを備え、
前記可動電極と固定電極の空隙距離の変化を静電容量の
変化として検出することを特徴とする静電容量式加速度
センサ。
5. A doubly-supported beam fixed to a bottom surface of a concave portion formed by engraving a substrate surface, and supported by the doubly-supported beam with a gap with respect to the substrate, and displaceable in a direction parallel to the substrate surface. Movable electrode, comprising a fixed electrode provided on the substrate with a gap on the side of the movable electrode,
A capacitance type acceleration sensor, wherein a change in a gap distance between the movable electrode and the fixed electrode is detected as a change in capacitance.
【請求項6】 請求項5記載の静電容量式加速度センサ
において、前記両持ち梁の半分の長さL2と、前記可動
電極が前記両持ち梁に固定される長さL1の比L2/L
1が0.8〜2.2であることを特徴とする静電容量式
加速度センサ。
6. A capacitance type acceleration sensor according to claim 5, wherein a ratio L2 / L of a half length L2 of said doubly supported beam and a length L1 at which said movable electrode is fixed to said doubly supported beam.
1. A capacitance type acceleration sensor, wherein 1 is 0.8 to 2.2.
【請求項7】 基板表面に固定された両持ち梁と、前記
両持ち梁によって前記基板に対して空隙を持って支持さ
れ前記基板表面と平行な方向に変位可能な可動電極と、
前記可動電極の側方に空隙をもって前記基板表面から突
出して設けられた固定電極とを備え、前記可動電極と固
定電極の空隙距離の変化を静電容量の変化として検出す
ることを特徴とする静電容量式加速度センサ。
7. A doubly-supported beam fixed to a substrate surface, a movable electrode supported by the doubly-supported beam with a gap with respect to the substrate and displaceable in a direction parallel to the substrate surface,
A fixed electrode protruding from the substrate surface with a gap on a side of the movable electrode, and detecting a change in a gap distance between the movable electrode and the fixed electrode as a change in capacitance. Capacitive acceleration sensor.
【請求項8】 請求項7記載の静電容量式加速度センサ
において、前記両持ち梁の半分の長さL2と、前記可動
電極が前記両持ち梁に固定される長さL1の比が0.8
〜2.2であることを特徴とする静電容量式加速度セン
サ。
8. The capacitance type acceleration sensor according to claim 7, wherein a ratio of a half length L2 of the doubly supported beam to a length L1 at which the movable electrode is fixed to the doubly supported beam is 0. 8
To 2.2, a capacitance-type acceleration sensor.
【請求項9】 基板表面に固定された両持ち梁と、前記
両持ち梁によって前記基板に対して空隙を持って支持さ
れ前記基板表面と平行な方向に変位可能な可動電極と、
前記可動電極に対向して前記基板に設けられた固定電極
と、前記可動電極の側方に位置し前記基板表面から突出
して設けられたサイド電極とを備え、前記可動電極と前
記固定電極との対向面積の変化を静電容量の変化として
検出する静電容量式加速度センサの製造方法であって、
(a)単結晶シリコン基板にマスク用の第1の膜を形成
する工程と、(b)前記第1の膜にパターンを形成し、
前記パターンが形成された膜をマスクとして前記基板に
不純物をドープし、前記基板に前記固定電極を形成する
工程と、(c)前記第1の膜を除去し、そののちマスク
用の第2の膜を形成する工程と、(d)前記第2の膜に
前記両持ち梁のアンカー部となる孔及び前記サイド電極
が結合される孔を形成する工程と、(e)その上に多結
晶シリコン膜を形成し、前記多結晶シリコン膜を導電化
処理したのち、その上にマスク用の第3の膜を形成する
工程と、(f)前記第3の膜に前記多結晶シリコン膜を
加工するためのパターンを形成する工程と、(g)前記
パターンが形成された膜をマスクとして前記多結晶シリ
コン膜をエッチング加工し、前記両持ち梁、前記両持ち
梁に結合された前記可動電極及び前記サイド電極を形成
する工程と、(h)前記多結晶シリコン膜の下方に位置
する前記第2の膜を除去する工程と、を含むことを特徴
とする静電容量式加速度センサの製造方法。
9. A doubly supported beam fixed to a substrate surface, a movable electrode supported by the doubly supported beam with a gap with respect to the substrate and displaceable in a direction parallel to the substrate surface,
A fixed electrode provided on the substrate in opposition to the movable electrode, including a side electrode provided on a side of the movable electrode and protruding from the surface of the substrate, wherein the movable electrode and the fixed electrode A method of manufacturing a capacitance-type acceleration sensor that detects a change in facing area as a change in capacitance,
(A) forming a first film for a mask on a single crystal silicon substrate; and (b) forming a pattern on the first film;
Doping the substrate with impurities using the film on which the pattern is formed as a mask, and forming the fixed electrode on the substrate; and (c) removing the first film, and then forming a second film for the mask. Forming a film, (d) forming a hole serving as an anchor portion of the doubly supported beam and a hole to which the side electrode is coupled in the second film, and (e) forming polycrystalline silicon thereon. Forming a film, conducting the polycrystalline silicon film for conductivity, forming a third film for a mask thereon, and (f) processing the polycrystalline silicon film into the third film And (g) etching the polycrystalline silicon film using the film on which the pattern is formed as a mask, the doubly supported beam, the movable electrode coupled to the doubly supported beam, and Forming a side electrode; and (h) Method for producing the polycrystalline capacitive acceleration sensor for removing the second layer located below the silicon film, comprising a.
【請求項10】 基板表面に固定された両持ち梁と、前
記両持ち梁によって前記基板に対して空隙を持って支持
され前記基板表面と平行な方向に変位可能な可動電極
と、前記可動電極に対向して前記基板に設けられた固定
電極と、前記可動電極の側方に位置し前記基板表面から
突出して設けられたサイド電極とを備え、前記可動電極
と前記固定電極との対向面積の変化を静電容量の変化と
して検出する静電容量式加速度センサの製造方法であっ
て、(a)基板上に多結晶シリコン膜を形成し、前記多
結晶シリコン膜を導電化処理したのち、その上にマスク
用の第1の膜を形成する工程と、(b)前記第1の膜に
パターンを形成し、前記パターンが形成された膜をマス
クとして前記多結晶シリコン膜をエッチング加工し、前
記固定電極を形成する工程と、(c)前記第1の膜を除
去し、そののちマスク用の第2の膜を形成する工程と、
(d)前記第2の膜に前記両持ち梁のアンカー部となる
孔及び前記サイド電極が結合される孔を形成する工程
と、(e)その上に多結晶シリコン膜を形成し、前記多
結晶シリコン膜を導電化処理したのち、その上にマスク
用の第3の膜を形成する工程と、(f)前記第3の膜に
前記多結晶シリコン膜を加工するためのパターンを形成
する工程と、(g)前記パターンが形成された膜をマス
クとして前記多結晶シリコン膜をエッチング加工し、前
記両持ち梁、前記両持ち梁に結合された前記可動電極及
び前記サイド電極を形成する工程と、(h)前記多結晶
シリコン膜の下方に位置する前記第2の膜を除去する工
程と、を含むことを特徴とする静電容量式加速度センサ
の製造方法。
10. A doubly-supported beam fixed to a substrate surface, a movable electrode supported by the doubly-supported beam with an air gap and displaceable in a direction parallel to the substrate surface, and the movable electrode A fixed electrode provided on the substrate so as to face, and a side electrode provided on the side of the movable electrode and protruding from the surface of the substrate, and having a facing area between the movable electrode and the fixed electrode. A method for manufacturing a capacitance type acceleration sensor for detecting a change as a change in capacitance, comprising the steps of: (a) forming a polycrystalline silicon film on a substrate, subjecting the polycrystalline silicon film to a conductive treatment, Forming a first film for a mask thereon, and (b) forming a pattern on the first film, etching the polycrystalline silicon film using the film on which the pattern is formed as a mask, Form a fixed electrode (C) removing the first film, and then forming a second film for a mask;
(D) forming, in the second film, a hole serving as an anchor portion of the doubly supported beam and a hole to which the side electrode is coupled; and (e) forming a polycrystalline silicon film thereon, A step of forming a third film for a mask thereon after conducting the conductive treatment of the crystalline silicon film, and (f) a step of forming a pattern for processing the polycrystalline silicon film on the third film (G) etching the polycrystalline silicon film using the film on which the pattern is formed as a mask to form the doubly supported beam, the movable electrode and the side electrode coupled to the doubly supported beam; And (h) removing the second film located below the polycrystalline silicon film.
【請求項11】 基板表面を彫り込んで形成された凹部
底面に固定された両持ち梁と、前記両持ち梁によって前
記基板に対して空隙を持って支持され前記基板表面と平
行な方向に変位可能な可動電極と、前記可動電極の側方
に空隙をもって前記基板に設けられた固定電極とを備
え、前記可動電極と固定電極の空隙距離の変化を静電容
量の変化として検出する静電容量式加速度センサの製造
方法であって、(a)単結晶シリコン基板にマスク用の
第1の膜を形成する工程と、(b)前記第1の膜にパタ
ーンを形成し、前記パターンが形成された膜をマスクと
して前記基板に不純物をドープし、前記基板に前記固定
電極を形成する工程と、(c)前記第1の膜を除去し、
そののちマスク用の第2の膜を形成する工程と、(d)
前記第2の膜にパターンを形成し、それをマスクとして
前記基板及び前記固定電極をエッチング加工し、前記基
板に形成された溝の側面に前記固定電極を露出させる工
程と、(e)前記基板上に電気絶縁膜及びマスク用の第
3の膜を積層する工程と、(f)前記第3の膜に前記両
持ち梁のアンカー部となる孔を形成する工程と、(g)
その上に多結晶シリコン膜を形成し、前記多結晶シリコ
ン膜を導電化処理したのち、その上にマスク用の第4の
膜を形成する工程と、(h)前記第4の膜に前記多結晶
シリコン膜を加工するためのパターンを形成する工程
と、(i)前記パターンが形成された膜をマスクとして
前記多結晶シリコン膜をエッチング加工する工程と、
(j)前記多結晶シリコン膜と前記電気絶縁膜の間に位
置する前記第3の膜を除去する工程と、を含むことを特
徴とする静電容量式加速度センサの製造方法。
11. A doubly-supported beam fixed to a bottom surface of a concave portion formed by engraving a substrate surface, and supported by the doubly-supported beam with a gap with respect to the substrate and displaceable in a direction parallel to the substrate surface. A movable electrode, a fixed electrode provided on the substrate with a gap on the side of the movable electrode, a capacitance type for detecting a change in the gap distance between the movable electrode and the fixed electrode as a change in capacitance A method for manufacturing an acceleration sensor, comprising: (a) forming a first film for a mask on a single crystal silicon substrate; and (b) forming a pattern on the first film, wherein the pattern is formed. Doping the substrate with impurities using a film as a mask to form the fixed electrode on the substrate; and (c) removing the first film;
(D) forming a second film for a mask after that;
Forming a pattern on the second film, etching the substrate and the fixed electrode using the pattern as a mask, and exposing the fixed electrode on a side surface of a groove formed in the substrate; Laminating an electric insulating film and a third film for a mask thereon, (f) forming a hole in the third film as an anchor portion of the doubly supported beam, and (g).
Forming a polycrystalline silicon film thereon, conducting the polycrystalline silicon film and then forming a fourth film for a mask thereon, and (h) forming the polycrystalline silicon film on the fourth film. Forming a pattern for processing the crystalline silicon film; and (i) etching the polycrystalline silicon film using the film on which the pattern is formed as a mask;
(J) removing the third film located between the polycrystalline silicon film and the electrical insulating film.
【請求項12】 基板表面に固定された両持ち梁と、前
記両持ち梁によって前記基板に対して空隙を持って支持
され前記基板表面と平行な方向に変位可能な可動電極
と、前記可動電極の側方に空隙をもって前記基板表面か
ら突出して設けられた固定電極とを備え、前記可動電極
と固定電極の空隙距離の変化を静電容量の変化として検
出する静電容量式加速度センサの製造方法であって、
(a)基板に前記固定電極用の配線を形成する工程と、
(b)基板上に酸化膜を堆積する工程と、(c)前記酸
化膜の垂直壁が前記配線上に位置するようにして前記酸
化膜をエッチング加工する工程と、(d)前記酸化膜の
垂直壁に前記配線に接続されるようにして前記固定電極
を形成する工程と、(e)前記基板上に電気絶縁膜及び
マスク用の第1の膜を積層する工程と、(f)前記前記
電気絶縁膜上の第1の膜に前記両持ち梁のアンカー部と
なる孔を形成する工程と、(g)その上に多結晶シリコ
ン膜を形成し、前記多結晶シリコン膜を導電化処理した
のち、その上にマスク用の第2の膜を形成する工程と、
(h)前記第2の膜に前記多結晶シリコン膜を加工する
ためのパターンを形成する工程と、(i)前記パターン
が形成された膜をマスクとして前記多結晶シリコン膜を
エッチング加工する工程と、(j)前記多結晶シリコン
膜と前記電気電気絶縁膜の間に位置する前記第1の膜を
除去する工程と、 を含むことを特徴とする静電容量式加速度センサの製造
方法。
12. A double-supported beam fixed to a substrate surface, a movable electrode supported by the double-supported beam with a gap with respect to the substrate and displaceable in a direction parallel to the substrate surface, and the movable electrode A method for manufacturing a capacitance type acceleration sensor, comprising: a fixed electrode protruding from the surface of the substrate with a gap on a side thereof, and detecting a change in a gap distance between the movable electrode and the fixed electrode as a change in capacitance. And
(A) forming a wiring for the fixed electrode on a substrate;
(B) a step of depositing an oxide film on a substrate; (c) a step of etching the oxide film so that a vertical wall of the oxide film is positioned on the wiring; and (d) a step of etching the oxide film. Forming the fixed electrode on the vertical wall so as to be connected to the wiring; (e) laminating an electric insulating film and a first film for a mask on the substrate; Forming a hole in the first film on the electrical insulating film, which serves as an anchor portion of the doubly supported beam; and (g) forming a polycrystalline silicon film thereon and subjecting the polycrystalline silicon film to a conductive treatment. Forming a second film for a mask thereon,
(H) forming a pattern for processing the polycrystalline silicon film on the second film; and (i) etching the polycrystalline silicon film using the film on which the pattern is formed as a mask. (J) a step of removing the first film located between the polycrystalline silicon film and the electric / electrical insulating film.
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