JPH10300775A - 静電容量型加速度センサ及びその製造方法 - Google Patents
静電容量型加速度センサ及びその製造方法Info
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- JPH10300775A JPH10300775A JP9113172A JP11317297A JPH10300775A JP H10300775 A JPH10300775 A JP H10300775A JP 9113172 A JP9113172 A JP 9113172A JP 11317297 A JP11317297 A JP 11317297A JP H10300775 A JPH10300775 A JP H10300775A
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
- G01P2015/0822—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
- G01P2015/084—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass the mass being suspended at more than one of its sides, e.g. membrane-type suspension, so as to permit multi-axis movement of the mass
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高い感度を有し、かつ、高い周波数応答性及
び低ドリフトな静電容量型加速度センサ及びその製造方
法を提供する。 【解決手段】 おもり部１ａが可撓部１ｂにより支持部
１ｃに支持されており、おもり部１ａの上面及び下面を
それぞれ凹部３ａを有して成る固定基板としての上部基
板２ａ及び凹部３ｂを有して成る下部基板２ｂにより覆
い、上部基板２ａ及び下部基板２ｂを支持部１ｃに接合
する。そして、おもり部１ａを挟んで成る支持部１ｃに
直流電圧を印加して、それぞれ＋Ｑ，−Ｑの電荷を蓄積
し、加速度が加わらない状態では支持部１ｃのおもり部
１ａに対向する面と、おもり部１ａの支持部１ｃに対向
する面とは完全に重なり合うように構成している。
び低ドリフトな静電容量型加速度センサ及びその製造方
法を提供する。 【解決手段】 おもり部１ａが可撓部１ｂにより支持部
１ｃに支持されており、おもり部１ａの上面及び下面を
それぞれ凹部３ａを有して成る固定基板としての上部基
板２ａ及び凹部３ｂを有して成る下部基板２ｂにより覆
い、上部基板２ａ及び下部基板２ｂを支持部１ｃに接合
する。そして、おもり部１ａを挟んで成る支持部１ｃに
直流電圧を印加して、それぞれ＋Ｑ，−Ｑの電荷を蓄積
し、加速度が加わらない状態では支持部１ｃのおもり部
１ａに対向する面と、おもり部１ａの支持部１ｃに対向
する面とは完全に重なり合うように構成している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、おもりの変位を静
電容量の変化に変換し加速度を検出する静電容量型加速
度センサ及びその製造方法に関するものである。
電容量の変化に変換し加速度を検出する静電容量型加速
度センサ及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、おもりの変位を静電容量の変
化に変換して加速度を検出する加速度センサ（以下、静
電容量型加速度センサという）が用いられている。
化に変換して加速度を検出する加速度センサ（以下、静
電容量型加速度センサという）が用いられている。
【０００３】図５は、従来例に係る静電容量型加速度セ
ンサを示す略断面図である。この静電容量型加速度セン
サは、外部からの力が伝達されるおもり部１ａと、可撓
部１ｂを介しておもり部１ａを支持する支持部１ｃとか
ら成る可撓基板１と、可撓基板１の上面及び下面には、
凹部３ａＡを有して成る上部基板２ａ及び凹部３ｂを有
して成る下部基板２ｂがおもり部１ａ上を覆うように配
置されて、支持部１ｃにおいて可撓基板１と接合され、
下部基板２ｂは装置筺体（図示せず）に固定されてい
る。
ンサを示す略断面図である。この静電容量型加速度セン
サは、外部からの力が伝達されるおもり部１ａと、可撓
部１ｂを介しておもり部１ａを支持する支持部１ｃとか
ら成る可撓基板１と、可撓基板１の上面及び下面には、
凹部３ａＡを有して成る上部基板２ａ及び凹部３ｂを有
して成る下部基板２ｂがおもり部１ａ上を覆うように配
置されて、支持部１ｃにおいて可撓基板１と接合され、
下部基板２ｂは装置筺体（図示せず）に固定されてい
る。
【０００４】また、上部基板２ａのおもり部１ａに対向
する面には固定電極７ａが形成されており、おもり部１
ａの固定電極７ａに対向する面には変位電極７ｂが形成
されている。
する面には固定電極７ａが形成されており、おもり部１
ａの固定電極７ａに対向する面には変位電極７ｂが形成
されている。
【０００５】上述の容量接合型加速度センサでは、加速
度により外部からの力がおもり部１ａに加わると、可撓
基板１が撓んで変位電極７ｂと固定電極７ａとの間の距
離が変わる。これにより、両電極間の静電容量が変化
し、この変化を検出することにより加速度の検出が可能
となるものである。
度により外部からの力がおもり部１ａに加わると、可撓
基板１が撓んで変位電極７ｂと固定電極７ａとの間の距
離が変わる。これにより、両電極間の静電容量が変化
し、この変化を検出することにより加速度の検出が可能
となるものである。
【０００６】このような静電容量型加速度センサは、従
来のピエゾ抵抗を用いた加速度センサに比べて温度特性
に優れ、また、変位電極７ｂと固定電極７ａとの間の距
離を十分小さく（〜１０μｍ）することにより微少な変
化を大きな容量変化に変換することができ、高感度な加
速度センサを実現できる等多くの長所を有する。
来のピエゾ抵抗を用いた加速度センサに比べて温度特性
に優れ、また、変位電極７ｂと固定電極７ａとの間の距
離を十分小さく（〜１０μｍ）することにより微少な変
化を大きな容量変化に変換することができ、高感度な加
速度センサを実現できる等多くの長所を有する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述のよう
な構成の容量接合型加速度センサにおいては、以下のよ
うな欠点を有する。 （１）高い周波数応答特性が得られ難い。 （２）温度変化によるドリフトが生じる。
な構成の容量接合型加速度センサにおいては、以下のよ
うな欠点を有する。 （１）高い周波数応答特性が得られ難い。 （２）温度変化によるドリフトが生じる。
【０００８】ここで、（１）においては、変位電極７ｂ
と固定電極７ａとの間（以下、静電容量ギャップとい
う）は、上述のようにセンサ感度に大きな影響を与える
と同時に、周波数応答速度にも大きく影響する。即ち、
静電容量ギャップに存在する空気（エア）がおもり部１
ａの振動に対しエアダンピングとして働くのである。こ
のダンピングＣと静電容量ギャップｄとの間には、
と固定電極７ａとの間（以下、静電容量ギャップとい
う）は、上述のようにセンサ感度に大きな影響を与える
と同時に、周波数応答速度にも大きく影響する。即ち、
静電容量ギャップに存在する空気（エア）がおもり部１
ａの振動に対しエアダンピングとして働くのである。こ
のダンピングＣと静電容量ギャップｄとの間には、
【０００９】
【数１】
【００１０】の関係があり、ｄを小さくすると空気粘性
によるダンピングの影響が顕著（オーバーダンピング）
となり、センサの周波数応答を著しく低下させる。この
オーバーダンピングを防ぐためには静電容量ギャップｄ
を大きくすればよいのであるが、ｄの増加は直接感度低
下を招く。
によるダンピングの影響が顕著（オーバーダンピング）
となり、センサの周波数応答を著しく低下させる。この
オーバーダンピングを防ぐためには静電容量ギャップｄ
を大きくすればよいのであるが、ｄの増加は直接感度低
下を招く。
【００１１】従って、静電容量型加速度センサにおいて
は、感度か周波数応答性かどちらかが犠牲となる。
は、感度か周波数応答性かどちらかが犠牲となる。
【００１２】この問題を解決する手段としては、静電容
量ギャップを真空にすることであり、これについてはい
くつかの試みがなされているが、実用化には至っていな
い。
量ギャップを真空にすることであり、これについてはい
くつかの試みがなされているが、実用化には至っていな
い。
【００１３】また、（２）においては、静電容量型加速
度センサでは、一般的に可撓基板１は単結晶シリコン、
上部基板２ａ及び下部基板２ｂはガラス、装置筺体は金
属ステム等の材料が使用される。ここで、それぞれの材
料の熱膨張率が異なるため、温度変化によりセンサチッ
プ全体が応力を受ける。この応力は一番柔らかい可撓部
１ｂにも加わって可撓部１ｂが歪み、この歪みは直接的
に静電容量ギャップを変化させるため、温度変化による
信号のドリフトとして出力に現れてくる。この場合、静
電容量ギャップが小さいほどドリフトは大きくなる。
度センサでは、一般的に可撓基板１は単結晶シリコン、
上部基板２ａ及び下部基板２ｂはガラス、装置筺体は金
属ステム等の材料が使用される。ここで、それぞれの材
料の熱膨張率が異なるため、温度変化によりセンサチッ
プ全体が応力を受ける。この応力は一番柔らかい可撓部
１ｂにも加わって可撓部１ｂが歪み、この歪みは直接的
に静電容量ギャップを変化させるため、温度変化による
信号のドリフトとして出力に現れてくる。この場合、静
電容量ギャップが小さいほどドリフトは大きくなる。
【００１４】従来の静電容量型加速度センサでは、上述
のように、その構造上感度と周波数応答性あるいは温度
ドリフトとはトレードオフの関係にあり、これらの全て
の特性を一様にアップさせることがこれからの課題とな
っている。
のように、その構造上感度と周波数応答性あるいは温度
ドリフトとはトレードオフの関係にあり、これらの全て
の特性を一様にアップさせることがこれからの課題とな
っている。
【００１５】本発明は、上記の点に鑑みて成されたもの
であり、その目的とするところは、高い感度を有し、か
つ、高い周波数応答性及び低ドリフトな静電容量型加速
度センサ及びその製造方法を提供することにある。
であり、その目的とするところは、高い感度を有し、か
つ、高い周波数応答性及び低ドリフトな静電容量型加速
度センサ及びその製造方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
加速度により生じる力に応じて変位するおもり部が可撓
部を介して支持部に支持されるとともに、該支持部は前
記おもり部を挟み込むように配置され、前記支持部によ
り平行電極を構成し、該おもり部の変位により前記平行
電極との重なる面積が変化するように構成し、前記平行
電極に電荷を蓄積させ、前記変化に応じて生じる前記平
行電極間の静電容量の変化により前記おもり部の変位を
検出するようにしたことを特徴とするものである。
加速度により生じる力に応じて変位するおもり部が可撓
部を介して支持部に支持されるとともに、該支持部は前
記おもり部を挟み込むように配置され、前記支持部によ
り平行電極を構成し、該おもり部の変位により前記平行
電極との重なる面積が変化するように構成し、前記平行
電極に電荷を蓄積させ、前記変化に応じて生じる前記平
行電極間の静電容量の変化により前記おもり部の変位を
検出するようにしたことを特徴とするものである。
【００１７】請求項２記載の発明は、請求項１記載の静
電容量型加速度センサにおいて、前記おもり部を挟み込
んで覆うように固定基板が配置され、該固定基板と前記
おもり部との間に空隙を設けたことを特徴とするもので
ある。
電容量型加速度センサにおいて、前記おもり部を挟み込
んで覆うように固定基板が配置され、該固定基板と前記
おもり部との間に空隙を設けたことを特徴とするもので
ある。
【００１８】請求項３記載の発明は、請求項１または請
求項２記載の静電容量型加速度センサにおいて、前記お
もり部，可撓部及び支持部が単結晶シリコンで形成され
て成ることを特徴とするものである。
求項２記載の静電容量型加速度センサにおいて、前記お
もり部，可撓部及び支持部が単結晶シリコンで形成され
て成ることを特徴とするものである。
【００１９】請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求
項３記載の静電容量型加速度センサにおいて、前記おも
り部の四方を、少なくとも８本の前記可撓部により前記
支持部に支持するようにしたことを特徴とするものであ
る。
項３記載の静電容量型加速度センサにおいて、前記おも
り部の四方を、少なくとも８本の前記可撓部により前記
支持部に支持するようにしたことを特徴とするものであ
る。
【００２０】請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求
項４記載の静電容量型加速度センサの製造方法であっ
て、前記おもり部，可撓部及び支持部を、可撓基板上の
所望の箇所に前記可撓部を形成し、前記可撓基板の所望
の箇所をエッチングすることにより、前記可撓基板から
成る前記おもり部及び支持部を形成し、前記おもり部
が、前記可撓部を介して前記支持部に支持されて成るこ
とを特徴とするものである。
項４記載の静電容量型加速度センサの製造方法であっ
て、前記おもり部，可撓部及び支持部を、可撓基板上の
所望の箇所に前記可撓部を形成し、前記可撓基板の所望
の箇所をエッチングすることにより、前記可撓基板から
成る前記おもり部及び支持部を形成し、前記おもり部
が、前記可撓部を介して前記支持部に支持されて成るこ
とを特徴とするものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て図面に基づき説明する。図１は、本発明の一実施形態
に係る静電容量型加速度センサを示す略断面図である。
本実施形態に係る静電容量型加速度センサは、おもり部
１ａが可撓部１ｂにより支持部１ｃに支持されており、
おもり部１ａの上面及び下面をそれぞれ凹部３ａを有し
て成る固定基板としての上部基板２ａ及び凹部３ｂを有
して成る下部基板２ｂにより覆い、上部基板２ａ及び下
部基板２ｂを支持部１ｃに接合した構成である。
て図面に基づき説明する。図１は、本発明の一実施形態
に係る静電容量型加速度センサを示す略断面図である。
本実施形態に係る静電容量型加速度センサは、おもり部
１ａが可撓部１ｂにより支持部１ｃに支持されており、
おもり部１ａの上面及び下面をそれぞれ凹部３ａを有し
て成る固定基板としての上部基板２ａ及び凹部３ｂを有
して成る下部基板２ｂにより覆い、上部基板２ａ及び下
部基板２ｂを支持部１ｃに接合した構成である。
【００２２】そして、おもり部１ａを挟んで成る支持部
１ｃに直流電圧が印加されて、それぞれ＋Ｑ，−Ｑの電
荷が蓄積されており、加速度が加わらない状態では支持
部１ｃのおもり部１ａに対向する面と、おもり部１ａの
支持部１ｃに対向する面とは完全に重なり合っている。
１ｃに直流電圧が印加されて、それぞれ＋Ｑ，−Ｑの電
荷が蓄積されており、加速度が加わらない状態では支持
部１ｃのおもり部１ａに対向する面と、おもり部１ａの
支持部１ｃに対向する面とは完全に重なり合っている。
【００２３】なお、本実施形態においては、可撓基板１
としては単結晶シリコンを用い、上部基板２ａ及び下部
基板２ｂとしてはガラスを用い、電極３としてはアルミ
ニウム（Ａｌ）等の金属薄膜を用いた。
としては単結晶シリコンを用い、上部基板２ａ及び下部
基板２ｂとしてはガラスを用い、電極３としてはアルミ
ニウム（Ａｌ）等の金属薄膜を用いた。
【００２４】以下、本実施形態に係る静電容量型加速度
センサの加速度検出原理について図面に基づき説明す
る。図２は、本実施形態に係る静電容量型加速度センサ
の加速度検出原理を示す模式図である。なお、対向する
電極４間には直流電圧が加えられており、それぞれ＋
Ｑ，−Ｑの電荷が蓄積されている。
センサの加速度検出原理について図面に基づき説明す
る。図２は、本実施形態に係る静電容量型加速度センサ
の加速度検出原理を示す模式図である。なお、対向する
電極４間には直流電圧が加えられており、それぞれ＋
Ｑ，−Ｑの電荷が蓄積されている。
【００２５】おもり部１ａに加速度が加わると、この加
速度によりおもり部１ａに力Ｆが生じて、おもり部１ａ
に左（または右）の変位ΔＬが生じる。この変位ΔＬに
より対向する電極４間の静電容量が変化し、この変化を
検出することにより加速度を検出することができるので
ある。
速度によりおもり部１ａに力Ｆが生じて、おもり部１ａ
に左（または右）の変位ΔＬが生じる。この変位ΔＬに
より対向する電極４間の静電容量が変化し、この変化を
検出することにより加速度を検出することができるので
ある。
【００２６】電極４の面積をＡ、電極４の間隔をｄ、お
もり部１ａと電極４との重なり合う面積をａとすると、
全体の静電容量Ｃ0は、
もり部１ａと電極４との重なり合う面積をａとすると、
全体の静電容量Ｃ0は、
【００２７】
【数２】
【００２８】で表される。ここで、εsはおもり部１ａ
の比誘電率、ε0は自由空間の誘電率である。
の比誘電率、ε0は自由空間の誘電率である。
【００２９】次に、おもり部１ａに加速度による力Ｆが
かかり、ΔＬ変位したとすると、この時の静電容量Ｃ
は、
かかり、ΔＬ変位したとすると、この時の静電容量Ｃ
は、
【００３０】
【数３】
【００３１】となる。ここで、Δａはおもり部１ａがΔ
Ｌ変位したときにおもり部１ａと電極３との重なり合う
面積の変化である。そこで、おもり部１ａがΔＬ変位し
たときの静電容量の変化量ΔＣは、
Ｌ変位したときにおもり部１ａと電極３との重なり合う
面積の変化である。そこで、おもり部１ａがΔＬ変位し
たときの静電容量の変化量ΔＣは、
【００３２】
【数４】
【００３３】となる。ここで、ガラスの比誘電率εsは
3.9、単結晶シリコンの比誘電率εsは11.8と大きな値で
あるため、これらの材料を用いておもり部１ａを形成す
れば、微少な変位に対しても十分検出できる静電容量変
化が得られる。
3.9、単結晶シリコンの比誘電率εsは11.8と大きな値で
あるため、これらの材料を用いておもり部１ａを形成す
れば、微少な変位に対しても十分検出できる静電容量変
化が得られる。
【００３４】ここで、おもり部１ａに加速度が印加され
ると、この加速度により生じた力Ｆによりおもり部１ａ
は上（または下）に変位が生じ、これによりおもり部１
ａの側面と支持部１ｃの側面との重なりにずれが生じ
る。このずれにより、全体の静電容量が変化して加速度
を検出することができる。
ると、この加速度により生じた力Ｆによりおもり部１ａ
は上（または下）に変位が生じ、これによりおもり部１
ａの側面と支持部１ｃの側面との重なりにずれが生じ
る。このずれにより、全体の静電容量が変化して加速度
を検出することができる。
【００３５】なお、本実施形態においては、静電容量型
加速度センサを、上部基板２ａがおもり部１ａの上部に
位置するように配置したが、これに限定される必要はな
く、上部基板２ａ及び下部基板２ｂをおもり部１ａの左
右に位置するように配置するようにして、左右方向の加
速度を検出するようにしてもよい。
加速度センサを、上部基板２ａがおもり部１ａの上部に
位置するように配置したが、これに限定される必要はな
く、上部基板２ａ及び下部基板２ｂをおもり部１ａの左
右に位置するように配置するようにして、左右方向の加
速度を検出するようにしてもよい。
【００３６】また、本実施形態においては、上部基板２
ａ及び下部基板２ｂを設けるようにしたが、必ずしもこ
れに限定される必要はない。ただし、おもり部１ａの変
位による可撓部１ｂの破壊及び共振による破壊等を防ぐ
ストッパーとして実用上設けることが望ましい。
ａ及び下部基板２ｂを設けるようにしたが、必ずしもこ
れに限定される必要はない。ただし、おもり部１ａの変
位による可撓部１ｂの破壊及び共振による破壊等を防ぐ
ストッパーとして実用上設けることが望ましい。
【００３７】以下、本実施形態に係る静電容量型加速度
センサの製造工程について図面に基づき説明する。図３
は、本実施形態に係る静電容量型加速度センサの製造工
程を示す略断面図である。先ず、可撓基板１となる単結
晶シリコン基板５の両面にシリコン窒化膜６を形成し、
所定形状にパターニングされたフォトレジスト（図示せ
ず）をマスクとしてシリコン窒化膜６のエッチングを行
うことにより開口部６ａを形成し、プラズマアッシング
等によりフォトレジストを除去する（図３（ａ））。な
お、可撓基板１の開口部６ａが形成された箇所をエッチ
ングすることによりおもり部１ａ及び支持部１ｃが形成
されるように開口部６ａが形成されている。
センサの製造工程について図面に基づき説明する。図３
は、本実施形態に係る静電容量型加速度センサの製造工
程を示す略断面図である。先ず、可撓基板１となる単結
晶シリコン基板５の両面にシリコン窒化膜６を形成し、
所定形状にパターニングされたフォトレジスト（図示せ
ず）をマスクとしてシリコン窒化膜６のエッチングを行
うことにより開口部６ａを形成し、プラズマアッシング
等によりフォトレジストを除去する（図３（ａ））。な
お、可撓基板１の開口部６ａが形成された箇所をエッチ
ングすることによりおもり部１ａ及び支持部１ｃが形成
されるように開口部６ａが形成されている。
【００３８】なお、単結晶シリコン基板５の結晶方位と
しては、エッチングの形状を考慮して（１１０）方位の
ものが望ましい。
しては、エッチングの形状を考慮して（１１０）方位の
ものが望ましい。
【００３９】続いて、シリコン窒化膜６が形成された単
結晶シリコン基板５の両面に可撓部１ｂを形成し、エッ
チングにより所定形状にパターニングする（図３
（ｂ））。このとき、可撓部１ｂは、後工程で形成され
る支持部１ｃにおもり部１ａを支持するように形成され
ている。
結晶シリコン基板５の両面に可撓部１ｂを形成し、エッ
チングにより所定形状にパターニングする（図３
（ｂ））。このとき、可撓部１ｂは、後工程で形成され
る支持部１ｃにおもり部１ａを支持するように形成され
ている。
【００４０】なお、可撓部１ｂとしては、アルミニウム
（Ａｌ）等の金属薄膜，ポリシリコンやアモルファスシ
リコン等のシリコン薄膜，シリコン酸化膜やシリコン窒
化膜等の誘電体薄膜等をスパッタリングやＣＶＤ法等に
より形成しても良いし、薄膜上の単結晶シリコンやガラ
スを直接接合や陽極接合等の接着法により形成しても良
い。
（Ａｌ）等の金属薄膜，ポリシリコンやアモルファスシ
リコン等のシリコン薄膜，シリコン酸化膜やシリコン窒
化膜等の誘電体薄膜等をスパッタリングやＣＶＤ法等に
より形成しても良いし、薄膜上の単結晶シリコンやガラ
スを直接接合や陽極接合等の接着法により形成しても良
い。
【００４１】次に、開口部６ａが形成されたシリコン窒
化膜６をマスクとして単結晶シリコン基板５を、水酸化
カリウム（ＫＯＨ）水溶液等のアルカリ系のエッチャン
トを用いてエッチングを行うことにより、おもり部１ａ
及び支持部１ｃを形成する（図３（ｃ））。
化膜６をマスクとして単結晶シリコン基板５を、水酸化
カリウム（ＫＯＨ）水溶液等のアルカリ系のエッチャン
トを用いてエッチングを行うことにより、おもり部１ａ
及び支持部１ｃを形成する（図３（ｃ））。
【００４２】次に、可撓部１ｂが形成された箇所以外の
シリコン窒化膜６をエッチングにより除去し（図３
（ｄ））、おもり部１ａが形成された箇所を覆うよう
に、凹部３ａが形成された上部基板２ａ及び凹部３ｂが
形成された下部基板２ｂを支持部１ｃに陽極接合等によ
り接合する（図３（ｅ））。
シリコン窒化膜６をエッチングにより除去し（図３
（ｄ））、おもり部１ａが形成された箇所を覆うよう
に、凹部３ａが形成された上部基板２ａ及び凹部３ｂが
形成された下部基板２ｂを支持部１ｃに陽極接合等によ
り接合する（図３（ｅ））。
【００４３】ここで、本実施形態においては、エアーダ
ンピングに影響を与える空隙（従来においては静電容量
ギャップ）はおもり部１ａと支持部１ｃとの間、即ち可
撓部１ｂの長さに依存する。
ンピングに影響を与える空隙（従来においては静電容量
ギャップ）はおもり部１ａと支持部１ｃとの間、即ち可
撓部１ｂの長さに依存する。
【００４４】また、センサの感度を決定する因子は、お
もり部１ａの比誘電率εs，対向する電極３の間隔ｄ，
おもり部１ａの変位によるおもり部１ａと電極３との重
なり合う面積の変化Δａであり、可撓部１ｂの長さは関
係しない。
もり部１ａの比誘電率εs，対向する電極３の間隔ｄ，
おもり部１ａの変位によるおもり部１ａと電極３との重
なり合う面積の変化Δａであり、可撓部１ｂの長さは関
係しない。
【００４５】従って、本実施形態においては、従来の技
術に示すように、周波数応答性と感度とがトレードオフ
の関係にはなく、高い感度を有し、かつ、高い周波数応
答性と低ドリフトとを有する静電容量型加速度センサを
実現できる。
術に示すように、周波数応答性と感度とがトレードオフ
の関係にはなく、高い感度を有し、かつ、高い周波数応
答性と低ドリフトとを有する静電容量型加速度センサを
実現できる。
【００４６】なお、本実施形態においては、可撓部１ｂ
を薄い板状に形成するようにしたが、これに限定される
必要はなく、可撓部１ｂはおもり部１ａが加速度によっ
て生じる力Ｆによって変位できるような構成であれば良
く、ビーム状やバネ状等に形成しても良い。
を薄い板状に形成するようにしたが、これに限定される
必要はなく、可撓部１ｂはおもり部１ａが加速度によっ
て生じる力Ｆによって変位できるような構成であれば良
く、ビーム状やバネ状等に形成しても良い。
【００４７】また、本実施形態においては、可撓基板１
として単結晶シリコン、上部基板２ａ及び下部基板２ｂ
としてガラスを用いたが、これに限定される必要はな
く、例えば図４に示すように、可撓基板１としてガラ
ス、上部基板２ａ及び下部基板２ｂとして単結晶シリコ
ンを用いても良く、この場合、電極３は不純物拡散層で
形成されることが望ましい。
として単結晶シリコン、上部基板２ａ及び下部基板２ｂ
としてガラスを用いたが、これに限定される必要はな
く、例えば図４に示すように、可撓基板１としてガラ
ス、上部基板２ａ及び下部基板２ｂとして単結晶シリコ
ンを用いても良く、この場合、電極３は不純物拡散層で
形成されることが望ましい。
【００４８】また、本実施形態においては、４本の可撓
部１ｂによりおもり部１ａを支持することにより一軸方
向の加速度を検出するようにしたが、これに限定される
必要はなく、例えば図４に示すように、少なくとも８本
の可撓部１ｂによりおもり部１ａの四方を支持するよう
にすれば二軸方向の加速度を検出することができる。こ
のとき、図中のハッチング部分が電極となる。
部１ｂによりおもり部１ａを支持することにより一軸方
向の加速度を検出するようにしたが、これに限定される
必要はなく、例えば図４に示すように、少なくとも８本
の可撓部１ｂによりおもり部１ａの四方を支持するよう
にすれば二軸方向の加速度を検出することができる。こ
のとき、図中のハッチング部分が電極となる。
【００４９】
【発明の効果】請求項１記載の発明は、加速度により生
じる力に応じて変位するおもり部が可撓部を介して支持
部に支持されるとともに、支持部はおもり部を挟み込む
ように配置され、支持部により平行電極を構成し、おも
り部の変位により平行電極との重なる面積が変化するよ
うに構成し、平行電極に電荷を蓄積させ、変化に応じて
生じる平行電極間の静電容量の変化によりおもり部の変
位を検出するようにしたので、高い感度を有し、かつ、
高い周波数応答性及び低ドリフトな静電容量型加速度セ
ンサを提供することができた。
じる力に応じて変位するおもり部が可撓部を介して支持
部に支持されるとともに、支持部はおもり部を挟み込む
ように配置され、支持部により平行電極を構成し、おも
り部の変位により平行電極との重なる面積が変化するよ
うに構成し、平行電極に電荷を蓄積させ、変化に応じて
生じる平行電極間の静電容量の変化によりおもり部の変
位を検出するようにしたので、高い感度を有し、かつ、
高い周波数応答性及び低ドリフトな静電容量型加速度セ
ンサを提供することができた。
【００５０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の静
電容量型加速度センサにおいて、おもり部を挟み込んで
覆うように固定基板が配置され、固定基板とおもり部と
の間に空隙を設けたので、可撓部の破壊を防止すること
ができる。
電容量型加速度センサにおいて、おもり部を挟み込んで
覆うように固定基板が配置され、固定基板とおもり部と
の間に空隙を設けたので、可撓部の破壊を防止すること
ができる。
【００５１】請求項３記載の発明は、請求項１または請
求項２記載の静電容量型加速度センサにおいて、おもり
部，可撓部及び支持部が単結晶シリコンで形成されて成
るので、半導体製造プロセスを活用した一括処理及び微
細な加工が可能となり、小型化ができるとともに、低コ
スト化が図れる。
求項２記載の静電容量型加速度センサにおいて、おもり
部，可撓部及び支持部が単結晶シリコンで形成されて成
るので、半導体製造プロセスを活用した一括処理及び微
細な加工が可能となり、小型化ができるとともに、低コ
スト化が図れる。
【００５２】請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求
項３記載の静電容量型加速度センサにおいて、おもり部
の四方を、少なくとも８本の前記可撓部により前記支持
部に支持するようにしたので、二軸方向の加速度を１チ
ップで検出することができる。
項３記載の静電容量型加速度センサにおいて、おもり部
の四方を、少なくとも８本の前記可撓部により前記支持
部に支持するようにしたので、二軸方向の加速度を１チ
ップで検出することができる。
【００５３】請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求
項４記載の静電容量型加速度センサの製造方法であっ
て、おもり部，可撓部及び支持部を、可撓基板上の所望
の箇所に可撓部を形成し、可撓基板の所望の箇所をエッ
チングすることにより、可撓基板から成るおもり部及び
支持部を形成し、おもり部が、可撓部を介して支持部に
支持されて成るので、半導体製造プロセスを活用した一
括処理及び微細な加工が可能となり、小型化ができると
ともに、低コスト化が図れる。
項４記載の静電容量型加速度センサの製造方法であっ
て、おもり部，可撓部及び支持部を、可撓基板上の所望
の箇所に可撓部を形成し、可撓基板の所望の箇所をエッ
チングすることにより、可撓基板から成るおもり部及び
支持部を形成し、おもり部が、可撓部を介して支持部に
支持されて成るので、半導体製造プロセスを活用した一
括処理及び微細な加工が可能となり、小型化ができると
ともに、低コスト化が図れる。
【図１】本発明の一実施形態に係る静電容量型加速度セ
ンサを示す略断面図である。
ンサを示す略断面図である。
【図２】本実施形態に係る静電容量型加速度センサの加
速度検出原理を示す模式図である。
速度検出原理を示す模式図である。
【図３】本実施形態に係る静電容量型加速度センサの製
造工程を示す略断面図である。
造工程を示す略断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る静電容量型加速度
センサを示す略断面図である。
センサを示す略断面図である。
【図５】従来例に係る静電容量型加速度センサを示す略
断面図である。
断面図である。
１ 可撓基板 １ａ おもり部 １ｂ 可撓部 １ｃ 支持部 ２ａ 上部基板 ２ｂ 下部基板 ３ａ，３ｂ 凹部 ４ 電極 ５ 単結晶シリコン基板 ６ シリコン窒化膜 ６ａ，６ｂ 開口部 ７ａ 固定電極 ７ｂ 変位電極
Claims (5)
- 【請求項１】 加速度により生じる力に応じて変位する
おもり部が可撓部を介して支持部に支持されるととも
に、該支持部は前記おもり部を挟み込むように配置さ
れ、前記支持部により平行電極を構成し、該おもり部の
変位により前記平行電極との重なる面積が変化するよう
に構成し、前記平行電極に電荷を蓄積させ、前記変化に
応じて生じる前記平行電極間の静電容量の変化により前
記おもり部の変位を検出するようにしたことを特徴とす
る静電容量型加速度センサ。 - 【請求項２】 前記おもり部を挟み込んで覆うように固
定基板が配置され、該固定基板と前記おもり部との間に
空隙を設けたことを特徴とする請求項１記載の半導体装
置。 - 【請求項３】 前記おもり部，可撓部及び支持部が単結
晶シリコンで形成されて成ることを特徴とする請求項１
または請求項２記載の静電容量型加速度センサ。 - 【請求項４】 前記おもり部の四方を、少なくとも８本
の前記可撓部により前記支持部に支持するようにしたこ
とを特徴とする請求項１乃至請求項３記載の静電容量型
加速度センサ。 - 【請求項５】 請求項１乃至請求項４記載の静電容量型
加速度センサの製造方法であって、前記おもり部，可撓
部及び支持部を、可撓基板上の所望の箇所に前記可撓部
を形成し、前記可撓基板の所望の箇所をエッチングする
ことにより、前記可撓基板から成る前記おもり部及び支
持部を形成し、前記おもり部が、前記可撓部を介して前
記支持部に支持されて成ることを特徴とする静電容量型
加速度センサの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9113172A JPH10300775A (ja) | 1997-04-30 | 1997-04-30 | 静電容量型加速度センサ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9113172A JPH10300775A (ja) | 1997-04-30 | 1997-04-30 | 静電容量型加速度センサ及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10300775A true JPH10300775A (ja) | 1998-11-13 |
Family
ID=14605389
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9113172A Pending JPH10300775A (ja) | 1997-04-30 | 1997-04-30 | 静電容量型加速度センサ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10300775A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101068341B1 (ko) * | 2004-01-21 | 2011-09-28 | 세이코 인스트루 가부시키가이샤 | 용량형 역학량 센서 |
| WO2019174243A1 (zh) * | 2018-03-14 | 2019-09-19 | 京东方科技集团股份有限公司 | 加速度传感器、电容检测电路及方法、加速度处理电路及方法、存储介质和电子设备 |
| CN114839398A (zh) * | 2022-04-27 | 2022-08-02 | 东南大学 | 一种电容式柔性加速度传感器及其制备方法 |
-
1997
- 1997-04-30 JP JP9113172A patent/JPH10300775A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101068341B1 (ko) * | 2004-01-21 | 2011-09-28 | 세이코 인스트루 가부시키가이샤 | 용량형 역학량 센서 |
| WO2019174243A1 (zh) * | 2018-03-14 | 2019-09-19 | 京东方科技集团股份有限公司 | 加速度传感器、电容检测电路及方法、加速度处理电路及方法、存储介质和电子设备 |
| CN110275047A (zh) * | 2018-03-14 | 2019-09-24 | 京东方科技集团股份有限公司 | 加速度传感器、电容检测电路、加速度处理电路及方法 |
| US11231440B2 (en) | 2018-03-14 | 2022-01-25 | Hefei Boe Optoelectronics Technology Co., Ltd. | Acceleration sensor, capacitance detection circuit and method, acceleration processing circuit and method, storage medium and electronic device |
| CN114839398A (zh) * | 2022-04-27 | 2022-08-02 | 东南大学 | 一种电容式柔性加速度传感器及其制备方法 |
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