JPH10335675A - Semiconductor micromachine - Google Patents

Semiconductor micromachine

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JPH10335675A
JPH10335675A JP9158047A JP15804797A JPH10335675A JP H10335675 A JPH10335675 A JP H10335675A JP 9158047 A JP9158047 A JP 9158047A JP 15804797 A JP15804797 A JP 15804797A JP H10335675 A JPH10335675 A JP H10335675A
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JP
Japan
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coil
substrate
side electrode
movable part
semiconductor micromachine
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Withdrawn
Application number
JP9158047A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Manabu Kato
加藤  学
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Aisin Corp
Original Assignee
Aisin Seiki Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve measuring accuracy, by providing a spiral first coil on the movable part of a semiconductor micromachine that detects a distance displacement quantity between a substrate and the movable part from the detection value of a detection circuit. SOLUTION: A spiral first coil 18 is provided on a movable part 12. Magnetic field is generated on the first coil 18 by conduction. Repulsive force is generated between a substrate side electrode 111 and a movable part side electrode 121 by the magnetic field and the external magnetic field. Potential difference is applied to the substrate side electrode 111 and the movable part side electrode 121, so as to make the repulsive force equal to the electrostatic attracting force operating between the substrate side electrode 111 and the movable part side electrode 121. As higher potential difference can be applied to both electrodes and the signal current that flows in a detection circuit increases in proportion to the potential difference, the measuring accuracy of a semiconductor micromachine can be improved.

Description

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

【0001】[0001]

【技術分野】本発明は,加速度センサ,角速度センサ,
圧力センサ等の物理量センサとして使用可能な半導体マ
イクロマシンに関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an acceleration sensor, an angular velocity sensor,
The present invention relates to a semiconductor micromachine usable as a physical quantity sensor such as a pressure sensor.

【0002】[0002]

【従来技術】従来,微小な加速度センサ,角速度セン
サ,圧力センサ等を作成する技術として,Si等の半導
体材料を利用したマイクロマシニング技術が開発されて
いる。この技術によれば,通常の半導体回路等の作成技
術を組み合わせ,1ミリ以下の微小な上記センサ等を作
成することができる。このような技術により作成された
製品の一例として,以下に示すごとき加速度センサとし
て機能する半導体マイクロマシンがある。
2. Description of the Related Art Conventionally, a micromachining technology using a semiconductor material such as Si has been developed as a technology for producing minute acceleration sensors, angular velocity sensors, pressure sensors, and the like. According to this technique, it is possible to create the above-described sensor or the like as small as 1 mm or less by combining the techniques for creating a normal semiconductor circuit or the like. As an example of a product created by such a technique, there is a semiconductor micromachine that functions as an acceleration sensor as described below.

【0003】図19〜図21に示すごとく,上記半導体
マイクロマシン9は,基板11と,該基板11に間隙部
100を設けて対向配置され,かつ4本の針状体13,
15によって支持された可動部12とよりなる。そし
て,上記基板11及び上記可動部12にはそれぞれ基板
側電極111及び可動部側電極121が設けてある。
As shown in FIGS. 19 to 21, the semiconductor micromachine 9 is disposed so as to face a substrate 11 with a gap 100 provided between the substrate 11 and four needle-like members 13.
The movable part 12 is supported by the movable part 15. The substrate 11 and the movable portion 12 are provided with a substrate side electrode 111 and a movable portion side electrode 121, respectively.

【0004】上記基板側電極111は,図20に示すご
とく,基板11に設けた配線144を経由して電極パッ
ド143と電気的に接続されている。一方,上記可動部
側電極121は,図19,図21に示すごとく,針状体
15,該針状体15を支持する支持部159,配線14
2を経由して電極パッド141と電気的に接続されてい
る。また,上記電極パッド141,143には図示を略
した検出回路が接続されてなる。上記検出回路は間隙部
100の静電容量を検出することができる。
As shown in FIG. 20, the substrate side electrode 111 is electrically connected to an electrode pad 143 via a wiring 144 provided on the substrate 11. On the other hand, as shown in FIGS. 19 and 21, the movable-part-side electrode 121 has a needle-like body 15, a support 159 for supporting the needle-like body 15, and a wiring 14.
2 and is electrically connected to the electrode pad 141. A detection circuit (not shown) is connected to the electrode pads 141 and 143. The detection circuit can detect the capacitance of the gap 100.

【0005】上記半導体マイクロマシン9を用いた加速
度の検出は以下に示すごとく行うことができる。まず,
上記可動部側電極121−基板側電極111間に電位差
を付与する。この状態で上記半導体マイクロマシン9に
測定対象となる基板に対して垂直方向の加速度が加わる
ことにより,上記可動部12が変位する。このため,上
記基板11と上記可動部12との間の距離も変化し,こ
れに伴って上記間隙部100における静電容量が変化す
る。
[0005] The acceleration detection using the semiconductor micromachine 9 can be performed as follows. First,
A potential difference is applied between the movable part side electrode 121 and the substrate side electrode 111. In this state, when a vertical acceleration is applied to the semiconductor micromachine 9 with respect to the substrate to be measured, the movable portion 12 is displaced. Therefore, the distance between the substrate 11 and the movable portion 12 also changes, and accordingly, the capacitance in the gap portion 100 changes.

【0006】この静電容量の変化に伴う信号電流を上記
検出回路において検出する。以上により,上記可動部1
2の変位は上記検出回路により検出され,ここに加速度
に対応した検出値を得ることができる。
The signal current accompanying the change in the capacitance is detected by the detection circuit. As described above, the movable unit 1
2 is detected by the detection circuit, and a detection value corresponding to the acceleration can be obtained here.

【0007】なお,他の角速度センサ,圧力センサにお
いても同様に角速度,圧力と比例するような変位,振動
を上記可動部に生じさせ,上記検出回路によってこれら
の値と対応した検出値を得る。
[0007] In other angular velocity sensors and pressure sensors, similarly, displacements and vibrations proportional to the angular velocity and pressure are generated in the movable part, and the detection circuit obtains detection values corresponding to these values.

【0008】また,上記半導体マイクロマシンにおける
可動部は以下に示すごとく作製されている。まず,基板
側電極111等を予め設けた基板11の表面にPSG
(リンガラス)等からなるエッチング層を設け,該エッ
チング層の表面に半導体薄膜を形成する。次いで,上記
半導体薄膜を可動部12あるいは針状体13,15の形
状にエッチング加工する。その後,上記エッチング層を
ウエット処理等を利用して除去する。以上により,基板
11と可動部12との間の空隙部100が形成され,所
望の形状の可動部12を得ることができる。
[0008] The movable part in the semiconductor micromachine is manufactured as described below. First, a PSG is formed on the surface of the substrate 11 on which the substrate side electrode 111 and the like are provided in advance.
An etching layer made of (phosphorus glass) or the like is provided, and a semiconductor thin film is formed on the surface of the etching layer. Next, the semiconductor thin film is etched into the shape of the movable part 12 or the needle-like bodies 13 and 15. Thereafter, the etching layer is removed by using a wet process or the like. As described above, the gap 100 between the substrate 11 and the movable part 12 is formed, and the movable part 12 having a desired shape can be obtained.

【0009】[0009]

【解決しようとする課題】しかしながら,上記半導体マ
イクロマシンには以下に示す問題点がある。ところで,
上記半導体マイクロマシンにおける両電極間の静電容量
Cは,可動部側電極及び基板側電極の有効面積をS,両
電極間の距離をtとすると,C=ε0 S/tとなる。な
おε0 は真空の誘電率である。
However, the above-mentioned semiconductor micromachine has the following problems. by the way,
The capacitance C between the two electrodes in the semiconductor micromachine is C = ε 0 S / t, where S is the effective area of the movable part side electrode and the substrate side electrode, and t is the distance between the two electrodes. Ε 0 is the dielectric constant of vacuum.

【0010】そして,上記基板に対し垂直方向に加速度
が加わった場合の両電極間の距離の変動をΔt,この時
の静電容量の変動をΔC,また両電極間に加えた電位差
をVとすると,ΔC=C−ε0 S/(t+Δt)あるい
はΔC=C−ε0 S/(t−Δt)となる。ここにt>
>Δtとなることから,ΔCはおよそCΔt/t(即
ち,ε0 SΔt/t2 )あるいは−CΔt/t(即ち,
−ε0 SΔt/t2 )となる。この時,検出回路を流れ
る信号電流IはI=d(ΔCV)/dT(T:時間)と
なり,該信号電流が大きくなるほど半導体マイクロマシ
ンの測定精度も高くなる。
When the acceleration is applied to the substrate in the vertical direction, the change in the distance between the two electrodes is Δt, the change in the capacitance at this time is ΔC, and the potential difference applied between the two electrodes is V. Then, ΔC = C−ε 0 S / (t + Δt) or ΔC = C−ε 0 S / (t−Δt). Where t>
> Δt, ΔC is approximately CΔt / t (ie, ε 0 SΔt / t 2 ) or −CΔt / t (ie,
−ε 0 SΔt / t 2 ). At this time, the signal current I flowing through the detection circuit is I = d (ΔCV) / dT (T: time), and the measurement accuracy of the semiconductor micromachine increases as the signal current increases.

【0011】従って,半導体マイクロマシンの測定精度
を高めるには,ΔCまたはVを大きくすればよい。そし
て,ε0 が定数であることから考えると,以下の方法が
考えられる。 (1)有効面積Sを大きくする。 (2)両電極間の距離tを小さくする。 (3)Δtを大きくする。即ち,針状体のバネ定数を小
さくする,あるいは可動部の質量を大きくして,可動部
の変位を増やす。 (4)電位差Vを大きくする。
Therefore, to increase the measurement accuracy of the semiconductor micromachine, ΔC or V may be increased. Considering that ε 0 is a constant, the following method can be considered. (1) Increase the effective area S. (2) The distance t between the two electrodes is reduced. (3) Increase Δt. That is, the spring constant of the needle-like body is reduced, or the mass of the movable part is increased, and the displacement of the movable part is increased. (4) Increase the potential difference V.

【0012】しかしながら,可動部側電極−基板側電極
間には電位差があるため,可動部−基板間には静電引力
Fが作用する。上記静電引力FはF=V2 ε0 S/(2
2)となる。このため,上述した(1),(2),
(4)の方法では静電引力Fも増大してしまうため,可
動部及び基板が接触・固着するという不具合が発生する
おそれがあった。
However, since there is a potential difference between the movable part side electrode and the substrate side electrode, an electrostatic attraction F acts between the movable part and the substrate. The electrostatic attraction F is F = V 2 ε 0 S / (2
t 2 ). Therefore, (1), (2),
In the method (4), since the electrostatic attraction F also increases, there is a possibility that a problem that the movable portion and the substrate come into contact with and adhere to each other may occur.

【0013】そして(3)の方法であるが,可動部の質
量を増大させるに当たり,有効面積Sの増大を防止する
ためには,該可動部の厚みを増大させねばならない。し
かし,上記可動部は半導体薄膜により形成されており,
厚みを増大させることは困難である。つまり,膜の形成
時間の増加による生産性の悪化,内部応力による歪みの
増大,エッチング加工の困難等の問題が生じるためであ
る。
In the method (3), in order to prevent the effective area S from increasing when the mass of the movable portion is increased, the thickness of the movable portion must be increased. However, the movable part is formed of a semiconductor thin film,
It is difficult to increase the thickness. That is, problems such as a decrease in productivity due to an increase in film formation time, an increase in distortion due to internal stress, and difficulty in etching are caused.

【0014】更に針状体のバネ定数をより小さくするこ
とにより,上記可動部はより微少な外力により揺動する
ようになる。よって,上記静電引力により可動部及び基
板が接触・固着するという不具合が発生するおそれがあ
った。
Further, by making the spring constant of the needle-shaped body smaller, the movable part swings with a smaller external force. Therefore, there is a possibility that a problem that the movable portion and the substrate come into contact with and adhere to each other due to the electrostatic attraction may occur.

【0015】ところで,上述したごとく上記半導体マイ
クロマシンの製造に当たっては,ウエット処理を利用す
ることがあるが,この場合,処理液の表面張力のために
可動部が基板に接触し,固着して離れなくなってしまう
というスッティッキング現象が生じるという問題があっ
た。この現象が生じた半導体マイクロマシンは不良品と
なるため,製造の歩留まりの低下を招いていた。
As described above, in the manufacture of the above-mentioned semiconductor micromachine, a wet process is sometimes used. In this case, the movable portion comes into contact with the substrate due to the surface tension of the processing solution and is stuck and does not separate. There is a problem that a sticking phenomenon that occurs occurs. The semiconductor micromachine in which this phenomenon has occurred is a defective product, which has led to a reduction in the manufacturing yield.

【0016】なお,上記スティッキング現象は,完成し
た半導体マイクロマシンについても発生するおそれがあ
る。つまり,上記基板と可動部との間に静電気等を原因
とした静電引力が作用した場合である。従って,従来の
半導体マイクロマシンの取扱いには厳重な注意が必要で
あった。
Note that the sticking phenomenon may occur in a completed semiconductor micromachine. That is, this is a case where an electrostatic attraction due to static electricity or the like acts between the substrate and the movable portion. Therefore, strict attention was required when handling conventional semiconductor micromachines.

【0017】本発明は,かかる問題点に鑑み,加速度セ
ンサ,角速度センサ,圧力センサ等といった物理量セン
サとして使用することができ,測定精度が高く,製造の
歩留まり率が高く,取扱い容易である半導体マイクロマ
シンを提供しようとするものである。
In view of the above problems, the present invention provides a semiconductor micromachine which can be used as a physical quantity sensor such as an acceleration sensor, an angular velocity sensor, a pressure sensor, etc., has a high measurement accuracy, a high production yield rate, and is easy to handle. It is intended to provide.

【0018】[0018]

【課題の解決手段】請求項1の発明は,基板と,該基板
に間隙部を設けて対向配置され,かつ針状体によって支
持された可動部とよりなると共に,上記基板及び上記可
動部にはそれぞれ基板側電極及び可動部側電極が設けて
なり,更に上記基板側電極と上記可動部側電極との間の
静電容量を検出するための検出回路を有し,該検出回路
の検出値より上記基板と上記可動部との距離変位量また
は上記基板に対する上記可動部の可動部変位量を検出す
る半導体マイクロマシンにおいて,上記可動部にはスパ
イラル状の第一コイルを設けてあることを特徴とする半
導体マイクロマシンにある。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a substrate; and a movable portion which is disposed to face the substrate with a gap provided therebetween and is supported by a needle-like body. Is provided with a substrate side electrode and a movable part side electrode, respectively, and further has a detection circuit for detecting a capacitance between the substrate side electrode and the movable part side electrode, and a detection value of the detection circuit. In a semiconductor micromachine for detecting a distance displacement amount between the substrate and the movable portion or a displacement amount of the movable portion of the movable portion with respect to the substrate, the movable portion is provided with a spiral first coil. Semiconductor micromachine.

【0019】上記第一コイルは可動部に対して形成され
た導電性の薄膜よりなる。その形状は『スパイラル状』
である。この表現は後述する図1に示すごとく角渦巻形
状の他,円渦巻形状等の各種の螺旋形状を含む表現であ
る。
The first coil is formed of a conductive thin film formed on the movable part. The shape is "spiral shape"
It is. This expression includes various spiral shapes such as a circular spiral shape in addition to an angular spiral shape as shown in FIG. 1 described later.

【0020】本発明の作用につき,以下に説明する。本
発明にかかる半導体マイクロマシンにおいては,上記可
動部にスパイラル状の第一コイルを設けてある。そし
て,上記半導体マイクロマシンは基板垂直方向に磁化さ
れて,磁界中(正しくは発散磁界中)に該半導体マイク
ロマシンは置かれている。上記第一コイルは通電により
磁界を発生する。この磁界により上記基板と上記可動部
との間には斥力が生じる。このため,上記可動部が上記
基板と接触することを防止することができる。
The operation of the present invention will be described below. In the semiconductor micromachine according to the present invention, the movable portion is provided with a spiral first coil. The semiconductor micromachine is magnetized in a direction perpendicular to the substrate, and the semiconductor micromachine is placed in a magnetic field (correctly, in a divergent magnetic field). The first coil generates a magnetic field when energized. This magnetic field produces a repulsive force between the substrate and the movable part. For this reason, it is possible to prevent the movable section from contacting the substrate.

【0021】また,仮に上記可動部が上記基板と接触・
固着した場合においても(スティッキング現象が発生し
た場合においても),第一コイルが発する磁界が両者を
分離させることができる。
Further, if the movable part is in contact with the substrate,
Even in the case of sticking (even when sticking occurs), the magnetic field generated by the first coil can separate them.

【0022】このため,上記従来技術において提示した
半導体マイクロマシンの測定精度を高める方法において
生じる可動部及び基板の接触・固着という問題を防止す
ることができる。このため,本発明にかかる半導体マイ
クロマシンは測定精度の高い優れたものである。
For this reason, it is possible to prevent the problem of contact and fixation of the movable part and the substrate which occurs in the method of improving the measurement accuracy of the semiconductor micromachine presented in the above-mentioned prior art. For this reason, the semiconductor micromachine according to the present invention has excellent measurement accuracy.

【0023】また,製造中にスティッキング現象が生じ
た場合においても,第一コイルに通電することで可動部
と基板とを分離することができるため,製造の歩留まり
を高めることができる。また,スティッキング現象の発
生防止を図る作業を不要とすることができる。このた
め,本発明にかかる半導体マイクロマシンの取扱いは容
易である。
Further, even when a sticking phenomenon occurs during the manufacturing, the movable portion and the substrate can be separated by energizing the first coil, so that the manufacturing yield can be increased. In addition, the operation for preventing the occurrence of the sticking phenomenon can be eliminated. Therefore, handling of the semiconductor micromachine according to the present invention is easy.

【0024】また,上記第一コイルは,上記半導体マイ
クロマシンを製造する半導体プロセスにて容易に製造す
ることができる。よって,特殊プロセスを必要とせず,
安価に上記半導体マイクロマシンは製造することができ
る。また,上記第一コイルはスパイラル状であるため,
上記基板に対して平行方向に上記可動部が振動する場合
(例えば角速度センサ等),振動する可動部の重心変化
が少なく,可動部の振動が安定する。このため,上記半
導体マイクロマシンの特性の劣化を抑制することができ
る。
Further, the first coil can be easily manufactured by a semiconductor process for manufacturing the semiconductor micromachine. Therefore, no special process is required,
The semiconductor micromachine can be manufactured at low cost. Also, since the first coil has a spiral shape,
When the movable part vibrates in a direction parallel to the substrate (for example, an angular velocity sensor), the change in the center of gravity of the vibrating movable part is small, and the vibration of the movable part is stabilized. For this reason, deterioration of the characteristics of the semiconductor micromachine can be suppressed.

【0025】以上のように,本発明によれば,加速度セ
ンサ,角速度センサ,圧力センサ等といった物理量セン
サとして使用することができ,測定精度が高く,製造の
歩留まり率が高く,取扱い容易である半導体マイクロマ
シンを提供することができる。
As described above, according to the present invention, a semiconductor which can be used as a physical quantity sensor such as an acceleration sensor, an angular velocity sensor, a pressure sensor, etc., has a high measurement accuracy, a high production yield rate, and is easy to handle. A micromachine can be provided.

【0026】なお,本発明にかかる半導体マイクロマシ
ンは上述したセンサの他,可動部の変位を利用して何ら
かの値を検出するという機構を持ったセンサについて応
用することができる。
The semiconductor micromachine according to the present invention can be applied to a sensor having a mechanism for detecting some value by using the displacement of a movable portion, in addition to the above-described sensor.

【0027】次に,請求項2の発明のように,上記第一
コイルは上記可動部側電極に対して上記基板と反対側に
設けてあることが好ましい(後述の図2参照)。これに
より,第一コイルへの通電を原因とする検出値へのノイ
ズの混入を防止することができる。
Next, as in the second aspect of the present invention, it is preferable that the first coil is provided on the side opposite to the substrate with respect to the movable section side electrode (see FIG. 2 described later). Thus, it is possible to prevent noise from being mixed into the detected value due to the current supply to the first coil.

【0028】次に,請求項3の発明のように,上記基板
は永久磁石よりなることが好ましい。これにより,基板
と可動部との間の斥力をより強くすることができる。ま
た,外部電源を用いることなく磁界を発生できるため,
磁界印加用の電極パッド,回路,配線等を不要とするこ
とができ,半導体マイクロマシンの構造をより簡単とす
ることができる。
Next, it is preferable that the substrate is made of a permanent magnet. Thereby, the repulsive force between the substrate and the movable portion can be further increased. Also, since a magnetic field can be generated without using an external power supply,
Electrode pads for applying a magnetic field, circuits, wiring, and the like can be eliminated, and the structure of the semiconductor micromachine can be simplified.

【0029】次に,請求項4の発明のように,上記永久
磁石の磁界は上記基板に対し垂直方向に形成されている
ことが好ましい。これにより,基板と可動部との斥力の
大きさを最大とすることができる。
Next, the magnetic field of the permanent magnet is preferably formed in a direction perpendicular to the substrate. Thereby, the magnitude of the repulsive force between the substrate and the movable part can be maximized.

【0030】次に,請求項5の発明のように,上記基板
にはスパイラル状の第二コイルが設けてあることが好ま
しい。これにより,基板と可動部との間の斥力をより強
くすることができる。また,上記第二コイルはSi−I
Cプロセスにて製造することができるため,半導体マイ
クロマシンの製造工程を簡略とすることができる。ま
た,半導体マイクロマシンを小型化することができる。
Next, it is preferable that the substrate is provided with a spiral second coil. Thereby, the repulsive force between the substrate and the movable portion can be further increased. The second coil is made of Si-I
Since the semiconductor micromachine can be manufactured by the C process, the manufacturing process of the semiconductor micromachine can be simplified. Further, the size of the semiconductor micromachine can be reduced.

【0031】次に,請求項6の発明のように,上記第二
コイルは上記基板側電極に対して上記可動部と反対側に
設けてあることが好ましい。これにより,第二コイルへ
の通電を原因とする検出値へのノイズの混入を防止する
ことができる。
Next, it is preferable that the second coil is provided on the side opposite to the movable portion with respect to the substrate-side electrode. Thus, it is possible to prevent the noise from being mixed into the detection value due to the energization of the second coil.

【0032】次に,請求項7の発明のように,上記第一
コイル及び上記第二コイルは直列接続または並列接続さ
れていることが好ましい。これにより,第一コイルと第
二コイルに対して電流を印加するための回路を共有する
ことができ,半導体マイクロマシンの構造を簡略とする
ことができる。
Next, it is preferable that the first coil and the second coil are connected in series or in parallel. Thus, a circuit for applying a current to the first coil and the second coil can be shared, and the structure of the semiconductor micromachine can be simplified.

【0033】次に,請求項8の発明のように,上記可動
部には上記可動部側電極と共に可動部側配線が設けてあ
り,上記第一コイルは上記可動部側電極及び上記可動部
側配線とは電気的に絶縁されていることが好ましい。こ
れにより,第一コイルと可動部側電極及び可動部側配線
との間において,クロストーク(電荷の移動)が発生し
難くなり,S/N比を高め,測定感度を高くすることが
できる。
Next, the movable portion is provided with a movable portion side wiring together with the movable portion side electrode, and the first coil is connected to the movable portion side electrode and the movable portion side. It is preferable that the wiring is electrically insulated. This makes it difficult for crosstalk (movement of electric charge) to occur between the first coil and the movable section side electrode and the movable section side wiring, thereby increasing the S / N ratio and increasing the measurement sensitivity.

【0034】次に,請求項9の発明のように,上記第二
コイルと上記基板側電極とは電気的に絶縁されているこ
とが好ましい。この場合にも,請求項8と同様に,S/
N比を高め,測定感度を高くすることができる。
Next, the second coil and the substrate-side electrode are preferably electrically insulated. In this case as well, the S / S
The measurement ratio can be increased by increasing the N ratio.

【0035】次に,請求項10の発明のように,上記基
板に対して垂直方向の磁界と,上記検出回路より得られ
る信号値をもとに上記静電容量の変動を抑制するよう上
記第一コイルに流れる電流値を制御する第一コイル電流
制御回路とを設けてなることが好ましい。
Next, according to a tenth aspect of the present invention, based on a magnetic field in a direction perpendicular to the substrate and a signal value obtained from the detection circuit, the variation of the capacitance is suppressed so as to suppress the variation of the capacitance. It is preferable that a first coil current control circuit for controlling a current value flowing through one coil be provided.

【0036】これにより,上記可動部の変位を抑制する
ことができるため,検出可能な物理量の範囲を広くする
ことができる。また,上記可動部の変位に対する静電容
量の変動がより比例関係に近い領域下を用いることがで
き,検出された値の直線性に優れた半導体マイクロマシ
ンを得ることができる。なお,直線性に優れるとは,測
定する物理量の変化と出力との比例関係のズレが小さい
ことを意味している。
Thus, since the displacement of the movable portion can be suppressed, the range of detectable physical quantities can be widened. Further, it is possible to use a region under which the variation of the capacitance with respect to the displacement of the movable portion is closer to a proportional relationship, and it is possible to obtain a semiconductor micromachine having excellent linearity of the detected value. It should be noted that superior linearity means that the deviation of the proportional relationship between the change in the measured physical quantity and the output is small.

【0037】次に,請求項11の発明によれば,上記検
出回路より得られる信号値をもとに上記静電容量の変動
を抑制するよう上記第一コイル及び上記第二コイルに流
れる電流値を制御する第一コイル電流制御回路及び第二
コイル電流制御回路とを設けてなることが好ましい。
Next, according to the eleventh aspect of the present invention, based on the signal value obtained from the detection circuit, the current value flowing through the first coil and the second coil so as to suppress the fluctuation of the capacitance. It is preferable to provide a first coil current control circuit and a second coil current control circuit for controlling the current.

【0038】これにより,第一コイルより発生する磁界
と第二コイルにより発生する磁界の大きさをそれぞれ調
節することができ,基板と可動部との間の斥力の大きさ
を調節することができる。これにより,上記可動部の変
位を抑制できるため,測定対象の変化に対する可動部の
変位を少なくすることができる。このため,検出可能な
物理量の範囲を広くすることができる。また,上記可動
部の変位に対して,容量の変化は電極距離間に反比例で
あるが,変位は抑制することにより容量変化の非直線性
の小さい領域で作用できる直線性の高い半導体マイクロ
マシンを得ることができる。
Thus, the magnitude of the magnetic field generated by the first coil and the magnitude of the magnetic field generated by the second coil can be adjusted, and the magnitude of the repulsive force between the substrate and the movable portion can be adjusted. . Thus, since the displacement of the movable section can be suppressed, the displacement of the movable section with respect to the change of the measurement target can be reduced. Therefore, the range of detectable physical quantities can be widened. In addition, a change in capacitance with respect to the displacement of the movable portion is inversely proportional to the distance between the electrodes. However, by suppressing the displacement, a semiconductor micromachine with high linearity capable of operating in a region where the nonlinearity of the capacitance change is small is obtained. be able to.

【0039】[0039]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

実施形態例1 本発明の実施形態例にかかる半導体マイクロマシンにつ
き,図1〜図3を用いて説明する。なお,本例にかかる
半導体マイクロマシンは加速度センサとして使用するも
のである。
First Embodiment A semiconductor micromachine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Note that the semiconductor micromachine according to the present example is used as an acceleration sensor.

【0040】図1〜図3に示すごとく,本例の半導体マ
イクロマシン1は,基板11と該基板11に間隙部10
0を設けて対向配置され,かつ4本の針状体13,1
5,16によって支持された可動部12とよりなる。ま
た,上記基板11及び上記可動部12にはそれぞれ基板
側電極111及び可動部側電極121が設けてある。更
に,上記基板側電極111と上記可動部側電極121と
の間の静電容量を検出するための検出回路を設けてあ
る。そして,上記可動部12にはスパイラル状の第一コ
イル18を設けてある。
As shown in FIGS. 1 to 3, the semiconductor micromachine 1 of this embodiment includes a substrate 11 and a gap 10 between the substrate 11 and the substrate 11.
0, and four needle-like bodies 13, 1
The movable part 12 is supported by the movable parts 5 and 16. The substrate 11 and the movable part 12 are provided with a substrate-side electrode 111 and a movable-part-side electrode 121, respectively. Further, a detection circuit for detecting the capacitance between the substrate side electrode 111 and the movable portion side electrode 121 is provided. The movable portion 12 is provided with a spiral first coil 18.

【0041】以下,詳細に説明する。図2に示すごと
く,上記基板11の表面は絶縁膜110にて被覆され,
該絶縁膜110の表面に基板側電極111,配線14
2,144,エッチング層113が設けてある。上記エ
ッチング層113には電極パッド141,143,14
5が設けてなり,配線142,144の一部は上記エッ
チング層113の下方を経由して電極パッド141,1
43の下部に接続されている。なお,上記エッチング層
113はPSG(リンガラス),SiO2 等の絶縁膜1
10との選択比が大きく,エッチングされやすいものを
使用することが好ましい。
The details will be described below. As shown in FIG. 2, the surface of the substrate 11 is covered with an insulating film 110,
The substrate side electrode 111 and the wiring 14 are provided on the surface of the insulating film 110.
2, 144 and an etching layer 113 are provided. The above-mentioned etching layer 113 has electrode pads 141, 143, 14
5 are provided, and a part of the wirings 142 and 144 pass through the lower portion of the etching layer 113 to the electrode pads 141 and 1.
43 is connected to the lower part. The etching layer 113 is made of an insulating film 1 made of PSG (phosphor glass), SiO 2 or the like.
It is preferable to use a material which has a high selectivity to 10 and is easily etched.

【0042】なお,図2に示すごとく,上記基板側電極
111は配線144と一体的に構成されている。よっ
て,上記基板側電極111,配線144及び電極パッド
143は電気的に導通した状態にある。
As shown in FIG. 2, the substrate side electrode 111 is formed integrally with the wiring 144. Therefore, the substrate-side electrode 111, the wiring 144, and the electrode pad 143 are in an electrically conductive state.

【0043】上記可動部12は4本の針状体13,1
5,16によって基板11に対し支持されている。2本
の針状体13は上記可動部12を支持するだけの役割を
負っている。一方,針状体15は可動部12を支持する
と共に配線としての役割も負っている。また,上記針状
体16の表面には配線182が設けてある。なお,上記
エッチング層113は針状体13,15,16,可動部
12の形成の際に残留した部分である(実施形態例2参
照)。
The movable part 12 has four needles 13, 1
5 and 16 support the substrate 11. The two needles 13 have a role of only supporting the movable part 12. On the other hand, the needle 15 supports the movable portion 12 and also has a role as a wiring. A wire 182 is provided on the surface of the needle-like body 16. The etching layer 113 is a portion that remains when the needles 13, 15, 16 and the movable portion 12 are formed (see Embodiment 2).

【0044】図1,図2に示すごとく,上記可動部12
は絶縁膜120にて上面で被覆された可動部側電極12
1より構成されている。上記絶縁膜120の表面にはス
パイラル状の薄膜よりなる第一コイル18が設けてあ
る。上記第一コイル18の中心部180の下方にあたる
絶縁膜120にはスルーホール122が設けてあり,こ
こにおいて上記第一コイル18と上記可動部側電極12
1との電気的導通が確保されている。
As shown in FIG. 1 and FIG.
Is the movable portion side electrode 12 covered on the upper surface with the insulating film 120
1. On the surface of the insulating film 120, a first coil 18 made of a spiral thin film is provided. The insulating film 120 below the central portion 180 of the first coil 18 is provided with a through hole 122 in which the first coil 18 and the movable portion side electrode 12 are formed.
1 and electrical continuity are secured.

【0045】また,上記第一コイル18は可動部12に
おける基板11と対面しない側の面に設けてある。即
ち,上記第一コイル18は上記可動部側電極121に対
して上記基板11と反対側に設けてある。
The first coil 18 is provided on a surface of the movable portion 12 that does not face the substrate 11. That is, the first coil 18 is provided on the side opposite to the substrate 11 with respect to the movable section side electrode 121.

【0046】上記可動部側電極121は上記針状体1
5,該針状体15の支持部159,該支持部159の下
部に設けられた配線142を経て,上記電極パッド14
1に電気的に接続されている。一方,上記第一コイル1
8はスルーホール122と中心部180とが導通され,
端部181が上記針状体16,該針状体16の支持部1
69の表面に設けられた配線182を経由して,電極パ
ッド145に電気的に接続されている。上記電極パッド
141,143に対しては検出回路52が接続されてい
る。また,上記電極パッド141,145に対しては電
源51が接続されている(図4参照)。
The movable portion side electrode 121 is connected to the needle 1
5, through the support portion 159 of the needle-like body 15 and the wiring 142 provided below the support portion 159, the electrode pad 14
1 electrically. On the other hand, the first coil 1
8, the conduction between the through hole 122 and the central portion 180 is established.
The end 181 is the needle 16 and the support 1 of the needle 16.
It is electrically connected to the electrode pad 145 via a wiring 182 provided on the surface of the 69. The detection circuit 52 is connected to the electrode pads 141 and 143. A power supply 51 is connected to the electrode pads 141 and 145 (see FIG. 4).

【0047】また,本例における半導体マイクロマシン
1において,上記可動部側電極121,針状体13,1
5,16,第一コイルはn型多結晶Siよりなる。ま
た,上記絶縁膜110,120はSi窒化膜よりなる。
また,上記基板11は単結晶Siよりなる。
Further, in the semiconductor micromachine 1 according to the present embodiment, the movable-part-side electrode 121, the needle-shaped body 13, 1
5, 16, the first coil is made of n-type polycrystalline Si. Further, the insulating films 110 and 120 are made of a Si nitride film.
The substrate 11 is made of single crystal Si.

【0048】なお,上記第一コイル18はp型多結晶S
i,p型及びn型非晶質Si,金,白金,V,Nb,T
a,W,Mo,モリブデンシリサイド,タングステンシ
リサイドなどのエッチングされ難い導電体を使用するこ
ともできる。また,上記絶縁膜はSi酸化膜,Al窒化
膜,Al酸化膜等で形成することもできる。また,上記
可動部12はn型またはp型のSi,Ge,C,Six
Ge1-x ,SiC,Six Gey 1-x-y よりなる多結
晶薄膜または非晶質薄膜より構成することができる。
The first coil 18 is made of p-type polycrystalline S
i, p-type and n-type amorphous Si, gold, platinum, V, Nb, T
A conductor that is difficult to be etched, such as a, W, Mo, molybdenum silicide, or tungsten silicide, can be used. Further, the insulating film can be formed of a Si oxide film, an Al nitride film, an Al oxide film, or the like. Further, the movable portion 12 is n-type or p-type Si, Ge, C, Si x
Ge 1-x, SiC, may be composed of Si x Ge y C consisting of 1-xy polycrystalline thin film or amorphous film.

【0049】また,上記可動部12内にpn接合,ni
接合,pi接合が形成されるように可動部側電極12
1,第一コイル18の材質を選択することもできる。こ
の場合にはプロセスの簡略化が可能となり,コストを低
くすることができる。なお,上記基板11内においても
同様のことがいえる。また,上記半導体マイクロマシン
1には,後述する外部磁界を付与するため,外部にコイ
ルまたは永久磁石を配置してある。
Further, a pn junction, ni
The movable portion side electrode 12 is formed so that a junction and a pi junction are formed.
1. The material of the first coil 18 can also be selected. In this case, the process can be simplified, and the cost can be reduced. The same can be said for the inside of the substrate 11. The semiconductor micromachine 1 is provided with a coil or a permanent magnet outside in order to apply an external magnetic field described later.

【0050】次に,上記半導体マイクロマシン1による
加速度の検出について説明する。上記基板11と垂直方
向に外部磁界を付与する。また,上記基板11及び可動
部12との間に斥力が働くように第一コイル18に対し
電源51より電流を流す。上記可動部側電極121は電
極パッド141を介してアースされている。また,上記
基板側電極111は電極パッド143を介して一定電位
に保持されている。これにより,上記可動部側電極12
1と上記基板側電極111との間に電位差が付与され
る。
Next, detection of acceleration by the semiconductor micromachine 1 will be described. An external magnetic field is applied in a direction perpendicular to the substrate 11. Further, a current is supplied from the power supply 51 to the first coil 18 so that a repulsive force acts between the substrate 11 and the movable portion 12. The movable section side electrode 121 is grounded via an electrode pad 141. The substrate-side electrode 111 is maintained at a constant potential via the electrode pad 143. Thereby, the movable portion side electrode 12
1 and the substrate side electrode 111 are applied with a potential difference.

【0051】そして,上記基板側電極111の電位を電
極パッド145を介して第一コイル18に流れる電流を
制御して,上記基板側電極111と可動部側電極121
との間に働く斥力と,基板側電極111と可動部側電極
121との間に働く静電引力とが等しくなるようにす
る。
The potential of the substrate-side electrode 111 is controlled by controlling the current flowing through the first coil 18 via the electrode pad 145, so that the substrate-side electrode 111 and the movable part-side electrode 121 are controlled.
And the electrostatic attraction acting between the substrate side electrode 111 and the movable part side electrode 121 are made equal.

【0052】この状態にある半導体マイクロマシン1に
測定対象となる加速度が加わると,該加速度の大きさに
比例して,上記基板11と上記可動部12との間の距離
が変動する。
When an acceleration to be measured is applied to the semiconductor micromachine 1 in this state, the distance between the substrate 11 and the movable section 12 changes in proportion to the magnitude of the acceleration.

【0053】前記従来技術において示すごとく,距離の
変動をΔt,静電容量の変動をΔC,また両電極間の電
位差をVとすると,ΔCはおよそCΔt/t(即ち,ε
0 SΔt/t2 )あるいは−CΔt/t(即ち,−ε0
SΔt/t2 )となる。そして,上記検出回路52に流
れる信号電流はIはI=ΔCVとなる。この信号電流を
上記検出回路52が検出することにより,加速度を測定
することができる。
As shown in the above-mentioned prior art, assuming that a change in distance is Δt, a change in capacitance is ΔC, and a potential difference between both electrodes is V, ΔC is approximately CΔt / t (ie, ε
0 SΔt / t 2 ) or −CΔt / t (ie, −ε 0
SΔt / t 2 ). The signal current I flowing through the detection circuit 52 is I = ΔCV. The acceleration can be measured by the detection circuit 52 detecting the signal current.

【0054】次に,本例における作用効果につき説明す
る。本例にかかる半導体マイクロマシン1においては,
上記可動部12にスパイラル状の第一コイル18を設け
てある。上記第一コイル18には通電により磁界が発生
する。この磁界と上記外部磁界とにより上記基板側電極
111と上記可動部側電極121との間には斥力が生じ
る。そして,この斥力と上記基板側電極111と上記可
動部側電極121との間に作用する静電引力が等しくな
るよう,上記基板側電極111及び可動部側電極121
には電位差を加えてある。
Next, the operation and effect of this embodiment will be described. In the semiconductor micromachine 1 according to this example,
The movable portion 12 is provided with a spiral first coil 18. A magnetic field is generated in the first coil 18 by energization. Due to this magnetic field and the external magnetic field, a repulsive force is generated between the substrate side electrode 111 and the movable section side electrode 121. Then, the substrate side electrode 111 and the movable part side electrode 121 are so adjusted that the repulsive force and the electrostatic attractive force acting between the substrate side electrode 111 and the movable part side electrode 121 become equal.
Is applied with a potential difference.

【0055】このため,斥力がない場合と比較して,本
例のマイクロマシンにおいては,より高い電位差を両電
極121,111間に加えることができる。そして,上
記検出回路52を流れる信号電流Iも上記電位差に比例
して大きくなることから(I=d(ΔCV)/dT),
半導体マイクロマシン1の測定精度も高くなる。
For this reason, a higher potential difference can be applied between the electrodes 121 and 111 in the micromachine of the present embodiment than in the case where there is no repulsive force. Since the signal current I flowing through the detection circuit 52 also increases in proportion to the potential difference (I = d (ΔCV) / dT),
The measurement accuracy of the semiconductor micromachine 1 also increases.

【0056】なお,本例にかかる半導体マイクロマシン
1の基板11を該基板11と垂直方向に磁化された永久
磁石で構成することもできる。この場合には外部磁場が
不要となるため,よりコンパクトな半導体マイクロマシ
ン1とすることができる。
It should be noted that the substrate 11 of the semiconductor micromachine 1 according to the present embodiment may be formed of a permanent magnet magnetized in a direction perpendicular to the substrate 11. In this case, since no external magnetic field is required, the semiconductor micromachine 1 can be made more compact.

【0057】また,図4に示すごとく,本例にかかる半
導体マイクロマシン1の上記検出回路52,上記電源5
1に対し,上記検出回路52において検出した信号電流
の値に応じて,上記電源51をフィードバック制御する
第一コイル電流制御回路53を設けることもできる。こ
の第一コイル電流制御回路53は検出回路52における
信号電流の値が増減した場合,この信号電流の増減分を
打ち消すように,第一コイル18に流れる電流を増減さ
せて,基板側電極111と可動部側電極121との間に
働く斥力を増減させる機能を有している。
Further, as shown in FIG. 4, the detection circuit 52 and the power supply 5 of the semiconductor micromachine 1 according to the present embodiment.
For example, a first coil current control circuit 53 that performs feedback control of the power supply 51 according to the value of the signal current detected by the detection circuit 52 may be provided. When the value of the signal current in the detection circuit 52 increases or decreases, the first coil current control circuit 53 increases or decreases the current flowing through the first coil 18 so as to cancel out the increase or decrease in the signal current, and the first coil current control circuit 53 and the substrate side electrode 111 It has a function of increasing or decreasing the repulsive force acting between the movable portion side electrode 121 and the movable portion side electrode 121.

【0058】実施形態例2 本例は,図5〜図18に示すごとく,可動部に第一コイ
ル,基板に第二コイルを設けた半導体マイクロマシンで
ある。図5〜図7に示すごとく,上記半導体マイクロマ
シン2の基板11の表面は絶縁膜110にて被覆され,
該絶縁膜110の表面にスパイラル状の第二コイル22
が設けてある。上記第二コイル22は絶縁膜211,2
12にて,基板側電極111と絶縁されている。また,
後述するごとく,上記第二コイル22は配線23によっ
て,電極パッド247,249に対し,電気的導通を確
保しつつ接続されている。
Embodiment 2 This embodiment is, as shown in FIGS. 5 to 18, a semiconductor micromachine having a movable portion provided with a first coil and a substrate provided with a second coil. As shown in FIGS. 5 to 7, the surface of the substrate 11 of the semiconductor micromachine 2 is covered with an insulating film 110.
A spiral second coil 22 is formed on the surface of the insulating film 110.
Is provided. The second coil 22 is composed of insulating films 211 and 211.
At 12, it is insulated from the substrate side electrode 111. Also,
As described later, the second coil 22 is connected to the electrode pads 247 and 249 by wiring 23 while ensuring electrical continuity.

【0059】また,図16に示すごとく,上記電極パッ
ド141,143には検出回路52が接続されている。
上記電極パッド247,249には電源54が接続さ
れ,該電源54が第二コイル22に電流を流している。
また,上記電極パッド145には電源51が接続され,
ここから第一コイル18に電流を流し,可動部側電極1
21に電圧を印可する。そして,上記検出回路52と電
源51との間には第一コイル電流制御回路53が設けて
ある。その他は実施形態例1と同様である。
As shown in FIG. 16, a detection circuit 52 is connected to the electrode pads 141 and 143.
A power supply 54 is connected to the electrode pads 247 and 249, and the power supply 54 supplies a current to the second coil 22.
A power supply 51 is connected to the electrode pad 145,
From this, an electric current is applied to the first coil 18 so that the movable portion side electrode 1
A voltage is applied to 21. A first coil current control circuit 53 is provided between the detection circuit 52 and the power supply 51. Others are the same as the first embodiment.

【0060】次に,本例にかかる半導体マイクロマシン
2の製造方法について説明する。まず,基板11を準備
する。次いで,該基板11の表面に絶縁膜110を形成
する。次に,図8に示すごとく,上記絶縁膜110の表
面に配線23を形成する。その後,図9に示すごとく,
絶縁膜211を形成し,上記配線23の端部231,2
32が露出するように該絶縁膜211にスルーホールを
形成する。
Next, a method of manufacturing the semiconductor micromachine 2 according to the present embodiment will be described. First, the substrate 11 is prepared. Next, an insulating film 110 is formed on the surface of the substrate 11. Next, as shown in FIG. 8, a wiring 23 is formed on the surface of the insulating film 110. Then, as shown in FIG.
An insulating film 211 is formed, and ends 231 and 231 of the wiring 23 are formed.
A through hole is formed in the insulating film 211 so that 32 is exposed.

【0061】次に,図10に示すごとく,上記絶縁膜2
11の表面に第二コイル22,配線246,248,パ
ッド240を形成する。この時,上記第二コイル22の
中心部220は上記端部232と重なる位置に形成され
る。つまり,この中心部220において,上記配線23
と上記第二コイル22が導通する。また,上記配線24
6の端部は上記配線23の端部232と重なる位置に,
また上記配線248は第二コイル22と一体的に設けて
ある。そして,上記配線246,配線248の端部には
パッド240が形成されている。
Next, as shown in FIG.
The second coil 22, wirings 246, 248, and pads 240 are formed on the surface of the eleventh embodiment. At this time, the center part 220 of the second coil 22 is formed at a position overlapping the end part 232. That is, in the center portion 220, the wiring 23
And the second coil 22 conducts. The wiring 24
6 at the position overlapping the end 232 of the wiring 23,
The wiring 248 is provided integrally with the second coil 22. A pad 240 is formed at an end of the wiring 246 and the wiring 248.

【0062】次に,図11に示すごとく,絶縁膜212
を被覆形成し,パッド240の一部が露出するようにス
ルーホールを形成する。次に,図12に示すごとく,上
記絶縁層212の表面に,電極パッド141,143,
247,249,基板側電極111,配線144,パッ
ド150,配線142を形成する。
Next, as shown in FIG.
And a through hole is formed such that a part of the pad 240 is exposed. Next, as shown in FIG. 12, electrode pads 141, 143,
247, 249, the substrate-side electrode 111, the wiring 144, the pad 150, and the wiring 142 are formed.

【0063】なお,上記パッド150は針状体15の支
持部159を介して該針状体15と電極パッド141と
を導通させるために設けてある。なお,上記電極パッド
247,249は上記パッド240の上に電気的導通を
確保しつつ設ける。
The pad 150 is provided for electrically connecting the needle 15 and the electrode pad 141 via the supporting portion 159 of the needle 15. The electrode pads 247 and 249 are provided on the pad 240 while ensuring electrical continuity.

【0064】次に,図13に示すごとく,エッチング層
26を設ける。但し,上記電極パッド141,143,
247,249,パッド150の一部は露出した状態
に,また,針状体13,16の支持部139,169が
形成される予定の部分は,絶縁膜212が露出するよう
にエッチングホール130,160を設ける。その後,
上記エッチング層26及び電極パッド141,143,
247,249等の全て被覆するようにn型多結晶Si
膜を設け,更にその表面に絶縁膜120を設ける。ま
た,絶縁膜120にスルーホール122を設ける。
Next, as shown in FIG. 13, an etching layer 26 is provided. However, the electrode pads 141, 143,
247, 249 and a part of the pad 150 are exposed, and the portions of the needles 13, 16 where the support portions 139, 169 are to be formed are etched so that the insulating film 212 is exposed. 160 are provided. afterwards,
The etching layer 26 and the electrode pads 141, 143,
247, 249, etc.
A film is provided, and an insulating film 120 is further provided on the surface. Further, a through hole 122 is provided in the insulating film 120.

【0065】次に,図14に示すごとく,上記絶縁膜1
20に第一コイル18,配線182,電極パッド145
を設ける。この時,上記スルーホール122を介して第
一コイル18の中心部180で,上記n型多結晶Si膜
と電気的に導通させる。次に,可動部12,針状体16
となる部分以外の絶縁膜120をエッチングにより除去
する。更に,可動部12,針状体13,15,16,配
線182,電極パッド141,247,193,24
9,145となる部分以外のn型多結晶Si膜をエッチ
ングにより除去する。以上により,図15に示すごと
く,すべての電極パッド141,143,145,24
7,249が外部に露出する。
Next, as shown in FIG.
Reference numeral 20 denotes a first coil 18, a wiring 182, and an electrode pad 145.
Is provided. At this time, the central portion 180 of the first coil 18 is electrically connected to the n-type polycrystalline Si film through the through hole 122. Next, the movable part 12, the needle-like body 16
The insulating film 120 other than the portion to be formed is removed by etching. Further, the movable part 12, the needle-like bodies 13, 15, 16, the wiring 182, the electrode pads 141, 247, 193, 24
The n-type polycrystalline Si film other than the portion that becomes 9,145 is removed by etching. Thus, as shown in FIG. 15, all the electrode pads 141, 143, 145, 24
7,249 are exposed outside.

【0066】更に,これらの電極パッド141,14
3,145,247,249の表面にメタル層を設け
る。但し,この段階では,可動部12と基板11とは未
だ分離されいない。
Further, these electrode pads 141, 14
A metal layer is provided on the surface of 3,145,247,249. However, at this stage, the movable part 12 and the substrate 11 have not been separated yet.

【0067】次に,上記針状体13,15,16及びそ
の近傍以外をレジストにより保護し,上記針状体13,
15,16となる部分を残して,エッチングにより可動
部12と基板11との間を分離させ,間隙部100を形
成する。更に,上記レジストを除去する。以上により,
図5に示すごとき,本例にかかる半導体マイクロマシン
2を得た。
Next, the portions other than the needles 13, 15, 16 and the vicinity thereof are protected by resist, and the needles 13, 15, 16 are protected.
The gap between the movable portion 12 and the substrate 11 is separated by etching while leaving portions 15 and 16 to form a gap portion 100. Further, the resist is removed. From the above,
As shown in FIG. 5, a semiconductor micromachine 2 according to this example was obtained.

【0068】本例の半導体マイクロマシン2において
は,可動部12に第一コイル18,基板11に第二コイ
ル22を設けてある。そして,上記第一コイル18及び
第二コイル22にそれぞれ通電し,両コイル18,22
にて磁界を発生させ,可動部側電極121と基板側電極
111との間に斥力を発生させる。このため,外部磁界
が不要となり,半導体マイクロマシンの小型化を図るこ
とができる。また,永久磁石で基板を構成する必要がな
いため,通常の半導体プロセスにより製造が可能とな
る。このため,製造設備に対するコストが安価となる。
その他は実施形態例1と同様の作用効果を有する。
In the semiconductor micromachine 2 of this embodiment, the first coil 18 is provided on the movable part 12 and the second coil 22 is provided on the substrate 11. Then, the first coil 18 and the second coil 22 are energized respectively, and both the coils 18 and 22 are turned on.
Generates a repulsive force between the movable part side electrode 121 and the substrate side electrode 111. Therefore, an external magnetic field is not required, and the size of the semiconductor micromachine can be reduced. Further, since there is no need to configure the substrate with permanent magnets, it is possible to manufacture by a normal semiconductor process. For this reason, the cost for the manufacturing equipment is reduced.
Others have the same operation and effects as the first embodiment.

【0069】なお,本例の半導体マイクロマシン2にお
いて,上記基板側電極111と第二コイル22の間に絶
縁層で挟まれた導電層を挿入し,該導電層を定電位に保
持することができる。これにより,上記第二コイル22
と上記基板側電極111との間の静電容量が低減でき,
信号のノイズレベルの低減を行うことができる。
In the semiconductor micromachine 2 of this embodiment, a conductive layer sandwiched by an insulating layer between the substrate-side electrode 111 and the second coil 22 can be inserted to maintain the conductive layer at a constant potential. . Thereby, the second coil 22
And the capacitance between the substrate side electrode 111 can be reduced,
The noise level of the signal can be reduced.

【0070】また,本例の半導体マイクロマシン2にお
いて,上記第一コイル18及び第二コイル22を直列ま
たは並列に接続することができる。これにより,磁界の
制御回路を一元化でき,回路の簡易化を図ることができ
る。
Further, in the semiconductor micromachine 2 of this embodiment, the first coil 18 and the second coil 22 can be connected in series or in parallel. As a result, the magnetic field control circuit can be unified, and the circuit can be simplified.

【0071】また,図17に示すごとく,本例の半導体
マイクロマシン2において,上記電極パッド141,1
43に検出回路52を接続し,上記電極パッド247,
249には電源54を接続し,上記電極パッド145に
は電源51を接続,そして,上記検出回路52と電源5
4との間に第二コイル電流制御回路55を設けるような
構成とすることもできる。
As shown in FIG. 17, in the semiconductor micromachine 2 of this embodiment, the electrode pads 141, 1
43, a detection circuit 52 is connected to the electrode pad 247,
The power supply 54 is connected to the power supply 249, the power supply 51 is connected to the electrode pad 145, and the detection circuit 52 is connected to the power supply 5.
4, a second coil current control circuit 55 may be provided.

【0072】これにより,第二コイル22に流れる電流
値を検出回路52の信号電流の大きさに応じて制御する
ことができ,サーボ機構として使用することができる。
これにより,直線性の向上,ダイナミックレンジの拡大
を図ることができる。
Thus, the value of the current flowing through the second coil 22 can be controlled according to the magnitude of the signal current of the detection circuit 52, and can be used as a servo mechanism.
Thereby, the linearity can be improved and the dynamic range can be expanded.

【0073】また,図18に示すごとく,本例の半導体
マイクロマシン2において,上記電極パッド141,1
43に検出回路52を接続し,上記電極パッド247,
249には電源54を接続し,上記電極パッド145に
は電源51を接続し,そして,上記検出回路52と電源
51との間に第一コイル電流制御回路53を,上記検出
回路52と電源54との間に第二コイル電流制御回路5
5を設けるような構成とすることもできる。
As shown in FIG. 18, in the semiconductor micromachine 2 of this embodiment, the electrode pads 141, 1
43, a detection circuit 52 is connected to the electrode pad 247,
The power supply 54 is connected to the power supply 249, the power supply 51 is connected to the electrode pad 145, the first coil current control circuit 53 is provided between the detection circuit 52 and the power supply 51, and the detection circuit 52 and the power supply 54 are connected to the power supply 51. Between the second coil current control circuit 5
5 may be provided.

【0074】この場合についても,第一コイル18,第
二コイル22に流れる電流値を検出回路52の信号電流
の大きさに応じて制御することができ,サーボ機構とし
て用いることが可能となる。また,直線性を高めること
ができ,ダイナミックレンジを拡大することができる。
Also in this case, the value of the current flowing through the first coil 18 and the second coil 22 can be controlled according to the magnitude of the signal current of the detection circuit 52, and can be used as a servo mechanism. In addition, the linearity can be improved, and the dynamic range can be expanded.

【発明の効果】本発明によれば,加速度センサ,角速度
センサ,圧力センサ等といった物理量センサとして使用
することができ,測定精度が高く,製造の歩留まり率が
高く,取扱い容易である半導体マイクロマシンを提供す
ることができる。
According to the present invention, there is provided a semiconductor micromachine which can be used as a physical quantity sensor such as an acceleration sensor, an angular velocity sensor, a pressure sensor, etc., has a high measurement accuracy, a high production yield rate, and is easy to handle. can do.

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

【図1】実施形態例1にかかる,加速度センサとして利
用する半導体マイクロマシンの平面説明図。
FIG. 1 is an explanatory plan view of a semiconductor micromachine used as an acceleration sensor according to a first embodiment;

【図2】実施形態例1にかかる,半導体マイクロマシン
のA−A矢視断面説明図。
FIG. 2 is an explanatory cross-sectional view of the semiconductor micromachine taken along the line AA according to the first embodiment;

【図3】実施形態例1にかかる,半導体マイクロマシン
のB−B矢視断面説明図。
FIG. 3 is an explanatory cross-sectional view of the semiconductor micromachine according to the first embodiment, taken along the line BB;

【図4】実施形態例1にかかる,半導体マイクロマシン
の第一コイル電流制御回路の説明図。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a first coil current control circuit of the semiconductor micromachine according to the first embodiment.

【図5】実施形態例2にかかる,第二コイルを基板に設
けた半導体マイクロマシンの平面説明図。
FIG. 5 is an explanatory plan view of a semiconductor micromachine provided with a second coil on a substrate according to a second embodiment;

【図6】実施形態例2にかかる,半導体マイクロマシン
のA−A矢視断面説明図。
FIG. 6 is an explanatory cross-sectional view of a semiconductor micromachine according to a second embodiment, taken along the line AA.

【図7】実施形態例2にかかる,半導体マイクロマシン
のB−B矢視断面説明図。
FIG. 7 is an explanatory cross-sectional view of the semiconductor micromachine according to the second embodiment, taken along the line BB.

【図8】実施形態例2にかかる,基板に配線を設けた説
明図。
FIG. 8 is an explanatory diagram according to a second embodiment, in which wiring is provided on a substrate.

【図9】実施形態例2にかかる,絶縁膜を形成した説明
図。
FIG. 9 is an explanatory diagram according to a second embodiment in which an insulating film is formed.

【図10】実施形態例2にかかる,第二コイルと配線と
を設けた説明図。
FIG. 10 is an explanatory diagram according to a second embodiment, in which a second coil and a wiring are provided.

【図11】実施形態例2にかかる,絶縁膜を形成した説
明図。
FIG. 11 is an explanatory view illustrating an insulating film according to the second embodiment.

【図12】実施形態例2にかかる,基板側電極と配線と
を設けた説明図。
FIG. 12 is an explanatory diagram according to a second embodiment, in which a substrate-side electrode and a wiring are provided.

【図13】実施形態例2にかかる,エッチング層を形成
した説明図。
FIG. 13 is an explanatory view showing an example in which an etching layer is formed according to the second embodiment.

【図14】実施形態例2にかかる,第一コイルと配線と
を設けた説明図。
FIG. 14 is an explanatory view according to the second embodiment, in which a first coil and a wiring are provided.

【図15】実施形態例2にかかる,可動部と針状体を形
成した説明図。
FIG. 15 is an explanatory view showing a movable portion and a needle-like body according to the second embodiment.

【図16】実施形態例2にかかる,半導体マイクロマシ
ンの第一コイル電流制御回路の説明図。
FIG. 16 is an explanatory diagram of a first coil current control circuit of the semiconductor micromachine according to the second embodiment.

【図17】実施形態例2にかかる,半導体マイクロマシ
ンの第二コイル電流制御回路の説明図。
FIG. 17 is an explanatory diagram of a second coil current control circuit of the semiconductor micromachine according to the second embodiment.

【図18】実施形態例2にかかる,半導体マイクロマシ
ンの第一コイル電流制御回路及び第二コイル電流制御回
路の説明図。
FIG. 18 is an explanatory diagram of a first coil current control circuit and a second coil current control circuit of the semiconductor micromachine according to the second embodiment.

【図19】従来技術にかかる,半導体マイクロマシンの
平面説明図。
FIG. 19 is an explanatory plan view of a semiconductor micromachine according to a conventional technique.

【図20】従来技術にかかる,半導体マイクロマシンの
E−E矢視断面説明図。
FIG. 20 is an explanatory cross-sectional view of a semiconductor micromachine taken along line EE according to a conventional technique.

【図21】従来技術にかかる,半導体マイクロマシンの
F−F矢視断面説明図。
FIG. 21 is an explanatory cross-sectional view of a semiconductor micromachine taken along line FF according to a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1...半導体マイクロマシン, 100...間隙部, 11...基板, 111...基板側電極, 12...可動部, 121...可動部側電極, 18...第一コイル, 13,15,16...針状体, 22...第二コイル, 52...検出回路, 53...第一コイル電流制御回路, 55...第二コイル電流制御回路, 1. . . Semiconductor micromachine, 100. . . Gap portion, 11. . . Substrate, 111. . . 11. substrate-side electrode; . . Movable part, 121. . . Movable part side electrode, 18. . . First coil, 13, 15, 16. . . Needles, 22. . . Second coil, 52. . . Detection circuit, 53. . . First coil current control circuit, 55. . . Second coil current control circuit,

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板と,該基板に間隙部を設けて対向配
置され,かつ針状体によって支持された可動部とよりな
ると共に,上記基板及び上記可動部にはそれぞれ基板側
電極及び可動部側電極が設けてなり, 更に上記基板側電極と上記可動部側電極との間の静電容
量を検出するための検出回路を有し,該検出回路の検出
値より上記基板と上記可動部との距離変位量または上記
基板に対する上記可動部の可動部変位量を検出する半導
体マイクロマシンにおいて, 上記可動部にはスパイラル状の第一コイルを設けてある
ことを特徴とする半導体マイクロマシン。
1. A substrate and a movable part which is disposed opposite to the substrate with a gap provided therebetween and supported by a needle-like body, and wherein the substrate and the movable part have a substrate-side electrode and a movable part, respectively. And a detection circuit for detecting a capacitance between the substrate-side electrode and the movable-part-side electrode. The detection circuit detects the capacitance between the substrate-side electrode and the movable-part-side electrode. A semiconductor micromachine for detecting a distance displacement amount of the movable portion of the movable portion with respect to the substrate or a movable portion provided with a spiral first coil in the movable portion.
【請求項2】 請求項1において,上記第一コイルは上
記可動部側電極に対して上記基板と反対側に設けてある
ことを特徴とする半導体マイクロマシン。
2. The semiconductor micromachine according to claim 1, wherein the first coil is provided on a side opposite to the substrate with respect to the movable portion side electrode.
【請求項3】 請求項1又は2において,上記基板は永
久磁石よりなることを特徴とする半導体マイクロマシ
ン。
3. The semiconductor micromachine according to claim 1, wherein said substrate is made of a permanent magnet.
【請求項4】 請求項3において,上記永久磁石の磁界
は上記基板に対し垂直方向に形成されていることを特徴
とする半導体マイクロマシン。
4. The semiconductor micromachine according to claim 3, wherein the magnetic field of the permanent magnet is formed in a direction perpendicular to the substrate.
【請求項5】 請求項1又は2において,上記基板には
スパイラル状の第二コイルが設けてあることを特徴とす
る半導体マイクロマシン。
5. The semiconductor micromachine according to claim 1, wherein the substrate is provided with a spiral second coil.
【請求項6】 請求項5において,上記第二コイルは上
記基板側電極に対して上記可動部と反対側に設けてある
ことを特徴とする半導体マイクロマシン。
6. The semiconductor micromachine according to claim 5, wherein the second coil is provided on a side opposite to the movable portion with respect to the substrate-side electrode.
【請求項7】 請求項5又は6において,上記第一コイ
ル及び上記第二コイルは直列接続または並列接続されて
いることを特徴とする半導体マイクロマシン。
7. The semiconductor micromachine according to claim 5, wherein the first coil and the second coil are connected in series or in parallel.
【請求項8】 請求項1〜7のいずれか一項において,
上記可動部には上記可動部側電極と共に可動部側配線が
設けてあり,上記第一コイルは上記可動部側電極及び上
記可動部側配線とは電気的に絶縁されていることを特徴
とする半導体マイクロマシン。
8. The method according to claim 1, wherein:
The movable part is provided with a movable part side wiring together with the movable part side electrode, and the first coil is electrically insulated from the movable part side electrode and the movable part side wiring. Semiconductor micromachine.
【請求項9】 請求項5〜8のいずれか一項において,
上記第二コイルと上記基板側電極とは電気的に絶縁され
ていることを特徴とする半導体マイクロマシン。
9. The method according to claim 5, wherein
A semiconductor micromachine wherein the second coil and the substrate-side electrode are electrically insulated.
【請求項10】 請求項1又は2において,上記基板に
対して垂直方向の磁界と,上記検出回路より得られる信
号値をもとに上記静電容量の変動を抑制するよう上記第
一コイルに流れる電流値を制御する第一コイル電流制御
回路とを設けてなることを特徴とする半導体マイクロマ
シン。
10. The first coil according to claim 1, wherein the first coil is configured to suppress a change in the capacitance based on a magnetic field in a direction perpendicular to the substrate and a signal value obtained from the detection circuit. A semiconductor micromachine comprising: a first coil current control circuit for controlling a flowing current value.
【請求項11】 請求項5〜8のいずれか一項におい
て,上記検出回路より得られる信号値をもとに上記静電
容量の変動を抑制するよう上記第一コイル及び上記第二
コイルに流れる電流値を制御する第一コイル電流制御回
路及び第二コイル電流制御回路とを設けてなることを特
徴とする半導体マイクロマシン。
11. The first coil and the second coil according to claim 5, wherein a change in the capacitance is suppressed based on a signal value obtained from the detection circuit. A semiconductor micromachine comprising a first coil current control circuit and a second coil current control circuit for controlling a current value.
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