JPH11183517A - Dynamical quantity sensor - Google Patents

Dynamical quantity sensor

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Publication number
JPH11183517A
JPH11183517A JP35819597A JP35819597A JPH11183517A JP H11183517 A JPH11183517 A JP H11183517A JP 35819597 A JP35819597 A JP 35819597A JP 35819597 A JP35819597 A JP 35819597A JP H11183517 A JPH11183517 A JP H11183517A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
movable electrode
electrode
quantity sensor
weight movable
detection surface
Prior art date
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Pending
Application number
JP35819597A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuhiko Kano
加納  一彦
Makiko Fujita
真紀子 藤田
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.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP35819597A priority Critical patent/JPH11183517A/en
Publication of JPH11183517A publication Critical patent/JPH11183517A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To stop the influence of the rotation of a movable part in a plane parallel to the top surface of a base substrate on sensor sensitivity. SOLUTION: A weight movable electrode 16 supported on an anchor part 13 on the base substrate through spiral beam parts 14 and 15 having parts where plane shapes overlap with each other can be displaced almost in prallel to the top surface of the base substrate and its outer peripheral surface is a detection surface 16a. A fixed electrode has a detected surface 17a in such a shape that the weight movable electrode 16 is surrounded. While acceleration exceeding a specific level is applied, the detection surface 16a and detected surface come into contact with each other as the weight movable electrode 16 is displaced and a detecting circuit detects their contact. A through hole 19 is bored in the weight movable electrode 16, the base substrate is provided with a stopper shaft 20 entering the through hole 19, and the rotation of the movable electrode 16 is restricted by the through hole 19 and stopper shaft 20.

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、加速度などの力学
量を、アンカー部に対して梁部により支持された可動部
の変位に基づいて検出するようにした力学量センサに関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dynamic quantity sensor for detecting a dynamic quantity such as acceleration based on a displacement of a movable section supported by a beam with respect to an anchor section.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば、ガス用の流量メータに内蔵さ
れ、地震などの振動を感知したときにガス配管のバルブ
を閉塞する用途、或いは燃焼ストーブに内蔵され、地震
などの振動を感知したときに炎及び燃料を断つ用途など
に使用される加速度センサにあっては、二次元平面内に
おける多方向の加速度をほぼ同一感度で検出できるよう
に構成されたものが一般的になっている。このような加
速度センサにおいては、その小形化及び低消費電力化な
どと共に信頼性や生産性の向上を実現することが要求さ
れており、このような要求を満たす素子として、従来よ
り、例えば特開平9−145740号公報に見られるよ
うに、サーフェースマイクロマシニング技術を利用して
製造される半導体加速度センサが知られている。
2. Description of the Related Art For example, it is built in a gas flow meter and is used to close a valve of a gas pipe when vibration such as an earthquake is detected, or when it is built in a combustion stove and detects vibration such as an earthquake. 2. Description of the Related Art Acceleration sensors used for cutting off flames and fuel are generally configured to detect accelerations in multiple directions in a two-dimensional plane with almost the same sensitivity. In such an acceleration sensor, it is required to realize improvement in reliability and productivity as well as downsizing and low power consumption. As disclosed in JP-A-9-145740, a semiconductor acceleration sensor manufactured using a surface micromachining technique is known.

【0003】即ち、図19及び図20には、当該公報に
記載された半導体加速度センサの横断面構造及び摸式的
な縦断面構造が示されている。これら図19及び図20
において、単結晶シリコンより成る支持基板1上には、
支持アンカー2aを介してアンカー部3が固定されてい
る。一対の梁部4及び5は、一端がアンカー部3の両側
に一体に連結されて支持基板1の表面と平行する方向へ
弾性変形可能に設けられたもので、その平面形状が互い
にオーバーラップする部分を有したスパイラル形状に形
成されている。これら梁部4及び5の自由端側には、環
状のおもり可動電極6(以下可動部ともいう)が、アン
カー部3と同心状配置となるように一体に連結される。
このおもり可動電極6は、その外周面、つまり支持基板
1に対して垂直な方向の円柱状側面が導電性を有した検
出面6aとして機能する構成となっている。
That is, FIGS. 19 and 20 show a cross-sectional structure and a schematic vertical cross-sectional structure of a semiconductor acceleration sensor described in this publication. These FIGS. 19 and 20
In the above, on the support substrate 1 made of single crystal silicon,
The anchor part 3 is fixed via the support anchor 2a. The pair of beams 4 and 5 have one ends integrally connected to both sides of the anchor portion 3 and are provided so as to be elastically deformable in a direction parallel to the surface of the support substrate 1, and their planar shapes overlap each other. It is formed in a spiral shape having a portion. An annular weight movable electrode 6 (hereinafter also referred to as a movable portion) is integrally connected to the free ends of the beams 4 and 5 so as to be concentrically arranged with the anchor 3.
The weight movable electrode 6 has a configuration in which an outer peripheral surface, that is, a cylindrical side surface in a direction perpendicular to the support substrate 1 functions as a detection surface 6a having conductivity.

【0004】支持基板1上には、固定電極7が支持アン
カー2bを介して配置される。この固定電極7は、おも
り可動電極6を包囲する形態で設けられるもので、当該
おもり可動電極6に対向する円筒形状内周面が、導電性
を有した被検出面7aとして機能する構成となってい
る。この場合、アンカー部3、梁部4及び5、おもり可
動電極6、固定電極7は、支持基板1上にシリコン酸化
膜を介して貼り合わされたシリコン単結晶基板をエッチ
ングすることにより形成される。また、上記シリコン酸
化膜は、犠牲層用薄膜として設けられたもので、前記支
持アンカー2a、2bは、このシリコン酸化膜の一部
を、フッ酸系エッチング液により選択的にエッチングす
ることにより形成されるものである。
[0004] On the support substrate 1, a fixed electrode 7 is arranged via a support anchor 2b. The fixed electrode 7 is provided so as to surround the weight movable electrode 6. The cylindrical inner peripheral surface facing the weight movable electrode 6 functions as a conductive detection surface 7 a. ing. In this case, the anchor part 3, the beam parts 4 and 5, the weight movable electrode 6, and the fixed electrode 7 are formed by etching a silicon single crystal substrate bonded on the support substrate 1 via a silicon oxide film. The silicon oxide film is provided as a thin film for a sacrificial layer, and the support anchors 2a and 2b are formed by selectively etching a part of the silicon oxide film with a hydrofluoric acid-based etchant. Is what is done.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記従来構成では、梁
部4及び5が互いにオーバーラップしたスパイラル形状
に形成されている関係上、それらの間に液体が浸入して
表面張力が作用した場合には、その表面張力が、おもり
可動電極6に対しアンカー部3を中心として回転させる
力として働く。これは、例えば犠牲層用薄膜(シリコン
酸化膜)をエッチングする際などの製造過程において生
ずることがあり、また、センサを実際に使用する場合に
おいても生ずることがある。このため、場合によって
は、図21に示すように、隣接する梁部4及び5同士が
互いに付着すると共に、その付着状態がエッチング液の
乾燥後においてもそのまま維持されることがある。この
ような状態となったときには、検出感度の大幅な低下を
招いたり、場合によっては加速度センサとしての機能が
失われる事態を招くことがある。また、付着しない場合
でも、おもり可動電極6の回転によって梁部4、5のバ
ネ定数が変わり、これが検出感度に影響を与える恐れが
ある。
In the above-mentioned conventional structure, since the beams 4 and 5 are formed in a spiral shape overlapping each other, when the liquid penetrates between them and a surface tension acts. The surface tension acts as a force for rotating the weight movable electrode 6 about the anchor portion 3. This may occur during a manufacturing process such as when etching a sacrificial layer thin film (silicon oxide film), and may also occur when the sensor is actually used. Therefore, in some cases, as shown in FIG. 21, the adjacent beam portions 4 and 5 may adhere to each other, and the attached state may be maintained as it is even after the etching solution is dried. In such a state, the detection sensitivity may be significantly reduced, or in some cases, the function as the acceleration sensor may be lost. Further, even when the weight is not attached, the rotation of the weight movable electrode 6 changes the spring constants of the beams 4 and 5, which may affect the detection sensitivity.

【0006】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、支持基板表面にほぼ平行な任意の軸方向において
変位可能な可動部を有する加速度センサにおいて、支持
基板の表面に平行な面内において可動部が回転すること
によるセンサ感度への影響を抑止することを目的とす
る。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an acceleration sensor having a movable portion that can be displaced in an arbitrary axis direction substantially parallel to the surface of a support substrate. It is an object of the present invention to suppress the influence on the sensor sensitivity due to the rotation of the movable part.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明によ
れば、支持基板上に梁部によって支えられた可動部は、
外部から力学量が作用したときに当該支持基板表面にほ
ぼ平行な任意の軸方向への変位するようになり、このよ
うな変位に基づき可動部に作用する力学量を検出でき
る。この場合、支持基板には、前記可動部の前記支持基
板表面に平行な面内における回転運動を制限する回転制
限手段が設けられているから、その製造過程や実際の使
用時などにおいて、支持基板の表面に平行な面内におい
て上記稼働部が回転する事態が回転制限手段により阻止
されるようになる。このため、力学量検出のための可動
部が回転することによるセンサ感度への影響を確実に抑
止できることになる。
According to the first aspect of the present invention, the movable portion supported on the supporting substrate by the beam portion comprises:
When a mechanical quantity acts from the outside, it is displaced in an arbitrary axis direction substantially parallel to the support substrate surface, and based on such a displacement, the mechanical quantity acting on the movable portion can be detected. In this case, the support substrate is provided with rotation limiting means for limiting the rotational movement of the movable portion in a plane parallel to the surface of the support substrate. Therefore, during the manufacturing process or during actual use, the support substrate is provided. The rotation of the operating part in a plane parallel to the surface of the first member is prevented by the rotation restricting means. For this reason, it is possible to reliably suppress the influence on the sensor sensitivity due to the rotation of the movable part for detecting the physical quantity.

【0008】請求項2記載の発明によれば、前記回転制
限手段が、前記可動部の一部を除去した部分に位置する
ように形成されているから、回転制限手段を設ける構成
でありながらセンサとしての面積効率が悪化する恐れが
なくなる。
According to the second aspect of the present invention, the rotation restricting means is formed so as to be located at a portion where the movable portion is partially removed, so that the sensor is provided while the rotation restricting means is provided. There is no danger that the area efficiency will be degraded.

【0009】請求項3記載の発明によれば、可動部を支
えるための梁部が、平面形状がオーバーラップ部分を有
したスパイラル形状に形成されて支持基板の表面と平行
する方向へ弾性変形可能に設けられているから、力学量
が作用したときに可動部が敏感に変位するようになり、
また、可動部は環状に形成されているから、その可動部
の内部を有効利用できてセンサとしての面積効率が向上
するようになる。
According to the third aspect of the present invention, the beam portion for supporting the movable portion is formed in a spiral shape having a planar shape having an overlap portion, and is elastically deformable in a direction parallel to the surface of the support substrate. The movable part comes to be sensitively displaced when a mechanical quantity acts,
Further, since the movable portion is formed in an annular shape, the inside of the movable portion can be effectively used, and the area efficiency as a sensor is improved.

【0010】請求項4記載の発明によれば、前記可動部
及び回転制限手段が同一材料により形成されているか
ら、それらの製造を容易に行うことが可能になる。
According to the fourth aspect of the present invention, since the movable portion and the rotation restricting means are formed of the same material, they can be easily manufactured.

【0011】請求項5記載の発明によれば、アンカー部
に対し梁部を介して支持されたおもり可動電極は、外部
から支持基板の表面と平行する成分を含む力学量が印加
されたときに、その支持基板の表面と平行な方向へ変位
するようになり、これに応じておもり可動電極の検出面
と固定電極の被検出面との間の距離が変化する。検出手
段は、このような検出面と被検出面との間の距離変化に
基づいて前記印加力学量を検出するようになる。この場
合、上記検出面及び被検出面は、各々ほぼ円柱状側面に
より構成されているため、外部から印加された力学量の
方向の如何に関係なく、当該力学量の作用方向に対して
ほぼ同じ量だけ検出面及び被検出面間の距離が変化する
ものであり、これによって等方的に力学量を検出できる
ことになる。
According to the fifth aspect of the present invention, the weight movable electrode supported by the anchor portion via the beam portion is provided when a dynamic quantity including a component parallel to the surface of the support substrate is applied from the outside. Then, the displacement occurs in a direction parallel to the surface of the supporting substrate, and the distance between the detection surface of the movable electrode and the detection surface of the fixed electrode changes accordingly. The detecting means detects the applied dynamic quantity based on such a change in the distance between the detection surface and the detection surface. In this case, since the detection surface and the detection surface are each formed by a substantially cylindrical side surface, regardless of the direction of the externally applied physical quantity, they are substantially the same with respect to the action direction of the physical quantity. The distance between the detection surface and the detection surface changes by the amount, and thus the mechanical amount can be detected isotropically.

【0012】また、前記梁部は、支持基板上に成膜され
た犠牲層用薄膜をエッチングすることにより形成される
ものであり、また、平面形状がオーバーラップ部分を有
したスパイラル形状をなすものであるため、犠牲層用薄
膜をエッチングする際には、(発明が解決しようとする
課題)の項で述べたように、梁部におけるオーバーラッ
プ部分間にエッチング液が浸入したときにおいて、これ
に伴う表面張力によっておもり可動電極がアンカー部を
中心に回転され、隣接する梁部同士が互いに付着する可
能性がある。しかし、請求項5記載の発明によれば、お
もり可動電極が支持基板に対して垂直な軸心回りに回転
できる範囲を制限する回転範囲制限手段が設けられてい
るから、おもり可動電極の回転によって隣接する梁部同
士が互いに付着する恐れがなくなる。この結果、おもり
可動電極を支持するためのスパイラル形状の梁部を犠牲
層用薄膜のエッチングにより形成する構成のものであり
ながら、梁部同士の付着現象を未然に防止できるもので
あり、以てセンサ製造時の歩留まりの向上を実現できる
ようになる。
The beam portion is formed by etching a thin film for a sacrificial layer formed on a supporting substrate, and the beam portion has a spiral shape having a planar shape having an overlapping portion. Therefore, when etching the sacrificial layer thin film, as described in the section (Problems to be Solved by the Invention), when the etchant enters between the overlapping portions in the beam, Due to the accompanying surface tension, the weight movable electrode is rotated around the anchor portion, and there is a possibility that adjacent beam portions adhere to each other. However, according to the fifth aspect of the present invention, since the rotation range limiting means for limiting the range in which the weight movable electrode can rotate around the axis perpendicular to the support substrate is provided, the rotation of the weight movable electrode is performed. There is no danger that adjacent beam portions will adhere to each other. As a result, while the spiral beam for supporting the weight movable electrode is formed by etching the thin film for the sacrificial layer, an adhesion phenomenon between the beams can be prevented beforehand. It is possible to improve the yield at the time of manufacturing the sensor.

【0013】請求項6記載の発明によれば、おもり可動
電極が環状に形成されているから、その内側及び外側領
域を有効に使用することができ、全体の面積を減少させ
ることができる。
According to the sixth aspect of the present invention, since the weight movable electrode is formed in a ring shape, the inner and outer regions thereof can be effectively used, and the entire area can be reduced.

【0014】請求項7記載の発明によれば、アンカー部
が環状のおもり可動電極の内側に配置される構成である
から、そのアンカー部の配置のために別途に特別な領域
を用意する必要がなくなり、全体の面積を減少させるこ
とができる。請求項8記載の発明によれば、固定電極が
環状のおもり可動電極の内側に配置される構成であるか
ら、その固定電極の配置のために別途に特別な領域を用
意する必要がなくなり、全体の面積を減少させることが
できる。
According to the seventh aspect of the present invention, since the anchor portion is arranged inside the annular movable movable electrode, it is necessary to prepare a special area separately for disposing the anchor portion. And the overall area can be reduced. According to the eighth aspect of the present invention, since the fixed electrode is arranged inside the annular movable weight electrode, it is not necessary to prepare a special area separately for the arrangement of the fixed electrode, and the entire structure is eliminated. Can be reduced.

【0015】請求項9記載の発明によれば、おもり可動
電極に力学量が印加されていない状態では、検出面と被
検出面との間の距離がほぼ均一に保たれるから、力学量
が支持基板の表面とほぼ平行な方向のいずれから印加さ
れた場合でも、検出面と被検出面との間の距離変化量が
印加力学量の大きさに対してほぼ同じレベルとなるもの
であり、結果的に、等方的な力学量検出を確実に且つほ
ぼ同一感度で行い得るようになる。
According to the ninth aspect of the present invention, when the physical quantity is not applied to the weight movable electrode, the distance between the detection surface and the detection surface is kept substantially uniform. Even when the voltage is applied from any direction substantially parallel to the surface of the support substrate, the amount of change in the distance between the detection surface and the surface to be detected is at substantially the same level as the magnitude of the applied mechanical quantity, As a result, isotropic mechanical quantity detection can be performed reliably and with substantially the same sensitivity.

【0016】請求項10記載の発明によれば、検出手段
は、おもり可動電極の検出面と固定電極の被検出面との
接触を検出する構成となっているから、所定レベル以上
の力学量が印加された状態を確実に検出できるようにな
る。
According to the tenth aspect of the present invention, the detecting means is configured to detect contact between the detection surface of the weight movable electrode and the detection surface of the fixed electrode, so that a physical quantity of a predetermined level or more is obtained. The applied state can be reliably detected.

【0017】請求項12記載の発明によれば、複数に分
散配置された固定電極間の各位置に、前記おもり可動電
極の検出面と所定間隔を存して対向する電極面を備えた
複数の感度調整用固定電極が設けられているから、おも
り可動電極の検出面と感度調整用固定電極の電極面との
間に印加する電位差を変化させることによって、それら
検出面及び電極面間に作用する静電気力の大きさを調整
できるものであり、これに基づいてセンサ感度の調整を
高い精度で行い得るようになる。
According to the twelfth aspect of the present invention, a plurality of electrode surfaces each having a predetermined distance from the detection surface of the weight movable electrode are provided at each position between the plurality of fixed electrodes. Since the sensitivity adjustment fixed electrode is provided, by changing the potential difference applied between the detection surface of the weight movable electrode and the electrode surface of the sensitivity adjustment fixed electrode, it acts between the detection surface and the electrode surface. The magnitude of the electrostatic force can be adjusted, and based on this, the sensor sensitivity can be adjusted with high accuracy.

【0018】請求項13記載の発明によれば、上記のよ
うな感度調整用固定電極を設ける場合において、前記複
数に分散配置された固定電極には、前記おもり可動電極
の検出面との対向部分に当該検出面方向へ突出した複数
の接点用突起が設けられているから、所定レベル以上の
力学量が印加された状態を、それらおもり可動電極の検
出面と接点用突起との接触に応じて確実に検出できるよ
うになる。しかも、この構成によれば、おもり可動電極
が変位したときに、その検出面が固定電極以外の部分に
接触する恐れがなくなり、結果的に検出精度の低下を未
然に防止できることになる。
According to the thirteenth aspect of the present invention, in the case where the fixed electrode for sensitivity adjustment is provided as described above, the plurality of fixed electrodes dispersedly arranged are opposed to the detection surface of the weight movable electrode. Is provided with a plurality of contact protrusions protruding in the direction of the detection surface, so that a state in which a mechanical amount of a predetermined level or more is applied is changed according to the contact between the detection surface of the weight movable electrode and the contact protrusion. It becomes possible to reliably detect. In addition, according to this configuration, when the weight movable electrode is displaced, there is no possibility that the detection surface comes into contact with a portion other than the fixed electrode, and as a result, a decrease in detection accuracy can be prevented.

【0019】請求項14記載の発明によれば、回転範囲
制限手段が、前記接点用突起と、前記おもり可動電極側
に当該接点用突起が入り込むように形成された凹部とに
よって構成されているから、その回転範囲制限手段の形
状を簡単化できて製造性が向上するようになる。
According to the fourteenth aspect of the present invention, the rotation range restricting means is constituted by the contact projection and the concave portion formed so that the contact projection enters the weight movable electrode side. Thus, the shape of the rotation range limiting means can be simplified, and the manufacturability is improved.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】(第1の実施の形態)以下、本発
明を半導体加速度センサに適用した第1の実施例につい
て図1ないし図11を参照しながら説明する。図1は半
導体加速度センサの横断面図、図2は図1中のA−A線
での摸式的断面図である。図1及び図2において、力学
量センサとしての半導体加速度センサ(以下、単に加速
度センサと呼ぶ)11は、基本的には、それぞれ単結晶
シリコンより成る支持基板12、アンカー部13、同一
形状に形成された例えば2本の梁部14及び15、おも
り可動電極16(可動部)、固定電極17を備えたスイ
ッチ形式のセンサとして構成されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) A first embodiment in which the present invention is applied to a semiconductor acceleration sensor will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view of the semiconductor acceleration sensor, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1 and 2, a semiconductor acceleration sensor (hereinafter simply referred to as an acceleration sensor) 11 as a physical quantity sensor is basically formed in the same shape as a support substrate 12 and an anchor portion 13 each made of single crystal silicon. For example, it is configured as a switch-type sensor having two beam portions 14 and 15, a weight movable electrode 16 (movable portion), and a fixed electrode 17.

【0021】アンカー部13は、円柱形状に形成された
もので、支持基板12上の中央部に、後述する支持アン
カー18aなどを介して固定されている。梁部14及び
15は、その平面形状が互いにオーバーラップする部分
を有したスパイラル形状に形成されたもので、各一端
が、アンカー部13の周壁における点対称位置に一体に
連結され、以て支持基板12の表面とほぼ平行する方向
へ延出した形態に支持されている。この場合、梁部14
及び15は、その縦断面形状の横方向寸法に対する縦方
向寸法の比が十分に大きく設定されており、以て支持基
板12の表面とほぼ平行する方向へ弾性変形可能に構成
されている。
The anchor portion 13 is formed in a cylindrical shape, and is fixed to a central portion on the support substrate 12 via a support anchor 18a to be described later. The beam portions 14 and 15 are formed in a spiral shape having portions where their planar shapes overlap with each other. One end of each of the beam portions 14 and 15 is integrally connected to a point symmetrical position on the peripheral wall of the anchor portion 13, thereby supporting the beams. It is supported in a form extending in a direction substantially parallel to the surface of the substrate 12. In this case, the beam 14
And 15, the ratio of the vertical dimension to the horizontal dimension of the vertical cross-sectional shape is set to be sufficiently large, and is configured to be elastically deformable in a direction substantially parallel to the surface of the support substrate 12.

【0022】おもり可動電極16は、環状(短円筒形
状)に形成されたもので、その内周面が前記梁部14及
び15の自由端側に一体に連結されることによって、支
持基板12上に当該支持基板12の表面と所定間隔を存
して平行し、且つ力学量である加速度の印加に応じて支
持基板12と平行な二次元平面方向へ自由に変位するよ
うに保持されている。この場合、おもり可動電極16
は、その円筒状外周面、つまり支持基板12に対して垂
直な方向のほぼ円柱状側面を検出面16aとしている。
The weight movable electrode 16 is formed in a ring shape (short cylindrical shape), and its inner peripheral surface is integrally connected to the free ends of the beams 14 and 15 so that the weight movable electrode 16 is formed on the support substrate 12. Are held parallel to the surface of the supporting substrate 12 at a predetermined interval, and freely displaced in a two-dimensional plane direction parallel to the supporting substrate 12 in response to application of an acceleration which is a mechanical quantity. In this case, the weight movable electrode 16
The detection surface 16a has a cylindrical outer peripheral surface, that is, a substantially cylindrical side surface in a direction perpendicular to the support substrate 12.

【0023】固定電極17は、おもり可動電極16に対
応した領域を円柱形状にくりぬいた形状のもので、支持
基板12上の周辺部に、後述する支持アンカー18bな
どを介して固定されている。また、固定電極17は、そ
の円筒状内周面、つまり前記おもり可動電極16の検出
面16aと所定ギャップを存して対向したほぼ円柱状側
面を被検出面17aとしている。この場合、上記検出面
16aと被検出面17aとの間の距離は、おもり可動電
極16に加速度が印加されていない状態でほぼ均一な状
態となるように保たれており、これにより上記検出面1
6a及び被検出面17a間のギャップは等幅の円環状を
呈するようになっている。
The fixed electrode 17 has an area corresponding to the weight movable electrode 16 and has a hollow cylindrical shape, and is fixed to a peripheral portion of the support substrate 12 via a support anchor 18b to be described later. In addition, the fixed electrode 17 has a cylindrical inner peripheral surface, that is, a substantially cylindrical side surface facing the detection surface 16a of the weight movable electrode 16 with a predetermined gap as a detection surface 17a. In this case, the distance between the detection surface 16a and the surface to be detected 17a is maintained to be substantially uniform when no acceleration is applied to the weight movable electrode 16, whereby the detection surface 1
The gap between 6a and the surface to be detected 17a has an annular shape with the same width.

【0024】尚、上記アンカー部13、梁部14及び1
5、おもり可動電極16、固定電極17には、少なくと
もその表面にリンなどの不純物を導入したり、或いは表
面に導電性の材料を蒸着やメッキなどの手段により成膜
することによって、それらの抵抗率を引き下げるように
している。
The anchor 13, the beams 14 and 1
5. The weight movable electrode 16 and fixed electrode 17 have their resistances introduced by introducing impurities such as phosphorus into at least their surfaces or by depositing a conductive material on their surfaces by means of vapor deposition or plating. We try to reduce the rate.

【0025】さて、上記加速度センサ11には、おもり
可動電極16が支持基板12に対して垂直な軸心(アン
カー部13の中心軸)回りに回転できる範囲を制限する
ための回転範囲制限手段(回転制限手段)として、おも
り可動電極16に形成された例えば4個の透孔19並び
に支持基板12に突出形成され、以て上記各透孔19内
にそれぞれ入り込むように位置された合計4本のストッ
パ軸20が設けられている。
The acceleration sensor 11 has a rotation range limiting means (for limiting the range in which the weight movable electrode 16 can rotate around an axis perpendicular to the support substrate 12 (the center axis of the anchor 13). As a rotation restricting means), for example, four through holes 19 formed in the weight movable electrode 16 and projectingly formed in the support substrate 12, so that a total of four through holes 19 are positioned so as to enter the respective through holes 19. A stopper shaft 20 is provided.

【0026】4個の透孔19は、おもり可動電極16に
おける点対称位置(おもり可動電極16の中心に対して
互いに90°の開き角を存した各位置)を、支持基板1
2に対し垂直な方向へ円柱状にくりぬいた形状のもので
ある。また、4本のストッパ軸20は、円柱形状に形成
されたもので、支持基板12上に後述する支持アンカー
部18cなどを介して固定されている。
The four through holes 19 correspond to point symmetric positions on the weight movable electrode 16 (positions each having an opening angle of 90 ° with respect to the center of the weight movable electrode 16).
It has a hollow cylindrical shape in a direction perpendicular to 2. The four stopper shafts 20 are formed in a columnar shape, and are fixed on the support substrate 12 via a support anchor portion 18c described later.

【0027】この場合、図3に拡大して示すように、横
断面形状がそれぞれ円形となる透孔19及びストッパ軸
20は、同心状配置となるように設けられており、互い
の間の寸法d2は、おもり可動電極16の検出面16a
と固定電極17の被検出面17aとの間のギャップ寸法
d1より大きく(d2>d1)、且つおもり可動電極1
6が支持基板12に対して垂直な軸心(アンカー部13
の中心軸)回りに回転した場合において梁部14及び1
5が隣接部位同士で互いに接触しない値に設定される。
このような寸法設定の結果、おもり可動電極16が支持
基板12に対して垂直な軸心回りに回転された場合に、
透孔19の内周面に対しストッパ軸20が当接すること
に応じて、そのおもり可動電極16の回転が制限される
と共に、斯様な透孔19及びストッパ軸20の存在に起
因して検出面16aと被検出面17aとの接触が阻害さ
れる事態を招くことがなくなる。
In this case, as shown in an enlarged manner in FIG. 3, the through holes 19 and the stopper shafts 20 each having a circular cross-sectional shape are provided so as to be concentrically arranged. d2 is the detection surface 16a of the weight movable electrode 16.
The gap movable electrode 1 is larger than the gap dimension d1 between the fixed electrode 17 and the detection surface 17a (d2> d1).
6 is an axis perpendicular to the support substrate 12 (anchor 13
Of the beams 14 and 1
5 is set to a value such that adjacent portions do not contact each other.
As a result of such dimension setting, when the weight movable electrode 16 is rotated around an axis perpendicular to the support substrate 12,
As the stopper shaft 20 comes into contact with the inner peripheral surface of the through hole 19, the rotation of the weight movable electrode 16 is restricted, and the detection is performed due to the presence of the through hole 19 and the stopper shaft 20. The situation in which the contact between the surface 16a and the detected surface 17a is hindered does not occur.

【0028】尚、本実施例では、透孔19及びストッパ
軸20の横断面形状が双方とも円形となるように構成し
たが、上述したようなおもり可動電極16の回転範囲制
限機能を満足するのであれば、これに限られるものでは
ない。例えば、透孔19の横断面形状を楕円形或いは矩
形などとしても良く、また、ストッパ軸20の横断面形
状も自由に変更できる。さらに、透孔19及びストッパ
軸20は少なくとも1対設ければ良いものである。
In this embodiment, the cross-sectional shapes of the through hole 19 and the stopper shaft 20 are both circular. However, the function of limiting the rotation range of the weight movable electrode 16 as described above is satisfied. If there is, it is not limited to this. For example, the cross-sectional shape of the through hole 19 may be elliptical or rectangular, and the cross-sectional shape of the stopper shaft 20 can be freely changed. Further, at least one pair of the through hole 19 and the stopper shaft 20 may be provided.

【0029】さて、図4ないし図10には加速度センサ
11の製造工程が摸式的に示されており、以下これにつ
いて図2も参照しながら説明する。まず、図4に示すよ
うに、単結晶シリコン基板21を用意し、この単結晶シ
リコン基板21に対しトレンチエッチングによりアライ
メント用の溝21aを形成する。その後、溝21aを含
む単結晶シリコン基板21上の全域に犠牲層用薄膜とし
てのシリコン酸化膜22をCVD法などにより成膜す
る。
FIGS. 4 to 10 schematically show the manufacturing process of the acceleration sensor 11, which will be described below with reference to FIG. First, as shown in FIG. 4, a single crystal silicon substrate 21 is prepared, and an alignment groove 21a is formed in the single crystal silicon substrate 21 by trench etching. Thereafter, a silicon oxide film 22 as a thin film for a sacrificial layer is formed on the entire region of the single crystal silicon substrate 21 including the groove 21a by a CVD method or the like.

【0030】次に、図5に示すような状態まで加工す
る。具体的には、まず、シリコン酸化膜22上に、犠牲
層エッチングの際にエッチングストッパとなるシリコン
窒化膜23を成膜する。そして、このシリコン窒化膜2
3とシリコン酸化膜22との積層体に対し、フォトリソ
グラフィを経てドライエッチングなどを施すことによ
り、前記支持アンカー18a〜18cの形成領域に対応
した形状の開口部を形成する。この後、シリコン窒化膜
23上に上記開口部を埋めるようにしてポリシリコン薄
膜24を成膜すると共に、その成膜中または成膜後に当
該ポリシリコン薄膜24に対しリン拡散などにより不純
物を導入することにより導電性を持たせる。さらに、ポ
リシリコン薄膜24をフォトリソグラフィ技術を用いて
パターニングすることによって、支持アンカー18a及
び18bの基部パターン、最終的におもり可動電極16
に下方から対向された形態となる環状の下部電極25
(支持アンカー18cの基部を含む形態となる)、並び
にその下部電極25と支持アンカー18aの基部パター
ンとの間を繋ぐための図示しない配線パターンを形成す
る。これにより、後述のように、おもり可動電極16と
下部電極25とは互いに電気的に接続された状態(つま
り等電位状態)となる。
Next, processing is performed to a state as shown in FIG. Specifically, first, a silicon nitride film 23 serving as an etching stopper at the time of etching the sacrificial layer is formed on the silicon oxide film 22. Then, the silicon nitride film 2
An opening having a shape corresponding to the region where the support anchors 18a to 18c are formed is formed by subjecting the stacked body of the silicon oxide film 3 and the silicon oxide film 22 to dry etching or the like via photolithography. Thereafter, a polysilicon thin film 24 is formed on the silicon nitride film 23 so as to fill the opening, and impurities are introduced into the polysilicon thin film 24 during or after the film formation by phosphorus diffusion or the like. This imparts conductivity. Further, by patterning the polysilicon thin film 24 using a photolithography technique, the base pattern of the support anchors 18a and 18b, and finally the weight movable electrode 16
Lower electrode 25 which is configured to face from below
(Including the base of the support anchor 18c), and a wiring pattern (not shown) for connecting the lower electrode 25 and the base pattern of the support anchor 18a. Thereby, as described later, the weight movable electrode 16 and the lower electrode 25 are in a state of being electrically connected to each other (that is, in an equipotential state).

【0031】この後には、図6に示すように、シリコン
窒化膜23及びポリシリコン薄膜24を覆うようにして
シリコン窒化膜26を成膜する。さらに、図7に示すよ
うに、シリコン窒化膜26上に絶縁分離膜として機能す
るシリコン酸化膜27を成膜すると共に、そのシリコン
酸化膜27上に貼り合わせ用薄膜としてのポリシリコン
薄膜28を成膜し、このポリシリコン薄膜28の表面を
化学的機械研磨などにより平坦化する。
Thereafter, as shown in FIG. 6, a silicon nitride film 26 is formed so as to cover the silicon nitride film 23 and the polysilicon thin film 24. Further, as shown in FIG. 7, a silicon oxide film 27 functioning as an insulating separation film is formed on the silicon nitride film 26, and a polysilicon thin film 28 as a bonding thin film is formed on the silicon oxide film 27. The surface of the polysilicon thin film 28 is planarized by chemical mechanical polishing or the like.

【0032】次に、図8に示すような状態まで加工す
る。具体的には、まず、単結晶シリコンより成る支持基
板12を用意して、この支持基板12の表面並びに単結
晶シリコン基板21側のポリシリコン薄膜28の表面に
親水化処理を施し、両者を親水化処理面で貼り合わせ
る。次いで、それら単結晶シリコン基板21及び支持基
板12の一体物を表裏逆にして、単結晶シリコン基板2
1側に化学的機械研磨などを施すことにより当該単結晶
シリコン基板21を薄膜化する。この際、単結晶シリコ
ン基板21に予めトレンチエッチングしておいた溝21
a内のシリコン酸化膜22を研磨の終了検知のための研
磨ストッパとして機能させることができる。尚、上記支
持基板12の材料には高品位の単結晶シリコン基板を用
いる必要がないものである。
Next, processing is performed to a state as shown in FIG. Specifically, first, a support substrate 12 made of single crystal silicon is prepared, and the surface of the support substrate 12 and the surface of the polysilicon thin film 28 on the side of the single crystal silicon substrate 21 are subjected to hydrophilization treatment. Paste on the surface of chemical treatment. Then, the single-crystal silicon substrate 21 and the support substrate 12 are turned over and the single-crystal silicon substrate 2
The single crystal silicon substrate 21 is thinned by performing chemical mechanical polishing or the like on one side. At this time, the trench 21 previously trench-etched in the single crystal silicon substrate 21 is formed.
The silicon oxide film 22 in a can function as a polishing stopper for detecting completion of polishing. It is not necessary to use a high-quality single-crystal silicon substrate as the material of the support substrate 12.

【0033】この後には、図9に示すように、単結晶シ
リコン基板21上にアルミ薄膜を成膜した後にパターニ
ングすることによって、ワイヤボンディング用のアルミ
電極29a、29bを形成する。この場合、アルミ電極
29aは最終的にアンカー部13上に位置するように形
成され、また、アルミ電極29bは最終的に固定電極1
7上に位置するように形成されるものである。尚、アル
ミ電極29bは、固定電極17上において均一に分布し
た配置状態となるように、例えば環状に形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 9, by forming an aluminum thin film on the single crystal silicon substrate 21 and then patterning, aluminum electrodes 29a and 29b for wire bonding are formed. In this case, the aluminum electrode 29a is formed so as to be finally located on the anchor portion 13, and the aluminum electrode 29b is finally formed on the fixed electrode 1
7 is formed. The aluminum electrode 29b is formed, for example, in an annular shape so as to be arranged in a uniformly distributed manner on the fixed electrode 17.

【0034】そして、図10に示すように、単結晶シリ
コン基板21に対しフォトリソグラフィを経てトレンチ
エッチングを施すことにより、アンカー部13、梁部1
4及び15、おもり可動電極16、固定電極17のため
の構造体並びに透孔19、ストッパ軸20を形成する。
Then, as shown in FIG. 10, the single crystal silicon substrate 21 is subjected to trench etching through photolithography, so that the anchor portion 13 and the beam portion 1 are formed.
4 and 15, the structure for the weight movable electrode 16 and the fixed electrode 17, the through hole 19, and the stopper shaft 20 are formed.

【0035】この後には、シリコン酸化膜22を、フッ
酸系のエッチング液により除去するすることにより、梁
部14、15及びおもり可動電極16をリリースして可
動構造とし、以て図2のような断面形状を有した加速度
センサ11の基本構造を完成させる。つまり、犠牲層用
薄膜となるシリコン酸化膜22をウエットエッチングす
ることによって、アンカー部13に対し梁部14及び1
5を介して支持された形態のおもり可動電極16を形成
する。この際、犠牲層エッチング後の乾燥の過程でおも
り可動電極16や梁部14及び15などが支持基板12
側に固着状態となる事態を防止するために、パラジクロ
ルベンゼンなどの昇華剤を用いるようにする。
Thereafter, the silicon oxide film 22 is removed with a hydrofluoric acid-based etchant to release the beams 14, 15 and the weight movable electrode 16 to form a movable structure, as shown in FIG. The basic structure of the acceleration sensor 11 having a complicated sectional shape is completed. That is, the silicon oxide film 22 serving as the sacrificial layer thin film is wet-etched, so that the beam portions 14 and 1
The weight movable electrode 16 in a form supported by the support 5 is formed. At this time, during the drying process after the sacrifice layer etching, the weight movable electrode 16 and the beam portions 14 and 15 become the supporting substrate 12
In order to prevent the situation of sticking to the side, a sublimant such as paradichlorobenzene is used.

【0036】尚、支持アンカー18a〜18cは、フッ
酸系エッチング液に対し耐性があるポリシリコン薄膜2
4により形成されているから、上記のような犠牲層エッ
チング時には支持アンカー18a〜18cにおいてエッ
チングが停止するようになり、エッチング状態のばらつ
きがなくなる。このため、犠牲層エッチングに当たって
は、フッ酸系エッチング液の濃度や温度を正確に管理し
たり、エッチングの終了時期の制御のために厳密な時間
管理を行うなどの必要がなくなり、製造が容易になる。
The supporting anchors 18a to 18c are made of a polysilicon thin film 2 resistant to a hydrofluoric acid-based etching solution.
4, the etching is stopped at the support anchors 18a to 18c at the time of etching the sacrificial layer as described above, so that there is no variation in the etching state. Therefore, when etching the sacrificial layer, there is no need to precisely control the concentration and temperature of the hydrofluoric acid-based etchant or to perform strict time control for controlling the end time of the etching. Become.

【0037】このように加速度センサ11の基本構造を
完成させた後には、具体的には図示しないが、アルミ電
極29a及び29bと外部接続用端子との間をワイヤボ
ンディングすることにより、おもり可動電極16及び固
定電極17間に電位差を付与できるように構成すると共
に、パッケージングなどの後加工を行って最終的に加速
度センサ11を完成させる。
After the basic structure of the acceleration sensor 11 is completed in this way, although not specifically shown, the weight movable electrode is formed by wire bonding between the aluminum electrodes 29a and 29b and the external connection terminals. The acceleration sensor 11 is finally completed by applying a potential difference between the fixed electrode 16 and the fixed electrode 17 and performing post-processing such as packaging.

【0038】上記のように構成された加速度センサ11
にあっては、図11に示すように結線されるものであ
る。即ち、図11において、アンカー部13にはグラン
ドレベルの電位が印加されるように接続され、固定電極
17には電圧源Eの出力電圧V0 が検出回路30(本発
明でいう検出手段に相当)を通じて印加されるように接
続される。これにより、定常状態においては、おもり可
動電極16及び固定電極17間に電圧V0 に対応した電
位差がアンカー部13及び梁部14、15を介して付与
されることになる。
The acceleration sensor 11 configured as described above
Are connected as shown in FIG. That is, in FIG. 11, the ground potential is applied to the anchor portion 13 and the output voltage V0 of the voltage source E is applied to the fixed electrode 17 in the detection circuit 30 (corresponding to the detection means in the present invention). Connected to be applied through As a result, in the steady state, a potential difference corresponding to the voltage V0 is applied between the weight movable electrode 16 and the fixed electrode 17 via the anchor portion 13 and the beam portions 14 and 15.

【0039】このような定常状態から、加速度センサ1
1に対し支持基板12の表面と平行する成分を含む加速
度が印加されたときには、おもり可動電極16が支持基
板12と平行な二次元平面方向へ変位して、おもり可動
電極16の検出面16と固定電極17の被検出面17a
との間の距離が変化するようになる。印加加速度が梁部
14、15及びおもり電極16の物理的定数により決ま
る一定レベルを越えたときには、検出面16aと被検出
面17aとが接触して電流が流れるようになり、この電
流を検出回路30が検出することによって、一定レベル
を越えた加速度を検出できるようになる。このように、
検出回路30は、検出面16aと被検出面17aとの接
触を検出する構成となっているから、一定レベル以上の
加速度が印加された状態を確実に検出できるようにな
る。
From such a steady state, the acceleration sensor 1
When an acceleration including a component parallel to the surface of the support substrate 12 is applied to the weight 1, the weight movable electrode 16 is displaced in a two-dimensional plane direction parallel to the support substrate 12, and the detection surface 16 of the weight movable electrode 16 Detected surface 17a of fixed electrode 17
And the distance between them will change. When the applied acceleration exceeds a certain level determined by the physical constants of the beams 14, 15 and the weight electrode 16, the detection surface 16a and the detection surface 17a come into contact with each other and a current flows. The detection by 30 makes it possible to detect an acceleration exceeding a certain level. in this way,
Since the detection circuit 30 is configured to detect the contact between the detection surface 16a and the detection surface 17a, it is possible to reliably detect a state where an acceleration of a certain level or more is applied.

【0040】この場合、上記検出面16a及び被検出面
17aは、各々ほぼ円柱状側面により構成されているた
め、外部から印加された加速度の方向の如何に関係な
く、当該加速度の作用方向に対してほぼ同じ量だけ検出
面16a及び被検出面17a間の距離が変化することに
なるものであり、これにより等方的に加速度を検出でき
ることになる。特に、本実施例では、おもり可動電極1
6に加速度が印加されていない定常状態では、検出面1
6aと被検出面17aとの間の距離がほぼ均一に保たれ
る構成となっているから、加速度が支持基板12の表面
とほぼ平行な方向のいずれから印加された場合でも、検
出面16aと被検出面17aとの間の距離変化量が印加
加速度の大きさに対してほぼ同じレベルとなるものであ
り、結果的に、等方的な加速度検出を確実に且つほぼ同
一感度で行い得るようになる。しかも、梁部14、15
は、平面形状がオーバーラップ部分を有したスパイラル
形状に形成されて支持基板12の表面と平行する方向へ
弾性変形可能に設けられているから、加速度が作用した
ときに可動電極16が敏感に変位するようになり、感度
の向上を実現できる。
In this case, since the detection surface 16a and the detection surface 17a are each formed by substantially cylindrical side surfaces, regardless of the direction of externally applied acceleration, the detection surface 16a and the detection surface 17a have a Thus, the distance between the detection surface 16a and the detection surface 17a changes by almost the same amount, and thus the acceleration can be detected isotropically. In particular, in this embodiment, the weight movable electrode 1
In a steady state where no acceleration is applied to the detection surface 6,
Since the distance between the detection surface 16a and the surface to be detected 17a is kept substantially uniform, even if acceleration is applied from any direction substantially parallel to the surface of the support substrate 12, the detection surface 16a The amount of change in the distance to the detection surface 17a is substantially the same level as the magnitude of the applied acceleration, and as a result, isotropic acceleration detection can be performed reliably and with substantially the same sensitivity. become. Moreover, the beams 14, 15
Since the planar electrode is formed in a spiral shape having an overlapping portion and is provided so as to be elastically deformable in a direction parallel to the surface of the support substrate 12, the movable electrode 16 is sensitively displaced when an acceleration is applied. And the sensitivity can be improved.

【0041】ところで、上記梁部14及び15は、支持
基板12上に成膜されたシリコン酸化膜22(犠牲層用
薄膜)をウエットエッチングすることにより形成される
ものであり、また、その平面形状がオーバーラップ部分
を有したスパイラル形状をなすものであるため、シリコ
ン酸化膜22をウエットエッチングする際には、(発明
が解決しようとする課題)の項で述べたように、梁部1
4及び15におけるオーバーラップ部分間にエッチング
液が浸入したときにおいて、これに伴う表面張力によっ
ておもり可動電極16がアンカー部13を中心に回転さ
れ、隣接する梁部14及び15同士が互いに付着する可
能性がある。本実施例では、このような事態の発生を極
力防止するために、犠牲層エッチング時においてパラジ
クロルベンゼンなどのような昇華剤を使用するようにし
ている。しかし、実際には、このような昇華剤の使用で
も不十分であり、また、度重なる液交換に伴う水流や水
圧などによって梁部14及び15同士が互いに付着する
事態が発生することが多々ある。
The beams 14 and 15 are formed by wet-etching a silicon oxide film 22 (a thin film for a sacrificial layer) formed on the supporting substrate 12 and have a planar shape. Are formed in a spiral shape having an overlapped portion. Therefore, when the silicon oxide film 22 is wet-etched, as described in the section of (Problems to be Solved by the Invention),
When the etchant intrudes between the overlapping portions 4 and 15, the weight movable electrode 16 is rotated around the anchor portion 13 by the surface tension accompanying the etching solution, and the adjacent beam portions 14 and 15 can adhere to each other. There is. In this embodiment, in order to prevent such a situation from occurring as much as possible, a sublimant such as paradichlorobenzene is used at the time of etching the sacrificial layer. However, in practice, the use of such a sublimation agent is not sufficient, and a situation in which the beam portions 14 and 15 adhere to each other due to water flow, water pressure, and the like accompanying repeated liquid exchange often occurs. .

【0042】このような事態に対処するために、本実施
例では、おもり可動電極16が支持基板12に対して垂
直な軸心回りに回転できる範囲を、梁部14及び15が
隣接部位同士で互いに接触しない状態に制限するための
透孔19及びストッパ軸20を設ける構成としている。
この構成の結果、犠牲層エッチング時などにおいて、お
もり可動電極16の回転によって隣接する梁部14及び
15同士が互いに付着する恐れがなくなる。つまり、お
もり可動電極16を支持するためのスパイラル形状の梁
部14及び15を犠牲層用薄膜であるシリコン酸化膜2
2のウエットエッチングにより形成する構成のものであ
りながら、梁部14及び15同士の付着現象を未然に防
止できるものであり、以て加速度センサ11を製造する
際の歩留まりの向上を実現できるようになる。
In order to cope with such a situation, in this embodiment, the range in which the weight movable electrode 16 can rotate around the axis perpendicular to the support substrate 12 is determined by setting the beam portions 14 and 15 between adjacent portions. A through hole 19 and a stopper shaft 20 are provided to limit contact with each other.
As a result of this configuration, there is no possibility that the adjacent beam portions 14 and 15 adhere to each other due to the rotation of the weight movable electrode 16 at the time of etching the sacrificial layer or the like. That is, the spiral beam portions 14 and 15 for supporting the weight movable electrode 16 are replaced with the silicon oxide film 2 which is a thin film for a sacrificial layer.
Although the structure is formed by wet etching of No. 2, it is possible to prevent the adhesion phenomenon between the beam portions 14 and 15 beforehand, so that the yield in manufacturing the acceleration sensor 11 can be improved. Become.

【0043】また、上記のように梁部14及び15同士
が付着しない場合であっても、表面張力の作用に伴うお
もり可動電極16の回転によって当該梁部14及び15
のバネ定数が変わって検出感度に影響を与える恐れがあ
るが、本実施例によれば、このように検出感度に影響が
出ることを確実に抑止できることになる。
Even when the beams 14 and 15 do not adhere to each other as described above, the beams 14 and 15 are rotated by the rotation of the weight movable electrode 16 due to the action of surface tension.
However, according to the present embodiment, it is possible to surely prevent the detection sensitivity from being affected as described above.

【0044】勿論、上記のように表面張力の作用によっ
ておもり可動電極16に回転力が作用するような状況
は、加速度センサ11を実際に使用する場合においても
生ずることがあるが、このような場合となったときに
も、隣接する梁部14及び15同士が互いに付着した
り、おもり可動電極6の回転によって梁部14及び15
のバネ定数が変わったりすることがなくなるから、セン
サ感度への影響を抑止できるようになる。
Of course, a situation in which a rotational force acts on the weight movable electrode 16 by the action of the surface tension as described above may occur even when the acceleration sensor 11 is actually used. Also, the adjacent beam portions 14 and 15 adhere to each other, or the beam portions 14 and 15
Does not change, so that the effect on the sensor sensitivity can be suppressed.

【0045】この場合、回転制限手段としての上記スト
ッパ軸20は、おもり可動電極16の一部を除去した部
分に位置する構成となっているため、回転制限手段を設
けれる構成でありながらセンサとしての面積効率が悪化
する恐れがなくなる。しかも、上記おもり可動電極16
及びストッパ軸20は同一材料(単結晶シリコン)によ
り形成されているから、それらの製造を容易に行うこと
が可能になる。
In this case, since the stopper shaft 20 as the rotation restricting means is located at a portion where a part of the weight movable electrode 16 is removed, the stopper shaft 20 is provided as a sensor while being provided with the rotation restricting means. There is no danger that the area efficiency of the device will deteriorate. Moreover, the weight movable electrode 16
Since the stopper shaft 20 and the stopper shaft 20 are formed of the same material (single-crystal silicon), they can be easily manufactured.

【0046】また、本実施例においては、支持基板12
側に、おもり可動電極16に下方から対向された形態の
環状の下部電極25が設けられ、これらおもり可動電極
16及び下部電極25とが、梁部14、15、アンカー
部13、支持アンカー18a及び図示しない配線パター
ンを介して電気的に接続されて等電位となるように構成
されている。この構成の結果、おもり可動電極16と支
持基板12との間の静電気力によって当該おもり可動電
極16が支持基板12に付着してしまう事態を回避でき
るものであり、以て加速度センサ11の動作信頼性を高
め得るようになる。
In this embodiment, the supporting substrate 12
On the side, there is provided an annular lower electrode 25 having a form opposed to the weight movable electrode 16 from below, and the weight movable electrode 16 and the lower electrode 25 are connected to the beams 14, 15, the anchor 13, the support anchor 18a, It is configured to be electrically connected via a wiring pattern (not shown) to have an equal potential. As a result of this configuration, it is possible to avoid a situation in which the weight movable electrode 16 adheres to the support substrate 12 due to the electrostatic force between the weight movable electrode 16 and the support substrate 12, and thus the operation reliability of the acceleration sensor 11 can be reduced. You can improve the nature.

【0047】尚、上記実施例では、おもり可動電極16
及び固定電極17間に電位差を付与するために、ワイヤ
ボンディング手段を利用する構成としたが、不純物を導
入したポリシリコン薄膜24を利用して配線パターンを
形成する構成、具体的には、ポリシリコン薄膜24をパ
ターニングする際に(図5参照)、支持アンカー18a
及び18bの基部パターンをそれぞれ異なる外部接続用
端子に接続するための一対の配線パターンを形成する構
成とすれば、上記のようなワイヤボンディング手段を用
いる必要がなくなる。通常、ワイヤボンディングのため
の電極パッドには、φ200μm程度の大きさが必要に
なるが、上記のような内部配線パターンを用いる構成と
すれば、アンカー部13上面の直径を十数μmから数十
μm程度まで縮小できるため、加速度センサ11を小形
化することが可能になる。
In the above embodiment, the weight movable electrode 16
In order to provide a potential difference between the fixed electrode 17 and the fixed electrode 17, wire bonding means is used. However, a configuration in which a wiring pattern is formed using the polysilicon thin film 24 into which impurities are introduced, specifically, polysilicon When patterning the thin film 24 (see FIG. 5), the support anchors 18a
And a pair of wiring patterns for connecting the base patterns 18b and 18b to different external connection terminals are not required to use the above-described wire bonding means. Normally, an electrode pad for wire bonding needs to have a size of about 200 μm. However, if the internal wiring pattern as described above is used, the diameter of the upper surface of the anchor portion 13 is reduced from tens of μm to tens of Since the size can be reduced to about μm, the acceleration sensor 11 can be downsized.

【0048】また、おもり可動電極16が環状に形成さ
れているから、その内側及び外側領域を有効に使用する
ことができ、全体の面積を減少させることができる。特
に、本実施例では、環状のおもり可動電極16の内側に
アンカー部13及び梁部14、15が配置される構成で
あるから、別途に特別な領域を用意する必要がなくな
り、全体の面積を効果的に減少させることができ、セン
サとしての面積効率が向上するようになる。
Further, since the weight movable electrode 16 is formed in a ring shape, the inner and outer regions thereof can be effectively used, and the entire area can be reduced. In particular, in this embodiment, since the anchor portion 13 and the beam portions 14 and 15 are arranged inside the annular weight movable electrode 16, there is no need to prepare a special region separately, and the entire area is reduced. This can be effectively reduced, and the area efficiency as a sensor is improved.

【0049】(第2の実施の形態)図12には本発明の
第2実施例が示されており、以下これについて前記第1
実施例と異なる部分のみ説明する。即ち、この第2実施
例における加速度センサ11′は、支持基板12上に形
成したシリコン酸化膜よりなる支持アンカー31a、3
1b及び31cによって、アンカー部13、固定電極1
7及びストッパ軸20をそれぞれ支持した形態となって
いる。
(Second Embodiment) FIG. 12 shows a second embodiment of the present invention.
Only parts different from the embodiment will be described. That is, the acceleration sensor 11 ′ according to the second embodiment includes a support anchor 31 a, 3 made of a silicon oxide film formed on the support substrate 12.
1b and 31c, the anchor portion 13, the fixed electrode 1
7 and the stopper shaft 20 are respectively supported.

【0050】(第3の実施の形態)図13ないし図16
には本発明の第3実施例が示されており、以下これにつ
いて前記第1実施例との相違点を中心に説明する。図1
3は半導体加速度センサの横断面図、図14は図13中
のB−B線での摸式的断面図である。図13及び図14
において、力学量センサとしての半導体加速度センサ
(以下、単に加速度センサと呼ぶ)32は、基本的に
は、第1実施例と同様構成の支持基板12、アンカー部
13、2本の梁部14及び15、おもり可動電極16の
他に、それらの構造体と同様の単結晶シリコンより成る
例えば8個ずつの感度調整用固定電極33〜40及び固
定電極41〜48を備えたスイッチ形式のセンサとして
構成されている(これら各電極33〜40、41〜48
は同一の材質であるが、図13、図14では図面の視認
性を配慮して異なるハッチングを施した)。特に、本実
施例においても、おもり可動電極16が支持基板12に
対して垂直な軸心回りに回転できる範囲を制限するため
の回転範囲制限手段(回転制限手段)として、おもり可
動電極16に形成された例えば4個の透孔19並びに支
持基板12に突出形成された合計4本のストッパ軸20
が設けられているが、これらは少なくとも1対設ければ
良いものである。
(Third Embodiment) FIGS. 13 to 16
Shows a third embodiment of the present invention. Hereinafter, this will be described focusing on differences from the first embodiment. FIG.
3 is a cross-sectional view of the semiconductor acceleration sensor, and FIG. 14 is a schematic cross-sectional view taken along line BB in FIG. 13 and 14
In the first embodiment, a semiconductor acceleration sensor (hereinafter, simply referred to as an acceleration sensor) 32 as a physical quantity sensor includes a support substrate 12, an anchor portion 13, two beam portions 14, 15. A switch-type sensor including, for example, eight sensitivity adjustment fixed electrodes 33 to 40 and fixed electrodes 41 to 48 each made of the same single crystal silicon as those structures in addition to the weight movable electrode 16. (These electrodes 33 to 40, 41 to 48
Are the same material, but are hatched differently in FIGS. 13 and 14 in consideration of the visibility of the drawings.) In particular, also in the present embodiment, the weight movable electrode 16 is formed on the weight movable electrode 16 as rotation range limiting means (rotation limiting means) for limiting a range in which the weight movable electrode 16 can rotate around an axis perpendicular to the support substrate 12. For example, four through-holes 19 and a total of four stopper shafts 20 protrudingly formed in the support substrate 12
Are provided, but it is sufficient that at least one pair of these is provided.

【0051】感度調整用固定電極33〜40は、それら
全体の形状として、おもり可動電極16に対応した領域
を円柱形状にくりぬくと共に、固定電極41〜48に対
応した領域を矩形状にくりぬいた状態とされており、お
もり可動電極16を包囲した形態で等間隔配置されてい
る。この場合、各感度調整用固定電極33〜40は、お
もり可動電極16の検出面16aとの対向面を電極面3
3a〜40aとしており、これら電極面33a〜40a
は、その面積が互いに等しくなるように設定されてい
る。
The sensitivity-adjusting fixed electrodes 33 to 40 have a shape in which the area corresponding to the weight movable electrode 16 is hollowed out in a cylindrical shape, and the area corresponding to the fixed electrodes 41 to 48 is hollowed out in a rectangular shape. Are arranged at equal intervals in a form surrounding the weight movable electrodes 16. In this case, each of the sensitivity adjustment fixed electrodes 33 to 40 has a surface facing the detection surface 16a of the weight movable electrode 16 on the electrode surface 3.
3a to 40a, and these electrode surfaces 33a to 40a
Are set so that their areas are equal to each other.

【0052】固定電極41〜48は、感度調整用固定電
極33〜40の各間に形成された矩形状部分に位置され
るものであり、これによりおもり可動電極16を包囲し
た形態で等間隔に分散配置されている。この場合、固定
電極41〜48と感度調整用固定電極33〜40との間
には、それらを互いに分離するための膜或いは空隙が形
成されている。また、固定電極41〜48における前記
検出面16aとの対向部分には、当該検出面16a方向
へ突出した接点用突起41a〜48aが一体的に形成さ
れている。
The fixed electrodes 41 to 48 are positioned at rectangular portions formed between the sensitivity adjusting fixed electrodes 33 to 40, and are arranged at equal intervals in a form surrounding the weight movable electrode 16. Distributed. In this case, a film or gap is formed between the fixed electrodes 41 to 48 and the sensitivity adjustment fixed electrodes 33 to 40 to separate them from each other. Further, contact protrusions 41a to 48a protruding in the direction of the detection surface 16a are integrally formed at portions of the fixed electrodes 41 to 48 facing the detection surface 16a.

【0053】この場合、上記検出面16aと接点用突起
41a〜48aとの間の距離は、おもり可動電極16に
加速度が印加されていない状態でほぼ均一な状態となる
ように保たれている。また、上記感度調整用固定電極3
3〜40及び固定電極41〜48は、アンカー部13、
梁部14及び15、おもり可動電極16と同様に、加速
度センサ32の製造過程において、リンなどの不純物を
導入したり、或いは表面に導電性の材料を蒸着やメッキ
などの手段に成膜することによって抵抗率が引き下げら
れている。
In this case, the distance between the detection surface 16a and the contact protrusions 41a to 48a is maintained to be substantially uniform when no acceleration is applied to the weight movable electrode 16. In addition, the sensitivity adjustment fixed electrode 3
3 to 40 and fixed electrodes 41 to 48,
Similarly to the beams 14 and 15, and the weight movable electrode 16, in the manufacturing process of the acceleration sensor 32, an impurity such as phosphorus is introduced, or a conductive material is formed on the surface by deposition or plating. Has lowered the resistivity.

【0054】さらに、本実施例では、支持基板12上に
形成したシリコン酸化膜より成る支持アンカー49a、
49b及び49cによって、アンカー部13、固定電極
41〜48及びストッパ軸20をそれぞれ支持し、ま
た、同じく支持基板12上に形成したシリコン酸化膜よ
り成る図示しない支持アンカーによって感度調整用固定
電極33〜40を支持した形態となっている。さらに、
固定電極41〜48上にワイヤボンディング用のアルミ
電極29cを形成すると共に、感度調整用固定電極33
〜40上にワイヤボンディング用の図示しないアルミ電
極を形成した構成となっている。
Further, in this embodiment, the support anchors 49a made of a silicon oxide film formed on the support substrate 12 are provided.
The anchor portions 13, the fixed electrodes 41 to 48 and the stopper shaft 20 are supported by 49 b and 49 c, respectively, and the sensitivity adjusting fixed electrodes 33 to 3 are respectively supported by support anchors (not shown) made of a silicon oxide film similarly formed on the support substrate 12. 40 is supported. further,
An aluminum electrode 29c for wire bonding is formed on the fixed electrodes 41 to 48, and the sensitivity adjustment fixed electrode 33 is formed.
40 to 40, an aluminum electrode (not shown) for wire bonding is formed.

【0055】図15に拡大して示すように、透孔19及
びストッパ軸20は、第1実施例と同様に同心状配置と
なるように設けられており、互いの間の寸法d2は、お
もり可動電極16の検出面16aと固定電極41〜48
の接点用突起41a〜48aとの間のギャップ寸法d3
より大きく(d2>d3)、且つおもり可動電極16が
支持基板12に対して垂直な軸心(アンカー部13の中
心軸)回りに回転した場合において梁部14及び15が
隣接部位同士で互いに接触しない値に設定される。この
ような寸法設定の結果、おもり可動電極16が支持基板
12に対して垂直な軸心回りに回転された場合に、透孔
19の内周面に対しストッパ軸20が当接することに応
じて、そのおもり可動電極16の回転が制限されると共
に、斯様な透孔19及びストッパ軸20の存在に起因し
て、検出面16aと接点用突起41a〜48aとの接触
が阻害される事態を招くことがなくなる。
As shown in FIG. 15 in an enlarged manner, the through hole 19 and the stopper shaft 20 are provided so as to be arranged concentrically as in the first embodiment, and the distance d2 between them is equal to the weight. The detection surface 16a of the movable electrode 16 and the fixed electrodes 41 to 48
Gap dimension d3 between contact projections 41a to 48a
When the weight movable electrode 16 is rotated around an axis perpendicular to the support substrate 12 (the center axis of the anchor portion 13), the beam portions 14 and 15 contact each other at adjacent portions when the weight movable electrode 16 is larger (d2> d3). Set to a value that does not. As a result of such a dimension setting, when the weight movable electrode 16 is rotated around an axis perpendicular to the support substrate 12, the stopper shaft 20 comes into contact with the inner peripheral surface of the through hole 19. The rotation of the weight movable electrode 16 is restricted, and the contact between the detection surface 16a and the contact protrusions 41a to 48a is hindered due to the existence of the through hole 19 and the stopper shaft 20. Will not be invited.

【0056】尚、本実施例においても、透孔19及びス
トッパ軸20の横断面形状が双方とも円形となるように
構成したが、上述したようなおもり可動電極16の回転
範囲制限機能を満足するのであれば、これに限られるも
のではない。例えば、透孔19の横断面形状を楕円形或
いは矩形などしても良く、また、ストッパ軸20の横断
面形状も自由に変更できる。
In this embodiment, the cross-sectional shape of both the through hole 19 and the stopper shaft 20 is circular. However, the function of limiting the rotation range of the weight movable electrode 16 as described above is satisfied. However, it is not limited to this. For example, the cross-sectional shape of the through hole 19 may be elliptical or rectangular, and the cross-sectional shape of the stopper shaft 20 can be freely changed.

【0057】上記のように構成された加速度センサ32
にあっては、図16に示すように結線されるものであ
る。即ち、図16において、アンカー部13にはグラン
ドレベルの電位が印加されるように接続され、固定電極
41〜48には電圧源Eの出力電圧V0 が検出回路30
を通じて印加されるように接続される。また、感度調整
用固定電極33〜40には可変電圧源E′の出力電圧V
R が印加されるように接続される。これにより、定常状
態においては、おもり可動電極16及び固定電極41〜
48間に電圧V0 に対応した電位差がアンカー部13及
び梁部14、15を介して付与されると共に、おもり可
動電極16及び感度調整用固定電極33〜40間に電圧
VR に対応した電位差がアンカー部13及び梁部14、
15を介して付与されることになる。
The acceleration sensor 32 configured as described above
Are connected as shown in FIG. That is, in FIG. 16, the ground voltage is applied to the anchor portion 13, and the output voltage V 0 of the voltage source E is applied to the fixed electrodes 41 to 48.
Connected to be applied through Further, the output voltage V of the variable voltage source E 'is applied to the sensitivity adjustment fixed electrodes 33-40.
Connected so that R is applied. Thus, in the steady state, the weight movable electrode 16 and the fixed electrodes 41 to 41
48, a potential difference corresponding to the voltage V0 is applied through the anchor portion 13 and the beam portions 14 and 15, and a potential difference corresponding to the voltage VR is applied between the weight movable electrode 16 and the sensitivity adjustment fixed electrodes 33 to 40. Part 13 and beam part 14,
15.

【0058】このとき、可変電圧源E′の出力電圧VR
を調整することによって、おもり可動電極16の検出面
16aと感度調整用固定電極33〜40の電極面33a
〜40aとの間に作用する静電気力の大きさを調整でき
るものであり、これにより加速度センサ32の感度調整
を高い精度で行い得るようになる。
At this time, the output voltage VR of the variable voltage source E '
Is adjusted, the detection surface 16a of the weight movable electrode 16 and the electrode surfaces 33a of the sensitivity adjustment fixed electrodes 33 to 40 are adjusted.
This makes it possible to adjust the magnitude of the electrostatic force acting between the acceleration sensor 32a and 40a, whereby the sensitivity of the acceleration sensor 32 can be adjusted with high accuracy.

【0059】上記のような構成とした本実施例において
も、定常状態から、加速度センサ32に対し一定レベル
を越える加速度が印加されたときには、検出面16aと
接点用突起41a〜48aのいずれか(一つ若しくは二
つ)とが接触して電流が流れるようになり、この電流を
検出回路30が検出することによって、一定レベルを越
えた加速度を確実に検出できるようになる。
In this embodiment having the above-described structure, when an acceleration exceeding a certain level is applied to the acceleration sensor 32 from the steady state, any one of the detection surface 16a and the contact protrusions 41a to 48a ( (One or two) and a current flows, and by detecting this current by the detection circuit 30, it is possible to reliably detect an acceleration exceeding a certain level.

【0060】また、本実施例においても、おもり可動電
極16が支持基板12に対して垂直な軸心回りに回転で
きる範囲を制限するための透孔19及びストッパ軸20
が設けられているから、製造工程の途中において、おも
り可動電極16の回転によって隣接する梁部14及び1
5同士が互いに付着する恐れがなくなり、加速度センサ
32を製造する際の歩留まりの向上を実現できるように
なる。さらに、本実施例では、固定電極41〜48から
突出した形態の接点用突起41a〜48aが、おもり可
動電極16の周りに等間隔配置されているから、そのお
もり可動電極16が変位したときに、検出面16aが固
定電極41〜48以外の部分(感度調整用固定電極33
〜40の電極面33a〜40a)に接触する恐れがなく
なる。この結果、検出精度の低下を未然に防止できるこ
とになる。
Also in this embodiment, the through hole 19 and the stopper shaft 20 for limiting the range in which the weight movable electrode 16 can rotate around the axis perpendicular to the support substrate 12 are provided.
Is provided, the adjacent beam portions 14 and 1 are rotated by the rotation of the weight movable electrode 16 during the manufacturing process.
There is no possibility that the members 5 adhere to each other, and the yield in manufacturing the acceleration sensor 32 can be improved. Furthermore, in this embodiment, since the contact projections 41a to 48a projecting from the fixed electrodes 41 to 48 are arranged at equal intervals around the weight movable electrode 16, when the weight movable electrode 16 is displaced. , Where the detection surface 16a is a portion other than the fixed electrodes 41 to 48 (the fixed electrode 33 for sensitivity adjustment).
The possibility of contact with the electrode surfaces 33a to 40a) is eliminated. As a result, it is possible to prevent the detection accuracy from being lowered.

【0061】尚、この第3実施例では、それぞれ8分割
された感度調整用電極33〜40及び固定電極41〜4
8を設ける構成としたが、分割数を変更する構成として
も良い。但し、その分割数により加速度検出精度が異な
るから、これを考慮する必要がある。また、固定電極及
び接点用突起の数は、センシング動作を確実にするため
に、おもり可動電極が当該固定電極以外の部分に接触し
ないような数に設定することが好ましい。
In the third embodiment, the sensitivity adjusting electrodes 33 to 40 and the fixed electrodes 41 to 4 which are respectively divided into eight parts.
Although the configuration is provided with 8, the configuration may be such that the number of divisions is changed. However, since the acceleration detection accuracy differs depending on the number of divisions, it is necessary to consider this. Further, it is preferable to set the numbers of the fixed electrodes and the contact projections so that the weight movable electrode does not come into contact with a portion other than the fixed electrode in order to ensure the sensing operation.

【0062】(第4の実施の形態)図17及び図18に
は、上記第3実施例に一部変更を加えた本発明の第4実
施例が示されており、以下これについて当該第3実施例
と異なる部分のみ説明する。尚、図17は半導体加速度
センサの横断面図、図18は要部の拡大横断面図であ
る。
(Fourth Embodiment) FIGS. 17 and 18 show a fourth embodiment of the present invention in which the third embodiment is partially modified. Only parts different from the embodiment will be described. 17 is a cross-sectional view of the semiconductor acceleration sensor, and FIG. 18 is an enlarged cross-sectional view of a main part.

【0063】即ち、本実施例における加速度センサ3
2′は、おもり可動電極16が支持基板12に対して垂
直な軸心回りに回転できる範囲を制限するための回転範
囲制限手段として、第3実施例における透孔19及びス
トッパ軸20に代わる手段を設けたことに特徴を有す
る。具体的には、本実施例における回転範囲制限手段
は、固定電極41〜48が有する接点用突起41a′〜
48a′を利用したもので、当該接点用突起41a′〜
48a′と、おもり可動電極16の外周面に形成された
8個の凹部50とによって構成されている。
That is, the acceleration sensor 3 in this embodiment
Reference numeral 2 'denotes a rotation range restricting means for restricting a range in which the weight movable electrode 16 can rotate around an axis perpendicular to the support substrate 12, and is a means replacing the through hole 19 and the stopper shaft 20 in the third embodiment. It is characterized by having provided. Specifically, the rotation range restricting means in the present embodiment includes the contact projections 41 a ′ to the fixed electrodes 41 to 48.
48a ', and the contact projections 41a'-
48 a ′ and eight concave portions 50 formed on the outer peripheral surface of the weight movable electrode 16.

【0064】この場合、各凹部50は、対応する接点用
突起41a′〜48a′が入り込む矩形状に形成された
もので、図18に拡大して示すように、接点用突起41
a′(〜48a′)の先端面と凹部50の底部との間の
距離d4(おもり可動電極16の直径方向の距離)は、
おもり可動電極16の検出面16aと感度調整用固定電
極33〜40の電極面33〜40aとの間のギャップ寸
法d5より小さく(d4<d5)設定される。また、接
点用突起41a′(〜48a′)の側面と凹部50の側
部との間の距離d6(おもり可動電極16の周方向の距
離)は、おもり可動電極16が支持基板12に対して垂
直な軸心(アンカー部13の中心軸)回りに回転した場
合において梁部14及び15が隣接部位同士で互いに接
触しない値に設定される。
In this case, each recess 50 is formed in a rectangular shape into which the corresponding contact projection 41a'-48a 'is inserted. As shown in FIG.
The distance d4 (the distance in the diameter direction of the weight movable electrode 16) between the tip end surface of a ′ (〜48a ′) and the bottom of the concave portion 50 is
The gap dimension d5 between the detection surface 16a of the weight movable electrode 16 and the electrode surfaces 33 to 40a of the sensitivity adjustment fixed electrodes 33 to 40 is set to be smaller (d4 <d5). The distance d6 (the distance in the circumferential direction of the weight movable electrode 16) between the side surface of the contact projection 41a '(-48a') and the side of the recess 50 is determined by the weight movable electrode 16 with respect to the support substrate 12. When rotated around a vertical axis (the center axis of the anchor portion 13), the beam portions 14 and 15 are set to values at which adjacent portions do not contact each other.

【0065】このような寸法設定の結果、おもり可動電
極16が支持基板12に対して垂直な軸心回りに回転さ
れた場合に、凹部50の側部に対し接点用突起41a′
〜48a′の側面が当接することに応じて、そのおもり
可動電極16の回転が制限されると共に、斯様な凹部5
0及び接点用突起41a′〜48a′の存在に起因し
て、検出面16aと接点用突起41a′〜48a′との
接触が阻害される事態を招くことがなくなる。特に、本
実施例によれば、回転範囲制限手段(接点用突起41
a′〜48a′及び凹部50)の形状が、前記第1ない
し第3実施例における回転範囲制限手段(透孔19及び
ストッパ軸20)より簡単になるから、製造性が向上す
るようになる。
As a result of such a dimension setting, when the weight movable electrode 16 is rotated around an axis perpendicular to the support substrate 12, the contact projections 41a 'with respect to the side of the recess 50.
48a ', the rotation of the weight movable electrode 16 is restricted and the recess 5
O and the presence of the contact projections 41a 'to 48a' do not cause a situation in which contact between the detection surface 16a and the contact projections 41a 'to 48a' is hindered. In particular, according to the present embodiment, the rotation range limiting means (contact projection 41)
Since the shapes of the a 'to 48a' and the recess 50) are simpler than the rotation range limiting means (the through hole 19 and the stopper shaft 20) in the first to third embodiments, the manufacturability is improved.

【0066】(その他の実施の形態)尚、本発明は上記
した各実施例に限定されるものではなく、次のような変
形または拡張が可能である。環状のおもり可動電極の外
側にアンカー部を設けると共に、このアンカー部におも
り可動電極を梁部を介して支持し、そのおもり可動電極
の内側に固定電極を配置する構成とすることも可能であ
る。この構成によれば、固定電極の配置のために別途に
特別な領域を用意する必要がなくなり、全体の面積を減
少させることができる。梁部の数は各実施例で説明した
2本に限らず、例えば3本以上設けても良く、また、1
本で済ませることも可能である。
(Other Embodiments) The present invention is not limited to the embodiments described above, and the following modifications or extensions are possible. It is also possible to provide an anchor portion outside the annular weight movable electrode, support the weight movable electrode via the beam portion at this anchor portion, and arrange a fixed electrode inside the weight movable electrode. . According to this configuration, it is not necessary to separately prepare a special region for disposing the fixed electrode, and the entire area can be reduced. The number of beams is not limited to two as described in each embodiment. For example, three or more beams may be provided.
It can be done with a book.

【0067】面状の被検出面を有した固定電極を設ける
構造(第1及び第2実施例に相当した構造)とする場合
には、おもり可動電極の検出面と固定電極の被検出面と
の間の静電容量の変化に基づいて加速度をセンシングす
る構成も可能である。また、加速度センサに限らず、振
動などの力学量を検出するセンサに適用できる。
In the case of a structure in which a fixed electrode having a planar detection surface is provided (a structure corresponding to the first and second embodiments), the detection surface of the movable weight electrode and the detection surface of the fixed electrode may be used. A configuration in which acceleration is sensed on the basis of a change in capacitance during the period is also possible. Further, the present invention is not limited to the acceleration sensor, and can be applied to a sensor that detects a dynamic quantity such as vibration.

【0068】また、おもり可動電極と固定電極の各表面
にAuなどの金属膜を蒸着などによって形成して物理量
を検出する構成としても良い。この場合、金属と半導体
との熱膨張係数差に起因する応力を回避するために、少
なくともおもり可動電極と固定電極とが接触する部分の
みに金属膜を形成することが望ましい。このように金属
膜を形成する構成の加速度センサにおいて、本発明に係
る回転制限手段を利用すれば、おもり可動電極と固定電
極の金属膜同士が互いにずれることなく確実に接触可能
となる。
Further, a configuration may be employed in which a metal film such as Au is formed on each surface of the weight movable electrode and the fixed electrode by vapor deposition or the like to detect a physical quantity. In this case, in order to avoid stress caused by a difference in thermal expansion coefficient between the metal and the semiconductor, it is desirable to form the metal film only at least at a portion where the weight movable electrode and the fixed electrode are in contact. In the acceleration sensor having a configuration in which a metal film is formed as described above, if the rotation restricting means according to the present invention is used, the metal films of the weight movable electrode and the fixed electrode can surely contact each other without shifting.

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

【図1】本発明の第1実施例における半導体加速度セン
サの横断面図
FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor acceleration sensor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1中のA−A線に沿った摸式的断面図FIG. 2 is a schematic sectional view taken along line AA in FIG.

【図3】要部の拡大横断面図FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a main part.

【図4】半導体加速度センサの製造工程を摸式的に示す
図その1
FIG. 4 is a view schematically showing a manufacturing process of the semiconductor acceleration sensor.

【図5】半導体加速度センサの製造工程を摸式的に示す
図その2
FIG. 5 is a view schematically showing a manufacturing process of the semiconductor acceleration sensor.

【図6】半導体加速度センサの製造工程を摸式的に示す
図その3
FIG. 6 is a view schematically showing a manufacturing process of the semiconductor acceleration sensor.

【図7】半導体加速度センサの製造工程を摸式的に示す
図その4
FIG. 7 is a view schematically showing a manufacturing process of the semiconductor acceleration sensor.

【図8】半導体加速度センサの製造工程を摸式的に示す
図その5
FIG. 8 is a view schematically showing a manufacturing process of the semiconductor acceleration sensor.

【図9】半導体加速度センサの製造工程を摸式的に示す
図その6
FIG. 9 is a view schematically showing a manufacturing process of the semiconductor acceleration sensor.

【図10】半導体加速度センサの製造工程を摸式的に示
す図その7
FIG. 10 is a view schematically showing a manufacturing process of the semiconductor acceleration sensor.

【図11】結線状態を実体的に示す図FIG. 11 is a diagram schematically showing a connection state;

【図12】本発明の第2実施例を示す半導体加速度セン
サの摸式的縦断面図
FIG. 12 is a schematic longitudinal sectional view of a semiconductor acceleration sensor according to a second embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第3実施例を示す半導体加速度セン
サの横断面図
FIG. 13 is a cross-sectional view of a semiconductor acceleration sensor according to a third embodiment of the present invention.

【図14】図13中のB−B線に沿った摸式的断面図FIG. 14 is a schematic sectional view taken along line BB in FIG.

【図15】要部の拡大横断面図FIG. 15 is an enlarged cross-sectional view of a main part.

【図16】結線状態を実体的に示す図FIG. 16 is a diagram schematically showing a connection state;

【図17】本発明の第4実施例を示す半導体加速度セン
サの横断面図
FIG. 17 is a cross-sectional view of a semiconductor acceleration sensor according to a fourth embodiment of the present invention.

【図18】要部の拡大横断面図FIG. 18 is an enlarged cross-sectional view of a main part.

【図19】従来の半導体加速度センサの横断面構造を示
す図
FIG. 19 is a diagram showing a cross-sectional structure of a conventional semiconductor acceleration sensor.

【図20】従来の半導体加速度センサの縦断面構造を示
す図
FIG. 20 is a diagram showing a vertical sectional structure of a conventional semiconductor acceleration sensor.

【図21】従来の半導体加速度センサで生ずる問題点を
説明するための図19相当図
FIG. 21 is a diagram corresponding to FIG. 19 for describing a problem that occurs in a conventional semiconductor acceleration sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11、11′は半導体加速度センサ(力学量センサ)、
12は支持基板、13はアンカー部、14、15は梁
部、16はおもり可動電極(可動部)、17は固定電
極、19は透孔(回転範囲制限手段、回転制限手段)、
20はストッパ軸(回転範囲制限手段、回転制限手
段)、22はシリコン酸化膜(犠牲層用薄膜)、30は
検出回路(検出手段)、32、32′は半導体加速度セ
ンサ(力学量センサ)、33〜40は感度調整用固定電
極、33a〜40aは電極面、41〜48は固定電極、
41a〜48aは接点用突起、41a′〜48a′は接
点用突起(回転範囲制限手段)、50は凹部(回転範囲
制限手段)を示す。
11, 11 'are semiconductor acceleration sensors (dynamic quantity sensors),
12 is a support substrate, 13 is an anchor portion, 14 and 15 are beam portions, 16 is a weight movable electrode (movable portion), 17 is a fixed electrode, 19 is a through hole (rotation range limiting means, rotation limiting means),
20 is a stopper shaft (rotation range limiting means, rotation limiting means), 22 is a silicon oxide film (thin film for a sacrificial layer), 30 is a detection circuit (detection means), 32 and 32 'are semiconductor acceleration sensors (dynamic quantity sensors), 33-40 are fixed electrodes for sensitivity adjustment, 33a-40a are electrode surfaces, 41-48 are fixed electrodes,
41a to 48a indicate contact projections, 41a 'to 48a' indicate contact projections (rotation range limiting means), and 50 indicate recesses (rotation range limiting means).

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 支持基板上に固定されたアンカー部から
延設する梁部によって支えられた可動部を有し、この可
動部の前記支持基板表面にほぼ平行な任意の軸方向への
変位に基づき前記可動部に作用する力学量を検出するよ
うにした力学量センサにおいて、 前記可動部の前記支持基板表面に平行な面内における回
転運動を制限する回転制限手段を前記支持基板に設ける
ことを特徴とする力学量センサ。
A movable portion supported by a beam portion extending from an anchor portion fixed on a support substrate; and a movable portion which is displaced in an arbitrary axial direction substantially parallel to the surface of the support substrate. A dynamic quantity sensor configured to detect a dynamic quantity acting on the movable part based on the rotation amount of the movable part, wherein a rotation restricting unit that restricts a rotational movement of the movable part in a plane parallel to the support substrate surface is provided on the support substrate. Characteristic physical quantity sensor.
【請求項2】 前記回転制限手段は前記可動部の一部を
除去した部分に位置するように形成されることを特徴と
する請求項1記載の力学量センサ。
2. The physical quantity sensor according to claim 1, wherein the rotation restricting means is formed at a position where a part of the movable portion is removed.
【請求項3】 前記梁部は、平面形状がオーバーラップ
部分を有したスパイラル形状に形成されて前記支持基板
の表面と平行する方向へ弾性変形可能に設けられ、 前記可動部は、前記支持基板に対して垂直な方向のほぼ
円柱状側面から成る検出面を有した環状に形成されてい
ることを特徴とする請求項1または2記載の力学量セン
サ。
3. The beam section is formed in a spiral shape having an overlapping portion in a planar shape, and is provided so as to be elastically deformable in a direction parallel to a surface of the support substrate. 3. The dynamic quantity sensor according to claim 1, wherein the dynamic quantity sensor is formed in an annular shape having a detection surface composed of a substantially cylindrical side surface in a direction perpendicular to the direction of the axis.
【請求項4】 前記可動部及び回転制限手段は同一材料
により形成されるものであることを特徴とする請求項1
ないし3の何れかに記載の力学量センサ。
4. The apparatus according to claim 1, wherein said movable portion and said rotation restricting means are made of the same material.
4. The physical quantity sensor according to any one of claims 3 to 3.
【請求項5】 支持基板と、 この支持基板上に固定されたアンカー部と、 前記支持基板上に成膜された犠牲層用薄膜をエッチング
することにより当該支持基板から浮いた状態となるよう
に設けられ、平面形状がオーバーラップ部分を有したス
パイラル形状をなし、且つ一端が前記アンカー部と一体
に連結されて前記支持基板の表面と平行する方向へ弾性
変形可能に形成された梁部と、 前記支持基板に対して垂直な方向のほぼ円柱状側面から
成る検出面を有し、前記梁部の自由端側に一体に連結さ
れることにより、前記支持基板上に当該支持基板の表面
と所定間隔を存し、且つ力学量の印加に応じて支持基板
と平行な方向へ変位するように保持されたおもり可動電
極と、 前記支持基板上に前記おもり可動電極の検出面と所定間
隔を存して対向するように配置され、当該検出面と対向
したほぼ円柱状側面から成る被検出面を有する固定電極
と、 前記おもり可動電極が有する検出面と前記固定電極が有
する被検出面との間の距離変化に基づいて前記印加力学
量を検出する検出手段と、 前記おもり可動電極が前記支持基板に対して垂直な軸心
回りに回転できる範囲を制限する回転範囲制限手段とを
備えたことを特徴とする力学量センサ。
5. A supporting substrate, an anchor portion fixed on the supporting substrate, and a thin film for a sacrifice layer formed on the supporting substrate being etched so as to be floated from the supporting substrate. A beam portion which is provided and has a spiral shape having a planar shape having an overlapping portion, and one end of which is integrally connected to the anchor portion and is elastically deformable in a direction parallel to the surface of the support substrate, A detection surface formed of a substantially cylindrical side surface in a direction perpendicular to the support substrate, and being integrally connected to a free end side of the beam portion, a predetermined surface of the support substrate is provided on the support substrate; A weight movable electrode that is spaced and is held so as to be displaced in a direction parallel to the support substrate in response to the application of a mechanical quantity, and has a predetermined distance from the detection surface of the weight movable electrode on the support substrate. Facing And a fixed electrode having a surface to be detected consisting of a substantially cylindrical side surface facing the detection surface, and a distance change between the detection surface of the weight movable electrode and the detection surface of the fixed electrode. Detecting means for detecting the applied mechanical quantity based on the following formula: and rotation range limiting means for limiting a range in which the weight movable electrode can rotate around an axis perpendicular to the support substrate. Physical quantity sensor.
【請求項6】 前記おもり可動電極は、環状に形成され
ていることを特徴とする請求項5記載の力学量センサ。
6. The physical quantity sensor according to claim 5, wherein the movable weight electrode is formed in an annular shape.
【請求項7】 請求項6記載の力学量センサにおいて、
前記環状のおもり可動電極を、その外周面に前記検出面
を備えた構成とした上で、 前記アンカー部を前記おもり可動電極の内側に配置し、
前記固定電極を前記おもり可動電極の外側に配置したこ
とを特徴とする力学量センサ。
7. The physical quantity sensor according to claim 6, wherein
The annular weight movable electrode having a configuration provided with the detection surface on the outer peripheral surface thereof, and the anchor portion is disposed inside the weight movable electrode,
A physical quantity sensor, wherein the fixed electrode is arranged outside the weight movable electrode.
【請求項8】 請求項6記載の力学量センサにおいて、
前記環状のおもり可動電極を、その内周面に前記検出面
を備えた構成とした上で、 前記アンカー部を前記おもり可動電極の外側に配置し、
前記固定電極を前記おもり可動電極の内側に配置したこ
とを特徴とする力学量センサ。
8. The physical quantity sensor according to claim 6, wherein
The annular weight movable electrode, the detection surface is provided on the inner peripheral surface thereof, and the anchor portion is disposed outside the weight movable electrode;
A physical quantity sensor, wherein the fixed electrode is arranged inside the weight movable electrode.
【請求項9】 前記おもり可動電極が有する検出面と前
記固定電極が有する被検出面との間の距離は、当該おも
り可動電極に力学量が印加されていない状態でほぼ均一
に保たれていることを特徴とする請求項5ないし8のい
ずれかに記載の力学量センサ。
9. A distance between a detection surface of the weight movable electrode and a detection surface of the fixed electrode is kept substantially uniform in a state where no physical quantity is applied to the weight movable electrode. The physical quantity sensor according to any one of claims 5 to 8, wherein:
【請求項10】 前記検出手段は、前記おもり可動電極
が有する検出面と前記固定電極が有する被検出面との接
触を検出することを特徴とする請求項5ないし9のいず
れかに記載の力学量センサ。
10. The dynamics according to claim 5, wherein said detecting means detects a contact between a detection surface of said weight movable electrode and a detection surface of said fixed electrode. Quantity sensor.
【請求項11】 前記固定電極は、複数に分割された状
態で分散配置されていることを特徴とする請求項5ない
し10の何れかに記載の力学量センサ。
11. The physical quantity sensor according to claim 5, wherein the fixed electrodes are divided and arranged in a plurality of divided states.
【請求項12】 請求項11記載の力学量センサにおい
て、 前記複数に分散配置された固定電極間の各位置に、前記
おもり可動電極の検出面と所定間隔を存して対向する電
極面を備えた複数の感度調整用固定電極を設けたことを
特徴とする力学量センサ。
12. The physical quantity sensor according to claim 11, further comprising an electrode surface facing the detection surface of the weight movable electrode at a predetermined interval at each position between the plurality of fixed electrodes. A dynamic quantity sensor comprising a plurality of fixed electrodes for sensitivity adjustment.
【請求項13】 請求項12記載の力学量センサにおい
て、前記複数に分散配置された固定電極には、前記おも
り可動電極の検出面との対向部分に当該検出面方向へ突
出した複数の接点用突起が設けられていることを特徴と
する力学量センサ。
13. The physical quantity sensor according to claim 12, wherein the plurality of fixed electrodes dispersedly arranged have a plurality of contact points protruding in a direction facing the detection surface of the weight movable electrode. A physical quantity sensor comprising a projection.
【請求項14】 請求項13記載の力学量センサにおい
て、 前記回転範囲制限手段は、前記接点用突起と、前記おも
り可動電極側に当該接点用突起が入り込むように形成さ
れた凹部とによって構成されることを特徴とする力学量
センサ。
14. The physical quantity sensor according to claim 13, wherein the rotation range restricting means is constituted by the contact protrusion and a concave portion formed so that the contact protrusion enters the weight movable electrode side. A physical quantity sensor characterized in that:
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010002028A1 (en) * 2008-07-03 2010-01-07 日本Mems 株式会社 Acceleration switch
JP2010048650A (en) * 2008-08-21 2010-03-04 Nippon Mems Kk Acceleration switch
CN103247472A (en) * 2012-02-09 2013-08-14 精工电子有限公司 Acceleration switch and electronic device

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