JPH1172506A - Acceleration sensor - Google Patents

Acceleration sensor

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Publication number
JPH1172506A
JPH1172506A JP10168703A JP16870398A JPH1172506A JP H1172506 A JPH1172506 A JP H1172506A JP 10168703 A JP10168703 A JP 10168703A JP 16870398 A JP16870398 A JP 16870398A JP H1172506 A JPH1172506 A JP H1172506A
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JP
Japan
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electrode
weight
fixed
movable electrode
movable
Prior art date
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Pending
Application number
JP10168703A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuhiko Kano
加納  一彦
Makiko Fujita
真紀子 藤田
Koji Hattori
孝司 服部
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
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Publication of JPH1172506A publication Critical patent/JPH1172506A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To facilitate the adjustment of the sensitivity while minimizing the bent by the weight of a weight movable electrode. SOLUTION: This acceleration sensor 100 is constituted of an anchor part 11, a weight movable electrode 12, beam parts 14-17, fixed electrodes 135-138 for detection and fixed electrodes 131-134 for adjusting sensitivity. In this acceleration sensor 100, when the weight movable electrode 12 is displaced by acceleration and comes into contact with any of the fixed electrodes 131-134 for sensing, energization is made between the movable electrode 12 and the fixed electrodes 131-134 and hence, the generation of the acceleration exceeding a fixed value is measured. A specified potential difference is applied between the weight movable electrode 12 and the fixed electrodes 131-134 for adjusting the sensitivity to generate a static attraction between the both to facilitate the adjustment of the sensitivity while minimizing bend as caused by the weight of the weight movable electrode 12.

Description

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

【0001】[0001]

【発明が属する技術分野】本発明は、加速度センサに関
するものであり、例えばガス等の流量メータに内蔵され
て地震等の振動を感知しガス配管のバルブを閉塞するセ
ンサ、ストーブ等に内蔵され地震等の振動を感知し炎を
断つセンサ、若しくは二次元平面内多方向の加速度を略
同ー感度で検出する加速度センサとして用いることがで
きる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an acceleration sensor, for example, a sensor built in a flow meter for gas or the like to detect vibrations such as an earthquake and closing a valve of a gas pipe, and a sensor built in a stove or the like. It can be used as a sensor that detects a vibration such as the above and cuts off the flame, or an acceleration sensor that detects acceleration in multiple directions in a two-dimensional plane with almost the same sensitivity.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種のセンサとして、特開平9
−145740号公報に示す加速度センサがある。この
加速度センサは、基板上に固定されたアンカー部と、こ
のアンカー部にスパイラルの梁部を介して支持され円周
側面を有するおもり可動電極と、このおもり可動電極の
円周側面と所定間隔を隔てて対向する円周側面を有する
固定電極とを備え、おもり可動電極が加速度によって基
板の表面と平行な方向に変位したときおもり可動電極と
固定電極が接触して、加速度が生じたことを検出するよ
うになっている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a sensor of this type has been disclosed in
There is an acceleration sensor disclosed in JP-A-145740. The acceleration sensor includes an anchor portion fixed on a substrate, a weight movable electrode supported on the anchor portion via a spiral beam portion and having a circumferential side surface, and a predetermined distance from the circumferential side surface of the weight movable electrode. A fixed electrode having a circumferential side surface facing away from the fixed electrode, and detecting that the movable weight electrode and the fixed electrode come into contact with each other when the movable weight electrode is displaced in a direction parallel to the surface of the substrate due to acceleration, thereby detecting occurrence of acceleration. It is supposed to.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記した加速度センサ
において、梁部に支えられたおもり可動電極が自重によ
り垂れ下がってしまうと、おもり可動電極と固定電極の
重なりが非常に小さく若しくはなくなってしまい、セン
サとして成り立たなくなる可能性がある。この場合、後
述する実施形態に示すように、おもり可動電極と固定電
極間に所定の電位差を与えるようにすれば、おもり可動
電極と固定電極間に静電引力を発生させて、自重垂れを
少なくすることができる。
In the above-described acceleration sensor, if the weight movable electrode supported by the beam hangs down due to its own weight, the overlap between the weight movable electrode and the fixed electrode becomes very small or disappears. May not hold. In this case, as shown in an embodiment to be described later, if a predetermined potential difference is applied between the weight movable electrode and the fixed electrode, an electrostatic attractive force is generated between the weight movable electrode and the fixed electrode, and the weight drop is reduced. can do.

【0004】しかしながら、単に、おもり可動電極と固
定電極間に静電引力を発生させたのでは、その静電引力
の大きさによって検出感度の調整が難しくなるという問
題がある。例えば、上記した自重垂れを少なくするため
にはある程度の大きさの静電引力を発生させる必要があ
るが、その静電引力が大きすぎると、加速度の発生によ
っておもり可動電極と固定電極間が接触した後に、その
加速度がなくなってもおもり可動電極が固定電極に接触
したままになってしまうという問題が発生する。すなわ
ち、おもり可動電極と固定電極間が接触したときの静電
引力が梁部のバネ力より大きいと、加速度がなくなって
もおもり可動電極が固定電極に接触した状態に維持され
てしまう。
However, simply generating an electrostatic attraction between the weight movable electrode and the fixed electrode has a problem that it is difficult to adjust the detection sensitivity depending on the magnitude of the electrostatic attraction. For example, it is necessary to generate a certain amount of electrostatic attraction in order to reduce the above-mentioned sagging, but if the electrostatic attraction is too large, acceleration causes the weight to cause contact between the movable electrode and the fixed electrode. After that, there occurs a problem that the weight movable electrode remains in contact with the fixed electrode even if the acceleration is lost. That is, if the electrostatic attraction when the movable weight electrode and the fixed electrode come into contact with each other is larger than the spring force of the beam portion, the weight movable electrode is maintained in contact with the fixed electrode even when the acceleration is lost.

【0005】本発明は上記問題に鑑みたもので、おもり
可動電極の自重垂れを少なくするとともに検出感度の調
整を容易にすることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to reduce the weight of a movable weight electrode and to easily adjust the detection sensitivity.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、各請求項に記載の具体的な手段を採用してい
る。すなわち、請求項1、2に記載の発明においては、
おもり可動電極との間の静電引力によって検出感度を調
整するのに用いられる感度調整用固定電極を設けたこと
を特徴としている。
In order to achieve the above object, the present invention employs specific means described in each claim. That is, in the first and second aspects of the invention,
It is characterized in that a sensitivity adjustment fixed electrode used for adjusting detection sensitivity by electrostatic attraction between the movable electrode and the weight is provided.

【0007】従って、おもり可動電極と感度調整用固定
電極との間に生じる静電引力によりおもり可動電極の自
重垂れを少なくすることができ、感度調整用固定電極に
よってその静電引力を調整することにより、検出感度の
調整を容易に行うことができる。この場合、請求項3に
記載の発明のように、検出用固定電極とおもり可動電極
の間、および感度調整用固定電極とおもり可動電極の間
のそれぞれに、独立して調整可能な電位差を与えように
すれば、上記した感度調整を容易に行うことができる。
Accordingly, the weight of the movable weight electrode can be reduced by its own weight by the electrostatic attraction generated between the movable weight electrode and the fixed electrode for sensitivity adjustment, and the electrostatic attractive force can be adjusted by the fixed electrode for sensitivity adjustment. Thereby, the detection sensitivity can be easily adjusted. In this case, an independently adjustable potential difference is applied between the detection fixed electrode and the weight movable electrode and between the sensitivity adjustment fixed electrode and the weight movable electrode. By doing so, the above-described sensitivity adjustment can be easily performed.

【0008】また、請求項4に記載の発明のように、感
度調整用固定電極とおもり動電極の間の電位差を、おも
り可動電極が検出用固定電極に接触したとき前記した静
電引力がバネ部のバネ力よりも小さくなるように設定す
れば、おもり可動電極への加速度の印加がなくなった後
に、おもり可動電極を元の状態に復帰させることができ
る。
According to the fourth aspect of the present invention, the potential difference between the fixed electrode for sensitivity adjustment and the weight moving electrode is determined by the above-mentioned electrostatic attraction when the weight movable electrode comes into contact with the detection fixed electrode. If it is set to be smaller than the spring force of the portion, the weight movable electrode can be returned to the original state after the application of the acceleration to the weight movable electrode is stopped.

【0009】また、請求項5に記載の発明のように、検
出用固定電極に、おもり可動電極と接触する突起を有す
るようにすれば、おもり可動電極の可動範囲を設定する
ことができ、これによって検出感度の調整を行うことが
できる。この場合、請求項6に記載の発明のように、お
もり可動電極が検出用固定電極の突起に接触したとき、
その突起によっておもり可動電極と感度固定電極が接触
しないようにすれば、おもり可動電極が検出用固定電極
に接触したときに感度調整用固定電極とおもり可動電極
との間で前記した静電引力を発生させることができる。
Further, if the detection fixed electrode is provided with a protrusion which comes into contact with the weight movable electrode, the movable range of the weight movable electrode can be set. Thus, the detection sensitivity can be adjusted. In this case, as in the invention according to claim 6, when the weight movable electrode comes into contact with the projection of the detection fixed electrode,
If the weight movable electrode and the fixed sensitivity electrode are prevented from contacting by the projection, when the weight movable electrode comes into contact with the detection fixed electrode, the above-mentioned electrostatic attraction between the sensitivity adjustment fixed electrode and the weight movable electrode is reduced. Can be generated.

【0010】なお、検出用固定電極の突起の長さは、請
求項7に記載の発明のように、おもり可動電極の可動な
範囲においてバネ部のバネ力から前記した静電引力を引
いた値が単純増加する領域になるように規定することが
でき、また請求項8に記載の発明のように、おもり可動
電極の可動な範囲においてバネ部のバネ力から前記した
静電引力を引いた値がピーク値を超えて0になるまでの
領域になるように規定することができる。
The length of the projection of the fixed electrode for detection is a value obtained by subtracting the above-mentioned electrostatic attraction from the spring force of the spring portion in the movable range of the weight movable electrode as in the invention according to claim 7. Can be defined as a region in which the weight increases simply, and as in the invention according to claim 8, a value obtained by subtracting the electrostatic attraction from the spring force of the spring portion in the movable range of the weight movable electrode. Can be defined so as to exceed the peak value and reach 0.

【0011】[0011]

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

(第1実施形態)図1に、本発明の第1実施形態に係る
加速度センサ100の平面図、図2に、図1中のA−A
断面図を示す。図1に示す加速度センサ100は、基板
30、アンカー部11、おもり可動電極12、4本の梁
部14〜17、固定電極13で構成されるスイッチ式の
加速度センサを構成している。
(First Embodiment) FIG. 1 is a plan view of an acceleration sensor 100 according to a first embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. The acceleration sensor 100 shown in FIG. 1 configures a switch-type acceleration sensor including a substrate 30, an anchor portion 11, a movable weight electrode 12, four beams 14 to 17, and a fixed electrode 13.

【0012】基板30は、P型シリコン基板である。ア
ンカー部11は、円柱形状で、基板30上に形成され、
基板30のほぼ中央に位置し、おもり可動電極12を基
板30の表面とほぼ平行に弾性変形可能な4本の梁部1
4〜17で支持している。おもり可動電極12は、円筒
形状で、基板30と所定の間隔を有して平行に設けら
れ、アンカー部11に弾性変形可能である4本の梁部1
4〜17で支持され、印加させる加速度により変位す
る。また、おもり可動電極12は、基板30と垂直方向
の略円柱状側面(円周側面)、すなわち円筒外周面を導
電性の検出面18としている。
The substrate 30 is a P-type silicon substrate. The anchor part 11 is formed on the substrate 30 in a cylindrical shape,
The weight movable electrode 12 is located at substantially the center of the substrate 30 and the four beams 1 capable of elastically deforming the weight movable electrode 12 substantially in parallel with the surface of the substrate 30.
4 to 17 are supported. The weight movable electrode 12 has a cylindrical shape, is provided in parallel with the substrate 30 at a predetermined interval, and is elastically deformable on the anchor portion 11.
It is supported by 4 to 17 and is displaced by the applied acceleration. Further, the weight movable electrode 12 has a substantially cylindrical side surface (circumferential side surface) perpendicular to the substrate 30, that is, a cylindrical outer peripheral surface serving as a conductive detection surface 18.

【0013】梁部14〜17は、バネ部を構成するもの
で、アンカー部11に4本設置され、おもり可動電極1
2を支持する弾性変形可能な形状に形成されている。本
実施形態では、梁部14〜17は、基板30の表面に対
して、略平行方向に弾性変形可能となるように断面形状
を横の長さに対する縦の長さの比を大きくし、上方から
は円弧の一部となるような形状にしている。
The beam portions 14 to 17 constitute a spring portion, and four beams are installed on the anchor portion 11 to move the weight movable electrode 1.
2 is formed in an elastically deformable shape that supports the support 2. In the present embodiment, the ratio of the vertical length to the horizontal length is increased so that the beam portions 14 to 17 can be elastically deformed in a substantially parallel direction with respect to the surface of the substrate 30. The shape is such that it becomes a part of an arc.

【0014】固定電極13は、内側が円柱をくり抜いた
形状で、おもり可動電極12の外側に所定の間隔を隔て
て基板30上に形成されている。また、おもり可動電極
12の検出面18に対向する円筒形状内周面(円周側
面)は、導電性の被検出面19となっている。中央のア
ンカー部11と固定電極13の下側には、図2に示すよ
うに、それぞれ酸化膜21、22があり、基板30上に
形成されている。
The fixed electrode 13 has a shape in which a column is hollowed out on the inside, and is formed on the substrate 30 at a predetermined interval outside the movable weight electrode 12. The cylindrical inner peripheral surface (circumferential side surface) facing the detection surface 18 of the weight movable electrode 12 is a conductive detection surface 19. As shown in FIG. 2, oxide films 21 and 22 are provided below the central anchor portion 11 and the fixed electrode 13, respectively, and are formed on the substrate 30.

【0015】そして、図1中には示されていないが、加
速度によりおもり可動電極12が変位して、おもり可動
電極12の検出面18と固定電極13の被検出面19が
接触したことを検出する検出回路がある。この検出回路
には、おもり可動電極12の検出面18、固定電極13
の被検出面19と検出回路との間の導通をワイヤボンデ
ィング等で取っている。なお、本実施形態では、おもり
可動電極12、梁部14〜17、アンカー部11は、す
べて導通されているので、アンカー部11から検出回路
へワイヤボンディングを行うようにしても良い。
Although not shown in FIG. 1, it is detected that the weight movable electrode 12 is displaced by the acceleration and the detection surface 18 of the weight movable electrode 12 and the detection surface 19 of the fixed electrode 13 are in contact with each other. There is a detection circuit that performs The detection circuit includes a detection surface 18 of the weight movable electrode 12, a fixed electrode 13
The conduction between the detection surface 19 and the detection circuit is established by wire bonding or the like. In the present embodiment, since the weight movable electrode 12, the beams 14 to 17, and the anchor 11 are all electrically connected, wire bonding may be performed from the anchor 11 to the detection circuit.

【0016】また、本発明でいう略円柱状側面とは、図
1の検出面18に示されるような、外周部分が略円柱状
になっているものだけでなく、被検出面19に示される
ような、内周部分が略円柱状になっているものも含むも
のである。そして、おもり可動電極12と固定電極13
の所定間隔は、n箇所の間隔における各方向(i=1〜
n)に沿った梁部を総合した弾性係数kiと、おもり可
動電極12と固定電極13との距離Diとの関係が、数
式1となるように配置される。
The term "substantially cylindrical side face" as used in the present invention means not only a side surface having a substantially cylindrical shape as shown in the detection surface 18 of FIG. Such an inner peripheral portion has a substantially cylindrical shape. Then, the weight movable electrode 12 and the fixed electrode 13
Are predetermined in each direction (i = 1 to
The relationship between the elastic modulus ki obtained by combining the beam portions along n) and the distance Di between the weight movable electrode 12 and the fixed electrode 13 is arranged as shown in Expression 1.

【0017】[0017]

【数1】D1×k1=D2×k2=・・・=Di×ki
=・・・=Dn×kn このように配置することにより、基板30と平行な平面
内であれば、どの方向(i=1〜n)に沿って加速度が
発生しても加速度を等方的に検出できる。例えば、図1
を用いて説明すると、所定の間隔をD1(図中X方
向)、D2(図中Y方向)、D3(図中斜め45度方
向)とし、4本の梁部14〜17を総合した各間隔方向
の弾性係数をk1、k2、k3とすると、基板30に対
し平行方向の平面において、等方的に加速度Fを検出す
るためには、それぞれの間隔D1、D2、D3は、D1
=F/k1、D2=F/k2、D3=F/k3のように
なる。
D1 × k1 = D2 × k2 =... = Di × ki
=... = Dn × kn By arranging in this way, the acceleration isotropic even if the acceleration is generated in any direction (i = 1 to n) within a plane parallel to the substrate 30. Can be detected. For example, FIG.
In the description, the predetermined intervals are D1 (X direction in the drawing), D2 (Y direction in the drawing), and D3 (45 ° diagonal direction in the drawing), and the respective intervals obtained by integrating the four beam portions 14 to 17 are shown. Assuming that the elastic coefficients in the directions are k1, k2, and k3, in order to detect the acceleration F isotropically on a plane parallel to the substrate 30, the distances D1, D2, and D3 are equal to D1.
= F / k1, D2 = F / k2, D3 = F / k3.

【0018】そして、D1、D2、D3を、数式1を満
足するように設定すると、k1=k2=k3となる。本
実施形態では、数式1を満たすように設計して、おもり
可動電極12を円筒形状とし、固定電極13については
円柱をくり抜いた形状とする。そして、加速度センサ1
00を、上下及び左右対称となる形状とする。また、こ
こでは図示していないが、アンカー部11、4本の梁部
14〜17、おもり可動電極12、固定電極13の表面
にはイオン注入や、リンのデポジションのような手法に
より不純物を導入、または導電性の材料を蒸着やメッキ
またはその他成膜して構造体表面の抵抗率を下げても良
い。
When D1, D2, and D3 are set so as to satisfy Equation 1, k1 = k2 = k3. In the present embodiment, the weight movable electrode 12 is designed so as to satisfy Formula 1, and the weight movable electrode 12 has a cylindrical shape, and the fixed electrode 13 has a hollow cylindrical shape. And the acceleration sensor 1
00 is a vertically and horizontally symmetrical shape. Although not shown here, impurities are implanted into the surfaces of the anchor portion 11, the four beam portions 14 to 17, the weight movable electrode 12, and the fixed electrode 13 by a method such as ion implantation or phosphorus deposition. The resistivity of the surface of the structure may be reduced by introducing or depositing or plating a conductive material.

【0019】次に、加速度センサ100の製造工程を図
3、図4を用いて説明する。まず、図3に示すように、
基板30に酸化膜20を成膜し、その上にシリコン膜1
0を成膜し形成する。なお、基板30としては、SOI
(Siliconon Insulator)基板を用
いても良い。次に、図4に示すようにシリコン膜10を
エッチングして、アンカー部11、梁部14〜17(図
4中では梁部14、16を示す)、おもり可動電極1
2、固定電極13を所定の形状に形成する。
Next, a manufacturing process of the acceleration sensor 100 will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG.
An oxide film 20 is formed on a substrate 30, and a silicon film 1 is formed thereon.
0 is formed by film formation. The substrate 30 is made of SOI
(Silicon Insulator) substrate may be used. Next, as shown in FIG. 4, the silicon film 10 is etched, and the anchor portion 11, the beam portions 14 to 17 (the beam portions 14 and 16 are shown in FIG. 4), the weight movable electrode 1
2. The fixed electrode 13 is formed in a predetermined shape.

【0020】この後、おもり可動電極12、梁部14〜
17直下の酸化膜20を犠牲層としてフッ化水素系液体
によりエッチングすることで可動部を可動状態にし、図
1、図2に示す加速度センサ100を得る。次に、図
5、図6を用いてスイッチ式加速度センサ100の動作
を説明する。なお、図5では、アンカー部11とおもり
可動電極12を接続する梁部14〜17は省略してあ
る。
Thereafter, the weight movable electrode 12 and the beam portions 14 to
The movable portion is made movable by etching with a hydrogen fluoride-based liquid using the oxide film 20 immediately below 17 as a sacrificial layer, and the acceleration sensor 100 shown in FIGS. 1 and 2 is obtained. Next, the operation of the switch type acceleration sensor 100 will be described with reference to FIGS. In FIG. 5, beams 14 to 17 connecting the anchor portion 11 and the weight movable electrode 12 are omitted.

【0021】この加速度センサ100に加速度が加わっ
ていない場合、おもり可動電極12は固定電極13と所
定の間隔を隔てて静止している。また、検出回路(図6
に示す検出回路20)の端子1、端子2が、それぞれア
ンカー部11、中心部の固定電極13にワイヤーボンデ
ィングにより結線されている。なお、図6に示すよう
に、検出回路20を介して、端子1・端子2間には、電
位差V0 が与えられている。
When no acceleration is applied to the acceleration sensor 100, the weight movable electrode 12 is stationary at a predetermined distance from the fixed electrode 13. The detection circuit (FIG. 6)
Are connected to the anchor portion 11 and the fixed electrode 13 at the center by wire bonding, respectively. As shown in FIG. 6, a potential difference V 0 is applied between the terminal 1 and the terminal 2 via the detection circuit 20.

【0022】図5において、この加速度センサ100に
加速度が加わり、おもり可動電極12がX軸の方向に変
位したとき、おもり可動電極12と固定電極13の間隔
が小さくなり、ある加速度以上であると、おもり可動電
極12の検出面18と固定電極11の被検出面19がX
軸上で接触する。このとき、図6に示すように、おもり
可動電極12と固定電極13の間に電位差V0 が設定し
てあるので、電流が流れ、検出回路20で接触を検出す
ることができる。
In FIG. 5, when acceleration is applied to the acceleration sensor 100 and the weight movable electrode 12 is displaced in the X-axis direction, the interval between the weight movable electrode 12 and the fixed electrode 13 becomes small, and if the acceleration exceeds a certain acceleration. The detection surface 18 of the weight movable electrode 12 and the detection surface 19 of the fixed electrode 11 are X
Contact on axis. At this time, as shown in FIG. 6, since the potential difference V 0 is set between the weight movable electrode 12 and the fixed electrode 13, a current flows and the detection circuit 20 can detect the contact.

【0023】この加速度センサ100は、ある一定以上
の加速度が加わった場合にのみ、おもり可動電極12−
固定電極13間が通電されて、センサとして動作をす
る。すなわち、おもり可動電極12−固定電極13間
は、ある一定の面内方向加速度が加わった場合に接触す
る間隔を設定している。よって、おもり可動電極12の
検出面18の形状と固定電極13の被検出面19の形状
とが円筒状であり、梁部14〜17により形成されるバ
ネが面内方向に対して等方的なバネ定数を持っているの
で、基板30の表面と平行な面内において、均一に加速
度を検出することができる。この場合、おもり可動電極
12の検出面18と固定電極13の被検出面19とが接
触したことを検出する検出回路20を1つ用いれば、被
検出加速度の検出が可能である。
The acceleration sensor 100 operates only when a certain acceleration or more is applied.
Electric current is applied between the fixed electrodes 13 to operate as a sensor. That is, the interval between the movable weight electrode 12 and the fixed electrode 13 is set to be in contact when a certain constant in-plane acceleration is applied. Therefore, the shape of the detection surface 18 of the weight movable electrode 12 and the shape of the detection surface 19 of the fixed electrode 13 are cylindrical, and the spring formed by the beams 14 to 17 is isotropic with respect to the in-plane direction. Since it has a proper spring constant, acceleration can be detected uniformly in a plane parallel to the surface of the substrate 30. In this case, if one detection circuit 20 that detects that the detection surface 18 of the weight movable electrode 12 and the detection surface 19 of the fixed electrode 13 are in contact is used, the detection acceleration can be detected.

【0024】また、おもり可動電極12が環状部材から
なるため、環状内側及び環状外側を有効に使うことがで
き、また環状内側にアンカー部11を配設するため、ア
ンカー部11を配設するために特別な領域を用意する必
要がなく、加速度センサの面積を減少させることができ
る。また、アンカー部11、梁部14〜17、おもり可
動電極12及び固定電極13が同一半導体材料で一体に
構成されているため、半導体プロセス上同一の工程で形
成することができ、更にこれらを特別に組み付けること
を不要にできるため、安価に製作することができる。
In addition, since the weight movable electrode 12 is formed of an annular member, the annular inner side and the annular outer side can be used effectively. In addition, since the anchor section 11 is arranged inside the annular section, the anchor section 11 is arranged. Therefore, it is not necessary to prepare a special area, and the area of the acceleration sensor can be reduced. Further, since the anchor portion 11, the beam portions 14 to 17, the weight movable electrode 12 and the fixed electrode 13 are integrally formed of the same semiconductor material, they can be formed in the same process in a semiconductor process. Since it is not necessary to assemble it, it can be manufactured at low cost.

【0025】さらに、加速度が印加されていない時に、
検出面18と被検出面19との距離が略均一に保たれて
いるため、加速度が基板30の表面と略平行の方向の何
れの方向から印加されても、その加速度の大きさに対し
てほぼ同じだけ、検出面18と被検出面19の距離を近
づけさせることができる。これにより等方的に加速度を
検出することができる。
Further, when no acceleration is applied,
Since the distance between the detection surface 18 and the detection surface 19 is kept substantially uniform, even if the acceleration is applied in any direction substantially parallel to the surface of the substrate 30, the magnitude of the acceleration is The distance between the detection surface 18 and the detection surface 19 can be reduced by almost the same amount. Thereby, the acceleration can be detected isotropically.

【0026】上記した加速度センサ100において、地
震等の振動を感知する場合、作動しなければならない地
震の大きさは、加速度に変換すると0.2G程度とな
り、質量部に対する梁のバネ定数が非常に小さくなる。
このような加速度センサを製作すると、図7に示すよう
に、センサエレメントの自重でかなり垂れが発生し、マ
ス部(おもり可動電極)12と固定電極13の重なりが
非常に小さく若しくはなくなってしまい、センサとして
成立しなくなる可能性がある。また、このようなセンサ
を形成した場合、加工ばらつきにより感度が大きく変わ
ってしまう可能性がある。
When the acceleration sensor 100 described above detects vibration such as an earthquake, the magnitude of the earthquake that must be activated is about 0.2 G when converted to acceleration, and the spring constant of the beam with respect to the mass part is very small. Become smaller.
When such an acceleration sensor is manufactured, as shown in FIG. 7, droop occurs considerably due to the weight of the sensor element, and the overlap between the mass portion (weight movable electrode) 12 and the fixed electrode 13 is very small or eliminated. There is a possibility that the sensor will not be established. Further, when such a sensor is formed, there is a possibility that the sensitivity is largely changed due to processing variations.

【0027】そこで、本実施形態では、おもり可動電極
12と固定電極13間に電位差V0を設定し、おもり可
動電極12と固定電極13間に静電引力を発生させて、
自重垂れを小さくするようにしている。以下、この点に
ついて説明する。おもり可動電極12と固定電極13間
の静電容量Cは、数式2で示される。
Therefore, in this embodiment, a potential difference V 0 is set between the movable weight electrode 12 and the fixed electrode 13, and an electrostatic attraction is generated between the movable weight electrode 12 and the fixed electrode 13.
We try to reduce the weight drop. Hereinafter, this point will be described. The capacitance C between the weight movable electrode 12 and the fixed electrode 13 is expressed by Expression 2.

【0028】[0028]

【数2】C=2πε0 h/cosh-1((r1 2 +r2
2 −d2 )/2r1 2 ) ここで、r1 、r2 は固定電極13、おもり可動電極1
2の半径、dはおもり可動電極12の中心点の変位量、
hはおもり可動電極12の厚さを示す(r1 、r2 、d
については図5参照)。この場合、例えば、r1 =20
0μm、r2 =220μm、h=10μmとすると、静
電容量Cは、おもり可動電極12の変位dに対し、図8
のように変化し、d=0μmのときC=0.006pF
となる。この図8より、おもり可動電極12が固定電極
13に近づくに従って静電容量が増加していくことがわ
かる。
[Number 2] C = 2πε 0 h / cosh -1 ((r 1 2 + r 2
2- d 2 ) / 2r 1 r 2 ) where r 1 and r 2 are the fixed electrode 13 and the weight movable electrode 1
A radius of 2; d is an amount of displacement of a center point of the weight movable electrode 12;
h indicates the thickness of the weight movable electrode 12 (r 1 , r 2 , d
See FIG. 5). In this case, for example, r 1 = 20
Assuming that 0 μm, r 2 = 220 μm, and h = 10 μm, the capacitance C is different from the displacement d of the weight movable electrode 12 in FIG.
And when d = 0 μm, C = 0.006 pF
Becomes From FIG. 8, it can be seen that the capacitance increases as the weight movable electrode 12 approaches the fixed electrode 13.

【0029】ここで、おもり可動電極12と固定電極1
3の間には、電位差V0 が与えられているため、おもり
可動電極12と固定電極13間に静電引力Feが働く。
静電気力Fe は、数式3で表される。
Here, the weight movable electrode 12 and the fixed electrode 1
3, a potential difference V 0 is applied between the weight movable electrode 12 and the fixed electrode 13.
The electrostatic force Fe 2 is represented by Expression 3.

【0030】[0030]

【数3】Fe=∂/∂d(1/2CV0 2 ) ここで、電位差V0 を5Vとすると、静電引力Feは、
おもり可動電極12の変位dに対し図9のように変化す
る。なお、図10に、変位dが小さい領域を拡大した図
を示す。図9、図10から、変位dが0のときには、静
電引力Feが可動部に働かないことがわかる。
[Equation 3] Fe = ∂ / ∂d (1 / CV 0 2 ) Here, assuming that the potential difference V 0 is 5 V, the electrostatic attractive force Fe is
It changes as shown in FIG. 9 with respect to the displacement d of the weight movable electrode 12. FIG. 10 is an enlarged view of a region where the displacement d is small. 9 and 10 that when the displacement d is 0, the electrostatic attractive force Fe does not act on the movable portion.

【0031】このことを図11に示すモデルを用いて説
明する。固定端にバネ定数kのバネ(梁部14〜17)
の一方が支持され、他端には質量mのおもり可動電極1
2が接続されている。おもり可動電極12からある距離
を保って固定電極13が形成されている。また、固定電
極13とバネの間には電位差V0 が外部から与えられて
いる。
This will be described with reference to a model shown in FIG. Spring with spring constant k at fixed end (beams 14-17)
Is supported, and the other end has a weight movable electrode 1 having a mass m.
2 are connected. The fixed electrode 13 is formed at a certain distance from the weight movable electrode 12. Further, a potential difference V 0 is externally applied between the fixed electrode 13 and the spring.

【0032】この系ではおもり可動電極12に加速度
(絶対値)aが加わったとき、おもり可動電極12に加
わる力Fは、バネの復元力による力によるFkと静電気
力による力Feの釣り合いで決まる。変位dが小さい
時、静電気力Feはその変位dに比例すると仮定する
と、ma=Fk−Fe=kd−bd=(k−b)dの関
係が成立する。なお、kはバネのバネ定数、bは比例定
数である。従って、おもり可動電極12が加速度を受け
偏心した場合、図のような静電引力が働き、見かけ上バ
ネ定数がbだけ小さくなる。
In this system, when acceleration (absolute value) a is applied to the weight movable electrode 12, the force F applied to the weight movable electrode 12 is determined by the balance between Fk due to the restoring force of the spring and force Fe due to the electrostatic force. . Assuming that the electrostatic force Fe is proportional to the displacement d when the displacement d is small, a relationship of ma = Fk-Fe = kd-bd = (kb) d holds. Here, k is a spring constant of the spring, and b is a proportional constant. Therefore, when the weight movable electrode 12 is eccentric due to the acceleration, an electrostatic attraction as shown in the figure acts, and the spring constant apparently decreases by b.

【0033】この効果を利用することにより、大きなバ
ネ定数を設定して自重たれを小さくし、かつ水平方向の
バネ定数を電圧V0 の印加により見かけ上小さくして、
大きな感度を得るようにすることができる。なお、上記
した実施形態においては、図3、図4に示す工程を用い
て製造するものを示したが、低抵抗率の貼り合わせ層を
有するSOI基板を用いて加速度センサ100を製造す
ることもできる。この場合の製造工程を図12〜図19
に示す。
By utilizing this effect, a large spring constant is set to reduce the self-weight and the spring constant in the horizontal direction is apparently reduced by applying the voltage V 0 .
Great sensitivity can be obtained. Note that, in the above-described embodiment, the manufacturing method using the steps shown in FIGS. 3 and 4 is described. However, the acceleration sensor 100 may be manufactured using an SOI substrate having a low-resistance bonding layer. it can. The manufacturing process in this case is shown in FIGS.
Shown in

【0034】まず、図12に示すように、第1の半導体
基板40としての単結晶シリコン基板を用意する。そし
て、シリコン基板40にトレンチエッチングによりアラ
イメント用の溝40aを形成する。その後、溝40aを
含むシリコン基板40の上に犠牲層用薄膜としてのシリ
コン酸化膜41をCVD法等により成膜する。さらに、
シリコン酸化膜41に対しフォトリソグラフィを経て一
部エッチングして凹部41aを形成する。これは、後述
する犠牲層エッチング工程において梁構造体がリリース
された後に表面張力等で基板に付着するのを防ぐべく付
着面積を減らす突起を形成するために形成する。
First, as shown in FIG. 12, a single crystal silicon substrate as the first semiconductor substrate 40 is prepared. Then, an alignment groove 40a is formed in the silicon substrate 40 by trench etching. Thereafter, a silicon oxide film 41 as a thin film for a sacrificial layer is formed on the silicon substrate 40 including the groove 40a by a CVD method or the like. further,
The silicon oxide film 41 is partially etched through photolithography to form a concave portion 41a. This is formed in order to prevent the beam structure from being adhered to the substrate due to surface tension or the like after the beam structure is released in a sacrificial layer etching step described later, and to form a projection that reduces the adhered area.

【0035】次に、図13に示すように、犠牲層エッチ
ング時のエッチングストッパとなるシリコン窒化膜42
を成膜する。そして、シリコン窒化膜42とシリコン酸
化膜41との積層体に対しフォトリソグラフィを経てド
ライエッチング等によりアンカー部形成領域に開口部を
形成する。この開口部は、梁構造体と基板(下部電極)
とを接続するため、および固定電極(及び電極取出部)
と配線パターンとを接続するためのものである。引き続
き、開口部を含むシリコン窒化膜の上にポリシリコン薄
膜43を成膜する。このポリシリコン薄膜43はアンカ
ー(固定部)兼配線となるため、成膜中または成膜後に
不純物を導入する。さらに、フォトリソグラフィを経て
配線パターンと下部電極とアンカー部を形成する。この
ように、開口部を含むシリコン窒化膜42上の所定領域
に導電性薄膜としての不純物ドープトポリシリコン薄膜
43を形成する。ポリシリコン薄膜43の膜厚は0.5
〜2μm程度である。
Next, as shown in FIG. 13, a silicon nitride film 42 serving as an etching stopper at the time of etching the sacrificial layer is formed.
Is formed. Then, an opening is formed in the anchor portion forming region of the stacked body of the silicon nitride film 42 and the silicon oxide film 41 by dry etching or the like through photolithography. This opening is made up of the beam structure and the substrate (lower electrode).
And fixed electrode (and electrode extraction part)
And a wiring pattern. Subsequently, a polysilicon thin film 43 is formed on the silicon nitride film including the opening. Since this polysilicon thin film 43 also serves as an anchor (fixing portion) and wiring, impurities are introduced during or after film formation. Further, a wiring pattern, a lower electrode, and an anchor portion are formed through photolithography. Thus, an impurity-doped polysilicon thin film 43 as a conductive thin film is formed in a predetermined region on the silicon nitride film 42 including the opening. The thickness of the polysilicon thin film 43 is 0.5
About 2 μm.

【0036】次に、図14に示すように、ポリシリコン
薄膜43上にシリコン窒化膜44を形成し、さらにシリ
コン窒化膜44の上にシリコン酸化膜45を成膜する。
この後、図15に示すように、シリコン酸化膜45の上
に貼合用薄膜としてのポリシリコン薄膜46を成膜し、
貼り合わせのためにポリシリコン薄膜46の表面を機械
的研磨等により平坦化する。
Next, as shown in FIG. 14, a silicon nitride film 44 is formed on the polysilicon thin film 43, and a silicon oxide film 45 is formed on the silicon nitride film 44.
Thereafter, as shown in FIG. 15, a polysilicon thin film 46 as a bonding thin film is formed on the silicon oxide film 45,
For bonding, the surface of the polysilicon thin film 46 is planarized by mechanical polishing or the like.

【0037】次に、図16に示すように、シリコン基板
40とは別の単結晶シリコン基板(支持基板)47を用
意し、ポリシリコン薄膜46の表面と第2の半導体基板
としてのシリコン基板47とを貼り合わせる。この後、
シリコン基板40、47を表裏逆にして、シリコン基板
40側を機械的研磨等を行い薄膜化する。つまり、シリ
コン基板40を所望の厚さまで研磨する。この際、図1
2に示したように、トレンチエッチングにより形成した
溝40a深さまで研磨を行うと、シリコン酸化膜41の
層が出現するため、研磨における硬度が変化し、研磨の
終点を容易に検出することができる。
Next, as shown in FIG. 16, a single-crystal silicon substrate (supporting substrate) 47 different from the silicon substrate 40 is prepared, and the surface of the polysilicon thin film 46 and the silicon substrate 47 as a second semiconductor substrate are prepared. And stick them together. After this,
The silicon substrates 40 and 47 are turned upside down, and the silicon substrate 40 side is thinned by mechanical polishing or the like. That is, the silicon substrate 40 is polished to a desired thickness. At this time, FIG.
As shown in FIG. 2, when polishing is performed to the depth of the groove 40a formed by trench etching, a layer of the silicon oxide film 41 appears, so that the hardness in polishing changes, and the end point of polishing can be easily detected. .

【0038】この後、図17に示すように、アルミ電極
48a、48bを成膜し、そのパターニングを行う。そ
して、図18に示すように、構造体(アンカー部11、
おもり可動電極12、固定電極13、梁部14〜17)
のパターンのフォトリソグラフィを経て、構造体の形成
を行う。構造体のエッチングはフォトレジストのような
ソフトマスクでも、酸化膜のような、ハードマスクでも
良い。
Thereafter, as shown in FIG. 17, aluminum electrodes 48a and 48b are formed and patterned. Then, as shown in FIG. 18, the structure (anchor portion 11,
Weight movable electrode 12, fixed electrode 13, beams 14 to 17)
The structure is formed through photolithography of the above pattern. The structure may be etched using a soft mask such as a photoresist or a hard mask such as an oxide film.

【0039】最後に、図19に示すように、HF系のエ
ッチング液によりシリコン酸化膜41をエッチング除去
し、おもり可動電極12を有する梁構造体を可動とす
る。つまり、エッチング液を用いた犠牲層エッチングに
より所定領域のシリコン酸化膜41を除去してシリコン
基板40を可動構造とする。この際、エッチング後の乾
燥の過程で可動部が基板に固着するのを防止するため、
バラジクロルベンゼン等の昇華剤を用いる。
Finally, as shown in FIG. 19, the silicon oxide film 41 is removed by etching with an HF-based etchant, and the beam structure having the weight movable electrode 12 is made movable. That is, the silicon oxide film 41 in a predetermined region is removed by sacrifice layer etching using an etchant, so that the silicon substrate 40 has a movable structure. At this time, in order to prevent the movable portion from sticking to the substrate during the drying process after the etching,
A sublimation agent such as valadichlorobenzene is used.

【0040】この犠牲層エッチングにおいて、アンカー
部11においてポリシリコン薄膜43を用いているた
め、アンカー部11においてエッチングが停止し、バラ
ツキがなくなる。すなわち、犠牲層用薄膜としてシリコ
ン酸化膜41を用い、アンカー部11にポリシリコン薄
膜43を用いているから、HF系エッチング液を用いた
場合には、シリコン酸化膜41はHFにて溶けるがポリ
シリコン薄膜43は溶けないので、HF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を正
確なる時間管理にて行う必要はなく、製造が容易とな
る。
In the etching of the sacrificial layer, since the polysilicon thin film 43 is used in the anchor portion 11, the etching is stopped in the anchor portion 11 and there is no variation. That is, since the silicon oxide film 41 is used as the thin film for the sacrificial layer and the polysilicon thin film 43 is used for the anchor portion 11, when the HF-based etchant is used, the silicon oxide film 41 is dissolved in Since the silicon thin film 43 does not melt, it is not necessary to accurately control the concentration and temperature of the HF-based etchant or to perform the end of the etching with precise time management, thereby facilitating manufacture.

【0041】このようにしてアンカー部11を形成する
ことができるから、梁構造体をリリースする際の犠牲層
エッチング工程で時間制御による終点制御を行う必要が
なくバネ定数等の制御を容易にすることが可能となる。
この図12〜図19に示す工程によって製造された加速
度センサ100においては、おもり可動電極12、梁部
14〜17の下部にアンカー部11に接続されたポリシ
リコン薄膜43により下部電極49を形成することがで
きるため、おもり可動電極12、梁部14〜17と下部
電極49とを例えば同電位に設定することにより、おも
り可動電極12と基板30間の静電気力によるおもり可
動電極12−基板30間の付着を回避することができ
る。
Since the anchor portion 11 can be formed in this manner, it is not necessary to control the end point by time control in the sacrifice layer etching step when releasing the beam structure, thereby facilitating the control of the spring constant and the like. It becomes possible.
In the acceleration sensor 100 manufactured by the steps shown in FIGS. 12 to 19, the lower electrode 49 is formed by the polysilicon thin film 43 connected to the anchor 11 below the weight movable electrode 12 and the beams 14 to 17. For example, by setting the weight movable electrode 12, the beams 14 to 17, and the lower electrode 49 to, for example, the same potential, the weight movable electrode 12 and the substrate 30 can be placed between the weight movable electrode 12 and the substrate 30 by electrostatic force. Can be avoided.

【0042】また、図1のような断面構造をもったセン
サエレメントではおもり可動電極12の電位を取る場
合、その中心部、すなわちアンカー部11にワイヤボン
ディング等により外部に取り出さなくてはならないが、
下部電極49を形成することにより中心部から、下部電
極49を通してエレメントの縁までもってきて、エレメ
ント表面に取り出すことができる。通常、ワイヤボンデ
ィングをする場合、φ200μm程度必要であるが、こ
のような構成にすることにより、中心部の面積を十数μ
mから数十μm程度に小さくすることができるため、セ
ンサエレメントを小さくすることができる。
In a sensor element having a cross-sectional structure as shown in FIG. 1, when the potential of the weight movable electrode 12 is taken, it must be taken out to the center, that is, the anchor portion 11, by wire bonding or the like.
By forming the lower electrode 49, it is possible to bring the element from the center to the edge of the element through the lower electrode 49 and take it out to the element surface. Normally, when wire bonding is performed, it is necessary to have a diameter of about 200 μm.
Since it can be reduced from m to several tens μm, the sensor element can be reduced in size.

【0043】なお、上記した実施形態においては、半導
体基板上に構造体を形成するものを示したが、ガラス基
板上に構造体を形成して加速度センサ100を製造する
ようにしてもよい。この場合の製造工程を図20〜図2
3に示す。まず、図20に示すように、パイレックスガ
ラス基板230(パイレックスは商品名)と低抵抗のシ
リコン基板210を陽極接合で接合する。このとき、必
要に応じてシリコン基板210の表面を研磨又はエッチ
ングで薄膜化を行ってもよい。
In the above embodiment, the structure in which the structure is formed on the semiconductor substrate has been described. However, the structure may be formed on the glass substrate to manufacture the acceleration sensor 100. The manufacturing process in this case is shown in FIGS.
3 is shown. First, as shown in FIG. 20, a Pyrex glass substrate 230 (Pyrex is a trade name) and a low-resistance silicon substrate 210 are bonded by anodic bonding. At this time, if necessary, the surface of the silicon substrate 210 may be thinned by polishing or etching.

【0044】次に、図21に示すようにシリコン基板2
10をエッチングにて、アンカー部211、梁部21
4、216、おもり可動電極212、固定電極213を
所定の形状に形成する。最後に、図22に示すようにお
もり可動電極212、梁部214、216直下のパイレ
ックスガラス基板230をフッ化水素系液体によりエッ
チングすることで可動部を可動状態にする。なお、ここ
ではパイレックスガラス基板で説明したがパイレックス
に限定されるものではなく、シリコンと陽極接合が可能
でフッ化水素系液体でエッチングが可能なガラスであれ
ばいずれでもよい。 (第2実施形態)上記した第1実施形態によれば、図5
に示すように、おもり可動電極12が基板30表面に平
行な面内において、おもり可動電極12が何れの方向に
変位しても、おもり可動電極12と固定電極13の接触
を検出できる。
Next, as shown in FIG.
10 by etching, anchor portion 211, beam portion 21
4, 216, the weight movable electrode 212, and the fixed electrode 213 are formed in a predetermined shape. Finally, as shown in FIG. 22, the Pyrex glass substrate 230 immediately below the weight movable electrode 212 and the beam portions 214 and 216 is etched with a hydrogen fluoride-based liquid to make the movable portion movable. Although a Pyrex glass substrate has been described here, the present invention is not limited to Pyrex, and any glass can be used as long as it can be anodically bonded to silicon and can be etched with a hydrogen fluoride-based liquid. (Second Embodiment) According to the first embodiment described above, FIG.
As shown in (2), contact between the weight movable electrode 12 and the fixed electrode 13 can be detected even if the weight movable electrode 12 is displaced in any direction within a plane parallel to the surface of the substrate 30.

【0045】ここで、おもり可動電極12と固定電極1
3との接触を好適に行うために、次のような構成を採る
のが好ましい。すなわち、図23に示すように固定電極
13側のおもり可動電極の方向に突起301から308
を設ける構成である。これにより、おもり可動電極12
が加速度を受け変位し固定電極13に接触したときの接
触圧力を高めることができる。
Here, the weight movable electrode 12 and the fixed electrode 1
In order to make the contact with No. 3 preferably, the following configuration is preferably adopted. In other words, as shown in FIG. 23, the protrusions 301 to 308 move in the direction of the weight movable electrode on the fixed electrode 13 side.
Is provided. Thereby, the weight movable electrode 12
Can receive an acceleration and can be displaced and contact pressure with the fixed electrode 13 can be increased.

【0046】図23では、固定電極13に対して傾きを
もたせた突起形状を示したが、図24に示す突起30
9、図25に示す突起310、図26に示す突起311
のように固定電極13に対しI型、T型、又はひし形で
あってもよい。ここでは、突起を固定電極13側に形成
した実施形態を示したが突起をおもり可動電極12側、
さらには固定電極13とおもり可動電極12の両側に形
成してもよい。
FIG. 23 shows the projection shape inclined with respect to the fixed electrode 13, but the projection 30 shown in FIG.
9, the projection 310 shown in FIG. 25, and the projection 311 shown in FIG.
The shape may be I-type, T-type, or rhombus for the fixed electrode 13 as shown in FIG. Here, the embodiment in which the protrusion is formed on the fixed electrode 13 side is shown.
Further, it may be formed on both sides of the fixed electrode 13 and the weight movable electrode 12.

【0047】ここで、図27に示すようにおもり可動電
極12の固定電極13側の面および固定電極13のおも
り可動電極12側の面に金属、好ましくはAu、Pt等
の貴金属312を形成することにより、おもり可動電極
12と固定電極13との接触抵抗を低減することができ
る。この表面処理は、図28から図30に示す突起形状
についても同様である。
Here, as shown in FIG. 27, a metal, preferably a noble metal 312 such as Au or Pt, is formed on the surface of the weight movable electrode 12 on the fixed electrode 13 side and the surface of the fixed electrode 13 on the weight movable electrode 12 side. Thereby, the contact resistance between the weight movable electrode 12 and the fixed electrode 13 can be reduced. This surface treatment is the same for the projection shapes shown in FIGS.

【0048】また、突起がおもり可動電極12側、また
おもり可動電極12と固定電極13の両方に形成されて
も同様である。なお、この第2実施形態においても、第
1実施形態と同様、おもり可動電極12と固定電極13
の間に所定の電位差を与えて加速度検出を行うように構
成されている。 (第3実施形態)次に、第1実施形態における梁部の設
ける位置を変更した第3実施形態を以下に説明する。図
31に、本発明の第3実施形態を示す加速度センサの平
面図、図32に、図31中のB−B断面図を示す。
The same applies to the case where the projections are formed on the weight movable electrode 12 side and on both the weight movable electrode 12 and the fixed electrode 13. In the second embodiment, similarly to the first embodiment, the weight movable electrode 12 and the fixed electrode 13 are used.
And a predetermined potential difference is applied between them to detect acceleration. (Third Embodiment) Next, a third embodiment in which the position of the beam portion in the first embodiment is changed will be described below. FIG. 31 is a plan view of an acceleration sensor according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 32 is a sectional view taken along line BB in FIG.

【0049】図31における加速度センサは、加速度に
より変位する円筒形状のおもり可動電極52、円柱形状
で、基板30の中央に位置する固定電極51、おもり可
動電極52を外側から支持するアンカー部53、4本の
梁部54〜57から構成されている。また、おもり可動
電極52の円筒内周面は導電性の検出面58、固定電極
51の円柱外周面は導電性の被検出面59となってい
る。
The acceleration sensor shown in FIG. 31 includes a cylindrical movable weight electrode 52 displaced by acceleration, a cylindrical fixed electrode 51 located at the center of the substrate 30, an anchor portion 53 for supporting the weight movable electrode 52 from the outside, It is composed of four beams 54 to 57. The inner peripheral surface of the cylinder of the weight movable electrode 52 is a conductive detection surface 58, and the outer peripheral surface of the fixed electrode 51 is a conductive detection surface 59.

【0050】図1では、おもり可動電極12が構造体の
中心に位置するアンカー部11より支持され、固定電極
13がおもり可動電極12の外側に位置しているが、図
31では、おもり可動電極52は、おもり可動電極52
の外側に所定の間隔をもって位置するアンカー部53
に、梁部54〜57により基板30から上方に所定の間
隔を隔てて支持されている。また、おもり可動電極52
の内側には、所定の間隔を隔てて円筒状の固定電極51
が配置されている。中央の固定電極51とアンカー部5
3の下側にはそれぞれ酸化膜21、22があり、基板3
0に接続されている。
In FIG. 1, the movable weight electrode 12 is supported by the anchor portion 11 located at the center of the structure, and the fixed electrode 13 is located outside the movable weight electrode 12. In FIG. 52 is a weight movable electrode 52
Part 53 located at a predetermined interval outside
Further, it is supported above the substrate 30 at predetermined intervals by the beams 54 to 57. Also, the weight movable electrode 52
Inside the cylindrical fixed electrode 51 at a predetermined interval.
Is arranged. Central fixed electrode 51 and anchor 5
3 have oxide films 21 and 22, respectively.
Connected to 0.

【0051】また、ここでは図示していないが、アンカ
ー部51、4本の梁部54〜57、おもり可動電極5
2、固定電極53の表面にはイオン注入や、リンのデポ
ジションのような手法により不純物を導入、または導電
性の材料を蒸着やメッキまたはその他成膜して構造体の
抵抗率を下げても良い。このように、固定電極51の位
置を円筒型おもり可動電極52の外側から内側に変更す
れば、第1実施形態と同じ断面形状の梁部で、より感度
の良い加速度センサを作ることができる。
Although not shown here, the anchor portion 51, the four beam portions 54 to 57, the weight movable electrode 5
2. Impurities may be introduced into the surface of the fixed electrode 53 by a method such as ion implantation or phosphorus deposition, or a conductive material may be deposited, plated or formed into another film to lower the resistivity of the structure. good. As described above, if the position of the fixed electrode 51 is changed from the outside to the inside of the cylindrical weight movable electrode 52, an acceleration sensor with higher sensitivity can be manufactured using the beam having the same cross-sectional shape as the first embodiment.

【0052】また、上記した第1実施形態の効果に加
え、環状内側に固定電極51を配設するため、固定電極
51を配設するために特別な領域を用意する必要がなく
加速度センサの面積を減少させることができるという効
果が得られる。なお、この第3実施形態においても、第
1実施形態と同様、おもり可動電極12と固定電極13
の間に所定の電位差を与えて加速度検出を行うように構
成されている。 (第4実施形態)図33に、本発明の第4実施形態に係
る加速度センサの平面図、図34に、図33中のC−C
断面図を示す。
Further, in addition to the effects of the first embodiment, since the fixed electrode 51 is provided inside the annular portion, it is not necessary to provide a special area for providing the fixed electrode 51, and the area of the acceleration sensor is reduced. Can be reduced. In the third embodiment, similarly to the first embodiment, the weight movable electrode 12 and the fixed electrode 13 are used.
And a predetermined potential difference is applied between them to detect acceleration. (Fourth Embodiment) FIG. 33 is a plan view of an acceleration sensor according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG.
FIG.

【0053】この第4実施形態においては、図1に示す
第1実施形態に対し、固定電極13の被検出面19に、
感度調整用(接点用)の突起13a〜13dが形成され
ている点が異なる。これらの突起13a〜13dは、固
定電極13と同一材料で形成されている。このような突
起13a〜13dを設けることにより、おもり可動電極
12と固定電極13の距離を調整し、おもり可動電極1
2が固定電極13側に変位したときの静電気力を加味す
ることにより、このセンサの感度調整を行うことができ
る。
In the fourth embodiment, the detected surface 19 of the fixed electrode 13 is different from the first embodiment shown in FIG.
The difference is that projections 13a to 13d for sensitivity adjustment (for contacts) are formed. These projections 13a to 13d are formed of the same material as the fixed electrode 13. By providing such projections 13a to 13d, the distance between the weight movable electrode 12 and the fixed electrode 13 is adjusted, and the weight movable electrode 1 is adjusted.
The sensitivity of this sensor can be adjusted by taking into account the electrostatic force generated when 2 is displaced toward the fixed electrode 13 side.

【0054】なお、図33では、固定電極13に突起を
4つ形成しているが、突起の個数はそれ以外でもよい。
この場合、突起の個数により検出の精度が異なるが、セ
ンサとしての動作を確実にするためには、おもり可動電
極12が突起以外の固定電極13と接触しないような個
数に設定するのが好ましい。また、突起は、固定電極1
3側でなく、おもり可動電極12側に形成することもで
きる。すなわち、図35、図36に示すように、おもり
可動電極12の検出面18に接点用の突起12a〜12
dを形成する。なお、図35は、加速度センサの平面
図、図36は、図35中のD−D断面図である。
In FIG. 33, four protrusions are formed on the fixed electrode 13, but the number of protrusions may be other than that.
In this case, the detection accuracy varies depending on the number of projections, but in order to ensure the operation as a sensor, it is preferable to set the number so that the weight movable electrode 12 does not contact the fixed electrode 13 other than the projection. Further, the protrusion is a fixed electrode 1
Instead of the third side, it can be formed on the weight movable electrode 12 side. That is, as shown in FIGS. 35 and 36, contact protrusions 12 a to 12 a are formed on the detection surface 18 of the weight movable electrode 12.
forming d. FIG. 35 is a plan view of the acceleration sensor, and FIG. 36 is a cross-sectional view taken along line DD in FIG.

【0055】さらに、図31に示す第3実施形態に対し
ても、同様に感度調整用の突起を設けるようにすること
ができる。すなわち、図37、図38に示すように、固
定電極51の被検出面59に接点用の突起51a〜51
dを形成する。なお、図37は、加速度センサの平面
図、図38は、図37中のE−E断面図である。また、
図37に示す構成に対し、おもり可動電極42側に突起
を形成することもできる。すなわち、図39、図40に
示すように、おもり可動電極52の検出面58に接点用
の突起52a〜52dを形成する。なお、図39は、加
速度センサの平面図、図40は、図39中のF−F断面
図である。 (第5実施形態)図41に、本発明の第5実施形態に係
る加速度センサの平面図、図42に、図41中のG−G
断面図を示す。
Furthermore, a projection for sensitivity adjustment can be provided in the third embodiment shown in FIG. That is, as shown in FIGS. 37 and 38, the contact projections 51 a to 51 a are formed on the detection surface 59 of the fixed electrode 51.
forming d. FIG. 37 is a plan view of the acceleration sensor, and FIG. 38 is a sectional view taken along line EE in FIG. Also,
In the configuration shown in FIG. 37, a protrusion may be formed on the weight movable electrode 42 side. That is, as shown in FIG. 39 and FIG. 40, contact projections 52 a to 52 d are formed on the detection surface 58 of the weight movable electrode 52. 39 is a plan view of the acceleration sensor, and FIG. 40 is a cross-sectional view taken along line FF in FIG. (Fifth Embodiment) FIG. 41 is a plan view of an acceleration sensor according to a fifth embodiment of the present invention, and FIG.
FIG.

【0056】この第5実施形態においては、図1に示す
第1実施形態に対し、固定電極13を、感度調整用固定
電極131〜134と固定電極135〜138にて分割
した電極構成としている。感度調整用固定電極131〜
134と固定電極135〜138の間には、絶縁分離膜
(もしくは間隙等の絶縁分離手段)139〜146が形
成されている。
The fifth embodiment is different from the first embodiment shown in FIG. 1 in that the fixed electrode 13 is divided into fixed electrodes 131-134 for sensitivity adjustment and fixed electrodes 135-138. Fixed electrodes 131 to 131 for sensitivity adjustment
Insulation separation films (or insulation separation means such as gaps) 139 to 146 are formed between 134 and fixed electrodes 135 to 138.

【0057】また、固定電極135〜138には、接点
用の突起135a〜138aが形成されており、これら
の突起は固定電極135〜138と同一材料で形成され
ている。ここで、おもり可動電極12には、アンカー部
11、梁部14〜17を介して電圧が印加されるため、
おもり可動電極12と固定電極135〜138間には、
図43に示すように、電圧V0 が印加される。また、お
もり可動電極12と感度調整用固定電極131〜134
との間には、電圧VR が印加される。
The fixed electrodes 135 to 138 are provided with contact projections 135a to 138a, respectively, and these projections are formed of the same material as the fixed electrodes 135 to 138. Here, since a voltage is applied to the weight movable electrode 12 via the anchor portion 11 and the beam portions 14 to 17,
Between the weight movable electrode 12 and the fixed electrodes 135 to 138,
As shown in FIG. 43, voltage V 0 is applied. In addition, the weight movable electrode 12 and the sensitivity adjustment fixed electrodes 131 to 134
, A voltage V R is applied.

【0058】この場合、固定電極135〜138に形成
された突起135a〜138aにより感度調整を行うと
ともに、図に示す電圧V0 、VR の電源手段により電圧
0、VR を独立に調整することで、センサ製造後の感
度調整を行うことができる。なお、感度調整用固定電極
131〜134とおもり可動電極12の間の電位差VR
は、おもり可動電極12が固定電極135〜138に接
触したとき、感度調整用固定電極131〜134とおも
り可動電極12の間に生じる静電引力が、梁部14〜1
7のバネ力よりも小さくなるように設定されている。
[0058] In this case, with the sensitivity adjustment by the projection 135a~138a formed on the fixed electrode 135-138 to adjust the voltage V 0, V R independently by the power supply means voltage V 0, V R shown in FIG. Thereby, the sensitivity can be adjusted after manufacturing the sensor. The potential difference V R between the fixed electrodes 131 to 134 for sensitivity adjustment and the weight movable electrode 12.
When the weight movable electrode 12 comes into contact with the fixed electrodes 135 to 138, the electrostatic attraction generated between the sensitivity adjustment fixed electrodes 131 to 134 and the weight movable electrode 12 causes the beam portions 14 to 1
7 is set to be smaller than the spring force.

【0059】このことにより、加速度の発生によってお
もり可動電極12と固定電極135〜138が接触し、
その後、その加速度がなくなると、梁部14〜17のバ
ネ力によっておもり可動電極12を元の状態に戻すこと
ができる。以下、この点について詳述する。感度調整用
電極131〜134とおもり可動電極12との間に働く
静電引力は、数式1〜3に示される関係になり、感度調
整用電極131〜134とおもり可動電極12との間の
距離および電位差が影響する。この場合、静電引力は、
図9、図10に示すように、おもり可動電極12の変位
dが大きい、すなわちおもり可動電極12と感度調整用
電極131〜134との距離が縮まるほど増大する。
As a result, the weight movable electrode 12 and the fixed electrodes 135 to 138 come into contact with each other due to the occurrence of acceleration,
Thereafter, when the acceleration stops, the weight movable electrode 12 can be returned to the original state by the spring force of the beams 14 to 17. Hereinafter, this point will be described in detail. The electrostatic attractive force acting between the sensitivity adjustment electrodes 131 to 134 and the weight movable electrode 12 has a relationship represented by Expressions 1 to 3, and a distance between the sensitivity adjustment electrodes 131 to 134 and the weight movable electrode 12. And the potential difference has an effect. In this case, the electrostatic attraction is
As shown in FIGS. 9 and 10, the displacement d of the weight movable electrode 12 increases, that is, increases as the distance between the weight movable electrode 12 and the sensitivity adjustment electrodes 131 to 134 decreases.

【0060】図44に、おもり可動電極12の変位dに
対する、バネ力Fkと静電引力Feとの関係を示す。静
電引力Feは、図に示すように、変位dが大きくなると
バネ力Fkを上回るほど大きくなる。ここで、バネ力F
kから静電引力Feを引いた値(Fk−Fe)は、変位
dが0〜aまで徐々に増加してa点でピークとなり、変
位dがa〜bの間では静電引力Feの急激な増大によっ
て(Fk−Fe)は急激に小さくなり、さらにb点を超
えると負の値になる。つまり、変位dがb点を超えると
静電引力Feの方がバネ力Fkを上回ってしまい、おも
り可動電極12が固定電極側に貼り付いたままとなり、
地震等の振動により受けた加速度がなくなっても可動電
極12は固定電極の突起135a〜138aのいずれか
から離れることができなくなってしまう。
FIG. 44 shows the relationship between the spring force Fk and the electrostatic attraction Fe with respect to the displacement d of the weight movable electrode 12. As shown in the drawing, the electrostatic attraction Fe increases as the displacement d increases and the electrostatic attraction exceeds the spring force Fk. Here, the spring force F
The value (Fk-Fe) obtained by subtracting the electrostatic attractive force Fe from k, the displacement d gradually increases from 0 to a and peaks at the point a, and when the displacement d is between a and b, the electrostatic attractive force Fe sharply increases. (Fk-Fe) suddenly decreases due to a slight increase, and becomes a negative value beyond point b. That is, when the displacement d exceeds the point b, the electrostatic attractive force Fe exceeds the spring force Fk, and the weight movable electrode 12 remains attached to the fixed electrode side,
Even if the acceleration received by the vibration such as the earthquake disappears, the movable electrode 12 cannot be separated from any of the projections 135a to 138a of the fixed electrode.

【0061】従って、おもり可動電極12の変位量は、
図44で示すような静電引力Feがバネ力を上回らない
領域に設定する必要がある。つまり、おもり可動電極1
2が固定電極の突起135a〜138aのいずれかに接
して感度調整用電極131〜134に最も近づいた場合
でも静電引力Fkがバネ力Feを上回らないように、固
定電極の突起135a〜138aの突出長さ、および感
度調整用固定電極131〜134とおもり可動電極12
の間の電位差VR を設定する。
Therefore, the amount of displacement of the weight movable electrode 12 is
It is necessary to set an area where the electrostatic attractive force Fe does not exceed the spring force as shown in FIG. That is, the weight movable electrode 1
2 is in contact with any one of the projections 135a to 138a of the fixed electrode and approaches the sensitivity adjusting electrodes 131 to 134, so that the electrostatic attractive force Fk does not exceed the spring force Fe. Protruding length, sensitivity adjustment fixed electrodes 131 to 134 and weight movable electrode 12
Setting the potential difference V R between.

【0062】なお、図44において変位dが0〜aの領
域では(Fk−Fe)は単純に増加するため、おもり可
動電極12の変位量がaよりも小さく設定される場合に
は、所定の加速度を受けておもり可動電極12が固定電
極の突起135a〜138aのいずれかに接触すると、
おもり可動電極12への印加加速度がその所定の加速度
の大きさよりも小さくなった時点でおもり可動電極12
は固定電極の突起135a〜138aから離れる。
In FIG. 44, (Fk-Fe) simply increases in a range where the displacement d is 0 to a. Therefore, when the displacement of the weight movable electrode 12 is set to be smaller than a, a predetermined value is obtained. When the weight movable electrode 12 comes into contact with any of the projections 135a to 138a of the fixed electrode under the acceleration,
When the applied acceleration to the weight movable electrode 12 becomes smaller than the predetermined acceleration, the weight movable electrode 12
Are separated from the projections 135a to 138a of the fixed electrode.

【0063】また、変位dがa〜bの領域においては
(Fk−Fe)がa点でピーク値となり、aよりも大き
くなると(Fk−Fe)が小さくなるため、おもり可動
電極12が固定電極の突起135a〜138aのいずれ
かに接触するための加速度とおもり可動電極12が固定
電極の突起135a〜138aから離れる加速度の大き
さは異なる。つまり、ある加速度にておもり可動電極1
2が固定電極の突起135a〜138aのいずれかに接
触した場合にはその加速度よりもある値だけ加速度が小
さくなるまでおもり可動電極12は固定電極の突起13
5a〜138aから離れることができない。従って、お
もり可動電極12の変位量を領域a〜bの間に設定する
ことで、おもり可動電極12が固定電極の突起135a
〜138aのいずれかに接触している時間を、変位dを
0〜aの領域に設定した場合に比べて長くすることがで
き、より確実に加速度検出を行うことができる。
In the region where the displacement d is ab, (Fk-Fe) has a peak value at point a, and when it is larger than a, (Fk-Fe) becomes smaller. The magnitude of the acceleration for contacting any of the protrusions 135a to 138a differs from the magnitude of the acceleration at which the weight movable electrode 12 separates from the protrusions 135a to 138a of the fixed electrode. That is, at a certain acceleration, the weight movable electrode 1
2 contacts the fixed electrode protrusions 135a to 138a, the weight movable electrode 12 is fixed to the fixed electrode protrusion 13 until the acceleration becomes smaller than the acceleration by a certain value.
5a to 138a. Accordingly, by setting the amount of displacement of the weight movable electrode 12 between the regions a and b, the weight movable electrode 12 can be fixed to the projection 135a of the fixed electrode.
138a can be made longer than when the displacement d is set in the range of 0 to a, and the acceleration can be detected more reliably.

【0064】そして、おもり可動電極12の変位量、す
なわちおもり可動電極12の可動範囲を0〜aの領域に
するかa〜bの領域にするかは、固定電極の突起135
a〜138aの長さによって規定することができる。な
お、固定電極の突起135a〜138aは、図24〜図
28に示されるような形状でも良い。
The amount of displacement of the weight movable electrode 12, that is, whether the movable range of the weight movable electrode 12 is set to the range of 0 to a or the range of a to b is determined by the projection 135 of the fixed electrode.
a to 138a. The projections 135a to 138a of the fixed electrode may have shapes as shown in FIGS.

【0065】上記した実施形態においては、2つの電源
手段により電圧V0 、VR を設定するものを示したが、
図45に示すように、外部電源V1 を抵抗R1、R2で
分圧した電圧をおもり可動電極12と固定電極135〜
138間に印加するようにしてもよい。このような構成
にすることにより、電源を1つにすることができる。な
お、おもり可動電極12と感度調整用固定電極131〜
134間の電圧の方を低くする場合には、図46に示す
ように、抵抗R3、R4により分圧した電圧を、おもり
可動電極12と感度調整用固定電極131〜134間に
印加するようにすればよい。
In the above-described embodiment, the case where the voltages V 0 and V R are set by two power supply means has been described.
As shown in FIG. 45, the fixed electrode 135 to the divided voltage of the external power supply V 1 by the resistors R1, R2 and weight movable electrode 12
138 may be applied. With such a configuration, one power source can be used. In addition, the weight movable electrode 12 and the sensitivity adjustment fixed electrodes 131 to
When lowering the voltage between the resistors 134, the voltage divided by the resistors R3 and R4 is applied between the weight movable electrode 12 and the sensitivity adjustment fixed electrodes 131 to 134 as shown in FIG. do it.

【0066】なお、図43に示すものでは、感度調整用
固定電極と固定電極をそれぞれ4つに分割するものを示
したが、その分割数はそれ以外でもよい。また、図31
に示す第3実施形態に対しても、その固定電極を、感度
調整用固定電極と固定電極にて分割した電極構成とする
ことができる。すなわち、固定電極51を、図47、図
48に示すように、感度調整用固定電極151〜15
4、固定電極155、156にて分割した電極構成と
し、それらの間を、絶縁分離膜157〜160にて絶縁
分離している。また、固定電極155、156は、感度
調整用固定電極151〜154から突出した構造となっ
ており、その突起部分にて、上述した接点用の突起と同
様、感度調整を行うことができるようになっている。な
お、図47は、加速度センサの平面図、図48は、図4
7中のH−H断面図である。この場合、おもり可動電極
12と感度調整用固定電極151〜154の間、おもり
可動電極12と固定電極155、156の間には、図4
3、図45、図46のいずれかの構成を用いて、それぞ
れ独立した電圧を印加することができる。
In the example shown in FIG. 43, the sensitivity adjustment fixed electrode and the fixed electrode are each divided into four, but the number of divisions may be other. FIG.
Also in the third embodiment shown in (1), an electrode configuration in which the fixed electrode is divided into a fixed electrode for sensitivity adjustment and a fixed electrode can be used. That is, as shown in FIGS. 47 and 48, the fixed electrode 51 is fixed to the fixed electrodes 151 to 15 for sensitivity adjustment.
4. The electrode configuration is divided into fixed electrodes 155 and 156, and the electrodes are insulated and separated by insulating separation films 157 to 160. In addition, the fixed electrodes 155 and 156 have a structure protruding from the fixed electrodes 151 to 154 for sensitivity adjustment, so that the sensitivity can be adjusted at the protruding portions in the same manner as the above-described contact projection. Has become. FIG. 47 is a plan view of the acceleration sensor, and FIG.
It is HH sectional drawing in 7. In this case, between the weight movable electrode 12 and the sensitivity adjustment fixed electrodes 151 to 154, and between the weight movable electrode 12 and the fixed electrodes 155 and 156, FIG.
3, independent voltages can be applied using any of the configurations shown in FIGS. 45 and 46.

【0067】なお、上述した第2〜第5実施形態におい
ても、図12〜図19に示す工程により製造された構成
とすることができる。この場合、下部電極49を用いる
ことにより、それぞれの電位取り出しを容易に行うこと
ができる。但し、上記した第5実施形態においては、感
度調整用固定電極131〜134と固定電極135〜1
38とを絶縁分離手段139〜146にて分離している
ため、その製造方法は他の実施形態と若干異なる。この
場合、その製造方法は、感度調整用固定電極131〜1
34と固定電極135〜138との間に絶縁分離膜を形
成する場合と、隙間を形成するのみの場合とで若干異な
る。
In the above-described second to fifth embodiments, the structure manufactured by the steps shown in FIGS. In this case, by using the lower electrode 49, each potential can be easily extracted. However, in the above-described fifth embodiment, the fixed electrodes 131 to 134 for sensitivity adjustment and the fixed electrodes 135 to 1
38 is separated by the insulating separation means 139 to 146, so that the manufacturing method is slightly different from the other embodiments. In this case, the manufacturing method includes the sensitivity adjustment fixed electrodes 131 to 1.
There is a slight difference between a case where an insulating separation film is formed between the fixed electrode 34 and the fixed electrodes 135 to 138 and a case where only a gap is formed.

【0068】前者の場合、まず、図12に示すアライメ
ント用の溝40aを形成する際に同時に感度調整用固定
電極131〜134と固定電極135〜138とを分離
する溝を形成するようにする。つまり、ドライエッチン
グによるトレンチエッチングを施す。その後、シリコン
酸化膜41を形成する際に同時に感度調整用固定電極1
31〜134と固定電極135〜138との間に形成さ
れた溝をシリコン酸化膜で埋め込み、絶縁分離手段13
9〜146を形成する。
In the former case, first, when forming the alignment groove 40a shown in FIG. 12, a groove for separating the sensitivity adjustment fixed electrodes 131 to 134 and the fixed electrodes 135 to 138 is formed at the same time. That is, trench etching by dry etching is performed. Thereafter, when the silicon oxide film 41 is formed, the fixed electrode 1 for sensitivity adjustment is simultaneously formed.
The grooves formed between the fixed electrodes 31 to 134 and the fixed electrodes 135 to 138 are buried with a silicon oxide film.
9 to 146 are formed.

【0069】なお、この場合、図19に示すシリコン酸
化膜41をエッチング除去する際に感度調整用固定電極
131〜134と固定電極135〜138との間に形成
したシリコン酸化膜である絶縁分離手段139〜146
が除去されないようにマスク等保護する必要がある。後
者の場合には、図18、図19に示すように、アンカー
部11、おもり可動電極12、梁部13を形成するのと
同時に感度調整用固定電極131〜134と固定電極1
35〜138との分離を行えばよい。これもドライエッ
チングにて実施可能である。あるいは他の方法として前
者の方法にて感度調整用固定電極131〜134と固定
電極135〜138との間に形成したシリコン酸化膜
を、図19に示すシリコン酸化膜41をエッチング除去
する際に同時にエッチング除去するようにしても感度調
整用固定電極131〜134と固定電極135〜138
との間に隙間を形成できる。
In this case, when the silicon oxide film 41 shown in FIG. 19 is removed by etching, the insulating separation means is a silicon oxide film formed between the fixed electrodes 131-134 for sensitivity adjustment and the fixed electrodes 135-138. 139-146
Must be protected by a mask or the like so as not to be removed. In the latter case, as shown in FIGS. 18 and 19, the anchor portion 11, the weight movable electrode 12, and the beam portion 13 are formed and simultaneously the sensitivity adjustment fixed electrodes 131 to 134 and the fixed electrode 1 are formed.
What is necessary is just to separate from 35-138. This can also be performed by dry etching. Alternatively, as another method, the silicon oxide film formed between the fixed electrodes 131 to 134 for sensitivity adjustment and the fixed electrodes 135 to 138 by the former method is simultaneously removed by etching the silicon oxide film 41 shown in FIG. Even if they are removed by etching, the sensitivity adjustment fixed electrodes 131 to 134 and the fixed electrodes 135 to 138 are used.
Can form a gap between them.

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

【図1】本発明の第1実施形態に係る加速度センサの平
面図である。
FIG. 1 is a plan view of an acceleration sensor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1中のA−A断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA in FIG.

【図3】図1に示す加速度センサの製造工程を示す工程
図である。
FIG. 3 is a process chart showing a manufacturing process of the acceleration sensor shown in FIG. 1;

【図4】図3に続く製造工程を示す工程図である。FIG. 4 is a process chart showing a manufacturing process following FIG. 3;

【図5】図1に示す加速度センサの動作説明に供する説
明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the operation of the acceleration sensor shown in FIG. 1;

【図6】図1に示す加速度センサにより加速度検出を行
う構成を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration for detecting acceleration by the acceleration sensor shown in FIG. 1;

【図7】図1に示す加速度センサにおいて、バネ定数が
小さい場合の問題点を説明するための図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining a problem when a spring constant is small in the acceleration sensor shown in FIG. 1;

【図8】図1に示す加速度センサにおいて、おもり可動
電極の変位に対する静電容量の関係を示す特性図であ
る。
FIG. 8 is a characteristic diagram showing a relationship between a displacement of a weight movable electrode and a capacitance in the acceleration sensor shown in FIG. 1;

【図9】図1に示す加速度センサにおいて、おもり可動
電極と固定電極間に5Vの電圧を印加したときの、おも
り可動電極の変位に対する静電容量の関係を示す特性図
である。
9 is a characteristic diagram showing a relationship between displacement of the weight movable electrode and capacitance when a voltage of 5 V is applied between the movable weight electrode and the fixed electrode in the acceleration sensor shown in FIG.

【図10】図9に示す特性図において変位が小さい領域
を拡大した図である。
FIG. 10 is an enlarged view of a region where displacement is small in the characteristic diagram shown in FIG. 9;

【図11】おもり可動電極に加わる力とバネの復元力に
よる力と静電気力による力の関係を説明するためのモデ
ル図である。
FIG. 11 is a model diagram for explaining a relationship between a force applied to a weight movable electrode, a force due to a restoring force of a spring, and a force due to an electrostatic force.

【図12】図1に示す加速度センサの他の製造方法を示
す工程図である。
FIG. 12 is a process chart showing another method for manufacturing the acceleration sensor shown in FIG. 1;

【図13】図12に続く工程図である。FIG. 13 is a process drawing following FIG. 12;

【図14】図13に続く工程図である。FIG. 14 is a process drawing following FIG. 13;

【図15】図14に続く工程図である。FIG. 15 is a process drawing following FIG. 14;

【図16】図15に続く工程図である。FIG. 16 is a process drawing following FIG. 15;

【図17】図16に続く工程図である。FIG. 17 is a process drawing following FIG. 16;

【図18】図17に続く工程図である。FIG. 18 is a process drawing following FIG. 17;

【図19】図18に続く工程図である。FIG. 19 is a process drawing following FIG. 18;

【図20】図1に示す加速度センサのさらに他の製造方
法を示す工程図である。
FIG. 20 is a process chart showing still another method of manufacturing the acceleration sensor shown in FIG. 1;

【図21】図20に続く工程図である。FIG. 21 is a process drawing following FIG. 20;

【図22】図21に続く工程図である。FIG. 22 is a process drawing following FIG. 21;

【図23】本発明の第2実施形態に係る加速度センサの
平面図である。
FIG. 23 is a plan view of an acceleration sensor according to a second embodiment of the present invention.

【図24】図23に示す加速度センサの変形例を示す部
分構成図である。
FIG. 24 is a partial configuration diagram showing a modified example of the acceleration sensor shown in FIG.

【図25】図23に示す加速度センサの他の変形例を示
す部分構成図である。
25 is a partial configuration diagram showing another modification of the acceleration sensor shown in FIG.

【図26】図23に示す加速度センサのさらに他の変形
例を示す部分構成図である。
FIG. 26 is a partial configuration diagram showing still another modified example of the acceleration sensor shown in FIG.

【図27】図23に示す加速度センサのさらに他の変形
例を示す部分構成図である。
FIG. 27 is a partial configuration diagram showing still another modified example of the acceleration sensor shown in FIG.

【図28】図23に示す加速度センサのさらに他の変形
例を示す部分構成図である。
FIG. 28 is a partial configuration diagram showing still another modified example of the acceleration sensor shown in FIG.

【図29】図23に示す加速度センサのさらに他の変形
例を示す部分構成図である。
FIG. 29 is a partial configuration diagram showing still another modified example of the acceleration sensor shown in FIG.

【図30】図23に示す加速度センサのさらに他の変形
例を示す部分構成図である。
30 is a partial configuration diagram showing still another modified example of the acceleration sensor shown in FIG.

【図31】本発明の第3実施形態に係る加速度センサの
平面図である。
FIG. 31 is a plan view of an acceleration sensor according to a third embodiment of the present invention.

【図32】図31中のB−B断面図である。FIG. 32 is a sectional view taken along line BB in FIG. 31;

【図33】本発明の第4実施形態に係る加速度センサの
平面図である。
FIG. 33 is a plan view of an acceleration sensor according to a fourth embodiment of the present invention.

【図34】図33中のC−C断面図である。34 is a sectional view taken along the line CC in FIG. 33.

【図35】本発明の第4実施形態に係る加速度センサの
変形例を示す平面図である。
FIG. 35 is a plan view showing a modification of the acceleration sensor according to the fourth embodiment of the present invention.

【図36】図35中のD−D断面図である。36 is a sectional view taken along line DD in FIG. 35.

【図37】本発明の第4実施形態に係る加速度センサの
他の変形例を示す平面図である。
FIG. 37 is a plan view showing another modification of the acceleration sensor according to the fourth embodiment of the present invention.

【図38】図37中のE−E断面図である。38 is a sectional view taken along the line EE in FIG. 37.

【図39】本発明の第4実施形態に係る加速度センサの
さらに他の変形例を示す平面図である。
FIG. 39 is a plan view showing still another modified example of the acceleration sensor according to the fourth embodiment of the present invention.

【図40】図39中のF−F断面図である。40 is a sectional view taken along the line FF in FIG. 39.

【図41】本発明の第5実施形態に係る加速度センサの
平面図である。
FIG. 41 is a plan view of an acceleration sensor according to a fifth embodiment of the present invention.

【図42】図41中のG−G断面図である。42 is a sectional view taken along line GG in FIG. 41.

【図43】図41に示す加速度センサにより加速度検出
を行う構成を示す図である。
FIG. 43 is a diagram showing a configuration for detecting acceleration by the acceleration sensor shown in FIG. 41.

【図44】おもり可動電極12の変位dに対する、バネ
力Fkと静電引力Feとの関係を示す図である。
FIG. 44 is a diagram showing a relationship between a spring force Fk and an electrostatic attraction Fe with respect to a displacement d of the weight movable electrode 12.

【図45】図41に示す加速度センサにより加速度検出
を行う他の構成を示す図である。
FIG. 45 is a diagram showing another configuration for performing acceleration detection by the acceleration sensor shown in FIG. 41.

【図46】図41に示す加速度センサにより加速度検出
を行うさらに他の構成を示す図である。
FIG. 46 is a diagram showing still another configuration in which acceleration is detected by the acceleration sensor shown in FIG. 41.

【図47】本発明の第5実施形態に係る加速度センサの
変形例を示す平面図である。
FIG. 47 is a plan view showing a modification of the acceleration sensor according to the fifth embodiment of the present invention.

【図48】図47中のH−H断面図である。FIG. 48 is a sectional view taken along line HH in FIG. 47;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11、51…アンカー部、12、52…おもり可動電
極、13、53…固定電極、14〜17、54〜57…
梁部、30…基板、100…加速度センサ。
11, 51 ... anchor portion, 12, 52 ... weight movable electrode, 13, 53 ... fixed electrode, 14-17, 54-57 ...
Beam part, 30 ... substrate, 100 ... acceleration sensor.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板(30)と、 前記基板上に固定されたアンカー部(11、53)と、 おもり可動電極(12、52)と、 一端が前記アンカー部に固定され、他端が前記おもり可
動電極に固定されており、前記基板の表面と平行な方向
に加速度が生じたとき、弾性変形して、前記おもり可動
電極を前記基板の表面と平行な方向に変位させるバネ部
(14〜17、54〜57)と、 前記基板上に固定され、前記おもり可動電極が前記加速
度によって前記平行な方向に変位したとき前記おもり可
動電極と接触する検出用固定電極(135〜138、1
55、156)と、 前記基板上に固定され、前記おもり可動電極との間の静
電引力によって検出感度を調整するのに用いられる感度
調整用固定電極(131〜134、151〜154)と
を備えたことを特徴とする加速度センサ。
1. A substrate (30), an anchor portion (11, 53) fixed on the substrate, a movable weight electrode (12, 52), one end is fixed to the anchor portion, and the other end is the other end. A spring portion (14 to 14) which is fixed to the weight movable electrode and elastically deforms when an acceleration is generated in a direction parallel to the surface of the substrate to displace the weight movable electrode in a direction parallel to the surface of the substrate. 17, 54 to 57) and a fixed electrode for detection (135 to 138, 1) which comes into contact with the movable weight electrode when the movable movable weight electrode is displaced in the parallel direction by the acceleration.
55, 156) and fixed electrodes for sensitivity adjustment (131 to 134, 151 to 154) fixed on the substrate and used to adjust detection sensitivity by electrostatic attraction between the weight movable electrode. An acceleration sensor, comprising:
【請求項2】 基板(30)と、 前記基板上に固定して配設されたアンカー部(11、5
3)と、 円周側面(18、58)を有するおもり可動電極(1
2、52)と、 一端が前記アンカー部に固定され他端が前記おもり可動
電極に固定されており、前記基板の表面と平行な方向に
加速度が生じたとき、弾性変形して、前記おもり可動電
極を前記基板の表面と平行な方向に変位させるバネ部
(14〜17、54〜57)と、 前記基板上に固定して配設され、前記おもり可動電極の
前記円周側面と所定間隔を隔てて対向する円周側面(1
9、59)を有する固定電極(131〜138、151
〜156)とを備え、 前記固定電極は、前記おもり可動電極が前記加速度によ
って前記平行な方向に変位したとき前記おもり可動電極
と接触する検出用固定電極(135〜138、155、
156)と、この検出用固定電極と絶縁分離され、前記
おもり可動電極との間の静電引力によって検出感度を調
整するのに用いられる感度調整用固定電極(131〜1
34、151〜154)とを有して構成されていること
を特徴とする加速度センサ。
2. A substrate (30), and anchor portions (11, 5) fixedly disposed on the substrate.
3) and a weight movable electrode (1) having a circumferential side surface (18, 58).
2, 52); one end is fixed to the anchor portion and the other end is fixed to the weight movable electrode, and when acceleration is generated in a direction parallel to the surface of the substrate, the weight is elastically deformed and the weight is movable. A spring portion (14 to 17, 54 to 57) for displacing an electrode in a direction parallel to the surface of the substrate; and a fixed portion disposed on the substrate, and a predetermined distance from the circumferential side surface of the weight movable electrode. Circumferential side faces (1
9, 59) fixed electrodes (131 to 138, 151)
To 156), wherein the fixed electrode is a detection fixed electrode (135 to 138, 155, 155) that comes into contact with the weight movable electrode when the weight movable electrode is displaced in the parallel direction by the acceleration.
156), and a sensitivity adjustment fixed electrode (131-1) which is insulated and separated from the detection fixed electrode and is used for adjusting the detection sensitivity by electrostatic attraction between the weight movable electrode.
34, 151 to 154).
【請求項3】 前記検出用固定電極と前記おもり可動電
極の間、および前記感度調整用固定電極と前記おもり可
動電極の間のそれぞれに、独立して調整可能な電位差を
与える手段を備えたことを特徴とする請求項1又は2に
記載の加速度センサ。
3. A means for giving independently adjustable potential differences between the fixed electrode for detection and the movable weight electrode and between the fixed sensitivity adjustment electrode and the movable weight electrode, respectively. The acceleration sensor according to claim 1 or 2, wherein:
【請求項4】 前記感度調整用固定電極と前記おもり可
動電極の間の電位差(VR )は、前記おもり可動電極が
前記検出用固定電極に接触したとき、前記感度調整用固
定電極と前記おもり可動電極との間に生じる静電引力
が、前記バネ部のバネ力よりも小さくなるように設定さ
れていることを特徴とする請求項3に記載の加速度セン
サ。
4. The potential difference (V R ) between the fixed electrode for sensitivity adjustment and the movable electrode with weight is determined when the movable electrode for weight contacts the fixed electrode for detection with the fixed electrode for sensitivity adjustment and the weight. The acceleration sensor according to claim 3, wherein an electrostatic attraction generated between the movable portion and the movable electrode is set to be smaller than a spring force of the spring portion.
【請求項5】 前記検出用固定電極は、おもり可動電極
と接触する突起(135a〜138a)を有しているこ
とを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1つに記載の
加速度センサ。
5. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the detection fixed electrode has projections (135a to 138a) that come into contact with the weight movable electrode.
【請求項6】 前記おもり可動電極が前記突起に接触し
たとき、前記突起によって前記おもり可動電極と前記感
度固定電極が接触しないようになっていることを特徴と
する請求項5に記載の加速度センサ。
6. The acceleration sensor according to claim 5, wherein, when the weight movable electrode contacts the projection, the projection prevents the weight movable electrode from contacting the sensitivity fixed electrode. .
【請求項7】 前記突起の突出長さは、前記おもり可動
電極の可動な範囲において前記バネ力から前記静電引力
を引いた値が単純増加する領域になるように規定されて
いることを特徴とする請求項6に記載の加速度センサ。
7. The projection length of the projection is defined so that a value obtained by subtracting the electrostatic attraction from the spring force simply increases in a movable range of the weight movable electrode. The acceleration sensor according to claim 6, wherein
【請求項8】 前記突起の突出長さは、前記おもり可動
電極の可動な範囲において前記バネ力から前記静電引力
を引いた値がピーク値を超えて0になるまでの領域にな
るように規定されていることを特徴とする請求項6に記
載の加速度センサ。
8. The projection length of the projection is set so that a value obtained by subtracting the electrostatic attractive force from the spring force exceeds a peak value and becomes zero in a movable range of the weight movable electrode. The acceleration sensor according to claim 6, wherein the acceleration sensor is defined.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014173955A (en) * 2013-03-07 2014-09-22 Seiko Instruments Inc Displacement detection device and method of manufacturing displacement detection device

Cited By (1)

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