CN100378943C - 检测半导体动态量传感器的方法 - Google Patents

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Abstract

一种检测半导体动态量的方法，包括改变施加到周边固定部分(50)的电位(V4)，同时向固定电极(31、41)和可移动电极(24)施加预定电位(V1、V2)和(V3)，从而改变所述可移动电极(24)和所述支撑衬底(11)之间的电位差，并使所述可移动电极(24)在垂直于所述衬底表面的方向上位移。

Description

检测半导体动态量传感器的方法
发明领域
本发明涉及一种检测半导体动态量(dynamic quantity)传感器的方法，该传感器根据可移动电极和固定电极之间的距离变化来检测动态量。
发明背景
例如在JP-A-11-326365中公开的半导体动态量传感器是一种差分电容型传感器，它包括与可移动电极相对的第一固定电极和第二固定电极，根据在由所述可移动电极和第一固定电极产生的电容与由所述可移动电极和第二固定电极产生的电容之间的差分电容的变化来检测施加的动态量，在施加动态量时伴随着所述可移动电极的位移。
在这种半导体动态量传感器中，SOI(绝缘体上硅)下侧的硅衬底用作支撑衬底，并且通过沟槽刻蚀在上侧的硅衬底中形成沟槽，由此形成可移动电极和固定电极，以及用于这些电极的周边固定部分。
更具体地说，所述差分电容型半导体动态量传感器包括沿着所述支撑衬底的周边部分固定并支撑在所述支撑衬底上的一个周边固定部分、支撑在所述支撑衬底上，在所述周边固定部分的内侧上并且在水平方向上相对于所述衬底表面可位移的可移动电极、以及在所述周边固定部分的内侧，固定并支撑在所述支撑衬底上，并且通过一个检测间隙与所述可移动电极相对的第一固定电极和第二固定电极。
在所述可移动电极和所述第一固定电极之间形成第一电容CS1，在所述可移动电极和所述第二固定电极之间形成第二电容CS2，由此根据所述第一电容CS1和所述第二电容CS2之间的差分电容的变化来检测施加的动态量，当施加动态量时伴随着所述可移动电极的位移。
因此，检测这种半导体动态量传感器，以确定所述可移动电极和所述固定电极之间的检测器电容部分是否正常工作。
也就是说，一旦施加一个动态量，所述可移动电极在相对于所述衬底表面的水平方向上经历了位移，由此，伴随着所述位移，所述可移动电极和所述固定电极之间的距离发生变化，并因此电容发生变化。这里，当施加一个给定的动态量时，需要进行检测来确定是否获得所希望的电容变化。
这里，在其中所述可移动电极设置在所述支撑衬底上，以便以分离的方式与所述支撑衬底相对的上述半导体动态量传感器中，必须进行检测来确定伴随着动态量的施加，所述可移动电极是否在垂直于所述衬底表面的方向上正常位移。
例如，如果在所述可移动电极和所述支撑衬底之间存在杂质，则一旦在垂直于所述衬底表面的方向上施加一个动态量，所述可移动电极在所述支撑衬底的方向上位移，并且与所述杂质接触，导致不正常的位移。
通常，在所述半导体动态量传感器中，分离地形成一个专用电极，以给所述支撑衬底提供电位，从而形成所述支撑衬底的电位，以便检测所述可移动电极在垂直于所述衬底表面的方向上的任何不正常位移。在这种情况下，通过由于所述支撑衬底和所述可移动电极之间出现电位差而产生静电吸引力来进行检测是可能的。
然而，从制造步骤方面考虑，分离地形成用于给所述支撑衬底提供电位的专用电极是很麻烦的，并且使所述传感器的结构变得复杂。
上述问题对于上述差分电容型半导体动态量传感器来说不是特殊存在的，而是对于下列半导体动态量传感器普遍存在的：在所述半导体动态量传感器中，所述周边固定部分设置在所述支撑衬底上，所述可移动电极和面向它的所述固定电极设置在其内侧，并且在施加动态量时，根据所述可移动电极和所述固定电极之间的距离的变化来检测所述施加的动态量。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的一个目的是在半导体动态量传感器中在垂直于所述衬底表面的方向上检测所述可移动电极的不正常位移，而不需要用于给所述支撑衬底提供电位的专用电极。
为了实现上述目的，在半导体动态量传感器中，它包括：沿着支撑衬底的周边固定并支撑在所述支撑衬底上的半导体的周边固定部分；在所述周边固定部分的内侧，支撑在所述支撑衬底上的半导体的可移动电极，所述可移动电极可以在水平方向上相对于所述衬底表面位移；以及在所述周边固定部分的内侧，固定和支撑在所述支撑衬底上的半导体的固定电极，并且所述固定电极与所述可移动电极相对；根据第一方案的检测半导体动态量传感器的方法包括：当施加动态量时，根据所述可移动电极和所述固定电极之间的距离的变化来检测施加的动态量，其中所述距离的变化伴随着所述可移动电极的位移，该方法的主要特征在于以下几点。
即，在给所述固定电极和所述可移动电极施加预定电位时，施加于所述周边固定部分的电位变化，从而改变了所述可移动电极和所述支撑衬底之间的电位差，并使所述可移动电极在垂直于所述衬底表面的方向上位移。
根据具有上述这一点的特征的检测方法，当给所述固定电极和给所述可移动电极施加所述预定电位时，施加于所述周边固定部分的电位简单地变化，由此可以使所述可移动电极在垂直于所述衬底表面的方向上位移。因此，可以检测所述可移动电极在垂直于所述衬底表面的方向上的不正常位移，而不需要用于在所述支撑衬底上形成电位的专用电极。
在半导体动态量传感器中，它包括：沿着支撑衬底的周边固定并支撑在所述支撑衬底上的半导体的周边固定部分；在所述周边固定部分的内侧，支撑在所述支撑衬底上的半导体的可移动电极，所述可移动电极可以在水平方向上相对于所述衬底表面位移；以及在所述周边固定部分的内侧，固定和支撑在所述支撑衬底上的半导体的第一固定电极和第二固定电极，这些固定电极与所述可移动电极相对并保持检测间隙；根据第二方案的检测半导体动态量传感器的方法包括：在所述可移动电极和所述第一固定电极之间形成第一电容CS1，在所述可移动电极和所述第二固定电极之间形成第二电容CS2，并且在施加动态量时，根据所述第一电容CS1和所述第二电容CS2之间的差分电容的变化来检测所施加的动态量，其中所述差分电容的变化伴随着所述可移动电极的位移。
这里，所述第一固定电极和所述支撑衬底之间的寄生电容用CK1表示，所述第二固定电极和所述支撑衬底之间的寄生电容用CK2表示，所述可移动电极和所述支撑衬底之间的寄生电容用CK3表示，而所述周边固定部分和所述支撑衬底之间的寄生电容用CK4表示。
然后，如果电位V1施加到所述第一固定电极，电位V2施加到所述第二固定电极，电位V3施加到所述可移动电极，而电位V4施加到所述周边固定部分，则所述支撑衬底的电位V5用下面的数值公式1表示，
V5＝(CK1·V1+CK2·V2+CK3·V3+CK4·V4)/(CK1+CK2+CK3+CK4)  …(1)
通过利用该数值公式1的关系，在保持施加到所述第一固定电极的电压V1、施加到所述第二固定电极的电压V2和施加到所述可移动电极的电压V3恒定的同时，改变施加到所述周边固定部分的电压V4，从而改变了所述可移动电极和所述支撑衬底之间的电位差，由此使所述可移动电极在垂直于所述衬底表面的方向上位移。
根据具有上述这一点特征的检测方法，在保持施加到所述固定电极和所述可移动电极的电位恒定的同时，使施加到所述周边固定部分的电位简单变化，由此可以使所述可移动电极在垂直于所述衬底表面的方向上位移。因此，可以检测所述可移动电极在垂直于所述衬底表面的方向的不正常位移，而不需要用于在所述支撑衬底上形成电位的专用电极。
第三方案涉及一种检测第一或第二方案的半导体动态量传感器的方法，其中多个可移动电极布置成梳齿形状，并且多个固定电极布置成梳齿形状，并与所述可移动电极的梳齿的间隙相齿合。
第四方案涉及检测第一至第三方案中的任意一个方案的半导体动态量传感器的方法，其中所述支撑衬底、所述周边固定部分、所述可移动电极和所述固定电极由硅半导体制成。
附图说明
通过下面参照附图的详细说明，本发明的其它目的、特征和优点将更加显而易见，其中：
图1是示意性地表示根据一个优选实施例的半导体加速度传感器的整体构成的平面图；
图2是示意性地表示沿着图1中的线II-II截取的传感器的剖面图；
图3是示意性地表示沿着图1中的线III-III截取的传感器的剖面图；
图4是表示用于检测图1中所示的半导体加速度传感器中的加速度的检测电路的电路图；
图5A到5B是表示检测所述可移动电极在箭头Z方向的不正常位移的示意图；
图6A是表示图1中所示的传感器中的各个部分之间的电容的示意图，而图6B是表示图6A中所示的电容之间的关系的电路图；以及
图7是表示形成在支撑衬底上的电位V5的变化的图。
优选实施例
下面将参照附图介绍优选实施例，其中为了容易解释，相同或等效部分用相同的参考标记表示。
在本实施例中，该半导体动态量传感器是一种差分电容型加速度传感器。该半导体加速度传感器可以应用于例如用于控制气囊、ABS、VSC等的操作的车辆上用的加速度传感器和回转传感器(gyrosensor)。
传感器的构成
图1是示意性地表示根据优选实施例的半导体加速度传感器100的整体结构的平面图。图2是示意性地表示沿着图1中的线II-II截取的传感器100的剖面图。图3是示意性地表示沿着图1中的线III-III截取的传感器的剖面图。
该半导体加速度传感器100是通过对半导体衬底10进行公知的微型加工而形成的。
在如图2和3所示的本实施例中，构成该半导体加速度传感器100的半导体衬底10是具有氧化物膜13的矩形形状的SOI衬底10，该氧化物膜13是作为第一半导体层的第一硅衬底11和作为第二半导体层的第二硅衬底12之间的绝缘层。这里，所述第一硅衬底11被构成为一个支撑衬底。
在所述第二硅衬底12中形成沟槽14，以便形成具有梳齿形状的包括可移动部分20和固定部分30、40的横梁(beam)结构。
在所述第二硅衬底12上，与形成所述横梁结构20到40的区域对应的部分具有减小的厚度，以便从所述氧化物膜13分开，如图1中的虚线表示的矩形形状15所代表的。所述矩形部分15被看作是所述第二硅衬底12的薄部分15。
上述半导体加速度传感器100例如用如下方式制造。依靠光刻技术，在所述SOI衬底10的第二硅衬底12上形成对应于所述横梁结构的形状的掩模。
之后，采用例如CF4或SF6的气体、通过干法刻蚀进行沟槽刻蚀，从而形成沟槽14，由此同时形成所述横梁结构20到40的图形。
继续进行刻蚀，以便通过侧向刻蚀除去所述第二硅衬底12的下部，由此形成上述的薄部分15。因此，制造出了该半导体加速度传感器100。
在该半导体加速度传感器100中，作为所述薄部分15的可移动部件20具有经弹性部分22整体地耦合到锚定(anchoring)部分23a和23b的细长矩形形状的重量(weight)部分21的两端。
参见图3，所述锚定部分23a和23b固定到所述氧化物膜13上，并经所述氧化物膜13被支撑在构成所述支撑衬底的第一硅衬底11上。因此，作为所述薄部分15的重量部分21和所述弹性部分22与所述氧化物膜13分开。
这里，如图1所示，所述弹性部分22具有矩形框架形状，它的两个平行横梁在两端耦合在一起，并且该弹性部分22呈现弹性功能，它在与所述两个横梁的长度方向成直角的方向上发生位移。
具体地说，一旦接收到包括图1中的箭头X方向上的分量的加速度，所述弹性部分22允许所述重量部分21在箭头X方向上位移，并在加速度已经消失时允许所述重量部分21恢复到初始状态，其中所述箭头X方向是相对于所述衬底表面的水平反向。
因此，经所述弹性部分22耦合到所述半导体衬底10的移动部件20可以在箭头X方向在所述氧化物膜13或所述支撑衬底11上位移，这取决于加速度的施加，其中所述箭头X方向是所述衬底表面上的水平方向。
另外，如图1所示，所述可移动部分20设置有可移动电极24，所述可移动电极24具有与所述薄部分15类似的梳齿状结构。所述可移动电极24包括多个横梁，这些横梁以与所述重量部分21的长度方向(箭头X的方向)成直角的方式、从所述重量部分21的两个侧面在彼此相对的方向延伸。
换句话说，所述可移动电极24布置在所述重量部分21的长度方向上(在所述弹性部分22的位移方向、箭头X的方向)，并沿着这个布置的方向设置具有梳齿状结构的多个所述可移动电极24。
图1中，在每一侧突出四个所述可移动电极24，即，朝着所述重量部分21的右侧和左侧，类似于剖面中的矩形形状的横梁，并且所述可移动电极从所述氧化物膜13分离。
如上所述，每一个可移动电极具有结合在一起形成的横梁22和所述重量部分21，使得所述横梁22和所述重量部分21都能在箭头X所示的方向上位移，所述箭头X的方向是所述衬底表面的水平方向。
而且，如图1到3所示，所述固定部分30和40在所述薄部分15的***部分的不支撑所述锚定部分23a，23b的另一对相对侧的外侧被固定到所述氧化物膜13上。所述固定部分30和40经由所述氧化物膜13被支撑在作为所述支撑衬底的第一硅衬底11上。
图1中，位于所述重量部分21左侧的固定部分30由左侧的固定电极31和用于左侧固定电极的布线部分32构成。此外，在图1中，位于所述重量部分21右侧的固定部分40由右侧的固定电极41和用于右侧固定电极的布线部分42构成。
在如图1所示的本实施例中，设置多个形成所述薄部分15的固定电极31和41成梳齿结构，以便与所述可移动电极24的梳齿结构的间隙相齿合。
这里，在图1中，在所述重量部分21的左侧，沿着箭头X的方向在独立的可移动电极24的上侧设置有左侧固定电极31。另一方面，在所述重量部分21的右侧，沿着箭头X的方向在独立的可移动电极24的下侧设置有右侧固定电极41。
所述固定电极31、41设置成在所述衬底表面的水平方向上与独立的可移动电极24相对，并且在所述可移动电极24的侧面(检测表面)和所述固定电极31、41的侧面(检测表面)之间形成用于检测电容的检测间隙。
左侧电极31和右侧电极41彼此电学上独立。所述固定电极31和41形成为其横截面类似于矩形形状的横梁，并大致平行于所述可移动电极24延伸。
这里，所述左侧固定电极31和所述右侧固定电极41通过用于固定电极的布线部分32、42而伸出悬臂，其中所述固定电极经由所述氧化物膜13通过所述支撑衬底11固定。所述固定电极31和41处于与所述氧化物膜13分离的状态。
因此，所述左侧固定电极31和所述右侧固定电极41是如下形式的：即多个电极对于电连接在一起的布线部分32和42分组。
此外，参见图1，在所述半导体衬底10的第二硅衬底12、所述可移动电极24和被沟槽14分隔开的所述固定电极31、41的外周边部分上形成所述周边固定部分50。
所述周边固定部分50沿着所述第一硅衬底11的周边部分经所述氧化物膜13被固定和支撑在所述第一硅衬底11上。
用于左侧固定电极的焊盘30a和用于右侧固定电极的焊盘40a形成在用于左侧固定电极的布线部分32和用于右侧固定电极的布线部分42上的预定位置。
此外，按照整体耦合到这一个锚定部分23b的状态形成用于可移动电极的布线部分25，并且在所述布线部分25上的预定位置形成用于可移动电极的焊盘25a。此外，在所述周边固定部分50的预定位置形成用于周边固定部分的焊盘50a。
用于电极的所述焊盘25a、30a、40a和50a例如是通过溅射或真空蒸发铝来形成的。用于电极的所述焊盘25a、30a、40a和50a通过焊线电连接到一个电路芯片(后面示出)。
所述电路芯片可以包括用于处理来自该半导体加速度传感器100的输出信号的检测电路和用于检测的电路。
传感器的检测操作
接着，下面介绍的是该半导体加速度传感器100的检测操作。在本实施例中，根据伴随着加速度的施加而引起的所述可移动电极24和所述固定电极31、41之间的电容的变化来检测该加速度。
在上述半导体加速度传感器100中，所述固定电极31、41的侧面(检测表面)与所述可移动电极24的侧面(检测表面)相对，并且通过到所述电极31、41的侧面的间隙来形成用于检测所述电容的检测间隙。
这里，假设在所述左侧固定电极31和所述可移动电极24之间的间隙中形成作为检测电容的所述第一电容CS1，而在所述右侧固定电极41和所述可移动电极24之间的间隙中形成作为检测电容的第二电容CS2。
如果在所述衬底表面的水平方向、在图中箭头X的方向上施加一个加速度，则除了所述锚定部分之外的整个可移动部分20由于所述弹性部分22的弹性功能而在箭头X的方向上发生位移，由此所述电容CS1和CS2根据所述可移动电极24在箭头X方向上的位移而改变。
在图1中，例如，假设所述可移动部分20沿着箭头X的方向已经向下位移。在这种情况下，在所述左侧固定电极31和所述可移动电极24之间，间隙变宽，同时在所述右侧固定电极41和所述可移动电极24之间，间隙变窄。
因此，允许通过所述可移动电极24和所述固定电极31、41而在差分电容(CS1-CS2)的变化的基础上检测箭头X方向上的加速度。
具体而言，输出一个以电容差(CS1-CS2)为基础的信号，来作为从该半导体加速度传感器100输出的输出信号，并由上述电路芯片处理，并最终输出。
图4是表示用于检测该半导体加速度传感器100中的加速度的检测电路400的电路图。
在该检测电路400中，开关电容器电路(SC电路)410包括具有电容值Cf的电容器411、开关412和差分放大器电路413，并转换作为电压输出的电容差(CS1-CS2)。
例如，在这种半导体加速度传感器100中，从用于左侧固定电极的焊盘30a输入振幅Vcc的载波1，从用于右侧固定电极的焊盘40a输入具有相对于该载波1偏移180°的相位的载波2，并且所述SC电路410的开关412在预定时序打开和关闭。
在箭头X方向施加的加速度作为电压V0被输出，由以下数值公式2表示，
V0＝(CS1-CS2)·Vcc/Cf  …(2)
因此，检测了该加速度。在检测该加速度时，所述周边固定部分50处于参考电位，即0V的状态。
检测传感器的方法
在具有上述基本结构和按照上述进行操作的半导体加速度传感器100中，必须检查伴随着加速度的施加，所述可移动电极24在垂直于所述衬底表面的方向上的任何不正常位移。这里，垂直于所述衬底表面的方向由图2和3中的箭头Z表示。
图5A-5B是表示所述可移动电极24在箭头Z方向的不正常位移的检测的示意图。参见图5A，下面考虑的是所述可移动电极24和作为支撑衬底的所述第一硅衬底11之间存在杂质K的情况。
在这种情况下，由于施加加速度，所述可移动电极24在箭头Z方向上发生位移，并且可能与该杂质K接触，如图5B所示，并且所述可移动电极24的电位变得不正常，由此使该传感器特性失真。
因此，在本实施例中，注意力放到电极24、31、41和第一硅衬底11之间存在的寄生电容，并且改变施加到所述周边固定部分50的电位，同时保持所述固定电极31、41和所述可移动电极24的电位恒定，由此改变在作为支撑衬底的第一硅衬底11上形成的电位。
因此，可以改变所述可移动电极24和作为支撑衬底的第一硅衬底11之间的电位差，并且所述可移动电极24可以在垂直于所述衬底表面的箭头Z方向上位移。现在将参照图6A-6B具体介绍这种检测方法。
在该半导体加速度传感器100中，在各个部分之间形成各个电容。图6A是表示该传感器100的各个部分之间的电容的示意图，而图6B是表示图6A中所示的电容的关系的电路图。
参见图6A，如上所述，在所述可移动电极24和第一固定电极31之间形成第一电容CS1、并且在所述可移动电极24和第二固定电极41之间形成第二电容CS2来作为检测电容。
此外，在所述第一固定电极31和第一硅衬底11之间经所述氧化物膜13形成寄生电容CK1，在所述第二固定电极41和第一硅衬底11之间经所述氧化物膜13形成寄生电容CK2，在所述可移动电极24和第一硅衬底11之间经所述氧化物膜13形成寄生电容CK3，在所述周边固定部分50和第一硅衬底11之间经所述氧化物膜13形成寄生电容CK4。
此外，在所述第一固定电极31和周边固定部分50之间经沟槽14形成寄生电容CP1，在所述第二固定电极41和周边固定部分50之间经沟槽14形成寄生电容CP2，并且，尽管在图6A中未示出，在所述可移动电极24和周边固定部分50之间经沟槽14形成寄生电容CP3。
这里，在图6B中示出了这些电容之间的关系，其中电位V1施加到所述第一固定电极31，电位V2施加到所述第二固定电极41，电位V3施加到所述可移动电极24，而电位V4施加到所述周边固定部分50。这些电位V1到V4从上述电路芯片中的检测电路经焊盘25a、31a、41a和50a施加。
在如此施加所述电位V1、V2、V3和V4时，所述第一硅衬底(支撑衬底)11的电位V5根据电荷Q和电容C之间的关系，可以由下面的数值公式3表示，
V5＝Q/C＝(CK1·V1+CK2·V2+CK3·V3+CK4·V4)/(CK1+CK2+CK3+CK4)  …(3)
在这种状态下，通过利用该数值公式3的关系，改变施加到所述周边固定部分50的电位V4，同时保持施加到所述第一固定电极31的电压V1、施加到所述第二固定电极41的电压V2和施加到所述可移动电极24的电压V3恒定。
因此，在所述第一硅衬底11上形成的电位V5根据上述数值公式3而变化，并且所述可移动电极24和所述第一硅衬底11之间的电位差(V2和V5之间的差)也改变。于是，允许所述可移动电极24在垂直于所述衬底表面的方向(箭头Z)上适当地位移。
仅仅为了示意性的目的而不是对优选实施例进行任何限制，图7示出了在所述第一硅衬底(支撑衬底)11上形成的电位V5的变化。
图7示出了在CK1到CK4具有CK1∶CK2∶CK3∶CK4＝1∶1∶0.1∶n(n是从1到10之间的一个变量)的关系时，所述周边固定部分50的电位V4和所述第一硅衬底(支撑衬底)11的电位V5之间的关系。
在图7中，改变施加到所述周边固定部分50的电位V4，同时保持施加到所述第一固定电极31的电压V1为5V，施加到所述第二固定电极41的电压V2为2V，并且施加到所述可移动电极24的电压V3为2.5V。图7中，用空三角形绘出了n＝1时的情况，用空正方形绘出了n＝5时的情况，而用黑斜方体绘出了n＝10时的情况。
如图7所示，通过改变所述周边固定部分50的电位V4来改变在所述第一硅衬底11上形成的电位V5。通过利用上述关系，改变了所述可移动电极24和所述支撑衬底11之间的电位差，以便在箭头Z的方向上进行检测。
效果
根据上述实施例，提供了一种检测半导体动态量传感器的方法，其中该传感器包括：沿着所述支撑衬底11的周边被固定和支撑在支撑衬底11上的半导体的周边固定部分50；在所述周边固定部分50的内侧被支撑在所述支撑衬底11上的半导体的可移动电极24，并且该可移动电极24在水平方向上相对于所述衬底表面可以位移；在所述周边固定部分50的内侧被固定和支撑在所述支撑衬底11上的半导体的固定电极31、41，并且该固定电极31、41与所述可移动电极24相对；由此，在施加加速度时，伴随着所述可移动电极24的位移，根据所述可移动电极24和所述固定电极31、41之间的距离的变化来检测所施加的加速度，其特征在于以下几点。
即，改变施加到所述周边固定部分50的电位，同时向所述固定电极31、41和所述可移动电极24施加预定电位，以便改变所述可移动电极24和所述支撑衬底11之间的电位差，并使所述可移动电极24在垂直于所述衬底表面的方向上位移。
根据具有上述特征的该检测方法，简单改变施加到所述周边固定部分50的电位，同时向所述固定电极31、41和所述可移动电极24施加预定电位，从而可以使所述可移动电极24在垂直于所述衬底表面的方向上位移。因此可以检测所述可移动电极24在垂直于所述衬底表面的方向上的不正常位移，而不需要用于在所述支撑衬底11上形成电位的专用电极。
特别地，本实施例提供一种检测半导体加速度传感器100的方法，其中该传感器100包括在所述支撑衬底11上的周边固定部分50、可移动电极24、第一固定电极31和第二固定电极41，并且根据在施加加速度时伴随着所述可移动电极24的位移的第一电容CS1和第二电容CS2之间的差分电容的变化来检测所施加的加速度，该检测方法具有以下这点特征。
即，利用由上述数值公式3表示的关系，改变施加到所述周边固定部分50的电位V4，同时保持施加到所述第一固定电极31的电压V1、施加到所述第二固定电极41的电压V2、和施加到所述可移动电极24的电压V3恒定，从而改变所述可移动电极24和所述支撑衬底11之间的电位差，并使所述可移动电极24在垂直于所述衬底表面的方向上位移。
即，本实施例提供一种检测差分电容型半导体动态量传感器的方法，该方法能够检测所述可移动电极24在垂直于所述衬底表面的方向上的不正常位移，而不需要用于在所述支撑衬底11上形成电位的专用电极。
其它实施例
在上述实施例的半导体加速度传感器100中，像梳齿状那样设置多个所述可移动电极24，并且设置多个所述固定电极31、41成梳齿结构，以与所述可移动电极24的梳齿的间隙相齿合，但是这些电极不限于这些结构。
除了上述加速度传感器之外，上述实施例还可以应用于如检测作为动态量的角速度的角速度传感器等的半导体动态量传感器。
总而言之，优选实施例提供一种检测半导体动态量传感器的方法，其中该传感器包括在所述支撑衬底上的周边固定部分、可移动电极和固定电极，并在施加动态量时伴随着所述可移动电极的位移，根据所述可移动电极和所述固定电极之间的距离的变化来检测所施加的动态量，该检测方法具有上述的特征。其它细节可以适当地设计和改变。
在制造所述半导体动态量传感器时，该检测方法优选用作制造步骤中的检测步骤。在这种情况下，该检测方法可以具体为制造半导体动态量传感器的方法。
本发明的说明实际上仅仅是示意性的，因此不脱离本发明的精神的各种变化都应该落入本发明的范围内。这种变化不认为是脱离本发明的精神和范围。

Claims (6)

1.一种检测半导体动态量传感器的方法，包括：
沿着支撑衬底(11)的周边被固定和支撑在所述支撑衬底(11)上的半导体的周边固定部分(50)；
在所述周边固定部分(50)的内侧被支撑在支撑衬底(11)上的半导体的可移动电极(24)，该可移动电极(24)可在水平方向上相对于所述衬底表面移动；以及
在所述周边固定部分(50)的内侧被固定和支撑在支撑衬底(11)上的半导体的固定电极(31、41)，该固定电极(31、41)与所述可移动电极(24)相对；
从而在施加动态量时，根据伴随着所述可移动电极(24)的位移的所述可移动电极(24)和所述固定电极(31、41)之间的距离的变化来检测所施加的动态量，所述检测半导体动态量传感器的方法包括：
改变施加到所述周边固定部分(50)的电位，同时向所述固定电极(31、41)和所述可移动电极(24)施加预定电位，从而改变所述可移动电极(24)和所述支撑衬底(11)之间的电位差，并使所述可移动电极(24)在垂直于所述衬底表面的方向上移动。
2.一种检测半导体动态量传感器的方法，包括：
沿着支撑衬底(11)的周边被固定和支撑在所述支撑衬底(11)上的半导体的周边固定部分(50)；
在所述周边固定部分(50)的内侧被支撑在所述支撑衬底(11)上的半导体的可移动电极(24)，该可移动电极(24)可在水平方向上相对于所述衬底表面移动；以及
在所述周边固定部分(50)的内侧被固定和支撑在所述支撑衬底(11)上的半导体的第一固定电极(31)和第二固定电极(41)，这些固定电极与所述可移动电极(24)相对，并保持检测间隙；
其中在所述可移动电极(24)和所述第一固定电极(31)之间形成第一电容(CS1)，在所述可移动电极(24)和所述第二固定电极(41)之间形成第二电容(CS2)；
其中在施加动态量时，根据伴随着所述可移动电极(24)的位移的第一电容(CS1)和第二电容(CS2)之间的差分电容的变化来检测所施加的动态量；所述检测半导体动态量传感器的方法包括：
将电位V1施加到所述第一固定电极(31)，电位V2施加到所述第二固定电极(41)，电位V3施加到所述可移动电极(24)，并且将电位V4施加到所述周边固定部分(50)，由此所述支撑衬底(11)的电位V5用下列数值公式1表示，
V5＝(CK1·V1+CK2·V2+CK3·V3+CK4·V4)/(CK1+CK2+CK3+CK4)…(1)
其中CK1表示第一固定电极(31)和支撑衬底(11)之间的寄生电容，CK2表示第二固定电极(41)和支撑衬底(11)之间的寄生电容，CK3表示可移动电极(24)和支撑衬底(11)之间的寄生电容，而CK4表示周边固定部分(50)和支撑衬底(11)之间的寄生电容，
并且通过利用该数值公式1的关系，改变施加到所述周边固定部分(50)的电压V4，同时保持施加到第一固定电极(31)的电压V1、施加到第二固定电极(41)的电压V2以及施加到可移动电极(24)的电压V3恒定，从而改变所述可移动电极(24)和支撑衬底(11)之间的电位差，由此使所述可移动电极(24)在垂直于所述衬底表面的方向上移动。
3.根据权利要求1或2所述的检测半导体动态量传感器的方法，还包括按照梳齿状结构布置多个可移动电极(24)，和与所述可移动电极(24)的梳齿状结构的间隙相齿合的、成梳齿状结构的多个固定电极(31、41)。
4.根据权利要求1或2所述的检测半导体动态量传感器的方法，其中所述支撑衬底(11)、所述周边固定部分(50)、所述可移动电极(24)和所述固定电极(31、41)由硅半导体制成。
5.根据权利要求3所述的检测半导体动态量传感器的方法，其中所述支撑衬底(11)、所述周边固定部分(50)、所述可移动电极(24)和所述固定电极(31、41)由硅半导体制成。
6.一种检测动态量传感器的方法，包括给该传感器的固定电极(31、41)和可移动电极(24)施加预定电位的同时，改变施加到该传感器的周边固定部分(50)的电位，以改变该传感器的可移动电极(24)和支撑衬底(11)之间的电位差，并使所述可移动电极(24)在垂直于所述支撑衬底的方向上移动。
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008041896A (ja) * 2006-08-04 2008-02-21 Tokyo Electron Ltd 基板検知機構およびそれを用いた基板処理装置
JP2009145321A (ja) * 2007-11-19 2009-07-02 Hitachi Ltd 慣性センサ
EP2060871A3 (en) * 2007-11-19 2012-12-26 Hitachi Ltd. Inertial sensor
JP4510068B2 (ja) * 2007-12-05 2010-07-21 東京エレクトロン株式会社 微小構造体の変位量測定装置および変位量測定方法
US8324911B2 (en) * 2007-12-17 2012-12-04 The Boeing Company Gap mapping for fitting composite doublers
US9034128B2 (en) 2007-12-17 2015-05-19 The Boeing Company Fitting doublers using gap mapping
JP2010127763A (ja) * 2008-11-27 2010-06-10 Hitachi Ltd 半導体力学量検出センサ及びそれを用いた制御装置
JP2012242201A (ja) * 2011-05-18 2012-12-10 Denso Corp 容量式物理量検出装置
JP5729316B2 (ja) * 2012-01-23 2015-06-03 株式会社デンソー 容量式物理量検出装置
US9541462B2 (en) 2014-08-29 2017-01-10 Kionix, Inc. Pressure sensor including deformable pressure vessel(s)
US20170356929A1 (en) * 2015-01-30 2017-12-14 Goertek, Inc. Z-axis structure of accelerometer and manufacturing method of z-axis structure
CN104569490B (zh) * 2015-01-30 2018-01-19 歌尔股份有限公司 一种加速度计的z轴结构及其生产方法
CN110426594B (zh) * 2019-08-28 2021-04-13 国网江苏省电力有限公司扬中市供电分公司 一种架空输电线路接地线隐患定位监测设备

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5243861A (en) * 1990-09-07 1993-09-14 Hitachi, Ltd. Capacitive type semiconductor accelerometer
US5345824A (en) * 1990-08-17 1994-09-13 Analog Devices, Inc. Monolithic accelerometer
CN1180934A (zh) * 1996-07-31 1998-05-06 Sgs-汤姆森微电子有限公司 半导体集成电容性加速度传感器及其制造方法
CN1217470A (zh) * 1997-11-11 1999-05-26 李韫言 双电极单晶硅电容加速度传感器及其制造方法
JPH11183518A (ja) * 1997-07-31 1999-07-09 St Microelectron Srl 加速度計およびジャイロを備えたセンサを製造する方法、並びにその方法で製造したセンサ
JPH11304495A (ja) * 1998-04-24 1999-11-05 Hitachi Ltd 回転角速度センサ
JP2000022171A (ja) * 1998-07-07 2000-01-21 Denso Corp 半導体力学量センサおよびその製造方法
US6502462B2 (en) * 2000-06-26 2003-01-07 Denso Corporation Capacitance type dynamic quantity sensor having displacement portion and formed by wire bonding

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0542719A3 (en) * 1988-09-23 1993-06-02 Automotive Systems Laboratory Inc. A method for establishing a value for the sensitivity of an acceleration sensor
JP3307328B2 (ja) * 1998-05-11 2002-07-24 株式会社デンソー 半導体力学量センサ
DE10148858A1 (de) * 2001-10-04 2003-04-10 Bosch Gmbh Robert Mikromechanischer Sensor mit Selbsttestfunktion und Optimierungsverfahren
JP4166528B2 (ja) * 2002-08-07 2008-10-15 株式会社デンソー 容量式力学量センサ
JP4026573B2 (ja) * 2003-09-24 2007-12-26 株式会社デンソー 電子装置を収納するパッケージの製造方法
JP2005265594A (ja) * 2004-03-18 2005-09-29 Denso Corp 可動部を有する半導体デバイス

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5345824A (en) * 1990-08-17 1994-09-13 Analog Devices, Inc. Monolithic accelerometer
US5243861A (en) * 1990-09-07 1993-09-14 Hitachi, Ltd. Capacitive type semiconductor accelerometer
CN1180934A (zh) * 1996-07-31 1998-05-06 Sgs-汤姆森微电子有限公司 半导体集成电容性加速度传感器及其制造方法
JPH11183518A (ja) * 1997-07-31 1999-07-09 St Microelectron Srl 加速度計およびジャイロを備えたセンサを製造する方法、並びにその方法で製造したセンサ
CN1217470A (zh) * 1997-11-11 1999-05-26 李韫言 双电极单晶硅电容加速度传感器及其制造方法
JPH11304495A (ja) * 1998-04-24 1999-11-05 Hitachi Ltd 回転角速度センサ
JP2000022171A (ja) * 1998-07-07 2000-01-21 Denso Corp 半導体力学量センサおよびその製造方法
US6502462B2 (en) * 2000-06-26 2003-01-07 Denso Corporation Capacitance type dynamic quantity sensor having displacement portion and formed by wire bonding

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