JP4444004B2 - 半導体力学量センサ - Google Patents
半導体力学量センサ Download PDFInfo
- Publication number
- JP4444004B2 JP4444004B2 JP2004163629A JP2004163629A JP4444004B2 JP 4444004 B2 JP4444004 B2 JP 4444004B2 JP 2004163629 A JP2004163629 A JP 2004163629A JP 2004163629 A JP2004163629 A JP 2004163629A JP 4444004 B2 JP4444004 B2 JP 4444004B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- capacitor
- movable electrode
- support substrate
- electrode portion
- capacitance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P15/125—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by capacitive pick-up
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Description
図9の平面図において基板100の上に梁構造体101が形成され、梁構造体101は可動電極101aを有し、基板100の表面に平行なY方向を加速度検出方向として変位可能である。基板100の上には梁構造体101の可動電極101aをY方向において挟むように固定電極102,103が対向して配置されている。そして、加速度の印加により梁構造体101の可動電極101aが変位すると、可動電極101aと固定電極102との間の容量と、可動電極101aと固定電極103との間の容量が差動的に変化する。
自己診断時においては、制御回路300に自己診断信号TESTが入力される。そして、制御回路300は、図11に示す信号を出力し、第3の期間φ3において、スイッチ信号S3をハイレベルにし、スイッチ信号S3(バー)をローレベルにする。その結果、第3の期間φ3において、スイッチ400bが閉じ、スイッチ400aが開くため、演算増幅器201の非反転入力端子には自己診断電圧V1が印加される。このとき、スイッチ202が閉じているため、演算増幅器201はボルテージフォロワとなり、可動電極101aと固定電極102の間にはV1という電位差が生じ、可動電極101aと固定電極103の間にはVcc−V1という電位差が生じるため、可動電極101aと固定電極102,103とのそれぞれの間に、相反する静電気力が生じることとなり、各々の静電気力の差の力により可動電極101aを変位させようとする力が生じることとなる。
以下、本発明を具体化した第1の実施形態を図面に従って説明する。
本実施形態では、差動容量式の半導体加速度センサに具体化している。図1には半導体加速度センサの平面図を示す。また、図2に図1におけるA−A線での縦断面を示す。図3に図1におけるB−B線での縦断面を示す。このセンサは、基板の表面に垂直な方向(直交する方向)に加わる加速度を検出するセンサである。
まず、図5(a)に示すように、ウエハ状のSOI基板1を用意する。そして、薄膜シリコン層4の上にフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を利用して電極パッド16,26,33,41(図1参照)を形成する。
C3・(C1−C2)・Vcc/(C1+C2+C3+C4)/Cf
となり、加速度により変化する容量(C1−C2)に比例した出力を得ることができる。ただし、CfはC−V変換回路50における帰還容量である。
制御回路70から出力される搬送波信号P1,P2は、3つの期間φ1〜φ3でハイレベル(Hi)とローレベル(Lo)が変化する一定振幅の矩形波信号となっており、搬送波信号P2は、搬送波信号P1に対して電圧レベルが反転した信号となっている。
図7のt1のタイミングまではTEST信号がLレベルであり、通常動作を行う。この通常動作時の作動について説明する。
Vx={Vcc・C1+(Vcc/2)・C3}/(C1+C2+C3+C4)
である。
ΔQ=C3・(C1−C2)・Vcc/(C1+C2+C3+C4)
となる。
この自己診断時においては、制御回路70は自己診断信号TESTに応答する形で以下の指令信号を出力する。第3の期間φ3において、スイッチ信号S3をハイレベルにし、スイッチ信号S3(バー)をローレベルにする。その結果、第3の期間φ3において、スイッチ82が閉じ、スイッチ81が開くため、パッド41(電圧印加用対向電極部40)にはV1の電圧が印加される。
Vk=
{Vcc・C2+(Vcc/2)・C3+V1・C4}/(C1+C2+C3+C4)
・・・式1
となる。これにより、第1のコンデンサ構成部E1においてはVkが、第2のコンデンサ構成部E2においてはVk−Vccという電位差が生じる。この電位差により可動電極部13,23を変位させようとする力が生じることとなる。この静電気力は、搬送波信号P1,P2の周波数を可動電極部13,23の加速度検出方向の共振周波数より十分高い周波数(例えば、2倍以上の周波数)に設定しておけば、可動電極部13,23の共振周波数より十分高い周波数で発生することになるため、あたかもDC的な加速度が可動電極部13,23に生じた状態となる。このときの可動電極部13,23のDC的な変位を容量の変化として検出することにより、自己診断を行うことができる。具体的には、可動電極部13,23が何らかの理由により自由に変位することができない状況に陥った等の不具合を見つけ出すことができる。
自己診断用固定コンデンサ構成部E4を設けた。この自己診断用固定コンデンサ構成部E4は、第1、第2、第3のコンデンサ構成部E1,E2,E3と共にSOI基板1にワンチップ化され、薄膜シリコン層4において電圧印加用対向電極部40がその下に絶縁膜3が存在する状態で区画形成されている。そして、自己診断時において自己診断用固定コンデンサ構成部E4の電圧印加用対向電極部40を第1の電位V1とするとともに第3のコンデンサ構成部E3の信号取出用対向電極部30を第1の電位V1とは異なる第2の電位(Vcc/2)とすることにより第1および第2のコンデンサ構成部E1,E2における固定電極である支持基板2の電位を強制的に変更して静電気力により第1および第2のコンデンサ構成部E1,E2の可動電極部13,23を変位させるようにした。詳しくは、自己診断時において自己診断用固定コンデンサ構成部E4の電圧印加用対向電極部40と第3のコンデンサ構成部E3の信号取出用対向電極部30のうちの自己診断用固定コンデンサ構成部E4の電圧印加用対向電極部40の電位を加速度検出時とは変更した。これにより、基板の表面に直交する方向に加わる加速度を検出する容量式の半導体加速度センサにおいて自己診断を行うことができる。
(第2の実施の形態)
次に、第2の実施の形態を、第1の実施の形態との相違点を中心に説明する。
図8においてパッド41を接地している。また、C−V変換回路50の演算増幅器51の非反転入力端子にスイッチ回路80を接続している。スイッチ回路80は、演算増幅器51の非反転入力端子に、図示しないそれぞれの電圧源からのVcc/2の電圧とV1の電圧のいずれかを入力するもので、スイッチ81とスイッチ82から構成されている。スイッチ81とスイッチ82は、一方が閉じているときに他方が開くようになっている。
Vk=(V1・C3+Vcc・C2)/(C1+C2+C3+C4)
・・・式2
となる。このとき、図1に示すごとく第3のコンデンサ構成部E3における電極面積と自己診断用固定コンデンサ構成部E4における電極面積との比較において第3のコンデンサ構成部E3の電極面積よりも自己診断用固定コンデンサ構成部E4の電極面積の方がかなり大きい。この場合には、容量C4が容量C3よりもかなり大きくなり、上記式1と式2から、本実施形態の支持基板電位は第1の実施形態の支持基板電位より低い電位となる。
・第1の梁構造体10と第2の梁構造体20とは、支持基板2と薄膜シリコン層4の間の絶縁膜3の材質または厚さを変えることにより加速度(力学量)が作用したときの容量変化を異ならせる。
次に、上記実施形態および他の実施形態から把握できる技術的思想を以下に記載する。
Claims (2)
- 半導体材料よりなる電位がフローティング状態の支持基板(2)の一側面上に絶縁膜(3)を配するとともに該絶縁膜(3)上に薄膜半導体層(4)を配したSOI構造の積層基板(1)にて構成され、
前記薄膜半導体層(4)において第1の梁構造体(10)が区画形成され、第1の梁構造体(10)の可動電極部(13)が共通の固定電極である前記支持基板(2)に対し空隙(14)を介して対向配置され、当該可動電極部(13)に振幅がVcc/2の搬送波電圧が印加されながら当該可動電極部(13)が力学量の作用により共通の固定電極である前記支持基板(2)の表面に直交する方向に変位して当該可動電極部(13)と前記支持基板(2)との間の容量が変化する第1のコンデンサ構成部(E1)と、
前記第1のコンデンサ構成部(E1)と共に前記積層基板(1)にワンチップ化され、前記薄膜半導体層(4)において第2の梁構造体(20)が区画形成され、第2の梁構造体(20)の可動電極部(23)が共通の固定電極である前記支持基板(2)に対し空隙(24)を介して対向配置され、当該可動電極部(23)に前記搬送波電圧と逆位相であり振幅がVcc/2の搬送波電圧が印加されながら当該可動電極部(23)が力学量の作用により共通の固定電極である前記支持基板(2)の表面に直交する方向に変位して当該可動電極部(23)と前記支持基板(2)との間の容量が、前記第1の梁構造体(10)の可動電極部(13)の変位による容量とは異なる状態で変化する第2のコンデンサ構成部(E2)と、
前記第1および第2のコンデンサ構成部(E1,E2)と共に前記積層基板(1)にワンチップ化され、前記薄膜半導体層(4)において信号取出用対向電極部(30)がその下に前記絶縁膜(3)が存在する状態で区画形成され、前記信号取出用対向電極部(30)が前記第1および第2のコンデンサ構成部の固定電極である前記支持基板(2)に対し対向配置される第3のコンデンサ構成部(E3)と、
前記第3のコンデンサ構成部(E3)の信号取出用対向電極部(30)に取り出された電荷の差を電圧信号に変換するC−V変換回路(50)とを備え、
力学量検出時において力学量の作用により前記各可動電極部(13、23)が変位することで前記第1、第2のコンデンサ構成部(E1、E2)に容量差が生じ、該容量差に基づく前記支持基板(2)とVcc/2との電位差を前記第3のコンデンサ構成部(E3)の電荷の差ΔQ(ΔQ=C3・(C1−C2)・Vcc/(C1+C2+C3+C4)(但し、C1は第1の梁構造体(10)の可動電極部(13)と支持基板(2)との間のコンデンサ容量、C2は第2の梁構造体(20)の可動電極部(23)と支持基板(2)との間のコンデンサ容量、C3は信号取出用対向電極部(30)と支持基板(2)との間のコンデンサ容量、C4は電圧印加用対向電極部(40)と支持基板(2)との間のとの間のコンデンサ容量))として前記信号取出用対向電極部(30)に取り出す半導体力学量センサであって、
前記第1、第2、第3のコンデンサ構成部(E1,E2,E3)と共に前記積層基板(1)にワンチップ化され、前記薄膜半導体層(4)において電圧印加用対向電極部(40)がその下に前記絶縁膜(3)が存在する状態で区画形成され、前記電圧印加用対向電極部(40)が前記第1および第2のコンデンサ構成部の固定電極である前記支持基板(2)に対し対向配置された自己診断用固定コンデンサ構成部(E4)を備え、
自己診断時において前記自己診断用固定コンデンサ構成部(E4)の電圧印加用対向電極部(40)を第1の電位(V1)とするとともに第3のコンデンサ構成部(E3)の信号取出用対向電極部(30)を前記第1の電位(V1)とは異なる第2の電位(Vcc/2)のまま保持するより前記第1および第2のコンデンサ構成部(E1,E2)における共通の固定電極である前記支持基板(2)の電位を強制的に変更して静電気力により第1および第2のコンデンサ構成部(E1,E2)の可動電極部(13,23)を変位させるようにし、この可動電極部(13,23)の変位によって生じる第1および第2のコンデンサ構成部(E1,E2)の容量の変化を検出することで自己診断を行うことを特徴とする半導体力学量センサ。 - 前記自己診断用固定コンデンサ構成部(E4)の電圧印加用対向電極部(40)の電位を力学量検出時とは変更するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の半導体力学量センサ。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004163629A JP4444004B2 (ja) | 2004-06-01 | 2004-06-01 | 半導体力学量センサ |
US11/137,435 US7622781B2 (en) | 2004-06-01 | 2005-05-26 | Semiconductor dynamic quantity sensor |
DE102005024630.3A DE102005024630B4 (de) | 2004-06-01 | 2005-05-30 | Halbleitersensor für eine dynamische Größe mit Selbstdiagnosefunktion |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004163629A JP4444004B2 (ja) | 2004-06-01 | 2004-06-01 | 半導体力学量センサ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005345206A JP2005345206A (ja) | 2005-12-15 |
JP4444004B2 true JP4444004B2 (ja) | 2010-03-31 |
Family
ID=35424240
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004163629A Expired - Fee Related JP4444004B2 (ja) | 2004-06-01 | 2004-06-01 | 半導体力学量センサ |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US7622781B2 (ja) |
JP (1) | JP4444004B2 (ja) |
DE (1) | DE102005024630B4 (ja) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5061524B2 (ja) * | 2006-08-01 | 2012-10-31 | 三菱電機株式会社 | 加速度センサ |
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 |
JP2012242201A (ja) * | 2011-05-18 | 2012-12-10 | Denso Corp | 容量式物理量検出装置 |
US8847862B2 (en) | 2011-11-29 | 2014-09-30 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Systems, devices, and methods for driving an interferometric modulator |
US10088495B2 (en) * | 2014-02-27 | 2018-10-02 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Capacitive physical quality detection device |
CN109752030A (zh) * | 2019-02-21 | 2019-05-14 | 长春通视光电技术有限公司 | 一种贴片式位置检测传感器 |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0518990A (ja) | 1991-07-10 | 1993-01-26 | Nissan Motor Co Ltd | 静電容量式力学量検出器 |
JPH07174652A (ja) | 1993-12-16 | 1995-07-14 | Omron Corp | 半導体圧力センサ及びその製造方法並びに圧力検出方法 |
DE4439238A1 (de) | 1994-11-03 | 1996-05-09 | Telefunken Microelectron | Kapazitiver Beschleunigungssensor |
JPH095354A (ja) | 1995-06-21 | 1997-01-10 | Texas Instr Japan Ltd | センサー |
JPH09113534A (ja) | 1995-10-23 | 1997-05-02 | Yoshinobu Matsumoto | 加速度センサー |
JP4178658B2 (ja) | 1998-06-30 | 2008-11-12 | 株式会社デンソー | 容量式物理量検出装置 |
JP3489505B2 (ja) | 1999-09-22 | 2004-01-19 | トヨタ自動車株式会社 | 半導体センサ |
JP2002311045A (ja) | 2001-04-16 | 2002-10-23 | Mitsubishi Electric Corp | 加速度センサ |
DE10236772A1 (de) * | 2002-08-10 | 2004-02-19 | Robert Bosch Gmbh | Vorrichtung zur Überprüfung eines Sensors |
US7059190B2 (en) * | 2003-10-08 | 2006-06-13 | Denso Corporation | Semiconductor dynamic sensor having variable capacitor formed on laminated substrate |
-
2004
- 2004-06-01 JP JP2004163629A patent/JP4444004B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2005
- 2005-05-26 US US11/137,435 patent/US7622781B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2005-05-30 DE DE102005024630.3A patent/DE102005024630B4/de not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102005024630B4 (de) | 2014-02-27 |
US7622781B2 (en) | 2009-11-24 |
JP2005345206A (ja) | 2005-12-15 |
US20050263838A1 (en) | 2005-12-01 |
DE102005024630A1 (de) | 2005-12-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7046028B2 (en) | Method of inspecting a semiconductor dynamic quantity sensor | |
JP4000936B2 (ja) | 容量式力学量センサを有する検出装置 | |
US20060207327A1 (en) | Linear accelerometer | |
US7250322B2 (en) | Method of making microsensor | |
US7059190B2 (en) | Semiconductor dynamic sensor having variable capacitor formed on laminated substrate | |
US9128114B2 (en) | Capacitive sensor device and a method of sensing accelerations | |
JP2001343240A (ja) | 静電容量型外力検出装置 | |
US7622781B2 (en) | Semiconductor dynamic quantity sensor | |
JP2003240798A (ja) | 容量式力学量センサ | |
US7275435B2 (en) | Capacitance type semiconductor dynamic quantity sensor | |
Xiao et al. | Silicon micro-accelerometer with mg resolution, high linearity and large frequency bandwidth fabricated with two mask bulk process | |
Scheibner et al. | Characterization and self-test of electrostatically tunable resonators for frequency selective vibration measurements | |
US20190271717A1 (en) | Accelerometer sensor | |
JP2004347499A (ja) | 半導体力学量センサ | |
JP2012242201A (ja) | 容量式物理量検出装置 | |
JP4515069B2 (ja) | 半導体力学量センサ | |
JP4329275B2 (ja) | 力学量センサ | |
JP4444005B2 (ja) | 半導体力学量センサ | |
JP3928612B2 (ja) | 半導体力学量センサ | |
JP4976349B2 (ja) | 静電容量型加速度センサ及び静電容量型加速度計 | |
JP4743226B2 (ja) | 半導体力学量センサ | |
US20060107742A1 (en) | Semiconductor dynamic quantity sensor | |
US7045371B2 (en) | Foreign material removing method for capacitance type dynamic quantity sensor | |
JP4893491B2 (ja) | 力学量検出センサ、加速度センサ、ヨーレートセンサ及び力学量検出センサの生産方法 | |
JP5724899B2 (ja) | 容量式物理量検出装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060626 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070719 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070731 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070928 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20071023 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071213 |
|
A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20071228 |
|
A912 | Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20080321 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20091208 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100113 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 4444004 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130122 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140122 Year of fee payment: 4 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |