(57)【要約】  本発明は、物理的な測定に用いるための測定デバイス、とりわけ容量性センサーに関する。本発明によるセンサーでは、固定電極（３）、（４）、（１２）、（１７−２０）、（２７−２８）の形状は、階段状にされる。本発明によって、改善された線形性を有する容量性センサーを製造する方法が達成されるとともに、とりわけ微小な容量性センサーソリューションに用いるのに適する容量性センサーも達成される。【選択図】図２
2008513800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動電極（２）、（１２）、（２１）、（２９）と、固定電極とを有する容量性センサーであって、その特徴が、該固定電極（３）、（４）、（１２）、（１７−２０）、（２７−２８）が階段状となっていることである、前記容量性センサー。
【請求項２】
固定電極（３）、（４）、（１２）の形状が、実質的に凹形であることを特徴とする、請求項１記載のセンサー。
【請求項３】
固定電極（１７−２０）、（２７−２８）の形状が、実質的に凸形であることを特徴とする、請求項１記載のセンサー。
【請求項４】
固定電極（１７−２０）、（２７−２８）の形状が、実質的に、傾斜した平面の形状であることを特徴とする、請求項１記載のセンサー。
【請求項５】
固定電極（１７−２０）、（２７−２８）の形状が、傾斜した平面の形状であり、それが、最も外のポジションにある回転する面と実質的に一致することを特徴とする、請求項４のセンサー。
【請求項６】
固定電極（３）、（４）、（１２）、（１７−２０）、（２７−２８）の形状が、
可動電極（２）、（１２）、（２１）、（２９）がその最も外のポジションにあるときに、電極同士が、実質的にそれらの表面全体に渡って、いくつかの別個のスポットにおいて接触するように、提供されていることを特徴とする、請求項１−５のいずれか１つに記載のセンサー。
【請求項７】
固定電極（３）、（４）、（１２）、（１７−２０）、（２７−２８）の形状が、最小の線形誤差が達成されるように、最適化されていることを特徴とする、請求項１−６のいずれか１つに記載のセンサー。
【請求項８】
固定電極（３）、（４）、（１２）、（１７−２０）、（２７−２８）の形状が、理想的な形状のための等式に対して、より低い程度の近似であることを特徴とする、請求項７記載のセンサー。
【請求項９】
固定電極（３）、（４）、（１２）、（１７−２０）、（２７−２８）が、金属から、１層ずつ製造されていることを特徴とする、請求項１−８のいずれか１つに記載のセンサー。
【請求項１０】
固定電極（３）、（４）、（１２）、（１７−２０）、（２７−２８）の、各金属層の厚さが、等しくないことを特徴とする、請求項９記載のセンサー。
【請求項１１】
固定電極（３）、（４）、（１２）、（１７−２０）、（２７−２８）の、各金属層が、互いに異なる金属または合金から成っていることを特徴とする、請求項９または１０に記載のセンサー。
【請求項１２】
固定電極（３）、（４）、（１７−２０）、（２７−２８）の形状が、平面内において実質的に四角形であることを特徴とする、請求項１−１１のいずれか１つに記載のセンサー。
【請求項１３】
固定電極（３）、（４）、（１２）の形状が、平面内において実質的に円形であることを特徴とする、請求項１−１１のいずれか１つに記載のセンサー。
【請求項１４】
固定電極（３）、（４）、（１２）、（１７−２０）、（２７−２８）が、実質的に、円筒状の凹形または凸形であることを特徴とする、請求項１２記載のセンサー。
【請求項１５】
固定電極（３）、（４）、（１２）、（１７−２０）、（２７−２８）が、実質的に、球状の凹形または凸形であることを特徴とする、請求項１２または１３に記載のセンサー。
【請求項１６】
固定電極（１２）の金属層の中心に、孔穴が在ることを特徴とする、請求項１２または１３に記載のセンサー。
【請求項１７】
固定電極（３）、（４）、（１２）、（１７−２０）、（２７−２８）の構造が、非単一的なモノリシックであることを特徴とする、請求項１−１５のいずれか１つに記載のセンサー。
【請求項１８】
支持構造が、固定電極（１２）に追加されていることを特徴とする、請求項１７記載のセンサー。
【請求項１９】
可動電極（２１）が、ねじりバネ（２２）によって支持されていることを特徴とする、請求項１−１８のいずれか１つに記載のセンサー。
【請求項２０】
可動電極（２９）が、たわみバネ（３２）によって支持されていることを特徴とする、請求項１−１８のいずれか１つに記載のセンサー。
【請求項２１】
センサーが、容量性圧力センサーであることを特徴とする、請求項１−２０のいずれか１つに記載のセンサー。
【請求項２２】
センサーが、容量性加速度センサーであることを特徴とする、請求項１−２０のいずれか１つに記載のセンサー。
【請求項２３】
センサーが、容量性角速度センサーであることを特徴とする、請求項１−２０のいずれか１つに記載のセンサー。
【請求項２４】
シリコンウェーハ素子から容量性センサーを製造する方法であって、
その特徴は、容量性センサーの固定電極（３）、（４）、（１２）、（１７−２０）、（２７−２８）が、薄膜技術を用いて、階段状の様式にて次の様に製造されることであり、
金属層（５）が、容量性センサーの固定面上にメタライズされ、
所望のパターンの領域（６）を除く全ての場所から該金属層を除去することで、該金属層がパターン化され、そして、
前記メタライゼーション（７）、（９）と、前記パターニング（８）、（１０）とが、少なくとも１度は、階段状の電極構造が得られるように、繰り返される、
前記方法。
【請求項２５】
固定電極（３）、（４）、（１２）が、実質的に凹形状の電極構造が得られるように製造されていることを特徴とする、請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
固定電極（１７−２０）、（２７−２８）が、実質的に凸形状の電極構造が得られるように製造されていることを特徴とする、請求項２４記載の方法。
【請求項２７】
固定電極（１７−２０）、（２７−２８）が、実質的に傾斜平面の形状の電極構造が得られるように製造されていることを特徴とする、請求項２４記載の方法。
【請求項２８】
最も外のポジションにある回転面と実質的に一致する、傾斜した平面の形状となる、電極構造の形状が得られるように、固定電極（１７−２０）、（２７−２８）が製造されていることを特徴とする、請求項２７の方法。
【請求項２９】
パターニング（６）、（８）、（１０）が、エッチングによって実現されていることを特徴とする、請求項２４−２８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３０】
パターニング（６）、（８）、（１０）が、リフトオフ技術によってアディティブに実現されていることを特徴とする、請求項２４−２８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３１】
固定電極（３）、（４）、（１２）、（１７−２０）、（２７−２８）の、各金属層の厚さが、等しくないことを特徴とする、請求項２４−３０のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３２】
固定電極（３）、（４）、（１２）、（１７−２０）、（２７−２８）の、各金属層が、互いに異なる金属または合金から成っていることを特徴とする、請求項２４−３１のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３３】
容量性センサーの可動電極（２）、（１２）、（２１）、（２９）がその最も外のポジションにあるときに、電極同士が実質的にそれらの表面全体に渡っていくつかの別個のスポットにおいて接触するような形状にて、固定電極（３）、（４）、（１２）、（１７−２０）、（２７−２８）が製造されていることを特徴とする、請求項２４−３２のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３４】
固定電極（３）、（４）、（１２）、（１７−２０）、（２７−２８）の形状が、最小の線形誤差が達成されるように、最適化されていることを特徴とする、請求項２４−３３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３５】
固定電極（３）、（４）、（１２）、（１７−２０）、（２７−２８）の形状が、理想形状のための等式に対して、より低い程度の近似であることを特徴とする、請求項３４記載の方法。
【請求項３６】
固定電極（３）、（４）、（１２）、（１７−２０）、（２７−２８）が、平面内において実質的に四角形の形状に製造されていることを特徴とする、請求項２４−３５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３７】
固定電極（３）、（４）、（１２）が、平面内において実質的に円形の形状に製造されていることを特徴とする、請求項２４−３５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３８】
固定電極（３）、（４）、（１２）、（１７−２０）、（２７−２８）が、実質的に、円筒状の凹形または凸形に製造されていることを特徴とする、請求項３６記載の方法。
【請求項３９】
固定電極（３）、（４）、（１２）、（１７−２０）、（２７−２８）が、実質的に、球状の凹形または凸形に製造されていることを特徴とする、請求項３６または３７に記載の方法。
【請求項４０】
固定電極（１２）における金属層の中心に、孔穴が形成されていることを特徴とする、請求項３８または３９に記載の方法。
【請求項４１】
固定電極（３）、（４）、（１２）、（１７−２０）、（２７−２８）が、その構造が非単一的なモノリシックであるように製造されていることを特徴とする、請求項２４−４０のいずれか１つに記載の方法。
【請求項４２】
支持構造が、固定電極（１２）に追加されていることを特徴とする、請求項４１記載の方法。
【請求項４３】
可動電極（２１）が、ねじりバネ（２２）によって支持されていることを特徴とする、請求項２４−４２のいずれか１つに記載の方法。
【請求項４４】
可動電極（２９）が、たわみバネ（３２）によって支持されていることを特徴とする、請求項２４−４２のいずれか１つに記載の方法。
【請求項４５】
センサーが、容量性圧力センサーへと作られていることを特徴とする、請求項２４−４４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項４６】
センサーが、容量性加速度センサーへと作られていることを特徴とする、請求項２４−４４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項４７】
センサーが、容量性角速度センサーへと作られていることを特徴とする、請求項２４−４４のいずれか１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、物理的測定に用いられる測定デバイスに関し、とりわけ容量性(capacitive)センサーに関する。本発明の目的は、容量性センサーの製造における線形性を改善する方法を提供すること、および、とりわけ微小な容量性センサーソリューションに用いるのに適する容量性センサーを提供することにある。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
容量性センサーに基づく測定は、原理が単純であること、および、物理的な量、例えば、加速度、圧力、または各速度の測定における信頼が高いことが知られている。この容量性測定は、センサーの１対の電極の２つの表面間の間隙の変化に基づいている。これら表面間のキャパシタンス、即ち、電荷を蓄積するキャパシティは、これら表面の面積と、これら表面間の距離とに依存する。容量性の測定は、加速度、圧力、または角速度の比較的低い測定レンジにおいて、既に、利用可能である。
【０００３】
微小容量性センサーの構造のための基本は、シリコン上に製造される薄膜構造である。電極の一方を形成する薄膜は、測定されるべき量(quantity)の影響下で曲がり、そうして、測定されるべきキャパシタンスを変化させる。
【０００４】
しばしば、これらセンサーの出力は、測定されるべき量に線形的(linearly、直線的)に従うことを要求される。
平面キャパシタ(planar capacitor)のキャパシタンスは等式：
【０００５】
【数１】
2008513800.tif 000003
【０００６】
によって決定される。
ここで、Ａは電極の面積であり、ｄはそれらの間の距離である。このようにして、キャパシタンスは、距離ｄに対して、反直線的比例(inverted linear proportionality、反比例)の関係を有する。平面キャパシタに加えて、並列的な漂遊(stray)キャパシタンスＣ00を有するセンサーの伝達関数は、例えば、容量性圧力センサーの場合は、次のとおり決定される：
【０００７】
【数２】
2008513800.tif 000004
【０００８】
ここでＣは測定されたキャパシタンスであり、ｐ0 、Ｃ0 、およびＣ00は、センサー毎の定数である。このような伝達関数に従ったセンサーソリューションは、従来の安価なアナログエレクトロニクスによっても、費用効果の高いやり方にて実現できる。
【０００９】
さらに、例えば、測定されるべき２つの結合された平面キャパシタから成る加速度センサーソリューションに対しては、このΔｘの関数は
【００１０】
【数３】
2008513800.tif 000005
【００１１】
と式で示すことができ、これは、線形的な関数(linear function)である。
【００１２】
実際に、測定を行なうイベントの間には、薄箔にて形成される、センサーの可動電極(movable electrode)は、例えば、測定されるべき量に起因して湾曲した形状に曲がる。加速度センサーの事例では、震動質量(seismic mass)の変位は、非平面的(non-planar)であり得、純粋な並進運動に加えて、部分的にまたは完全に回転運動であり得る。このように、移動するキャパシタの間隙（ギャップ）が平面的にとどまらないために、上述の伝達関数の使用において線形性誤差が導入される。
【００１３】
従来技術によると、測定プロセスの間に、容量性センサーに導入される非線形性(non-linearity)に対する補償を目的とした幾つかのソリューションが存在する。１つのソリューションでは、センサーの可動電極、例えば、圧力センサーにおける箔には、補強材(stiffener)が提供され、これによって、この金属電極の位置において、この箔は平面として移動し、こうして上述の伝達関数を使用することができる。従来技術によるこのようなソリューションは、例えば、合衆国特許第４、６０９、９６６号において開示されている。
【００１４】
従来技術による、非線形性を低減するための１つのソリューションは、センサーの可動電極、例えば、圧力センサーの箔を、不均一(non-uniform)にするやり方である。これは、例えば、知られているやり方にて、この箔が１つよりも多いポイントにおいて局所的に最大の歪曲(deflection)を得るように支持構造を加えることで実現することができる。このソリューションによって、測定のキャパシタンス動特性(capacitance dynamics)がより少ない歪曲にて達成され、結果として、非線形性が低減される。従来技術によるこのようなソリューションは、例えば、合衆国特許第５、８０１、３１３号および合衆国特許第６、３５２、８７４号において開示されている。
【００１５】
測定プリセスにおいて容量性センサーに導入される非線形性の補償は、また、従来技術に従って、より複雑な伝達関数を用いて試みることもできる。しかし、これは、別個の補償エレクトロニクスを必要とする。加えて、そのモデルがより多くの独立パラメータを含むような場合は、較正をより多数のポイントにおいて遂行しなければならないという短所が存在する。
【００１６】
非線形性を低減するための１つのソリューションは、従来技術によるタッチモードセンサーを使用することである。これによって、例えば圧力センサーについては、圧力応答は、その動作レンジにおいて既に線形的となり、これは高い感度を有するであろう。従来技術によるこのようなソリューションは、例えば、合衆国出願第２００２/００９２３５６号および日本国出願第２００２/１９５９０３号において開示されている。そのタッチモードタイプのセンサーの短所は、ヒステリシス的挙動(hysteretic behavior)と、過剰な圧力に対する乏しい許容性(tolerance)である。
【発明の開示】
【００１７】
発明の要約
本発明の目的は、改善された容量性センサーおよび容量性センサーを製造する改善された方法である。本発明は、それによって測定の線形性が改善されたセンサーソリューションを提供する。
【００１８】
本発明によるセンサーソリューションは、とりわけ、微小サイズの容量性圧力センサー、加速度センサー、および角速度のセンサーへの使用に適している。
【００１９】
本発明の第１の態様によると、容量性センサーが提供され、該センサーは、可動電極と固定電極とを有し、該固定電極の形状は階段状にされている。好ましくは、固定電極の形状は、実質的に凹形である。代替的には、固定電極の形状は、実質的に凸形であっても良い。代替的には、固定電極の形状は、実質的に、傾斜した平面の形状であっても良い。さらに、この固定電極の形状は、傾斜した平面の形状であって、それが、最も外のポジションにある回転面と実質的に一致するのが好ましい。
【００２０】
固定電極の形状は、可動電極がその最も外のポジションにあるときに、電極同士が、実質的にそれらの表面全体に渡って、いくつかの別個のポイントにおいて接触するように、実現されるのが好ましい。この固定電極の形状は、好ましくは、最小の線形誤差が達成されるように最適化される。さらに、好ましくは、この固定電極の形状は、理想的な形状のための等式に対して、より低い程度の近似である。
【００２１】
好ましくは、固定電極は、金属から１層ずつ用意される。さらに、固定電極の各層の厚さが等しくないことが好ましい。好ましくは、固定電極の各金属層は、互いに異なる金属または合金から成る。
【００２２】
好ましくは、ある平面内における固定電極の形状は、実質的に、四角形である。代替的には、ある平面内における固定電極の形状は、実質的に円形であっても良い。好ましくは、固定電極は、実質的に円筒状の凹形または凸形である。代替的には、固定電極は、実質的に、球状の凹形または凸形であっても良い。好ましくは、固定電極の金属層の中心には、孔穴が存在する。
【００２３】
好ましくは、固定電極の構造は、非単一的なモノリシックである。さらに、好ましくは、支持構造が、固定電極に追加される。さらに、好ましくは、可動電極は、ねじりバネによって支持される。代替的には、可動電極は、たわみバネによって支持されても良い。
【００２４】
好ましくは、このセンサーは、容量性圧力センサーである。代替として、このセンサーは、容量性加速度センサーであっても良い。代替的には、このセンサーは、容量性角速度用センサーであっても良い。
【００２５】
本発明の第２の態様によると、シリコンウェーハ素子から容量性センサーを製造する方法が提供され、この方法においては、容量性センサーの固定電極が、薄膜技術を用いて、階段状の様式にて、次の様に製造される。即ち、
金属層が容量性センサーの固定面上にメタライズされ、
所望のパターンの領域を除く全ての場所から該金属層を除去することで、該金属層がパターン化され、そして、
前記メタライゼーションと、前記パターニングとが、少なくとも１度は、階段状の電極構造が得られるように繰り返される、
というようにである。
【００２６】
好ましくは、固定電極は、実質的に凹形状の電極構造が達成されるように製造される。代替的には、固定電極は、実質的に凸形状の電極構造が達成されるように製造されても良い。代替的には、固定電極は、実質的に傾斜平面形状の電極構造が達成されるように製造されても良い。さらに、好ましくは、固定電極は、最も外のポジションにある回転する面と実質的に一致する、傾斜した平面の形状を有する電極構造が達成されるように製造されても良い。
【００２７】
好ましくは、このパターニングは、エッチングによって実現される。代替的には、パターニングは、リフトオフ技術(lift-off technique)によって、アディティブに実現されても良い。好ましくは、固定電極の各金属層の厚さは、等しくない。好ましくは、固定電極の金属層同士は、互いに異なる金属または合金から成る。
【００２８】
好ましくは、可動電極がその最も外のポジションにあるときに、電極同士が実質的にそれらの表面全体に渡っていくつかの別個のポイントにおいて接触するような形状にて、固定電極が用意されている。好ましくは、固定電極の形状は、最小の線形誤差が達成されるように、最適化される。さらに、好ましくは、固定電極の形状は、理想的な形状のための等式に対して、より低い程度の近似である。
【００２９】
好ましくは、固定電極は、平面内において実質的に四角形の形状に製造される。代替的には、固定電極は、平面内において実質的に円形の形状に製造されても良い。好ましくは、固定電極は、実質的に円筒状の凹形または凸形に製造される。代替的には、固定電極は、実質的に球状の凹形または凸形に製造されても良い。好ましくは、固定電極における金属層の中心に、孔穴が形成される。
【００３０】
好ましくは、固定電極は、非単一的なモノリシックである構造へと製造される。さらに、好ましくは、支持構造が固定電極に追加される。好ましくは、可動電極がねじりバネによって支持される。代替的には、この可動電極は、たわみバネによって支持されても良い。
【００３１】
好ましくは、容量性圧力センサーがこのセンサーから製造される。代替的には、容量性加速度センサーがこのセンサーから製造されても良い。代替的には、容量性角速度センサーがこのセンサーから製造されても良い。
【００３２】
以下においては、本発明およびこれを実現する好ましいやり方が、添付の図面を例示として参照しながら詳細に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
発明の詳細な説明
以下では、例示的な態様にて、圧力センサーソリューションに適用されたときの、本発明によるソリューション（問題解決するもの）を説明する。本発明によるこのソリューションは、例えば、容量性加速センサーソリューション、または容量性角速度センサーソリューションのような、他の容量性センサーソリューションにおいても、同様に適用して実施することができる。
【００３４】
容量性センサーの電極の形状に影響を及ぼす換算された力(reduced force)は、
【００３５】
【数４】
2008513800.tif 000006
【００３６】
なる等式にて記述することができ、ここでｐ0 は、電極が互いに接触する最低の圧力である。こうして、可動電極の座標は、
【００３７】
【数５】
2008513800.tif 000007
【００３８】
として与えることができる。
ここでは、この力は、線形的な歪曲(linear deformation)を与えるものと想定される。固定電極(stationary electrode)の座標は選択され、それら座標は、ｗ(ｘ,ｙ)として示すことができる。こうして、このセンサーのキャパシタンスは、等式
【００３９】
【数６】
2008513800.tif 000008
【００４０】
によって与えられ、ここで、Ｃ00は、漂遊キャパシタンスであり、Ａは電極の面積であり、Ｃ0は、
【００４１】
【数７】
2008513800.tif 000009
【００４２】
のときの、これら電極間のキャパシタンスである。この固定電極を適当に選択することで、平面キャパシタのために開示された圧力センサーの伝達関数と同一の等式が得られる。こうして、任意の形状のセンサーキャパシタンスを、平面キャパシタのように電気的に見せるようにすることができる。
【００４３】
図１は、本発明による圧力センサーの断面の描写を示しており、該センサーは、理想的な固定電極を有する。本発明によるこの理想的な固定電極の形状は、上記等式に従って計算されたものである。
【００４４】
本発明による該理想的な電極は、歪曲する電極が、最も外の(extreme、中心から最も遠い)ポジションにあるときに、それらの表面全体に渡って該電極が接触するような形状となるように実施される。
【００４５】
図１では、本発明によるマイクロ・メカニカル容量性センサーのガラス表面は、数字１によって示されており、可動電極を構成するシリコン構造は、数字２によって示されており、そして、理想的な固定電極は、数字３によって示されている。
【００４６】
本発明に従って実現されるこの固定電極の形状は、このように、実質的に凹形状である。本発明によるこのセンサーの線形的な特性(linearity characteristics)は、従来技術によるソリューションよりもかなり優れている。圧力センサーの場合は、本発明によるこの凹形状の固定電極は、該センサーが過大な圧力に耐える能力も改善する。
【００４７】
図２は、本発明による圧力センサーの断面の描写を示しており、該センサーは、階段状の固定電極を有する。本発明による、階段状の様式にて実施された該固定電極の形状は、実質的に凹形である。
【００４８】
本発明による、階段状の様式にて実施された固定電極の形状は、可動電極が、最も外のポジションにあるときに、幾つかの別個のスポットにおいて、実質的にそれらの表面の領域全体にわたって接触するように実現される。
【００４９】
図２では、本発明によるこのマイクロ・メカニカル容量性センサーのガラス表面は、数字１によって示されており、可動電極を構成するシリコン構造は、数字２によって示されており、そして、階段状の様式にて実施された該固定電極は、数字４によって示されている。
【００５０】
階段状の様式にて実施されたこのセンサーの線形性の特性もまた、従来技術によるソリューションよりもかなり優れている。圧力センサーの場合には、本発明による、階段状の様式にて実施された凹形の固定電極は、過大な圧力に耐えるセンサーの能力も改善する。
【００５１】
本発明によるこの階段状の固定電極の形状は、最小の線形性誤差(minimal linearity error)が得られるように最適化することができる。この電極の形状は、例えば、理想的な形状のための等式に対して、より低い程度(オーダー）の近似とすることができる。本発明によるこの階段状の固定電極は、例えば、金属から、１層ずつ(layer by layer)、製造することができる。
【００５２】
図３は、本発明による容量性センサーの階段状の固定電極を、薄膜技術におけるエッチングプロセスを用いて製造するプロセスチャートを示している。最初に、金属層が、本発明によるマイクロ・メカニカル容量性センサーの支持構造のガラス面上にメタライズされ（５）、その後、該層がパターン化される（６）。このパターニング６において、金属層は、所望のパターンの領域以外は、全て除去される。このパターニング６は、例えば、エッチングにて、または、アディティブ（”リフト−オフ”）にて、実施することができる。
【００５３】
次に、メタライゼーション７が繰り返され、そのメタライゼーションに続いてパターニング８が繰り返される。この図に従った例示のプロセスは、３ラウンドのメタライゼーション−パターニングを含んでいる。こうして、パターニング８の後に、第三番目のメタライゼーション９と、パターニング１０とが遂行される。
【００５４】
容量性センサーの階段状の固定電極を製造する、本発明によるこの方法は、異なるタイプの幾つかのマイクロ・メカニカルセンサー構造、例えば、容量性圧力センサーソリューション、容量性加速センサーソリューション、または容量性角速度センサーソリューションにおける、線形性の改善のために用いることができる。
【００５５】
マイクロ・メカニカルセンサーの線形性は、該固定金属電極を、１ラウンドより多いメタライゼーション−パターニングを用いて製造することで改善させることができる。こうして達成される階段状の電極形状は、例えば、理想的な形状の、低いオーダーの近似であり得る。これら金属層の厚さは異なっても良い。これら金属層は、さらに、互いに異なる金属または合金から構成されても良い。
【００５６】
本発明による平面状になっている金属電極の固定形状は、実質的に四角の形状に設計することも、あるいは円形の形状に設計することもできる。さらに、本発明による金属電極の固定形状は、実質的に円筒状の凹形または凸形に設計することも、あるいは対応するように実質的に球状の凹形または凸形に設計することもできる。
【００５７】
本発明によるこの固定電極においては、さらに、孔穴がこの金属層の中央に存在しても良い。さらに、本発明によるこのセンサーソリューションにおいては、この可動電極は、例えば、支持構造、例えば、包囲支持構造を加えることで、非単一的モノリシック（non-singly monolithic）としても良い。
【００５８】
図４は、本発明の１つの代替的なセンサーソリューションの断面の描写を示している。本発明によるこの代替マイクロ・メカニカル容量性圧力センサーのガラス面は、数字１１によって示され、階段状の様式にて実施された固定電極は、数字１２によって示され、そして、可動電極を構成するシリコン構造は、数字１３によって示されている。
【００５９】
本発明によるこの代替的なセンサーソリューションにおいては、可動電極は、単一モノリシックではない。この可動電極１２は、支柱１４を有しており、該支柱は、該センサーのガラス表面１１に、金属電極にある孔穴を通して取り付けられている。
【００６０】
図５は、本発明による１つの代替的なセンサーソリューションの水平断面の描写を示している。本発明によるこの代替的なマイクロ・メカニカル容量性センサーのガラス表面は、数字１１によって示されており、階段状の様式にて実施された固定電極は、数字１２によって示され、可動電極を構成するシリコン構造は、数字１３によって示され、そして、可動電極１３の支柱は、数字１４によって示されている。
【００６１】
以下では、本発明によるソリューションが、例として、加速度センサーソリューションに適用されるときについて説明する。本発明によるこのソリューションは、例えば、容量性圧力センサーソリューション、または、角速度のセンサーのための容量性ソリューションなどと同様に、他の容量性センサーソリューションにおいても、同様に適用して実施することもできる。
【００６２】
図６は、本発明による第２の代替センサーソリューションの断面の描写を示している。本発明による第２の代替的なマイクロ・メカニカル容量性加速度センサーのガラス表面は、数字１５および１６にて示されており、階段状の様式にて実施された４つの固定電極は、数字１７−２０によって示されており、可動電極を構成するシリコン構造は、数字２１によって示されている。
【００６３】
本発明によるこの第２の代替的なセンサーソリューションでは、可動電極２１を構成する震動質量は、ねじりバネ（トーションスプリング）２２の周りをピボット回転する。階段状の固定電極１７−２０は、加速度センサーのガラス表面１５および１６の上に形成される。この加速度センサーのこれらガラス表面１５および１６は、それぞれ、支持壁２３および２４によって一致するように取り付けられる。
【００６４】
本発明によるこの第２の代替的なセンサーソリューションでは、固定電極１７−２０の形状は、実質的に凸形であるか、実質的に傾斜した平面の形状である。好ましくは、固定電極１７−２０の形状は、最も外のポジションにある回転する面と、実質的に一致する、傾斜した平面の形状である。
【００６５】
図７は、本発明による第３の代替的なセンサーソリューションの断面の描写を示している。本発明によるこの第３の代替的なマイクロ・メカニカル容量性加速度センサーのガラス面は、数字２５および２６によって示されており、階段状の様式にて実施された２つの固定電極は、数字２７および２８によって示されており、そして可動電極を構成するシリコン構造は、数字２９によって示されている。この加速度センサーのガラス面２５および２６は、支持壁３０および３１を介して互いに取り付けられる。
【００６６】
本発明によるこの第３の代替センサーソリューションにおいては、可動電極２９を構成する震動質量は、支持壁３０に、たわみバネ(ベンディングスプリング)３２を介して取り付けられる。この固定電極２７−２８の形状は、実質的に凸形、あるいは実質的に傾斜する平面の形状のいずれかである。好ましくは、この固定電極２７−２８の形状は、最も外のポジションにある回転する面と、実質的に一致する傾斜した平面の形状である。
【００６７】
本発明による容量性センサーの線形性は、変形する電極が、その最も外のポジションにあるときに、電極(electrodes)がそれらの表面全体にわたって接触するように、固定金属電極を設計することによって、改善される。このやり方で実施することで、キャパシタは、電気的に平面キャパシタのように見える。
【００６８】
本発明によるマイクロ・メカニカル容量性センサーにおいては、固定電極の理想的な形状は、金属電極を、１つより多くの薄膜から編成(compiling)することで模造することができる。階段状の様式にて実施された固定金属電極の形状は、最小の線形性誤差が得られるように、最適化することができる。
【００６９】
本発明によって、容量性センサーの製造に対して線形性を改善させる方法、および容量性センサーが提供されるが、これは、とりわけ、微小サイズの容量性センサーソリューションに用いるために適する。本発明によるセンサーソリューションは、とりわけ、微小サイズの、容量性圧力センサー、容量性加速度センサー、および、容量性角速度センサーに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】図１は、本発明による圧力センサーの断面の描写を示しており、該センサーは、理想的な固定電極を有している。
【図２】図２は、本発明による圧力センサーの断面の描写を示しており、該センサーは、階段状の固定電極を有している。
【図３】図３は、本発明による容量性センサーの階段状の固定電極の製造のプロセスチャートを示しており、これは、薄膜技術におけるエッチングプロセスを含んでいる。
【図４】図４は、本発明による１つの代替的なセンサーソリューションの断面の描写を示している。
【図５】図５は、本発明による１つの代替的なセンサーソリューションの水平断面の描写を示している。
【図６】図６は、本発明による第２の代替的なセンサーソリューションの水平断面の描写を示している。
【図７】図７は、本発明による第３の代替的なセンサーソリューションの水平断面の描写を示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年7月7日(2006.7.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
可動電極（２）、（１２）、（２１）、（２９）と、固定電極とを有する容量性センサーであって、その特徴が、該固定電極（３）、（４）、（１２）、（１７−２０）、（２７−２８）が、１よりも多い薄膜技術金属層からなる階段を有する階段状となっていることである、前記容量性センサー。
【国際調査報告】
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