(57)【要約】【課題】容量における極めて小さな変化が検出される加速度センサを提供すること。【解決手段】複数の可動電極と、第１の固定電極グループおよび第２の固定電極グループとを有しており、可動電極は加速度によって基板に対して動き、固定電極は、前記可動電極とプレートコンデンサを構成し、第１グループの固定電極が可動電極の一方の側に配置され、第２グループの固定電極が可動電極の他方の側に配置されている形式の加速度センサにおいて、第１グループの固定電極は、接続用ビームに懸架されており、接続用ビームは基板上にアンカー部分によって係留されており、第２グループの固定電極は、基板上に個別に係留されている、ことを特徴とする加速度センサ。【選択図】図１
2005351904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速度センサであって、
複数の可動電極（４）と、
第１の固定電極グループ（２１）および第２の固定電極グループ（２２）とを有しており、
前記可動電極（４）は加速度によって基板（１）に対して動き、
前記固定電極（２１，２２）は、前記可動電極（４）とプレートコンデンサを構成し、
第１グループの固定電極（２１）が可動電極（４）の一方の側に配置され、第２グループの固定電極（２２）が可動電極（４）の他方の側に配置されている形式の加速度センサにおいて、
前記第１グループの固定電極（２１）は、接続用ビーム（１０）に懸架されており、
当該接続用ビームは前記基板（１）上にアンカー部分（５）によって係留されており、
前記第２グループの固定電極（２２）は、前記基板（１）上に個別に係留されている、
ことを特徴とする加速度センサ。
【請求項２】
前記第１グループの固定電極（２１）は前記接続用ビーム（１０）によって互いに並列接続されており、
接続用導体トラック（１２）が設けられており、当該接続用導体トラックによって前記第２グループの固定電極（２２）は互いに並列接続されている、請求項第１項記載の加速度センサ。
【請求項３】
複数の導体トラック（１１）が設けられており、
当該導体トラックによって前記接続用ビーム（１０）は少なくとも１つの導体トラック（１１）と接触接続され、前記接続用導体トラック（１２）は少なくとも１つの別の導体トラック（１１）と接触接続されている、請求項第２項記載の加速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は独立請求項の上位概念による加速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
第Ｗ０９２／０３７４０号は既に、表面マイクロマシニング技術によって基板上に作られた加速度センサを開示している。このセンサは基板の表面に平行な加速度によって変位することができるように、薄いベンディング素子に懸架された可動振動質量を有している。この振動質量に取り付けられているのは、複数の固定電極間に配置された可動電極であり、固定電極は基板上に係留されている。従って、可動電極と固定電極との間の距離が加速度によって変化し、このことはそれら電極間の容量を変化させる。この容量変化の評価が加速度の尺度になる。固定電極は第１および第２グループを有し、第１グループの電極は可動電極の一方の側に配置され、固定電極の第２グループは可動電極の他方の側に配置される。個々のグループの電極はそれぞれ電気的に並列に接続される。固定電極はそれぞれ基板上に個別に係留される。個々の固定電極の電気的接触は、シリコン基板内に拡散された導体トラックによって行われる。
【特許文献１】Ｗ０９２／０３７４０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この種のセンサにおいては、容量の極めて小さな変化が検出されるべきである。相互に隣接して配置される導体トラックは、大きな浮遊容量を有している。さらに、導体トラック、特に拡散された導体トラックは、ある程度の抵抗値を有しており、この抵抗値は小さな容量の測定を妨げる。このため、グループの全ての固定電極に対して導体トラックに対する近似的に同じ抵抗値で用いることが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上述の課題は、複数の可動電極と、第１の固定電極グループおよび第２の固定電極グループとを有しており、可動電極は加速度によって基板に対して動き、固定電極は可動電極とプレートコンデンサを構成し、第１グループの固定電極が可動電極の一方の側に配置され、第２グループの固定電極が可動電極の他方の側に配置されている形式の加速度センサにおいて、第１グループの固定電極は接続用ビームに懸架されており、接続用ビームは基板上にアンカー部分によって係留されており、第２グループの固定電極は基板上に個別に係留されている、ことを特徴とする加速度センサによって解決される。
【０００５】
独立請求項の特徴部分の構成を有する本発明による加速度センサは従来技術に対して、センサの容量測定がより容易になるという利点を有している。
【発明の効果】
【０００６】
容量における極めて小さな変化が検出される加速度センサを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明によるセンサは、導体トラックが固定電極に対して対称的に作られることを可能とし、その結果として、個々の固定電極間の寄生作用が減少されるので、センサ信号の測定が改善される。さらに、導体トラックが相互に大きな間隔で配置されることが可能であり、このことが個々の導体トラック間の寄生作用を減少させる。さらに、本発明によるセンサの構造は、導体トラックの配置のための付加的なスペースを必要とせず、これによってセンサが特に小さく作られることが可能になる。
【０００８】
独立請求項に記載された加速度センサの有利な展開と改善とは、従属請求項に記載された手段によって可能である。
【実施例】
【０００９】
本発明の実施例を図示し、以下の説明においてより詳細に説明する。
【００１０】
加速度センサを有するシリコン基板１の平面図が図１に示されている。最初にセンサの左側のみを考察する。センサはポリシリコンで作られている。しかし、センサは単結晶シリコンまたは部分的に多結晶および単結晶シリコンで作ることも可能である。加速度センサは振動質量２を有しており、これは振動質量が基板１の表面に平行な加速度によって変位することができるように、ベンディング素子３によって懸架されている。ベンディング素子３は、アンカー部分５によって基板上に固定されている。振動質量２から懸架されているのは、同様に加速度によって偏らされる可動電極４である。可動電極４は、固定電極２１、２２間に配置される。固定電極は２つのグループに分けられる。固定電極の第１のグループ２１は可動電極４の一方の側に配置され、固定電極の第２のグループ２２は、可動電極４の他方の側に配置される。個々のグループの電極は相互に電気的に接続される。こうして可動電極４は固定電極２１、２２とともに、差動装置と呼ばれるプレートコンデンサを形成する。これは、可動電極４と固定電極の第２グループ２２との間の容量が減少するときに、可動電極４と第１グループ２１との間の容量が増加することを意味している。同様に、可動電極４と第１グループ２１との間の容量が減少する時に、第２グループ２２と可動電極４との間の容量が増加する。センサの右側には、さらに第３電極グループ２１' および第４電極グループ２２' が存在する。しかし、最初はそれらについては考察せず、本発明を説明するためにまずは、センサの２つの側が互いに鏡像的であるということから出発する。そのような加速度センサは、既に第Ｗ０９２／０３７４０号において開示されている。
【００１１】
当然、アンカー部分５は、センサの平面図では可視できない。しかし、センサが基板１上に固定されているポイントをより容易に理解するために、ここではそれらが表現されている。
【００１２】
しかし、図１によるセンサは、固定電極２１、２２の２つのグループが基板上にどのように係留されるか、および電気信号が電極から評価回路にどのように導かれるかにおいて第ＷＯ９２／０３７４０号とは異なっている。電極の第１のグループ２１は、接続用ビーム１０から懸架され、接続用ビームは次に２つまたは３つのアンカー部分５を介して基板１上に係留される。当然、多くのアンカー部分５を設けることも可能であるが、しかしここでは接続用ビーム１０を完全に固定すること、すなわち接続用ビームの表面全体を基板上に固定することは避けられるべきである。固定電極の第２グループ２２においては、各電極２２はそれぞれ専用のアンカー部分５を介して基板上に個別に係留される。固定電極の第１のグループ２１と同様に、接続用ビーム１０は適切にドープされたポリシリコンで作られ、第１グループの個々の固定電極２１を互いに並列に接続する。導体トラック１１を、接続用ビーム１０の少なくとも１つのアンカー部分に導くことによって、測定信号を第１グループの全ての固定電極２１から取り出すことが可能となる。第２グループの固定電極２２のアンカー部分５は、接続用導体トラック１２によって接続される。第２グループのすべての電極は、こうして、この接続用導体トラック１２によって互いに並列に接続される。少なくとも１つの導体トラック１１を接続用導体トラック１２に案内することによって、第２グループの全ての固定電極２２の信号が取り出される。
【００１３】
図２に示されているのは、半導体基板１を通る断面ないし、図１の線II-IIに沿った接続用ビーム１０の側面図である。理解されるように、導体トラック１１は、シリコン基板１内に導かれた拡散された導体トラックである。そのような拡散された導体トラック１１を接続用ビーム１０のアンカー部分５に案内することにより、導体トラック１１と接続用ビーム１０との間に電気的接触が生じる。さらに、図２の側面図において、接続用ビーム１０は、単にアンカー部分５によってのみ基板１に接続されていることがわかる。従って、接続用ビーム１０の下を通して導体トラック１１を案内することができる。この導体トラックは、固定電極２２の第２のグループの接続用導体トラック１２に接触接続される。表現の明確さを保つために、接続用ビーム１０の背面に設けられるセンサ部分は示されていない。拡散された導体トラック１１は、無視することのできない残留抵抗を有している。接続用導体トラック１２と導体トラック１１との接続用ポイント１５から離れている固定電極２２の信号はこうして、この接続用ポイントに隣接して配置された固定電極の信号よりも、大きな抵抗をもって測定される。導体トラックのそれらの抵抗は無視することができないので、少なくとも対称接続が行われるべきである。なぜなら対称性によって、生じ得る寄生作用が最小化されるからである。接続用ビーム１０への導体トラック１１の接続は、同様に可能な限り対称的に行われるべきである。図１においては、対称的な接続のための２つの異なる接続コンセプトが示されている。センサの左側には、接続用ビーム１０が２つの導体トラック１１によって接続されて、そのため対称的な構成が達成されていることが示されている。右側には、接続用ビーム１０がその中心において接続されている、すなわち同じように、単独の導体トラック１１によって、全固定電極２１に関して対称的に接続されていることが、第４電極グループ２２’で示されている。図１に、１つの中央導体トラック１１のみによる接続用導体トラック１２の接続が示されている場合でも、対称的に行われるのであれば、複数の導体トラック１１を接続用導体トラック１２に接続することができることも当然理解されるであろう。
【００１４】
半導体基板内に拡散されている導体トラックは、複数の線が互いに接近してガイドされている限り、センサの有益な容量と並列に接続された大きな寄生容量を形成する。同様に、固定電極２１が接続用導体トラックによって互いに並列に接続されているのであれば、２つの接続用導体トラックは相互に極めて接近して並列に延在する。そのような配置は、２つの導体トラックの大きなクロストークおよび大きな相互干渉をもたらす。接続用ビーム１０および接続用導体トラック１２と接続する目的のために、導体トラック１１を相互に大きな間隔で案内することができるため、それら２つの導体トラック間の相互干渉はわずかになる。接続用ビーム１０は、接続用導体トラック１２からエアギャップによって分離されているので、それらの２つの素子もまたほとんど他に対して影響を与えない。このようにして、２つの電極グループ２１、２２間の寄生作用の発生がわずかであるように抑えられる。
【００１５】
導体トラックは、拡散プロセスによってシリコン基板内に導かれる。この目的のために用いられるプロセスに依存して、導体トラックを任意に狭く形成することはできない。製造処理における他のステップのために既に用いられているプロセスを導体トラックの導入のために使用することは、プロセスステップの総数を減少させるために、しばしば必要なことである。このため、導体トラック１１は相互に、およびアンカー部分５に対して、ある程度の間隔を有していなければならない。接続用ビーム１０を用いることによって、導体トラック１１を問題なく充分に大きな間隔で配置することができ、この結果、センサが必要とするスペースが減少する。固定電極の２つのグループ２１、２２が接続用導体トラック１２によって互いに接続されるべきであれば、電極２１、２２の対称接続を達成するために少なくともある箇所で、導体トラック１１と接続用導体トラック１２の間の導体トラック交差を設ける必要がある。センサのスペース要求はまた、そのような手段によっても増加する。外側電極グループ（図１においては電極グループ２１）を接続用導体トラック１２に完全には接続せず、少なくとも１つの箇所において接続用導体トラック１２を中断させて、当該箇所において内側電極グループ（図１においては電極グループ２２）との接続に対する導体トラック１１を可能にする、別の方法もある。しかし、導体トラック１１は、アンカー部分５からある程度の距離を維持しなければならないので、このポイントにおいてサスペンション５間には特に大きな距離を設ける必要がある。これはまた、センサに対する大きなスペース要求につながる。
【００１６】
異なる幾何学的構成に基づいて、固定電極の容量は、固定電極が接続用ビーム１０、または接続用導体トラック１２と接触接続しているかどうかに依存して異なる。図１の左側では、第１グループの固定電極２１が接続用ビーム１０によって接続されている。図１の右側では、第３グループの固定電極２１’が接続用導体トラック１２によって接続されている。これに相当して、第２グループの電極２２は、接続用導体トラック１２によって相互に接続され、第４グループの電極２２’はビーム１０によって相互に接続されている。このような方法によって、第１グループの電極２１が第３グループの電極２１’と接続され、第２グループの電極２２が第４グループの電極２２’と接続されるときに、結果として得られる全容量がそれぞれ等しくなる。このような手段によって、差動コンデンサ装置の対称性が改善され、センサ信号の測定が容易にされる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】加速度センサの平面図。
【図２】センサの側面図ないし、図１の線II-IIに沿った基板の断面図。
【符号の説明】
【００１８】
１  シリコン基板、  ２  振動質量、  ３  ベンディング素子、  ４  可動電極、  ５  アンカー部分、  １０  接続用ビーム、  １１  導体トラック、  １２  接続用導体トラック、  ２１，２２，２１’ ，２２’  固定電極
【図１】
2005351904.tif 000003
【図２】
2005351904.tif 000004