JPH0523068B2 - - Google Patents
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- JPH0523068B2 JPH0523068B2 JP60074447A JP7444785A JPH0523068B2 JP H0523068 B2 JPH0523068 B2 JP H0523068B2 JP 60074447 A JP60074447 A JP 60074447A JP 7444785 A JP7444785 A JP 7444785A JP H0523068 B2 JPH0523068 B2 JP H0523068B2
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- vibration
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- G01H11/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties
- G01H11/06—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G5/00—Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture
- H01G5/16—Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture using variation of distance between electrodes
- H01G5/18—Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture using variation of distance between electrodes due to change in inclination, e.g. by flexing, by spiral wrapping
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G5/00—Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture
- H01G5/40—Structural combinations of variable capacitors with other electric elements not covered by this subclass, the structure mainly consisting of a capacitor, e.g. RC combinations
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one piezoelectric, electrostrictive or magnetostrictive element covered by groups H10N30/00 – H10N35/00
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H1/00—Contacts
- H01H1/0036—Switches making use of microelectromechanical systems [MEMS]
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H35/00—Switches operated by change of a physical condition
- H01H35/14—Switches operated by change of acceleration, e.g. by shock or vibration, inertia switch
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- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R19/00—Electrostatic transducers
- H04R19/005—Electrostatic transducers using semiconductor materials
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S73/00—Measuring and testing
- Y10S73/01—Vibration
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- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
- Micromachines (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明は、半導体基板上に形成された超小型
の振動検出装置に関し、特に広範囲のレベルの機
械的振動を高感度で検出し得る半導体振動検出装
置に関する。
の振動検出装置に関し、特に広範囲のレベルの機
械的振動を高感度で検出し得る半導体振動検出装
置に関する。
機械的振動を検出する方法には種々の方法があ
るが、近年開発されつつある半導体を利用した振
動検出装置は、極めて小型でかつ高感度であると
ともに、他の集積回路とともにプリント回路基板
上に構成することができる等の種々の利点があ
る。
るが、近年開発されつつある半導体を利用した振
動検出装置は、極めて小型でかつ高感度であると
ともに、他の集積回路とともにプリント回路基板
上に構成することができる等の種々の利点があ
る。
このような半導体振動検出装置は、半導体基板
上にエツチング等の薄膜技術を用いて片持梁を形
成し、この片持梁が外部からの機械的振動によつ
て振動した場合における片持梁と半導体基板との
間で形成されるコンデンサの容量変化を電気的に
取り出して振動を検出するものであるが、この場
合、特に片持梁の長さに応じて決定される共振周
波数の振動を高感度に検出することができるもの
である。このような半導体振動検出装置として
は、例えば特開昭59−38621号または特開昭60−
55655号等に開示されたものがある。
上にエツチング等の薄膜技術を用いて片持梁を形
成し、この片持梁が外部からの機械的振動によつ
て振動した場合における片持梁と半導体基板との
間で形成されるコンデンサの容量変化を電気的に
取り出して振動を検出するものであるが、この場
合、特に片持梁の長さに応じて決定される共振周
波数の振動を高感度に検出することができるもの
である。このような半導体振動検出装置として
は、例えば特開昭59−38621号または特開昭60−
55655号等に開示されたものがある。
更に詳しく説明すると、半導体振動検出装置
は、例えばＮ型半導体シリコン基板に形成された
P+半導体拡散層上に酸化膜を形成し、この酸化
膜の上方に所定間隔あけて並行に対向して半導体
材料、例えばボロンをドープ処理されたポリシリ
コン層からなる片持梁を配設し、この片持梁の一
端を酸化膜に固定して構成されている。このよう
に構成することにより片持梁の可動部分とP+半
導体拡散層との間に可変コンデンサが形成され
る。そして、この半導体振動検出装置に外部から
機械的振動が加えられると、この振動により片持
梁が振動するため、この片持梁とP+半導体拡散
層との間の距離が変化して両者の間に形成される
可変コンデンサの容量が変化する。この容量の変
化を電気的に検出することにより振動を検出する
ことができるものであり、この場合の片持梁の長
さによつて決定される共振周波数の振動が印加さ
れた場合、片持梁は最も大きく振動して大きな容
量変化が検出され、これにより共振周波数に等し
い振動成分を高感度で検出できるのである。
は、例えばＮ型半導体シリコン基板に形成された
P+半導体拡散層上に酸化膜を形成し、この酸化
膜の上方に所定間隔あけて並行に対向して半導体
材料、例えばボロンをドープ処理されたポリシリ
コン層からなる片持梁を配設し、この片持梁の一
端を酸化膜に固定して構成されている。このよう
に構成することにより片持梁の可動部分とP+半
導体拡散層との間に可変コンデンサが形成され
る。そして、この半導体振動検出装置に外部から
機械的振動が加えられると、この振動により片持
梁が振動するため、この片持梁とP+半導体拡散
層との間の距離が変化して両者の間に形成される
可変コンデンサの容量が変化する。この容量の変
化を電気的に検出することにより振動を検出する
ことができるものであり、この場合の片持梁の長
さによつて決定される共振周波数の振動が印加さ
れた場合、片持梁は最も大きく振動して大きな容
量変化が検出され、これにより共振周波数に等し
い振動成分を高感度で検出できるのである。
また、このような片持梁を有する半導体振動検
出装置の感度を向上し、小さなレベルの振動まで
も検出するには片持梁により形成される可変コン
デンサの容量を同一の振動に対して大きくすれば
よく、このためには半導体振動検出装置を真空中
に置いて共振のＱを上げることが有効である。
出装置の感度を向上し、小さなレベルの振動まで
も検出するには片持梁により形成される可変コン
デンサの容量を同一の振動に対して大きくすれば
よく、このためには半導体振動検出装置を真空中
に置いて共振のＱを上げることが有効である。
ところで、特に外部からの振動によつて片持梁
が共振する場合、その振動レベルが大きいと、半
導体基板の酸化膜に並行に配設された片持梁の自
由端部がその振動により大きく振れ、該自由端部
が酸化膜に当つてしまい、振動を検出できないこ
とがある。このため、大きなレベルの振動を含ん
だ広範囲の振動を検出することができないという
問題がある。この場合、片持梁と酸化膜との間の
距離を大きくすれば、片持梁が大きく振動しても
片持梁の自由端部は酸化膜に当ることはなくなる
反面、当該距離を大きくしすぎると、小さな振動
を検出しにくくなる。
が共振する場合、その振動レベルが大きいと、半
導体基板の酸化膜に並行に配設された片持梁の自
由端部がその振動により大きく振れ、該自由端部
が酸化膜に当つてしまい、振動を検出できないこ
とがある。このため、大きなレベルの振動を含ん
だ広範囲の振動を検出することができないという
問題がある。この場合、片持梁と酸化膜との間の
距離を大きくすれば、片持梁が大きく振動しても
片持梁の自由端部は酸化膜に当ることはなくなる
反面、当該距離を大きくしすぎると、小さな振動
を検出しにくくなる。
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、特定周波数の振動検出を
広範囲に且つ高感度で行なえるようにした半導体
振動検出装置を提供することにある。
の目的とするところは、特定周波数の振動検出を
広範囲に且つ高感度で行なえるようにした半導体
振動検出装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、半導体基板に対し一
端が固定され所定長さをもつて形成される可動片
を有し、この可動片が当該所定長さに応じた特定
周波数の振動に対し共振することで当該特定周波
数の振動を検出する装置において、この発明は、
前記可動片は、少なくともシリコンをベースとす
る材質で構成された第１層と、振動方向に対し当
該第１層の両面に形成された第２層及び第３層を
有し当該第２層及び第３層が形成時に生じる真性
応力及び接合される隣接層との間の熱膨張係数に
基づいて決定された材質及び厚さを有する構造で
あり、当該構造により形成されたときには他端に
おいて半導体基板に対して離隔する方向に返つた
形状であることを要旨とする。
端が固定され所定長さをもつて形成される可動片
を有し、この可動片が当該所定長さに応じた特定
周波数の振動に対し共振することで当該特定周波
数の振動を検出する装置において、この発明は、
前記可動片は、少なくともシリコンをベースとす
る材質で構成された第１層と、振動方向に対し当
該第１層の両面に形成された第２層及び第３層を
有し当該第２層及び第３層が形成時に生じる真性
応力及び接合される隣接層との間の熱膨張係数に
基づいて決定された材質及び厚さを有する構造で
あり、当該構造により形成されたときには他端に
おいて半導体基板に対して離隔する方向に返つた
形状であることを要旨とする。
以下、図面を用いてこの発明の実施例を説明す
る。
る。
第１図はこの発明の一実施例に係わる半導体振
動検出装置の断面図である。この半導体振動検出
装置はＮ型半導体シリコン基板１上に構成されて
いる。このシリコン基板１には複数のP+半導体
拡散層３，５，７，９が形成され、この各P+半
導体拡散層上に酸化膜１１が形成されている。
P+半導体拡散層３の上方には酸化膜１１に対向
して片持梁１３が設けられている。この片持梁１
３の一端は基端部としてP+半導体拡散層５の上
の酸化膜１１に固定され、他端は自由端部として
酸化膜１１から離隔し反つて形成されている。該
片持梁１３の基端部寄りの片持梁１３と酸化膜１
１との間は距離ａをもつて離隔し、また自由端部
の先端における片持梁１３と酸化膜１１との間は
距離ｄをもつて離隔している。
動検出装置の断面図である。この半導体振動検出
装置はＮ型半導体シリコン基板１上に構成されて
いる。このシリコン基板１には複数のP+半導体
拡散層３，５，７，９が形成され、この各P+半
導体拡散層上に酸化膜１１が形成されている。
P+半導体拡散層３の上方には酸化膜１１に対向
して片持梁１３が設けられている。この片持梁１
３の一端は基端部としてP+半導体拡散層５の上
の酸化膜１１に固定され、他端は自由端部として
酸化膜１１から離隔し反つて形成されている。該
片持梁１３の基端部寄りの片持梁１３と酸化膜１
１との間は距離ａをもつて離隔し、また自由端部
の先端における片持梁１３と酸化膜１１との間は
距離ｄをもつて離隔している。
片持梁１３は、シリコン基板１の酸化膜１１に
対向する側にナイトライド膜１５が形成され、こ
のナイトライド膜１５の上側にボロンをドープ処
理されたボロンドープポリシリコン層１７が設け
られて、このボロンドープポリシリコン層１７の
上側、すなわち一番上側には片持梁１３の反り量
を制御するための反りコントロール用ナイトライ
ド膜１９が形成される構造の３層膜で構成されて
いる。
対向する側にナイトライド膜１５が形成され、こ
のナイトライド膜１５の上側にボロンをドープ処
理されたボロンドープポリシリコン層１７が設け
られて、このボロンドープポリシリコン層１７の
上側、すなわち一番上側には片持梁１３の反り量
を制御するための反りコントロール用ナイトライ
ド膜１９が形成される構造の３層膜で構成されて
いる。
なお、第１図において、２１はゲート電極、２
３はゲート酸化膜、２５はPSGの保護膜、２７
はアルミニウム配線であり、ゲート電極２１とゲ
ート酸化膜２３とはP+半導体拡散層７，９とと
もにMOSトランジスタ３３を構成している。
３はゲート酸化膜、２５はPSGの保護膜、２７
はアルミニウム配線であり、ゲート電極２１とゲ
ート酸化膜２３とはP+半導体拡散層７，９とと
もにMOSトランジスタ３３を構成している。
以上のように構成された半導体振動検出装置
は、片持梁１３の自由端部のボロンドープポリシ
リコン層１７と対向するP+半導体拡散層３との
間で可変コンデンサを構成し、片持梁１３の酸化
膜１１に固定された基端部のボロンドープポリシ
リコン層１７と対向するP+半導体拡散層５との
間で固定コンデンサを構成している。また、半導
体振動検出装置は、外部から機械的振動が加えら
れると、片持梁１３の自由端部がシリコン基板１
の面に対して略直角な方向に振動する。そして、
この振動によつて片持梁１３の自由端部が振動し
て片持梁１３とシリコン基板１との間の距離が変
化すると、この距離の変化に応じて可変コンデン
サの容量が変化する。また、片持梁１３はその長
さによつて決定される共振周波数の振動が印加さ
れた時、最も大きく振動し、これにより共振周波
数の振動を高感度で検出することができる。
は、片持梁１３の自由端部のボロンドープポリシ
リコン層１７と対向するP+半導体拡散層３との
間で可変コンデンサを構成し、片持梁１３の酸化
膜１１に固定された基端部のボロンドープポリシ
リコン層１７と対向するP+半導体拡散層５との
間で固定コンデンサを構成している。また、半導
体振動検出装置は、外部から機械的振動が加えら
れると、片持梁１３の自由端部がシリコン基板１
の面に対して略直角な方向に振動する。そして、
この振動によつて片持梁１３の自由端部が振動し
て片持梁１３とシリコン基板１との間の距離が変
化すると、この距離の変化に応じて可変コンデン
サの容量が変化する。また、片持梁１３はその長
さによつて決定される共振周波数の振動が印加さ
れた時、最も大きく振動し、これにより共振周波
数の振動を高感度で検出することができる。
第２図は、第１図の半導体振動検出装置の等価
回路および関連する検出回路を含む回路図であ
る。同図において、前記第１図で示した可変コン
デンサ２９および固定コンデンサ３１は互いに直
列に接続され、可変コンデンサ２９の一端はアー
スに接続されるとともに、固定コンデンサ３１の
一端には電源電圧Vdが供給されている。両コン
デンサの接続点は前記MOSトランジスタ３３の
ゲート電極２１に接続されている。また、MOS
トランジスタ３３のソースはアースに接続され、
ドレインは出力端子３５を介して定電流源３７お
よび演算増幅回路３９に接続されている。なお、
この定電流源３７および演算増幅回路３９は第１
図には示されていないが、同じシリコン基板１に
一体的に集積化して形成され得るものである。
回路および関連する検出回路を含む回路図であ
る。同図において、前記第１図で示した可変コン
デンサ２９および固定コンデンサ３１は互いに直
列に接続され、可変コンデンサ２９の一端はアー
スに接続されるとともに、固定コンデンサ３１の
一端には電源電圧Vdが供給されている。両コン
デンサの接続点は前記MOSトランジスタ３３の
ゲート電極２１に接続されている。また、MOS
トランジスタ３３のソースはアースに接続され、
ドレインは出力端子３５を介して定電流源３７お
よび演算増幅回路３９に接続されている。なお、
この定電流源３７および演算増幅回路３９は第１
図には示されていないが、同じシリコン基板１に
一体的に集積化して形成され得るものである。
以上のように構成されたものにおいて、直列に
接続されたコンデンサ２９，３１の接続点、すな
わちMOSトランジスタ３３のゲート電極２１に
は電源電圧Vdを分圧した電圧が供給されている。
そして、本半導体振動検出装置に外部から機械的
振動が加えられて片持梁１３が振動すると、該片
持梁１３の自由端部で構成されている可変コンデ
ンサ２９の容量が変化するため、MOSトランジ
スタ３３のゲート電極２１に供給される分圧電圧
は可変コンデンサ２９の容量変化に対応して変動
する。この変動する電圧はMOSトランジスタ３
３によつて増幅されて出力端子３５から出力さ
れ、演算増幅器３９に供給されている。従つてこ
のMOSトランジスタ３３の出力電圧の変化は片
持梁１３に外部から加えられる振動に一致したも
のである。そして、片持梁１３に加えられる振動
の周波数が片持梁１３の共振周波数に等しい場
合、片持梁１３は大きく振動し、可変コンデンサ
２９の容量は大きく変化するため、MOSトラン
ジスタ３３の出力電圧は最も大きく変化し、大き
な出力電圧が得られるのである。そして、この場
合、片持梁１３に加えられる振動が比較的大き
く、これによつて片持梁１３の自由端部が大きく
振動したとしても、片持梁１３の自由端部は図示
のようにシリコン基板１から離隔する方向に反つ
ているので、片持梁１３の自由端部の先端がシリ
コン基板１の酸化膜１１に当ることがないように
なつている。
接続されたコンデンサ２９，３１の接続点、すな
わちMOSトランジスタ３３のゲート電極２１に
は電源電圧Vdを分圧した電圧が供給されている。
そして、本半導体振動検出装置に外部から機械的
振動が加えられて片持梁１３が振動すると、該片
持梁１３の自由端部で構成されている可変コンデ
ンサ２９の容量が変化するため、MOSトランジ
スタ３３のゲート電極２１に供給される分圧電圧
は可変コンデンサ２９の容量変化に対応して変動
する。この変動する電圧はMOSトランジスタ３
３によつて増幅されて出力端子３５から出力さ
れ、演算増幅器３９に供給されている。従つてこ
のMOSトランジスタ３３の出力電圧の変化は片
持梁１３に外部から加えられる振動に一致したも
のである。そして、片持梁１３に加えられる振動
の周波数が片持梁１３の共振周波数に等しい場
合、片持梁１３は大きく振動し、可変コンデンサ
２９の容量は大きく変化するため、MOSトラン
ジスタ３３の出力電圧は最も大きく変化し、大き
な出力電圧が得られるのである。そして、この場
合、片持梁１３に加えられる振動が比較的大き
く、これによつて片持梁１３の自由端部が大きく
振動したとしても、片持梁１３の自由端部は図示
のようにシリコン基板１から離隔する方向に反つ
ているので、片持梁１３の自由端部の先端がシリ
コン基板１の酸化膜１１に当ることがないように
なつている。
ところで、この片持梁１３の反りは、反りコン
トロール用ナイトライド膜１９の厚さを可変する
ことにより任意に可変することができる。第３図
はこの反りコントロール用ナイトライド膜１９の
厚さTSNをパラメータにした場合の片持梁１３の
長さＬに対する反りｌの関係を示すグラフであつ
て、該グラフはナイトライド膜１５の厚さを490
Å、ボロンドープポリシリコン層１７の厚さを
1.0μｍとし、反りコントロール用ナイトライド膜
１９の厚さTSNを540Å、630Å、770Åに変化し
た場合の片持梁１３の長さ（μｍ）と反り（μ
ｍ）の関係を示している。同図に示すように、反
りコントロール用ナイトライド膜１９の厚さが大
きくなる程、反りは大きくなつている。
トロール用ナイトライド膜１９の厚さを可変する
ことにより任意に可変することができる。第３図
はこの反りコントロール用ナイトライド膜１９の
厚さTSNをパラメータにした場合の片持梁１３の
長さＬに対する反りｌの関係を示すグラフであつ
て、該グラフはナイトライド膜１５の厚さを490
Å、ボロンドープポリシリコン層１７の厚さを
1.0μｍとし、反りコントロール用ナイトライド膜
１９の厚さTSNを540Å、630Å、770Åに変化し
た場合の片持梁１３の長さ（μｍ）と反り（μ
ｍ）の関係を示している。同図に示すように、反
りコントロール用ナイトライド膜１９の厚さが大
きくなる程、反りは大きくなつている。
すなわち、片持梁１３は、減圧化学蒸着法
（CVD）で形成すると、片持梁１３を構成する各
膜には真性応力が残り、ナイトライド膜１５，１
９はボロンドープポリシリコン層１７に対して引
つ張り応力となる。また、ナイトライド膜１５，
１９とボロンドープポリシリコン層１７との熱膨
張係数の違いにより形成温度から室温に戻す時
に、ナイトライド膜１５とボロンドープポリシリ
コン層１７との間および反りコントロール用ナイ
トライド膜１９とボロンドープポリシリコン層１
７との間に応力が発生する。従つて、反りコント
ロール用ナイトライド膜１９をナイトライド膜１
５よりも厚く形成すると、片持梁１３は図におい
て上向きの、すなわちシリコン基板１から離隔す
る方向の引張り応力が形成され、片持梁１３は第
１図に示すように上方に反るのである。
（CVD）で形成すると、片持梁１３を構成する各
膜には真性応力が残り、ナイトライド膜１５，１
９はボロンドープポリシリコン層１７に対して引
つ張り応力となる。また、ナイトライド膜１５，
１９とボロンドープポリシリコン層１７との熱膨
張係数の違いにより形成温度から室温に戻す時
に、ナイトライド膜１５とボロンドープポリシリ
コン層１７との間および反りコントロール用ナイ
トライド膜１９とボロンドープポリシリコン層１
７との間に応力が発生する。従つて、反りコント
ロール用ナイトライド膜１９をナイトライド膜１
５よりも厚く形成すると、片持梁１３は図におい
て上向きの、すなわちシリコン基板１から離隔す
る方向の引張り応力が形成され、片持梁１３は第
１図に示すように上方に反るのである。
なお、片持梁１３の反りは、余り大きくすると
検出感度が悪くなり、逆に小さくしすぎると、片
持梁１３の先端がシリコン基板１に当る恐れがあ
るので、片持梁１３の反りは必要最小限に設定す
ることが必要である。一例として片持梁１３の基
板部寄りの距離ａを1μｍ、片持梁１３の長さを
450μｍ、その共振周波数を約7kHzとし、真空中
での共振のＱが100になるように使用して、約
40Gの振動レベルまで検出できるようにするに
は、片持梁１３の自由端部の先端の距離ｄが約
30μｍになるように片持梁１３の反りを制御する
ことが必要である。
検出感度が悪くなり、逆に小さくしすぎると、片
持梁１３の先端がシリコン基板１に当る恐れがあ
るので、片持梁１３の反りは必要最小限に設定す
ることが必要である。一例として片持梁１３の基
板部寄りの距離ａを1μｍ、片持梁１３の長さを
450μｍ、その共振周波数を約7kHzとし、真空中
での共振のＱが100になるように使用して、約
40Gの振動レベルまで検出できるようにするに
は、片持梁１３の自由端部の先端の距離ｄが約
30μｍになるように片持梁１３の反りを制御する
ことが必要である。
第４図は上述した一例の半導体振動検出装置に
加えられる振動の周波数と前記出力端子３５から
の出力電圧との関係を示したグラフである。本グ
ラフは真空度50paで5G、1kHz〜20kHzの振動を
加えた場合のものであり、なおこの時の回路の電
源電圧Vdは12ボルトである。図からわかるよう
に、振動の周波数が7kHzの場合に最大の出力電
圧が得られている。また、1G当り約6mVの出力
電圧が出力端子３５から発生し、1G以下から
40Gまでの広い範囲の振動を検出することができ
るようになつている。
加えられる振動の周波数と前記出力端子３５から
の出力電圧との関係を示したグラフである。本グ
ラフは真空度50paで5G、1kHz〜20kHzの振動を
加えた場合のものであり、なおこの時の回路の電
源電圧Vdは12ボルトである。図からわかるよう
に、振動の周波数が7kHzの場合に最大の出力電
圧が得られている。また、1G当り約6mVの出力
電圧が出力端子３５から発生し、1G以下から
40Gまでの広い範囲の振動を検出することができ
るようになつている。
また、片持梁１３の反り量は、ナイトライド膜
１５、ボロンドープポリシリコン層１７および反
りコントロール用ナイトライド膜１９の組合わせ
で決定されるが、実際に形成する場合には、ま
ず、ナイトライド膜１５およびボロンドープポリ
シリコン層１７を形成した後に、その膜厚を正確
に測定し、この測定結果から所定の反りを得るた
めの反りコントロール用ナイトライド膜１９の膜
厚を算出してから反りコントロール用ナイトライ
ド膜１９を形成している。
１５、ボロンドープポリシリコン層１７および反
りコントロール用ナイトライド膜１９の組合わせ
で決定されるが、実際に形成する場合には、ま
ず、ナイトライド膜１５およびボロンドープポリ
シリコン層１７を形成した後に、その膜厚を正確
に測定し、この測定結果から所定の反りを得るた
めの反りコントロール用ナイトライド膜１９の膜
厚を算出してから反りコントロール用ナイトライ
ド膜１９を形成している。
更に、半導体振動検出装置の性能を揃えるため
には、片持梁１３の反り量を所定値の±5μｍ程
度に制御する必要がある（片持梁１３の長さが
450μｍの場合）。このためには、反りコントロー
ル用ナイトライド膜１９の厚さを２〜３％以下の
バラツキで形成する必要がある。このように反り
コントロール用ナイトライド膜１９を形成する方
法としては反りコントロール用ナイトライド膜１
９を形成する工程において１回当りに成長するウ
エーハの枚数を低減したり、成長条件を厳しくし
てバラツキの少ない膜を形成する方法があるが、
反りコントロール用ナイトライド膜１９の厚さを
50Å程度厚く形成して、膜厚を正確に測定した
後、エツチング速度を正確に制御しながら加熱し
たリン酸中で所定の厚さまでエツチングする方法
の方が誤差が少なく、反りコントロール用ナイト
ライド膜１９の厚さを正確に所定の厚さに形成す
ることができる。この方法を使用すれば、反りコ
ントロール用ナイトライド膜１９はウエーハ内の
膜厚分布を小さくすることによりロツト間、ロツ
ト内ではバラツキがあつても減圧化学蒸着法によ
り反りコントロール用ナイトライド膜１９を低価
格で形成することができる。
には、片持梁１３の反り量を所定値の±5μｍ程
度に制御する必要がある（片持梁１３の長さが
450μｍの場合）。このためには、反りコントロー
ル用ナイトライド膜１９の厚さを２〜３％以下の
バラツキで形成する必要がある。このように反り
コントロール用ナイトライド膜１９を形成する方
法としては反りコントロール用ナイトライド膜１
９を形成する工程において１回当りに成長するウ
エーハの枚数を低減したり、成長条件を厳しくし
てバラツキの少ない膜を形成する方法があるが、
反りコントロール用ナイトライド膜１９の厚さを
50Å程度厚く形成して、膜厚を正確に測定した
後、エツチング速度を正確に制御しながら加熱し
たリン酸中で所定の厚さまでエツチングする方法
の方が誤差が少なく、反りコントロール用ナイト
ライド膜１９の厚さを正確に所定の厚さに形成す
ることができる。この方法を使用すれば、反りコ
ントロール用ナイトライド膜１９はウエーハ内の
膜厚分布を小さくすることによりロツト間、ロツ
ト内ではバラツキがあつても減圧化学蒸着法によ
り反りコントロール用ナイトライド膜１９を低価
格で形成することができる。
また、片持梁１３の形成方法の違いによりナイ
トライド膜１５および１９がボロンドープポリシ
リコン層１７に対して圧縮圧力となる場合にはナ
イトライド膜１５に対して反りコントロール用ナ
イトライド膜１９の厚さを薄く形成することが必
要である。
トライド膜１５および１９がボロンドープポリシ
リコン層１７に対して圧縮圧力となる場合にはナ
イトライド膜１５に対して反りコントロール用ナ
イトライド膜１９の厚さを薄く形成することが必
要である。
以上説明したように、この発明によれば、可動
片の自由端部を半導体基板から離隔する方向に反
らせるように可動片を複数の層で各層の材質およ
び厚さを適切に選択して構成しているので比較的
大きな振動が加わつても可動片の自由端部は半導
体基板に当ることがなく、特に特定周波数の振動
を広範囲のレベルにわたつて且つ高感度で検出す
ることができる。また、可動片の反りは可動片を
構成する各層の材質および厚さを選択することに
より任意の大きさに形成され得るので、任意の振
動レベルに対しても適切な反りを有した可動片を
同じ特性で形成することができ、大量処理が可能
となり、経済的な半導体振動検出装置が提供され
得る。
片の自由端部を半導体基板から離隔する方向に反
らせるように可動片を複数の層で各層の材質およ
び厚さを適切に選択して構成しているので比較的
大きな振動が加わつても可動片の自由端部は半導
体基板に当ることがなく、特に特定周波数の振動
を広範囲のレベルにわたつて且つ高感度で検出す
ることができる。また、可動片の反りは可動片を
構成する各層の材質および厚さを選択することに
より任意の大きさに形成され得るので、任意の振
動レベルに対しても適切な反りを有した可動片を
同じ特性で形成することができ、大量処理が可能
となり、経済的な半導体振動検出装置が提供され
得る。
第１図はこの発明の一実施例に係わる半導体検
出装置の断面図、第２図は第１図の半導体振動検
出装置の等価回路図、第３図は第１図の半導体検
出装置における片持梁の長さと反りの関係の一例
を示す特性図、第４図は第１図の半導体振動検出
装置に加えられる振動の周波数と出力電圧との関
係の一例を示す特性図である。 １……Ｎ型シリコン基板、３，５……P+半導
体拡散層、１１……酸化膜、１３……片持梁、１
５……ナイトライド膜、１７……ボロンドープポ
リシリコン層、１９……反りコントロール用ナイ
トライド膜、２９……可変コンデンサ、３１……
固定コンデンサ、３３……MOSトランジスタ。
出装置の断面図、第２図は第１図の半導体振動検
出装置の等価回路図、第３図は第１図の半導体検
出装置における片持梁の長さと反りの関係の一例
を示す特性図、第４図は第１図の半導体振動検出
装置に加えられる振動の周波数と出力電圧との関
係の一例を示す特性図である。 １……Ｎ型シリコン基板、３，５……P+半導
体拡散層、１１……酸化膜、１３……片持梁、１
５……ナイトライド膜、１７……ボロンドープポ
リシリコン層、１９……反りコントロール用ナイ
トライド膜、２９……可変コンデンサ、３１……
固定コンデンサ、３３……MOSトランジスタ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 半導体基板に対し一端が固定され所定長さを
もつて形成される可動片を有し、この可動片が当
該所定長さに応じた特定周波数の振動に対し共振
することで当該特定周波数の振動を検出する装置
において、 前記可動片は、少なくともシリコンをベースと
する材質で構成された第１層と、振動方向に対し
当該第１層の両面に形成された第２層及び第３層
を有し、 当該第２層及び第３層が形成時に生じる真性応
力及び接合される隣接槽との間の熱膨張係数に基
づいて決定された材質及び厚さを有する構造であ
り、 当該構造により形成されたときには他端におい
て半導体基板に対して離隔する方向に返つた形状
であることを特徴とする半導体振動検出装置。 ２ 前記可動片は、他端が前記特定周波数の検出
しようとする最大レベルが加わつた共振時でも前
記半導体基板に当たらない程度の距離を有するよ
うに返つて構成されていることを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の半導体振動検出装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60074447A JPS61234064A (ja) | 1985-04-10 | 1985-04-10 | 半導体振動検出装置 |
| DE19863611969 DE3611969A1 (de) | 1985-04-10 | 1986-04-09 | Halbleiter-schwingungserfassungsstruktur |
| US06/849,862 US4672849A (en) | 1985-04-10 | 1986-04-09 | Semiconductor vibration detecting structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60074447A JPS61234064A (ja) | 1985-04-10 | 1985-04-10 | 半導体振動検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61234064A JPS61234064A (ja) | 1986-10-18 |
| JPH0523068B2 true JPH0523068B2 (ja) | 1993-03-31 |
Family
ID=13547497
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60074447A Granted JPS61234064A (ja) | 1985-04-10 | 1985-04-10 | 半導体振動検出装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4672849A (ja) |
| JP (1) | JPS61234064A (ja) |
| DE (1) | DE3611969A1 (ja) |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2599833B1 (fr) * | 1986-06-10 | 1992-02-14 | Metravib Sa | Capteur de grandeurs mecaniques integre sur silicium et procede de fabrication |
| DE3703946A1 (de) * | 1987-02-09 | 1988-08-18 | Fraunhofer Ges Forschung | Frequenzselektiver schwingungssensor |
| GB2215914B (en) * | 1988-03-17 | 1991-07-03 | Emi Plc Thorn | A microengineered diaphragm pressure switch and a method of manufacture thereof |
| DE4000903C1 (ja) * | 1990-01-15 | 1990-08-09 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart, De | |
| US5233213A (en) * | 1990-07-14 | 1993-08-03 | Robert Bosch Gmbh | Silicon-mass angular acceleration sensor |
| JP3426295B2 (ja) * | 1992-09-25 | 2003-07-14 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | 電子装置を検査する方法および装置 |
| US5559358A (en) * | 1993-05-25 | 1996-09-24 | Honeywell Inc. | Opto-electro-mechanical device or filter, process for making, and sensors made therefrom |
| US5982608A (en) * | 1998-01-13 | 1999-11-09 | Stmicroelectronics, Inc. | Semiconductor variable capacitor |
| DE19841947C2 (de) * | 1998-09-14 | 2003-02-06 | Mu Sen Mikrosystemtechnik Gmbh | Verfahren zum Messen von Körperschall zur Verwendung für die technische Diagnostik |
| US6452502B1 (en) | 1998-10-15 | 2002-09-17 | Intel Corporation | Method and apparatus for early detection of reliability degradation of electronic devices |
| US6094144A (en) * | 1998-10-15 | 2000-07-25 | Intel Corporation | Method and apparatus for early detection of reliability degradation of electronic devices |
| IL130818A (en) | 1999-07-06 | 2005-07-25 | Intercure Ltd | Interventive-diagnostic device |
| WO2004014226A1 (en) | 2002-08-09 | 2004-02-19 | Intercure Ltd. | Generalized metronome for modification of biorhythmic activity |
| JP4744849B2 (ja) | 2004-11-11 | 2011-08-10 | 株式会社東芝 | 半導体装置 |
| JP4929753B2 (ja) * | 2006-02-22 | 2012-05-09 | オムロン株式会社 | 薄膜構造体の形成方法並びに薄膜構造体、振動センサ、圧力センサ及び加速度センサ |
| JP4328981B2 (ja) * | 2007-01-25 | 2009-09-09 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電振動子の製造方法 |
| JP5487387B2 (ja) * | 2009-03-06 | 2014-05-07 | 株式会社国際電気通信基礎技術研究所 | センサ装置の製造方法 |
| US9659717B2 (en) * | 2014-02-18 | 2017-05-23 | Analog Devices Global | MEMS device with constant capacitance |
| JP6604626B2 (ja) * | 2015-08-21 | 2019-11-13 | 国立大学法人東北大学 | 検出装置 |
| US10830787B2 (en) * | 2018-02-20 | 2020-11-10 | General Electric Company | Optical accelerometers for use in navigation grade environments |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5938621A (ja) * | 1982-08-27 | 1984-03-02 | Nissan Motor Co Ltd | 振動分析装置 |
| JPS6055655A (ja) * | 1983-09-07 | 1985-03-30 | Nissan Motor Co Ltd | 梁構造体を有する半導体装置 |
| JPH0655655A (ja) * | 1992-08-04 | 1994-03-01 | Matsushita Electric Works Ltd | 積層板の製造方法 |
-
1985
- 1985-04-10 JP JP60074447A patent/JPS61234064A/ja active Granted
-
1986
- 1986-04-09 DE DE19863611969 patent/DE3611969A1/de active Granted
- 1986-04-09 US US06/849,862 patent/US4672849A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3611969C2 (ja) | 1988-04-28 |
| DE3611969A1 (de) | 1986-10-16 |
| US4672849A (en) | 1987-06-16 |
| JPS61234064A (ja) | 1986-10-18 |
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