JPH08152327A - Semiconductor yaw rate sensor and its manufacture - Google Patents
Semiconductor yaw rate sensor and its manufactureInfo
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- JPH08152327A JPH08152327A JP6296782A JP29678294A JPH08152327A JP H08152327 A JPH08152327 A JP H08152327A JP 6296782 A JP6296782 A JP 6296782A JP 29678294 A JP29678294 A JP 29678294A JP H08152327 A JPH08152327 A JP H08152327A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、例えば自動車の車体
制御、ナヴィゲーション等に好適な半導体型ヨーレート
センサとその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor yaw rate sensor suitable for vehicle body control, navigation, etc., and a method for manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の自動車の車体に作用するヨーレー
ト等を検出するヨーレートセンサとしては、特開平2−
223817号公報に示されるような振動ジャイロが知
られている。この振動ジャイロは、金属製の角棒の特定
される面に対して圧電素子を接着して振動体を構成し、
これを細い棒で支持するようにしたものである。2. Description of the Related Art A conventional yaw rate sensor for detecting a yaw rate or the like acting on a vehicle body of an automobile is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No.
A vibration gyro as disclosed in Japanese Patent No. 223817 is known. In this vibrating gyro, a piezoelectric element is bonded to a specified surface of a metal square bar to form a vibrating body,
This is supported by a thin rod.
【0003】また、特開平4−142420号公報に
は、金属製音叉に圧電素子を接着した構造の角速度セン
サが示されている。すなわち、これらのヨーレート等の
加速度を検出する装置は、いずれも圧電素子で本体に振
動を与え、測定対象であるヨーレートによって発生され
たコリオリの力で生じた歪みを、圧電素子で検出される
電圧の変化によって検出しようとしている。Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-142420 discloses an angular velocity sensor having a structure in which a piezoelectric element is bonded to a metal tuning fork. That is, in any of these devices that detect acceleration such as yaw rate, the piezoelectric element vibrates the main body, and the distortion caused by the Coriolis force generated by the yaw rate that is the measurement target is detected by the piezoelectric element. Trying to detect by the change of.
【0004】ここで、検出原理としてヨーレートで発生
するコリオリ力を利用しているが、このコリオリ力Fc
は以下のような式で表される。 Fc = 2mVω ……(1) m:質量 V:速度 ω:角速度 (1)式からわかるように、コリオリ力Fcは、質量m
の物体が速度Vで運動しているときに角速度ωが生じた
場合、運動している方向と角速度ωの回転軸の方向とに
垂直で、その大きさは質量m、速度V、角速度ωに比例
して発生する。したがって、コリオリ力を測定できれ
ば、角速度を求めることができる。Here, the Coriolis force generated at the yaw rate is used as the detection principle.
Is expressed by the following equation. Fc = 2 mVω (1) m: mass V: velocity ω: angular velocity As can be seen from the equation (1), the Coriolis force Fc is the mass m.
When the angular velocity ω is generated when the object of is moving at the velocity V, it is perpendicular to the moving direction and the direction of the rotation axis of the angular velocity ω, and its magnitude is the mass m, the velocity V, and the angular velocity ω. Occurs in proportion. Therefore, if the Coriolis force can be measured, the angular velocity can be obtained.
【0005】ところで、この種のセンサ機構における検
出感度等の性能は支持方法、加工精度に左右され、特に
高性能なセンサではその加工組立上の困難度から高価で
あるという問題点がある。またセンサの小型化も加工組
立の制約から容易でないという問題点がある。By the way, the performance such as the detection sensitivity in this type of sensor mechanism depends on the supporting method and the processing accuracy, and a particularly high-performance sensor is expensive due to the difficulty in processing and assembling. Further, there is a problem that miniaturization of the sensor is not easy due to restrictions of processing and assembly.
【0006】これに対し、本件出願人は、先にトランジ
スタ型の変位検出機構を利用することにより、半導体技
術を応用した小型で安価に製造可能な新規の半導体ヨー
レートセンサを開発し、特願平5−311762号とし
て提案している。On the other hand, the applicant of the present application has previously developed a new semiconductor yaw rate sensor that applies semiconductor technology and is small in size and can be manufactured at a low cost by utilizing a transistor type displacement detection mechanism. No. 5-311762 is proposed.
【0007】この半導体ヨーレートセンサは、重り部分
を梁で支持し、当該重り部分と対向する基板部分にソー
ス電極とドレイン電極を形成して、重り部分をエアギャ
ップを介したゲート電極とすることでトランジスタを構
成し、重り部分を励振する電極を重り部分と基板に形成
するようにしたものである。In this semiconductor yaw rate sensor, a weight portion is supported by a beam, a source electrode and a drain electrode are formed on a substrate portion facing the weight portion, and the weight portion is used as a gate electrode via an air gap. A transistor is formed, and an electrode for exciting the weight portion is formed on the weight portion and the substrate.
【0008】この構造によれば、励振している重り部分
にヨーレートが生じると、基板方向にコリオリ力が働い
てエアギャップが変化し、これによってトランジスタの
ドレイン電流が変化するので、このドレイン電流を計測
することでヨーレートを検出できる。According to this structure, when a yaw rate is generated in the excited weight portion, the Coriolis force acts in the substrate direction to change the air gap, which changes the drain current of the transistor. The yaw rate can be detected by measuring.
【0009】この構造によるセンサはICプロセスを流
用して製作することが可能であり、小型化、加工精度が
飛躍的に向上するという特徴を有している。しかしなが
ら、その後の検討の結果、差動検出ができないことによ
る精度の低下、加速度による誤検出の発生、これを解決
するための回路負荷が大きいという問題点があることが
わかった。また、トランジスタの形成方法において、不
純物の拡散を利用したゲート幅の設定方法では、不純物
の拡散距離が短いため、ゲート幅が小さく、検出に十分
な電流値を確保できないという問題点があった。The sensor having this structure can be manufactured by diverting the IC process, and has a feature that the size is reduced and the processing accuracy is dramatically improved. However, as a result of further studies, it was found that there are problems that accuracy is reduced due to the inability to detect differentially, erroneous detection occurs due to acceleration, and a circuit load for solving this is large. Further, in the method of forming a transistor, the method of setting the gate width using the diffusion of impurities has a problem that the diffusion width of the impurities is short, so that the gate width is small and a sufficient current value for detection cannot be secured.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】この発明は上記のよう
な点に鑑みなされたもので、トランジスタ型であっても
検出精度の低下、加速度の誤検出を解決し、例えば自動
車等に搭載して車体制御用やナヴィゲーション等に効果
的に利用できるようにした、小型で高性能な半導体ヨー
レートセンサ及びその製造方法を提供しようとするもの
である。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and solves the deterioration of detection accuracy and erroneous detection of acceleration even if it is a transistor type, and is mounted on, for example, an automobile. It is an object of the present invention to provide a small-sized and high-performance semiconductor yaw rate sensor that can be effectively used for vehicle body control, navigation, etc., and a manufacturing method thereof.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、(1)この発明に係る半導体ヨーレートセンサは、
半導体基板と、前記半導体基板の上方に所定の間隔を隔
てて配置され、梁構造体によって変位自在に支持され、
前記半導体基板と平行に突出するように励振用可動電極
を一体形成してなり、トランジスタのゲート電極として
機能する重りと、前記半導体基板の上方に所定の間隔を
隔て且つ前記可動電極とギャップを介して配置され、前
記重りを静電気力を利用して振動させる励振用固定電極
と、前記半導体基板の前記重りの周辺の一部対向する位
置に形成される2組以上のソース電極及びドレイン電極
と、前記半導体基板の前記重りと対向した部分の少なく
とも前記ソース電極及びドレイン電極のない領域に形成
される下部電極とを具備し、前記重りによるゲート電極
と前記ソース電極及びドレイン電極によりトランジスタ
を構成し、前記励振用固定電極により所定の周期をもっ
て前記重りを前記半導体基板と水平方向に励振する際
に、ヨーレートの作用に伴う前記重りの変位を前記2組
以上のソース・ドレイン間の電流変化で差動検出するよ
うにしたことを特徴とする。In order to achieve the above object, (1) a semiconductor yaw rate sensor according to the present invention comprises:
A semiconductor substrate and a semiconductor substrate, which are arranged above the semiconductor substrate with a predetermined space therebetween and are supported by a beam structure so as to be displaceable,
A movable electrode for excitation is integrally formed so as to project in parallel with the semiconductor substrate, and a weight that functions as a gate electrode of a transistor and a predetermined gap above the semiconductor substrate are provided with a gap between the movable electrode and the movable electrode. Fixed electrodes for excitation, which are arranged in a manner to vibrate the weight by using electrostatic force, and two or more pairs of source electrodes and drain electrodes formed at positions that partially oppose each other on the periphery of the weight of the semiconductor substrate, A lower electrode formed in at least a region where the source electrode and the drain electrode do not face the portion of the semiconductor substrate facing the weight, and a transistor is configured by the gate electrode by the weight and the source electrode and the drain electrode. When the weight is horizontally excited with the semiconductor substrate at a predetermined cycle by the excitation fixed electrode, the yaw rate is controlled. The displacement of the weight associated with is characterized in that so as to differential detected by the current change between the two or more sets of source and drain.
【0012】(2)あるいは、半導体基板と、前記半導
体基板の上方に所定の間隔を隔てて配置され、梁構造体
によって変位自在に支持され、トランジスタのゲート電
極として機能する重りと、前記半導体基板において前記
重りの周辺の一部対向する位置に形成される2組以上の
ソース電極及びドレイン電極と、前記半導体基板の前記
重りと対向した部分の少なくとも前記ソース電極及びド
レイン電極のない領域に形成され、前記重りを静電気力
を利用して振動させる励振用下部電極とを具備し、前記
重りによるゲート電極と前記ソース電極及びドレイン電
極によりトランジスタを構成し、前記励振用下部電極に
より所定の周期をもって前記重りを前記半導体基板と垂
直方向に励振する際に、ヨーレートの作用に伴う前記重
りの変位を前記2組以上のソース・ドレイン間の電流変
化で差動検出するようにしたことを特徴とする。(2) Alternatively, the semiconductor substrate, a weight disposed above the semiconductor substrate with a predetermined space therebetween, movably supported by a beam structure, and functioning as a gate electrode of a transistor, and the semiconductor substrate. And two or more sets of source electrodes and drain electrodes formed at positions facing each other in the periphery of the weight, and at least a region where the source electrode and the drain electrode are not provided in a portion of the semiconductor substrate facing the weight. An exciting lower electrode for vibrating the weight by using electrostatic force, a transistor is constituted by the gate electrode by the weight, the source electrode and the drain electrode, and the exciting lower electrode has a predetermined cycle. When the weight is excited in the direction perpendicular to the semiconductor substrate, the displacement of the weight due to the action of yaw rate is Characterized by being adapted to the differential detected by the current change between more source drain.
【0013】(3)また、半導体構造の半導体ヨーレー
トセンサにおいて、ヨーレートを検出するヨーレート検
出部と、加速度を検出する加速度検出部とを具備し、前
記ヨーレート検出部の検出結果から前記加速度検出部の
検出分をキャンセルするようにしたことを特徴とする。(3) In the semiconductor yaw rate sensor having a semiconductor structure, the yaw rate detecting section for detecting a yaw rate and the acceleration detecting section for detecting an acceleration are provided, and the acceleration detecting section detects the acceleration from the yaw rate detecting section. It is characterized in that the detected amount is canceled.
【0014】(4)さらに、この発明に係る半導体ヨー
レートセンサの製造方法は、半導体基板の表面に不純物
を導入しソース電極及びドレイン電極を形成する第1工
程と、前記半導体基板の主表面に犠牲層を形成する第2
工程と、前記犠牲層上に梁形状の重り及びこの重りに対
する精神用固定電極を形成する第3工程と、前記重りに
対し自己整合的に半導体基板に励振不純物を導入し、前
記ソース電極及びドレイン電極からなるゲート幅を設定
する第4工程と、前記重りの変位に伴う前記ソース・ド
レイン電極間の電流変化を検出できるように、前記重り
下部の前記犠牲層をエッチング除去する第5工程とを具
備し、前記重りが前記励振用固定電極からの静電気力に
よって振動され、ヨーレートによって生ずるコリオリ力
で変位されるようにしたことを特徴とする。(4) Further, in the method for manufacturing the semiconductor yaw rate sensor according to the present invention, the first step of introducing the impurities into the surface of the semiconductor substrate to form the source electrode and the drain electrode, and the sacrifice on the main surface of the semiconductor substrate. Second forming layer
A third step of forming a beam-shaped weight on the sacrificial layer and a fixed mental electrode for the weight, and introducing an excitation impurity into the semiconductor substrate in a self-aligning manner with respect to the weight to form the source electrode and the drain. A fourth step of setting a gate width formed of electrodes, and a fifth step of etching away the sacrificial layer under the weight so that a change in current between the source and drain electrodes due to displacement of the weight can be detected. The weight is vibrated by the electrostatic force from the excitation fixed electrode and is displaced by the Coriolis force generated by the yaw rate.
【0015】[0015]
【作用】(1)の構成によれば、励振用固定電極と重り
間にある周波数で電圧を印加し発生した静電気力で重り
を基板と水平方向に振動させ、これに振動方向に基板に
垂直方向を軸とするヨーレートが加わると、コリオリ力
により重りが基板と水平方向に変位し、トランジスタ構
成部でのゲート幅が変化する。ここで2個のトランジス
タがゲート幅が逆相に変位するように配置してあること
から、ドレイン電流も逆相に変化し、差動検出が可能に
なる。差動検出により電流変化量が2倍となり、高精度
の検出が可能となる。この構成によれば、基板と垂直方
向に加速度が加わった場合もドレイン電流が変化する
が、2個のトランジスタが同相に同量変化するため、差
動検出であれば誤検出されない。さらに、トランジスタ
の温度特性によりドレイン電流が変化しても、同じく同
相に同量変化するので、差動検出であれば、誤検出され
ない。According to the configuration of (1), the weight is vibrated in the horizontal direction with respect to the substrate by the electrostatic force generated by applying a voltage at a frequency between the fixed electrode for excitation and the weight, and the vibration is perpendicular to the substrate. When a yaw rate with the direction as the axis is applied, the weight is displaced in the horizontal direction with respect to the substrate due to the Coriolis force, and the gate width in the transistor configuration portion is changed. Here, since the two transistors are arranged so that the gate width is displaced in the opposite phase, the drain current is also changed in the opposite phase, and the differential detection becomes possible. The differential detection doubles the amount of change in current, enabling highly accurate detection. According to this configuration, the drain current changes even when acceleration is applied in the direction perpendicular to the substrate, but since the two transistors change in phase and in the same amount, differential detection does not result in erroneous detection. Further, even if the drain current changes due to the temperature characteristics of the transistor, the same amount changes in the same phase, so that differential detection does not result in erroneous detection.
【0016】また、(2)の構成によれば、励振用下部
電極と重り間にある周波数で電圧を印加し発生した静電
気力で重りを基板と垂直方向に振動させ、これに振動方
向に垂直、基板に水平方向を軸とするヨーレートが加わ
ると、コリオリ力により重りが基板と水平方向に変位
し、トランジスタ構成部でのゲート幅が変化する。ここ
で2個のトランジスタがゲート幅が逆相に変位するよう
に配置してあることから、ドレイン電流も逆相に変化
し、差動検出が可能になる。差動検出により電流変化量
が2倍となり、高精度の検出が可能となる。この構成に
よれば、基板と垂直方向に加速度が加わった場合もドレ
イン電流が変化するが、2個のトランジスタが同相に同
量変化するため、差動検出であれば誤検出されない。さ
らにトランジスタの温度特性によりドレイン電流が変化
しても、差動検出であれば誤検出されない。この構成は
(1)の構成に比べて、センサ形状が簡便である。Further, according to the configuration of (2), the weight is vibrated in the vertical direction with respect to the substrate by the electrostatic force generated by applying a voltage at a frequency between the lower electrode for excitation and the weight, and this is perpendicular to the vibration direction. When a yaw rate with a horizontal axis is applied to the substrate, the weight is displaced in the horizontal direction with respect to the substrate due to the Coriolis force, and the gate width in the transistor component changes. Here, since the two transistors are arranged so that the gate width is displaced in the opposite phase, the drain current is also changed in the opposite phase, and the differential detection becomes possible. The differential detection doubles the amount of change in current, enabling highly accurate detection. According to this configuration, the drain current changes even when acceleration is applied in the direction perpendicular to the substrate, but since the two transistors change in phase and in the same amount, differential detection does not result in erroneous detection. Further, even if the drain current changes due to the temperature characteristic of the transistor, it is not erroneously detected by the differential detection. This configuration has a simpler sensor shape than the configuration of (1).
【0017】(3)の構成によれば、ヨーレート検出信
号に含まれる加速度成分を除く操作が可能となる。
(4)のような製造工程を経るようによれば、差動に用
いる2個のトランジスタのドレイン電流を容易に等しく
することができ、トリミング等の調整作業を省くことが
できる。According to the configuration of (3), the operation for removing the acceleration component contained in the yaw rate detection signal becomes possible.
By going through the manufacturing process as described in (4), the drain currents of the two transistors used for the differential can be easily made equal, and adjustment work such as trimming can be omitted.
【0018】[0018]
【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例を詳
細に説明する。図1はこの発明に係るヨーレートセンサ
の第1の実施例を平面的に示す構成図で、1は半導体基
板(ここではP型のシリコン基板を使用しているものと
する)である。この半導体基板1上には、例えば4箇所
にアンカー部21〜24が形成され、このアンカー部2
1〜24にそれぞれ一端が支持される梁31〜34によ
って重り4が支持される。ここで梁31〜34に曲がり
が設けてあるのは、重り4が基板水平方向である図中の
x,y方向に可動とするためである。Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram showing a plan view of a first embodiment of a yaw rate sensor according to the present invention. Reference numeral 1 is a semiconductor substrate (here, a P-type silicon substrate is used). Anchor portions 21 to 24 are formed on, for example, four positions on the semiconductor substrate 1.
The weight 4 is supported by beams 31 to 34, one ends of which are supported by 1 to 24, respectively. The reason why the beams 31 to 34 are provided with a bend is that the weight 4 is movable in the x and y directions in the drawing, which are the horizontal directions of the substrate.
【0019】上記重り4はヨーレートによる変位量を稼
ぐためのものであるが、さらにトランジスタでいうゲー
ト電極の役割を兼ねる。この重り4の4隅には振動を受
けるための励振用可動電極51〜54が基板水平方向に
突出形成される。The weight 4 is for gaining a displacement amount due to the yaw rate, and also serves as a gate electrode in the transistor. Exciting movable electrodes 51 to 54 for receiving vibration are formed at four corners of the weight 4 so as to project in the horizontal direction of the substrate.
【0020】以上のアンカー部21〜24、梁31〜3
4、重り4、励振用可動電極51〜54は、例えばポリ
シリコンやタングステン等の耐熱金属によって一体的に
形成される。この実施例では、代表的な材料であるポリ
シリコンが使用される。The above anchor portions 21 to 24 and the beams 31 to 3
4, the weight 4, and the excitation movable electrodes 51 to 54 are integrally formed of a heat resistant metal such as polysilicon or tungsten. In this embodiment, a typical material, polysilicon, is used.
【0021】すなわち、重り4とこれに一体的に形成さ
れる励振用可動電極51〜54は、半導体基板1の主表
面上に所定の間隔を隔てて配置され、梁31〜34を介
してアンカー部21〜24によって保持される。That is, the weight 4 and the excitation movable electrodes 51 to 54 formed integrally with the weight 4 are arranged at a predetermined interval on the main surface of the semiconductor substrate 1, and are anchored via the beams 31 to 34. Held by parts 21-24.
【0022】一方、半導体基板1上には、梁31〜3
4、重り4、励振用可動電極51〜54と対向する部分
にその形状に沿った下部電極9が形成される。この下部
電極9は、P型シリコンによる半導体基板1にイオン注
入等の手段でN型不純物を導入することによって形成さ
れた拡散層からなり、重り4と等電位とすることにより
重り4が静電気力の作用によって基板方向に変位して基
板1と接触することを防ぐものである。On the other hand, on the semiconductor substrate 1, the beams 31 to 3 are formed.
4, a weight 4, and a lower electrode 9 having a shape corresponding to the shape is formed at a portion facing the movable electrodes 51 to 54 for excitation. The lower electrode 9 is composed of a diffusion layer formed by introducing N-type impurities into the semiconductor substrate 1 made of P-type silicon by means of ion implantation or the like. Is prevented from being displaced in the substrate direction and coming into contact with the substrate 1.
【0023】また、半導体基板1上には、重り4の対向
する一対の辺の下部それぞれにソース電極71,72並
びにドレイン電極81,82が形成され、それらの一部
分は重り4とオーバーラップしてギャップを持ったトラ
ンジスタを構成する。上記のソース電極71,72並び
にドレイン電極81,82は、それぞれP型シリコンに
よる半導体基板1にイオン注入等の手段でN型不純物を
導入することによって形成された拡散層からなる。Further, on the semiconductor substrate 1, source electrodes 71 and 72 and drain electrodes 81 and 82 are formed respectively under the pair of opposing sides of the weight 4, and a part of them overlaps the weight 4. Configure a transistor with a gap. The source electrodes 71 and 72 and the drain electrodes 81 and 82 are diffusion layers formed by introducing N-type impurities into the semiconductor substrate 1 made of P-type silicon by means such as ion implantation.
【0024】さらに、半導体基板1上には、重り4と一
体形成された励振用可動電極51〜54と所定のギャッ
プを持って励振用固定電極61〜64が対向配置され
る。これらの励振用固定電極61〜64は、励振用電極
51〜54等と同時にポリシリコン材料で形成され、重
り4と一体形成された励振用可動電極51〜54との間
に所定の周波数で電位差を与えることで、重り4に図中
に示すx方向の振動を与える。Further, on the semiconductor substrate 1, the excitation movable electrodes 51 to 54 integrally formed with the weight 4 and the excitation fixed electrodes 61 to 64 are arranged to face each other with a predetermined gap. These excitation fixed electrodes 61 to 64 are formed of a polysilicon material at the same time as the excitation electrodes 51 to 54 and the like, and have a potential difference at a predetermined frequency between the weight 4 and the excitation movable electrodes 51 to 54 integrally formed. Is given to the weight 4 to give vibration in the x direction shown in the figure.
【0025】尚、詳細は図示しないが、上記重り4は梁
31〜34、アンカー部21〜24を介し、基板1上の
アルミニウム配線を介して外部回路に接続される。下部
電極9も基板1上のアルミニウム配線を介して外部回路
に接続される。さらに励振用固定電極61〜64も基板
1上のアルミニウム配線を介して所定の周波数の電圧信
号を供給する外部回路に接続される。Although not shown in detail, the weight 4 is connected to an external circuit via the beams 31 to 34 and the anchor portions 21 to 24 and aluminum wiring on the substrate 1. The lower electrode 9 is also connected to an external circuit via the aluminum wiring on the substrate 1. Further, the excitation fixed electrodes 61 to 64 are also connected to an external circuit for supplying a voltage signal of a predetermined frequency via the aluminum wiring on the substrate 1.
【0026】但し、61と62の組と、63と64の組
では、電圧信号の位相が180度反転しているものとす
る。さらに、ソース電極71,72、ドレイン電極8
1,82は基板1上のアルミニウム配線を介して外部の
電流検出回路に接続される。However, it is assumed that the phase of the voltage signal is inverted by 180 degrees in the set of 61 and 62 and the set of 63 and 64. Further, the source electrodes 71, 72 and the drain electrode 8
Reference numerals 1 and 82 are connected to an external current detection circuit via aluminum wiring on the substrate 1.
【0027】上記構成において、以下に図2を参照して
さらに具体的な構造を説明する。図2(A)は図1のA
−A線に対応する断面構造を示すもので、半導体基板1
はP型シリコンによって構成され、その主表面部にはN
型不純物による拡散層であるソース電極71、ドレイン
電極81が形成される。このとき、重り4がゲートとし
て機能するため、ソース電極71とドレイン電極81と
の間に反転層91が形成される。重り4と半導体基板1
との間にはギャップ100が設定され、重り4は3次元
の変位が可能となっている。In the above structure, a more specific structure will be described below with reference to FIG. FIG. 2A is A of FIG.
A semiconductor substrate 1 showing a cross-sectional structure corresponding to line A
Is composed of P-type silicon and has N on its main surface.
A source electrode 71 and a drain electrode 81, which are diffusion layers of type impurities, are formed. At this time, since the weight 4 functions as a gate, the inversion layer 91 is formed between the source electrode 71 and the drain electrode 81. Weight 4 and semiconductor substrate 1
A gap 100 is set between and, and the weight 4 can be displaced three-dimensionally.
【0028】図2(B)は図1のB−B線に対応する断
面構造を示すもので、半導体基板1の上には絶縁膜11
0が形成されており、その上に重り4が梁32,33、
アンカー部22,23を介して支持される。すなわち、
絶縁膜110はギャップ100を設定しており、SiO
2 、Si3 N4 等により構成される。また、半導体基板
1の主表面には不純物拡散層からなる下部電極9が形成
されている。FIG. 2B shows a sectional structure corresponding to the line BB in FIG. 1. The insulating film 11 is formed on the semiconductor substrate 1.
0 is formed on which the weight 4 is attached to the beams 32, 33,
It is supported via the anchor portions 22 and 23. That is,
The insulating film 110 sets the gap 100, and
2 and Si 3 N 4 etc. A lower electrode 9 made of an impurity diffusion layer is formed on the main surface of the semiconductor substrate 1.
【0029】上記絶縁膜110は、重り4と梁31〜3
4と半導体基板1との間隔を設定する犠牲層で構成され
るもので、アンカー部21〜24に対応する部分を除い
てエッチング除去されてギャップ100が形成される。
このエッチングに際しては、重り4、梁31〜34、ア
ンカー部21〜24を構成される材料であるポリシリコ
ンと基板1がエッチングされず、犠牲層である絶縁膜1
10のみがエッチングされるエッチング液が使用され
る。The insulating film 110 includes the weight 4 and the beams 31 to 31.
4 and the semiconductor substrate 1, which is a sacrificial layer that sets the gap between the semiconductor substrate 1 and the semiconductor substrate 1. The gap 100 is formed by etching away the portions corresponding to the anchor portions 21 to 24.
During this etching, the polysilicon, which is the material forming the weight 4, the beams 31 to 34, and the anchor portions 21 to 24, and the substrate 1 are not etched, and the insulating film 1 that is a sacrificial layer is not etched.
An etchant is used which only etches 10.
【0030】図2(C)は図1のC−C線に対応する断
面構造を示すもので、重り4と基板1の表面との間にギ
ャップ100が設定されている。図2(D)は図1のD
−D線に対応する断面構造を示すもので、半導体基板1
の上に不純物による拡散層であるドレイン電極81,8
2、下部電極9が形成され、ギャップ100を介して可
動電極4が構成されている。ゲートとして機能する重り
4に対向したソース電極71とドレイン電極81の間及
びソース電極72とドレイン電極82の間に反転層9
1,92が形成される。このとき、ソース電極71,7
2、ドレイン電極81,82は重り4の端より突き出し
て形成してあるため、反転層91,92はソース電極7
1とドレイン電極81、ソース電極72とドレイン電極
82の間の全域に形成されない。重り4は反転層91,
92の領域が等しく、ソース電極71とドレイン電極8
1、ソース電極72とドレイン電極82間の電流が等し
くなる位置に設定される。FIG. 2C shows a sectional structure corresponding to the line CC of FIG. 1, in which a gap 100 is set between the weight 4 and the surface of the substrate 1. FIG. 2D is D of FIG.
The cross-sectional structure corresponding to the -D line is shown in FIG.
Drain electrodes 81 and 8 which are diffusion layers due to impurities
2. The lower electrode 9 is formed, and the movable electrode 4 is formed via the gap 100. The inversion layer 9 is provided between the source electrode 71 and the drain electrode 81 and between the source electrode 72 and the drain electrode 82 facing the weight 4 functioning as a gate.
1, 92 are formed. At this time, the source electrodes 71, 7
2. Since the drain electrodes 81 and 82 are formed so as to project from the end of the weight 4, the inversion layers 91 and 92 are the source electrodes 7 and 7.
1 is not formed in the entire area between the drain electrode 81 and the source electrode 72 and the drain electrode 82. The weight 4 is an inversion layer 91,
The region 92 is the same, and the source electrode 71 and the drain electrode 8
1. The positions are set so that the currents between the source electrode 72 and the drain electrode 82 are equal.
【0031】このように構成されたヨーレートセンサの
動作について説明する。重り4に対して半導体基板1と
の間に電圧を印加すると、反転層91,92が形成さ
れ、ソース電極71及び72とドレイン電極81及び8
2との間に電流が流れる。また、励振用固定電極61〜
64と励振用可動電極51〜54との間にある周波数の
励振用電圧を励振用固定電極61及び62と63及び6
4で180度位相をずらして印加して、重り4を基板1
と水平方向(図1中のx方向)に振動させる。ヨーレー
トによって発生するコリオリ力は、この振動の速度に比
例するものであるから、振動速度を大きくとるために、
その周波数は振幅の大きくなる共振点に選ぶことが好ま
しい。The operation of the yaw rate sensor thus configured will be described. When a voltage is applied between the weight 4 and the semiconductor substrate 1, the inversion layers 91 and 92 are formed, and the source electrodes 71 and 72 and the drain electrodes 81 and 8 are formed.
An electric current flows between the two. Further, the fixed electrodes for excitation 61 to
The excitation voltage having a frequency between 64 and the excitation movable electrodes 51 to 54 is applied to the excitation fixed electrodes 61 and 62, 63 and 6
The weight 4 is applied to the substrate 1 by shifting the phase by 180 degrees.
And vibrate horizontally (x direction in FIG. 1). Since the Coriolis force generated by the yaw rate is proportional to the speed of this vibration, in order to increase the vibration speed,
The frequency is preferably selected at the resonance point where the amplitude becomes large.
【0032】このように励振され振動している重り4に
対して、半導体基板1と垂直な軸を持ったヨーレートが
発生すると、振動速度並びに振動体質量に比例したコリ
オリ力が発生し、重り4が図中1で示すy方向に変位す
る。そして、ゲートとして機能する重り4がy方向に変
位することにより、ソース電極71及び72とドレイン
電極81及び82間の電流が変化し、この電流変化によ
ってヨーレートが検出できるようになる。When a yaw rate having an axis perpendicular to the semiconductor substrate 1 is generated for the weight 4 which is excited and vibrating in this way, Coriolis force proportional to the vibration speed and the mass of the vibrating body is generated, and the weight 4 is generated. Is displaced in the y direction shown by 1 in the figure. When the weight 4 functioning as a gate is displaced in the y direction, the current between the source electrodes 71 and 72 and the drain electrodes 81 and 82 changes, and the yaw rate can be detected by this change in current.
【0033】すなわち、重り4が図1のx方向に振動し
ているときは、トランジスタでいうゲート幅に相当する
反転層領域91,92に変化はないが、ヨーレートが生
じるとコリオリ力により重り4が図1に示すy方向に変
位する。このときに反転層領域91,92が逆相に増減
し、ソース電極71及び72とドレイン電極81及び8
2間の電流が逆相に変化するので、差動検出ができる。That is, when the weight 4 vibrates in the x direction in FIG. 1, there is no change in the inversion layer regions 91 and 92 corresponding to the gate width of the transistor, but when the yaw rate occurs, the weight 4 is caused by the Coriolis force. Are displaced in the y direction shown in FIG. At this time, the inversion layer regions 91 and 92 increase and decrease in reverse phase, and the source electrodes 71 and 72 and the drain electrodes 81 and 8 are formed.
Since the current between the two changes to the opposite phase, differential detection is possible.
【0034】この差動検出によるヨーレート検出回路は
図3に示すように構成される。図3において、121,
122はヨーレートを検出するトランジスタ(図1の重
り4によるゲート電極、半導体基板1側のソース電極7
1,72、ドレイン電極81,82で構成される)、1
31,132は電流電圧変換に要する抵抗、140はヨ
ーレートによる電圧変化を測定する電圧計である。The yaw rate detection circuit based on this differential detection is constructed as shown in FIG. In FIG. 3, 121,
Reference numeral 122 denotes a transistor for detecting the yaw rate (the gate electrode by the weight 4 in FIG. 1, the source electrode 7 on the semiconductor substrate 1 side).
1, 72 and drain electrodes 81, 82), 1
Reference numerals 31 and 132 are resistors required for current-voltage conversion, and 140 is a voltmeter for measuring voltage changes due to the yaw rate.
【0035】まず、ヨーレートが生じていない場合、抵
抗131,132の抵抗値は等しく、トランジスタ12
1,122の各抵抗(反転層領域)も互いに等しく構成
してあることから、電圧計140は0Vを示す。First, when the yaw rate is not generated, the resistance values of the resistors 131 and 132 are equal, and the transistor 12
Since the resistors 1 and 122 (inversion layer regions) are also configured to be equal to each other, the voltmeter 140 indicates 0V.
【0036】次に、ヨーレートが生じると、トランジス
タ121,122の抵抗が逆相に変化し、電圧計140
に電位差が表示され、ヨーレートが検出される。この場
合、トランジスタを単独に用いた場合に比べて電位差が
2倍となるため、精度の高い検出が可能となる。Next, when a yaw rate occurs, the resistances of the transistors 121 and 122 change to opposite phases, and the voltmeter 140
The potential difference is displayed on and the yaw rate is detected. In this case, since the potential difference is doubled as compared with the case where the transistor is used alone, highly accurate detection becomes possible.
【0037】また、基板に対して垂直方向の加速度が生
じると、図2(A)に示すギャップ100が変化して反
転層91のキャリア濃度が変化し、トランジスタ12
1,122の抵抗が変化するが、これはトランジスタ1
21、122に同相かつ同量の変化となるため、電圧計
140に電位差は生じない。したがって、加速度による
誤検出を防ぐことができる。When acceleration in the direction perpendicular to the substrate occurs, the gap 100 shown in FIG. 2A changes and the carrier concentration of the inversion layer 91 changes, so that the transistor 12 is formed.
The resistance of 1,122 changes, but this is transistor 1
Since there is the same phase and the same amount of change in 21 and 122, no potential difference occurs in the voltmeter 140. Therefore, erroneous detection due to acceleration can be prevented.
【0038】さらに、トランジスタ121、122で発
生する温度特性による抵抗変化についても、トランジス
タ121、122で同相かつ同量の変化となるため、誤
検出を防ぐことができる。Further, regarding the resistance change due to the temperature characteristic generated in the transistors 121 and 122, since the transistors 121 and 122 have the same phase and the same amount, erroneous detection can be prevented.
【0039】図4はトランジスタ部を構成するソース電
極71部分の製造工程を(A)〜(D)の4段階で示す
もので、図中左側が上面図、図中右側が上面図側に示さ
れるA−A線断面図である。尚、ソース電極72、ドレ
イン電極81,82部分についてはソース電極71部分
と全く同様であるので省略する。FIG. 4 shows the manufacturing process of the source electrode 71 portion constituting the transistor section in four stages (A) to (D). The left side of the figure is a top view and the right side of the figure is a top view side. It is the AA sectional view taken on the line. The source electrode 72 and the drain electrodes 81 and 82 are completely the same as the source electrode 71, and are therefore omitted.
【0040】まず、図4(A)に示すように、半導体基
板1の表面にイオン注入により不純物を導入し、ソース
電極となる拡散抵抗71を形成する。次に、図4(B)
に示すように、基板1の上に犠牲層110及びポリシリ
コン層を形成し、このポリシリコン層を加工してゲート
として機能する重り4を形成する。重り4を形成すると
き、図1には図示しなかった開口部150を設ける。こ
の開口部150はソース電極71の端の上に形成する。First, as shown in FIG. 4A, an impurity is introduced into the surface of the semiconductor substrate 1 by ion implantation to form a diffusion resistance 71 which becomes a source electrode. Next, FIG. 4 (B)
As shown in FIG. 3, a sacrificial layer 110 and a polysilicon layer are formed on the substrate 1, and the polysilicon layer is processed to form a weight 4 that functions as a gate. When forming the weight 4, an opening 150 not shown in FIG. 1 is provided. The opening 150 is formed on the end of the source electrode 71.
【0041】この後、図4(C)に示すように、フォト
工程によりレジスト160を形成する。このとき、レジ
スト160には開口部150より大きめの開口部152
を形成しておく。このレジスト160をマスクにして、
開口部150下の部分の犠牲層110をエッチング除去
し、開口部151を形成する。このとき、開口部151
は開口部150より若干大きめとすることが好ましい。Thereafter, as shown in FIG. 4C, a resist 160 is formed by a photo process. At this time, the resist 160 has an opening 152 larger than the opening 150.
Is formed. Using this resist 160 as a mask,
The sacrifice layer 110 below the opening 150 is removed by etching to form the opening 151. At this time, the opening 151
Is preferably slightly larger than the opening 150.
【0042】そして、開口部152,150,151を
介してイオン注入を行い、半導体基板1上に非晶質な電
気的な絶縁領域170を形成する。この絶縁領域170
は重り4の開口部150にセルフアラインで形成され、
ソース電極71の一部が絶縁されることにより最終的な
ソース電極71が構成される。絶縁領域170は、注入
されたイオンの散乱により開口部150より大きくな
り、重り4と対向する部分においても絶縁となる領域1
71が形成できる。イオン注入に用いる不純物は、Ar
等の不活性のもの、ドーパントとならないものが好まし
い。Ions are implanted through the openings 152, 150 and 151 to form an amorphous electrically insulating region 170 on the semiconductor substrate 1. This insulating region 170
Is formed in the opening 150 of the weight 4 by self-alignment,
The final source electrode 71 is formed by partially insulating the source electrode 71. The insulating region 170 becomes larger than the opening 150 due to the scattering of the implanted ions, and the region 1 that is also insulated in the portion facing the weight 4
71 can be formed. The impurities used for ion implantation are Ar
And the like, and those which do not serve as a dopant are preferable.
【0043】最後に、図4(D)に示すように犠牲層エ
ッチングを行い、ギャップ100を形成して重り4を可
動とする。開口部150より大きくなる絶縁領域171
があることにより、重り4がy方向に変位した場合に、
ソース電極71とドレイン電極81とのオーバーラップ
が増え、反転層領域91が広がって電流が増える。ま
た、重り4が逆方向に変位したときには、反転層領域9
1が狭まるため、電流が減少する。Finally, as shown in FIG. 4D, the sacrifice layer is etched to form the gap 100 and make the weight 4 movable. Insulation region 171 that is larger than the opening 150
When the weight 4 is displaced in the y direction due to
The overlap between the source electrode 71 and the drain electrode 81 increases, the inversion layer region 91 expands, and the current increases. When the weight 4 is displaced in the opposite direction, the inversion layer region 9
Since 1 is narrowed, the current decreases.
【0044】ところで、重り4の水平方向の変位を検出
しようとした場合には、重り4のゲートとして機能する
部分に対してオーバーラップする領域としない領域を持
つソース・ドレイン電極間を形成して、重り4の変位に
よりゲート幅が変化するような構成にしなくてはならな
い。By the way, when it is attempted to detect the horizontal displacement of the weight 4, a source-drain electrode having a region which does not overlap with a portion of the weight 4 which functions as a gate is formed. The gate width must be changed by the displacement of the weight 4.
【0045】このような構成とする場合には、通常のI
Cプロセスで行われるゲートを形成した後に、ソース、
ドレインを形成するセルフアラインのFET製造方法を
採ることができない。このため、ソース、ドレイン電極
を形成した後にゲート形成することになる。In the case of such a structure, a normal I
After forming the gate done in the C process, the source,
A self-aligned FET manufacturing method for forming a drain cannot be adopted. Therefore, the gate is formed after forming the source and drain electrodes.
【0046】したがって、プロセス中で発生するゲート
の位置ずれにより、ゲートとソース・ドレイン電極間の
オーバーラップが変化してしまい、初期電流値が設計値
と異なるため、オフセットが発生する。Therefore, due to the displacement of the gate that occurs during the process, the overlap between the gate and the source / drain electrodes changes, and the initial current value differs from the designed value, resulting in an offset.
【0047】これに対し、図4に示した製造方法によれ
ば、図4(D)に示す幅41に対して常に一定の反転層
幅(ゲート幅に相当)172を形成することができ、オ
フセットの発生を防ぐことができる。On the other hand, according to the manufacturing method shown in FIG. 4, it is possible to always form a constant inversion layer width (corresponding to the gate width) 172 with respect to the width 41 shown in FIG. It is possible to prevent the occurrence of offset.
【0048】さらに、特願平5−311762号に挙げ
られる不純物の拡散を利用したゲート幅の形成では、ゲ
ート幅が微小なため検出に十分な電流値を確保できない
という問題点に対しては、図4(D)中に示す重り4の
部分の幅41を大きくとることにより、十分な電流量を
確保することができる。Further, in the formation of the gate width utilizing the diffusion of impurities as disclosed in Japanese Patent Application No. 5-311762, there is a problem in that a sufficient current value for detection cannot be secured because the gate width is very small. By increasing the width 41 of the weight 4 shown in FIG. 4D, a sufficient amount of current can be secured.
【0049】また、プロセスのばらつきにより、図中に
示す幅41が変化して反転層幅172が変わることも考
えられるが、差動検出に用いるソース電極72とドレイ
ン電極82間にできる反転層幅も同じように変化すると
予想されるので、オフセットの発生を防ぐことができ
る。Although it is possible that the width 41 shown in the figure changes and the inversion layer width 172 changes due to process variations, the inversion layer width formed between the source electrode 72 and the drain electrode 82 used for differential detection. Is expected to change similarly, it is possible to prevent the occurrence of offset.
【0050】尚、上記実施例で説明したヨーレートセン
サにおいては、梁の本数を4本としたがとくに4本であ
る必要はない。また、励振用電極は、振動方向の両側に
設けるようにしたがこれはもちろん片側でもよく、さら
にそれぞれの側で2つが設けてあるが1つでもよく、可
動電極の振動方向に直交する辺の全体にわたって設けて
もよい。基板としてP型半導体を用いて説明したが、こ
れはN型半導体で構成することもできる。この場合の拡
散電極はP型で構成される。In the yaw rate sensor described in the above embodiment, the number of beams is four, but the number of beams is not necessarily four. Further, the excitation electrodes are provided on both sides in the vibration direction, but this may of course be provided on one side, and even if two electrodes are provided on each side, one may be provided, and the excitation electrodes may be arranged on a side orthogonal to the oscillation direction. It may be provided throughout. Although the P-type semiconductor is used as the substrate in the description, it may be made of an N-type semiconductor. In this case, the diffusion electrode is of P type.
【0051】図5はこの発明に係る第2の実施例の構成
を示すものである。但し、ここでは第1実施例との相違
点を中心に述べる。すなわち、第1の実施例では重りを
基板と水平方向に振動させ、基板垂直方向の回転軸を持
つヨーレートを検出していたが、この実施例では重りを
基板と垂直方向に振動させ、基板水平方向に軸を持つヨ
ーレートを検出することを目的としている。FIG. 5 shows the configuration of the second embodiment according to the present invention. However, differences from the first embodiment will be mainly described here. That is, in the first embodiment, the weight is vibrated in the horizontal direction with respect to the substrate and the yaw rate having the rotation axis in the vertical direction of the substrate is detected. In this embodiment, the weight is vibrated in the vertical direction with respect to the substrate, and the horizontal direction of the substrate is detected. The purpose is to detect the yaw rate having an axis in the direction.
【0052】図5において、半導体基板1a、トランジ
スタでいうゲートを兼ねる重り4aが梁31a,32
a,33a,34a、アンカー部21a,22a,23
a,24aを介して、基板1aに対して所定の間隔を持
って保持されている。基板1aの表面には励振用固定電
極9aが重り4a、梁31a,32a,33a,34a
に対向する部分に設けられている。In FIG. 5, a semiconductor substrate 1a and a weight 4a which also functions as a gate in a transistor are beams 31a and 32.
a, 33a, 34a, anchor portions 21a, 22a, 23
It is held at a predetermined interval with respect to the substrate 1a via a and 24a. A fixed electrode 9a for excitation is provided on the surface of the substrate 1a with a weight 4a and beams 31a, 32a, 33a, 34a.
Is provided in a portion facing to.
【0053】さらに、半導体基板1aの表面には、重り
4aの一対の辺と対向する位置にそれぞれトランジスタ
のソース電極71a,72a、ドレイン電極81a,8
2aが形成されている。Further, on the surface of the semiconductor substrate 1a, the source electrodes 71a, 72a and the drain electrodes 81a, 8a of the transistors are provided at positions facing the pair of sides of the weight 4a, respectively.
2a is formed.
【0054】すなわち、第1の実施例では梁31,3
2,33,34に曲げ部分を設けることで、重り4が基
板1の水平方向2次元の変位を可能としたのに対し、第
2の実施例では重り4aの変位が基板垂直方向(図5中
z方向)と基板水平方向(図5中x方向)であるため、
梁31a,32a,33a,34aは曲げ部を持たな
い。また、第1の実施例では重り4と梁31,32,3
3,34の対向する基板1の表面に静電気力の発生を防
ぐための下部電極9を形成しているが、第2の実施例で
は下部電極9の代わりに励振用固定電極9aを形成して
いる。That is, in the first embodiment, the beams 31, 3 are
By providing the bent portions at 2, 33, and 34, the weight 4 enables the two-dimensional displacement of the substrate 1 in the horizontal direction, whereas in the second embodiment, the displacement of the weight 4a is caused in the vertical direction of the substrate (see FIG. 5). Since it is the middle z direction) and the substrate horizontal direction (x direction in FIG. 5),
The beams 31a, 32a, 33a, 34a have no bent portion. Further, in the first embodiment, the weight 4 and the beams 31, 32, 3 are
The lower electrode 9 for preventing the generation of electrostatic force is formed on the surfaces of the substrates 1 and 3 facing each other, but in the second embodiment, the fixed electrode 9a for excitation is formed instead of the lower electrode 9. There is.
【0055】実際の動作は以下の通りである。まず、重
り4aと励振用固定電極9aの間に所定の周波数で電圧
を印加すると、重り41が基板1aと垂直方向(図5中
z方向)に振動する。この振動により重り4aに(1)
式の速度Vが生じる。The actual operation is as follows. First, when a voltage is applied between the weight 4a and the excitation fixed electrode 9a at a predetermined frequency, the weight 41 vibrates in the direction perpendicular to the substrate 1a (z direction in FIG. 5). Due to this vibration, the weight 4a (1)
The velocity V of the equation occurs.
【0056】これに対して、図5中に示すy方向を軸に
ヨーレートが発生すると、コリオリの力が図中x方向に
働き、重り4aがx方向に変位する。このとき、ソース
電極71aとドレイン電極81a間、ソース電極72a
とドレイン電極82a間に流れるドレイン電流が逆相に
変化する。したがって、前述の差動検出によりヨーレー
トを検出する。第2の実施例は第1実施例に比べて単純
な構造とすることができる。On the other hand, when the yaw rate is generated around the y direction shown in FIG. 5, the Coriolis force acts in the x direction in the figure, and the weight 4a is displaced in the x direction. At this time, between the source electrode 71a and the drain electrode 81a, the source electrode 72a
The drain current flowing between the drain electrode 82a and the drain electrode 82a changes to the opposite phase. Therefore, the yaw rate is detected by the differential detection described above. The second embodiment can have a simpler structure than the first embodiment.
【0057】図6はこの発明に係る第3の実施例の構成
を示すものである。但し、図6において、図5と同一部
分には同一符号を付して示し、ここでは第2の実施例と
の相違点を中心に述べる。FIG. 6 shows the configuration of the third embodiment according to the present invention. However, in FIG. 6, the same parts as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and here, the differences from the second embodiment will be mainly described.
【0058】すなわち、第2の実施例では、重り4aと
梁31a,32a,33a,34aの対向する基板1a
の表面全体に励振用固定電極9aを設けていたが、この
実施例ではその部分を第1の実施例と同様に下部電極9
bとし、重り4aの中央部に対向する基板1aの一部の
みを励振用固定電極9cとしている。下部電極9bは静
電気力の発生を抑えるために重り4aと等電位に保持さ
れる。That is, in the second embodiment, the substrate 1a where the weight 4a and the beams 31a, 32a, 33a and 34a are opposed to each other.
The fixed electrode 9a for excitation was provided on the entire surface of the lower electrode 9a in this embodiment as in the first embodiment.
b, and only a part of the substrate 1a facing the center of the weight 4a is used as the excitation fixed electrode 9c. The lower electrode 9b is held at the same potential as the weight 4a in order to suppress the generation of electrostatic force.
【0059】このような構成にすると、静電気力の大き
さを励振用固定電極9cと重り4a間の印加電圧のほか
に励振用固定電極9cの面積で設定することができる。
これにより、励振時の印加電圧を所望の値にしたいとき
には、励振用固定電極9cの面積を調整することでそれ
が可能となる。With this structure, the magnitude of the electrostatic force can be set by the area of the excitation fixed electrode 9c in addition to the applied voltage between the excitation fixed electrode 9c and the weight 4a.
This makes it possible to adjust the applied voltage during excitation to a desired value by adjusting the area of the excitation fixed electrode 9c.
【0060】特に、この実施例で示すようなセンサ構成
では、可動電極4aと基板1aの距離がμmオーダーで
あり、微小な電圧で非常に大きな静電気力が発生するた
め、可動電極4aを励振時に基板1aに吸着させないよ
うにするには印加電圧の微妙な調整を必要とするが、こ
の実施例のように励振用固定電極9cを重り4aの中央
部に対向する基板1aの表面の一部に形成すれば、静電
気力の発生面積を抑えることができ、印加電圧の微調整
が不必要となる。Particularly, in the sensor structure as shown in this embodiment, the distance between the movable electrode 4a and the substrate 1a is on the order of μm, and a very large electrostatic force is generated by a minute voltage. Therefore, when the movable electrode 4a is excited. It is necessary to make a fine adjustment of the applied voltage in order to prevent the substrate 1a from being adsorbed, but as in this embodiment, the excitation fixed electrode 9c is provided on a part of the surface of the substrate 1a facing the center of the weight 4a. If formed, the area where the electrostatic force is generated can be suppressed, and fine adjustment of the applied voltage becomes unnecessary.
【0061】図7はこの発明に係る第4の実施例の構成
を示すものである。この実施例はヨーレート検出部と加
速度検出部を備えるようにして、ヨーレート検出部に生
じる加速度成分を加速度検出部で測定し、ヨーレートの
検出を精度良く行うことを目的としている。FIG. 7 shows the configuration of the fourth embodiment according to the present invention. The purpose of this embodiment is to provide a yaw rate detecting section and an acceleration detecting section, measure the acceleration component generated in the yaw rate detecting section by the acceleration detecting section, and accurately detect the yaw rate.
【0062】図7において、1bは半導体基板で、半導
体基板1b上にはヨーレート検出部20aと加速度検出
部20bが配置されている。まず、ヨーレート検出部2
0aから説明する。21b,22b,23b,24bは
アンカー部、31b,32b,33b,34bは梁、4
bはヨーレートによる変位量を稼ぐための重り、42
a,42bはトランジスタでいうゲートの役割を兼ねる
可動電極、51b,52b,53b,54bは重り4b
に振動を与える励振用の電極である。In FIG. 7, reference numeral 1b is a semiconductor substrate, and a yaw rate detecting portion 20a and an acceleration detecting portion 20b are arranged on the semiconductor substrate 1b. First, the yaw rate detection unit 2
It will be described from 0a. 21b, 22b, 23b and 24b are anchor parts, 31b, 32b, 33b and 34b are beams, 4
b is a weight for earning a displacement amount by the yaw rate, 42
a and 42b are movable electrodes which also serve as gates of transistors, and 51b, 52b, 53b and 54b are weights 4b.
It is an electrode for excitation that gives vibration to.
【0063】重り4b、可動電極42a,42b、励振
用電極51b〜54bは半導体基板1bの上方に所定の
間隔を隔てて配置され、梁31b〜34b及びアンカー
部21b〜24bにより支持される。これらアンカー部
21b〜24b、梁31b〜34b、重り4b、可動電
極42a,42b、励振用電極51b〜54bは、例え
ばポリシリコンやタングステン等の耐熱金属によって一
体的に構成される。この実施例においては、代表的な材
料としてポリシリコンが使用される。The weight 4b, the movable electrodes 42a and 42b, and the excitation electrodes 51b to 54b are arranged above the semiconductor substrate 1b with a predetermined space therebetween, and are supported by the beams 31b to 34b and the anchor portions 21b to 24b. The anchor portions 21b to 24b, the beams 31b to 34b, the weight 4b, the movable electrodes 42a and 42b, and the excitation electrodes 51b to 54b are integrally configured by a heat resistant metal such as polysilicon or tungsten. In this embodiment, polysilicon is used as a typical material.
【0064】71b,72b,81b,82bはP型シ
リコン基板にイオン注入等の手段でN型不純物を導入す
ることによって形成された拡散層からなるソース電極並
びにドレイン電極であり、これらは可動電極42a,4
2bとエアギャップを持ったトランジスタを構成する。Reference numerals 71b, 72b, 81b and 82b denote a source electrode and a drain electrode which are diffusion layers formed by introducing N type impurities into the P type silicon substrate by means such as ion implantation, and these are movable electrodes 42a. , 4
2b and a transistor having an air gap.
【0065】61a,62a,63a,64aは励振用
固定電極で、重り4bと一体形成された励振用電極51
b〜54bとの間に所定の周波数で電位差を与え、重り
4bに図中に示すx方向の振動を与える。励振用固定電
極61a〜64aは、励振用電極51b〜54b等と同
時にポリシリコン材料で形成される。Reference numerals 61a, 62a, 63a and 64a denote fixed electrodes for excitation, which are electrodes 51 for excitation formed integrally with the weight 4b.
A potential difference is applied between b to 54b at a predetermined frequency, and the weight 4b is vibrated in the x direction shown in the figure. The excitation fixed electrodes 61a to 64a are formed of a polysilicon material at the same time as the excitation electrodes 51b to 54b and the like.
【0066】9dはP型シリコン基板にイオン注入等の
手段でN型不純物を導入することによって形成された拡
散層からなる下部電極であり、重り4bと等電位とする
ことによって重り4bが静電気力で基板方向に変位して
基板1bと接触することを防ぐ。Reference numeral 9d is a lower electrode composed of a diffusion layer formed by introducing N-type impurities into the P-type silicon substrate by means of ion implantation or the like. When the weight 4b is made to have the same potential, the weight 4b is electrostatically charged. Prevents the substrate from being displaced toward the substrate and coming into contact with the substrate 1b.
【0067】可動電極42a,42bは、重り、梁、ア
ンカー部、図示しないアルミニウム配線を介して外部回
路に接続される。さらに励振用固定電極61a〜64a
は所定の周波数の電圧信号が供給される外部回路にアル
ミニウム配線を介して接続される。但し、61aと62
aの組と63aと64aの組では、電圧信号の位相が1
80度反転される。さらに、ソース電極71b,72
b、ドレイン電極81b,82bはアルミニウム配線を
介して図示しない外部の電流検出回路に接続される。The movable electrodes 42a and 42b are connected to an external circuit via a weight, a beam, an anchor portion and an aluminum wiring (not shown). Further, excitation fixed electrodes 61a to 64a
Is connected via an aluminum wiring to an external circuit to which a voltage signal of a predetermined frequency is supplied. However, 61a and 62
In the set of a and the set of 63a and 64a, the phase of the voltage signal is 1
It is flipped 80 degrees. Further, the source electrodes 71b, 72
The b and drain electrodes 81b and 82b are connected to an external current detection circuit (not shown) via aluminum wiring.
【0068】このように構成されるヨーレート検出部2
0aの動作について説明する。まず、可動電極42a,
42bに対して半導体基板1bとの間に電圧を印加する
と、ソース電極71bとドレイン電極81bとの間と、
ソース電極72bとドレイン電極82bとの間に図示し
ない反転層が形成され、ソース電極71bとドレイン電
極81bの間、ソース電極72bとドレイン電極82b
と間にそれぞれ電流が流れる。The yaw rate detecting section 2 having such a configuration
The operation of 0a will be described. First, the movable electrodes 42a,
When a voltage is applied to the semiconductor substrate 1b with respect to 42b, between the source electrode 71b and the drain electrode 81b,
An inversion layer (not shown) is formed between the source electrode 72b and the drain electrode 82b, and the source electrode 72b and the drain electrode 82b are formed between the source electrode 71b and the drain electrode 81b.
Current flows between and.
【0069】また、励振用固定電極61a〜64aと励
振用電極51b〜54bとの間にある周波数の励振用電
圧を励振用固定電極61a及び62aと63a及び64
aで180度位相をずらして印加して、重り4bを基板
1bの水平方向(図7中のx方向)に振動させる。ヨー
レートによって発生するコリオリ力は、この振動の速度
に比例するものであるから、振動速度を大きくとるため
に周波数は振幅の大きくなる共振点に選ぶことが好まし
い。Further, the excitation voltage having a frequency between the excitation fixed electrodes 61a to 64a and the excitation electrodes 51b to 54b is applied to the excitation fixed electrodes 61a and 62a, 63a and 64.
A phase shift of 180 degrees is applied at a and the weight 4b is vibrated in the horizontal direction of the substrate 1b (x direction in FIG. 7). Since the Coriolis force generated by the yaw rate is proportional to the speed of this vibration, it is preferable to select the frequency at the resonance point where the amplitude becomes large in order to increase the vibration speed.
【0070】このように励振され振動している重り4b
に対して、半導体基板1bと水平で図中に示すω方向の
ヨーレートが発生すると、振動速度並びに振動体質量に
比例したコリオリ力が発生し、重り4bが図7で示す基
板1bと垂直方向に変位する。そして、ゲートとして機
能する可動電極42a,42bが基板1bと垂直方向に
変位する。これにより、図示しない反転層に加わる電界
強度が変化し、ソース電極71bとドレイン電極81b
との間とソース電極72bとドレイン電極82bとの間
に流れる電流が変化する。The weight 4b excited and vibrating in this way
On the other hand, when a yaw rate in the ω direction shown in the figure is generated in the horizontal direction with respect to the semiconductor substrate 1b, a Coriolis force proportional to the vibration speed and the mass of the vibrating body is generated, and the weight 4b moves in the direction perpendicular to the substrate 1b shown in FIG. Displace. Then, the movable electrodes 42a and 42b functioning as gates are displaced in the direction perpendicular to the substrate 1b. As a result, the electric field strength applied to the inversion layer (not shown) changes, and the source electrode 71b and the drain electrode 81b are changed.
And the current flowing between the source electrode 72b and the drain electrode 82b change.
【0071】ここで、コリオリ力により可動電極42
a,42bが基板1bから離れる方向に変位した場合に
は、2つの電流は同量だけ減り、逆に近づいた場合には
2つの電流は同量だけ増える。したがって、この電流変
化からヨーレートを検出することができる。Here, the movable electrode 42 is caused by the Coriolis force.
When a and 42b are displaced in the direction away from the substrate 1b, the two currents decrease by the same amount, and when they approach each other, the two currents increase by the same amount. Therefore, the yaw rate can be detected from this current change.
【0072】次に、加速度検出部20bについて説明す
る。21c,22c,23c,24cはアンカー部、3
1c,32c,33c,34cは梁、4cはヨーレート
による変位量を稼ぐための重り、43a,43bはトラ
ンジスタでいうゲートの役割を兼ねる可動電極である。Next, the acceleration detector 20b will be described. 21c, 22c, 23c, 24c are anchor parts, 3
1c, 32c, 33c and 34c are beams, 4c is a weight for gaining a displacement amount due to the yaw rate, and 43a and 43b are movable electrodes which also serve as gates of transistors.
【0073】ここで、梁31c,32c,33c,34
cはヨーレート検出部の梁31b,32b,33b,3
4bと等しい形状である。また重り4cと可動電極43
a,43bを加えた質量は、ヨーレート検出部20aの
重り4b、可動電極42a,42b、励振用電極51
b,52b,53b,54bを加えた質量に等しい。可
動電極43a,43bを一体形成された重り4cは半導
体基板1bの上方に所定の間隔を隔てて配置され、梁3
1c〜34c及びアンカー部21c〜24cにより支持
される。Here, the beams 31c, 32c, 33c, 34
c is the beams 31b, 32b, 33b, 3 of the yaw rate detector.
It has the same shape as 4b. In addition, the weight 4c and the movable electrode 43
The mass including a and 43b is the weight 4b of the yaw rate detection unit 20a, the movable electrodes 42a and 42b, and the excitation electrode 51.
It is equal to the mass of b, 52b, 53b, and 54b added. The weight 4c integrally formed with the movable electrodes 43a and 43b is arranged above the semiconductor substrate 1b with a predetermined space therebetween, and
It is supported by 1c to 34c and anchor portions 21c to 24c.
【0074】これらアンカー部21c〜24c、梁31
c〜34c、重り4c、可動電極43a,43bは、ヨ
ーレート検出部20aのアンカー部21b〜24b、梁
31b〜34b、重り4b、可動電極42a,42b、
励振用電極51b〜54bと同時に例えばポリシリコン
やタングステン等の耐熱金属によって一体的に構成され
ている。この実施例においては、代表的な材料としてポ
リシリコンが使用される。These anchor portions 21c to 24c and the beam 31
c to 34c, the weight 4c, and the movable electrodes 43a and 43b are the anchor portions 21b to 24b, the beams 31b to 34b, the weight 4b, the movable electrodes 42a and 42b, of the yaw rate detection unit 20a.
At the same time as the excitation electrodes 51b to 54b, they are integrally formed of a heat-resistant metal such as polysilicon or tungsten. In this embodiment, polysilicon is used as a typical material.
【0075】71c,72c,81c,82cはP型シ
リコン基板にイオン注入等の手段でN型不純物を導入す
ることによって形成された拡散層からなるソース電極並
びにドレイン電極であり、それらは可動電極43a,4
3bとエアギャップを持ったトランジスタを構成する。Reference numerals 71c, 72c, 81c and 82c denote a source electrode and a drain electrode which are diffusion layers formed by introducing N-type impurities into the P-type silicon substrate by means such as ion implantation, and these are movable electrodes 43a. , 4
3b and a transistor having an air gap.
【0076】9eはP型シリコン基板にイオン注入等の
手段でN型不純物を導入することによって形成された拡
散層からなる下部電極であり、重り4cと等電位とする
ことにより重り4cが静電気力で基板方向に変位し基板
1bと接触することを防ぐ。Reference numeral 9e is a lower electrode composed of a diffusion layer formed by introducing N-type impurities into the P-type silicon substrate by means of ion implantation or the like. When the weight 4c is made to have the same potential, the weight 4c is electrostatically charged. It is prevented to displace in the substrate direction and come into contact with the substrate 1b.
【0077】可動電極43a,43bは、重り、梁、ア
ンカー部、図示しないアルミニウム配線を介して外部回
路に接続され、下部電極9eも図示しないアルミニウム
配線を介して外部回路に接続される。さらにソース電極
71c,72c、ドレイン電極81c,82cはアルミ
ニウム配線を介して図示しない外部の電流検出回路に接
続される。The movable electrodes 43a and 43b are connected to an external circuit via a weight, a beam, an anchor portion and an aluminum wiring not shown, and the lower electrode 9e is also connected to an external circuit via an aluminum wiring not shown. Further, the source electrodes 71c and 72c and the drain electrodes 81c and 82c are connected to an external current detection circuit (not shown) via aluminum wiring.
【0078】このように構成される加速度検出部20b
の動作について説明する。まず、可動電極43a,43
bに対して半導体基板1bとの間に電圧を印加すると、
ソース電極71cとドレイン電極81cとの間、ソース
電極72cとドレイン電極82cとの間に図示しない反
転層が形成され、ソース電極71cとドレイン電極81
cとの間、ソース電極72cとドレイン電極82cとの
間にそれぞれ電流が流れる。The acceleration detecting section 20b thus configured
The operation of will be described. First, the movable electrodes 43a, 43
When a voltage is applied to the semiconductor substrate 1b with respect to b,
Inversion layers (not shown) are formed between the source electrode 71c and the drain electrode 81c and between the source electrode 72c and the drain electrode 82c, and the source electrode 71c and the drain electrode 81 are formed.
An electric current flows between the source electrode 72c and the drain electrode 82c, respectively.
【0079】このような状態で基板1bに対して垂直方
向の加速度が生じると、重り4cが基板1bと垂直方向
に変位する。そして、ゲートとして機能する可動電極4
3a,43bが基板1bと垂直方向に変位することによ
り、図示しない反転層に加わる電界強度が変化し、ソー
ス電極71cとドレイン電極81cとの間、ソース電極
72cとドレイン電極82cとの間に流れる電流が変化
する。When acceleration in the vertical direction with respect to the substrate 1b occurs in such a state, the weight 4c is displaced in the vertical direction with respect to the substrate 1b. The movable electrode 4 that functions as a gate
By displacing 3a and 43b in the direction perpendicular to the substrate 1b, the electric field strength applied to the inversion layer (not shown) changes and flows between the source electrode 71c and the drain electrode 81c and between the source electrode 72c and the drain electrode 82c. The current changes.
【0080】ここで加速度により可動電極43a,43
bが基板1bから離れる方向に変位した場合には2つの
電流は同量減り、逆に近づいた場合には2つの電流は同
量増える。この電流変化によって加速度が検出できる。Here, the movable electrodes 43a, 43
When b is displaced in the direction away from the substrate 1b, the two currents decrease by the same amount, and when they approach each other, the two currents increase by the same amount. The acceleration can be detected by this change in current.
【0081】このようなヨーレート検出部20a、加速
度検出部20bを用いれば、図8に示すようなヨーレー
ト検出回路が構成される。図8において、123はヨー
レートを検出するトランジスタ、124は加速度を検出
するトランジスタ、141はヨーレートによる電圧変化
を測定する電圧計である。By using the yaw rate detecting section 20a and the acceleration detecting section 20b, the yaw rate detecting circuit as shown in FIG. 8 is constructed. In FIG. 8, 123 is a transistor for detecting the yaw rate, 124 is a transistor for detecting the acceleration, and 141 is a voltmeter for measuring a voltage change due to the yaw rate.
【0082】まず、ヨーレートが生じていない場合、電
圧計141は一定値を示す。これにヨーレートが生じる
と、ヨーレート検出トランジスタ123の抵抗が変化す
るため、電圧が変化し、これによってヨーレートを検出
できる。First, when the yaw rate is not generated, the voltmeter 141 shows a constant value. When a yaw rate occurs in this, the resistance of the yaw rate detection transistor 123 changes, so the voltage changes, and the yaw rate can be detected.
【0083】次に、加速度のみが生じた場合、ヨーレー
ト検出トランジスタ123の抵抗が変化するが、加速度
検出トランジスタ124の抵抗も同量変化するため、電
圧計141に変化は生じない。したがって、加速度によ
る誤検出を防ぐことができる。Next, when only acceleration occurs, the resistance of the yaw rate detecting transistor 123 changes, but the resistance of the acceleration detecting transistor 124 also changes by the same amount, so that the voltmeter 141 does not change. Therefore, erroneous detection due to acceleration can be prevented.
【0084】ヨーレートと加速度が同時に生じた場合に
は、先の要領でヨーレート成分だけが電圧変化として検
出され、加速度成分を誤検出しない高精度なヨーレート
センサを実現することができる。When the yaw rate and the acceleration occur at the same time, only the yaw rate component is detected as a voltage change in the above manner, and a highly accurate yaw rate sensor which does not erroneously detect the acceleration component can be realized.
【0085】尚、図7では梁が直線で基板垂直方向の変
位をトランジスタで検出する場合を示したが、図1に示
した基板水平方向の変位を検出する場合でも可能であ
る。この場合には、図1に示したヨーレートセンサと図
1に示したヨーレートセンサの構造から励振用電極であ
る51〜54及び励振用固定電極61〜64を除いた加
速度検出部が同一基板上に形成される。Although FIG. 7 shows the case where the beam is a straight line and the displacement in the vertical direction of the substrate is detected by the transistor, it is also possible to detect the displacement in the horizontal direction of the substrate shown in FIG. In this case, the acceleration detection unit excluding the excitation electrodes 51 to 54 and the excitation fixed electrodes 61 to 64 from the structure of the yaw rate sensor shown in FIG. 1 and the yaw rate sensor shown in FIG. It is formed.
【0086】この場合のヨーレート検出回路は図9に示
すような構成となる。図9において、125,126は
加速度検出部のトランジスタ、127,128はヨーレ
ート検出部のトランジスタであり、142は電圧変化を
測定する電圧計である。The yaw rate detection circuit in this case has a structure as shown in FIG. In FIG. 9, 125 and 126 are transistors of the acceleration detection unit, 127 and 128 are transistors of the yaw rate detection unit, and 142 is a voltmeter for measuring voltage changes.
【0087】ここで、加速度によりトランジスタ12
5,127の抵抗値は同相に同量に変化するように検出
部が設計されており、またトランジスタ126,128
の抵抗値も加速度により同相に同量に変化するように検
出部が設計されている。但し、トランジスタ125,1
27と126,128では加速度による抵抗変化は逆相
となる。Here, due to the acceleration, the transistor 12
The detectors are designed so that the resistance values of the transistors 5, 127 change in phase and in the same amount.
The detection unit is designed so that the resistance value of 1 changes in phase and in the same amount due to acceleration. However, the transistors 125 and 1
In Nos. 27, 126 and 128, the resistance change due to acceleration is in the opposite phase.
【0088】このような構成にすれば、加速度が発生し
た場合に電圧変化は発生せず、ヨーレートによる抵抗変
化のみを電圧計142で検出することができる。また、
トランジスタに発生する温度特性も解決できることが考
えられる。すなわち、トランジスタは通常温度により抵
抗変化が発生し、これがヨーレート誤検出の一因とな
る。そこで、各トランジスタの構造パラメータを等しく
して各温度特性を等しくなるようにすれば、加速度同様
に温度特性による誤検出を解決することができる。With such a structure, no voltage change occurs when acceleration occurs, and only the resistance change due to the yaw rate can be detected by the voltmeter 142. Also,
It is considered that the temperature characteristics generated in the transistor can be solved. That is, the resistance of the transistor normally changes depending on the temperature, which causes a false detection of the yaw rate. Therefore, if the structural parameters of the transistors are made equal to each other so that the temperature characteristics become equal, erroneous detection due to the temperature characteristics like acceleration can be solved.
【0089】[0089]
【発明の効果】以上述べたようにこの発明に係る半導体
ヨーレートセンサによれば、トランジスタ型であっても
検出精度の低下、加速度の誤検出を解決し、小型かつ高
性能化を実現できるので、例えば自動車等に搭載して車
体制御用やナヴィゲーション等に効果的に利用できる。
また、このような半導体ヨーレートセンサは、通常のI
C製造プロセスの応用によって簡単に製造できるもので
あり、特にヨーレートを検出するトランジスタ構造部
が、ヨーレートの作用によって変位する部材の関係で高
精度に製造できるものであるため、高感度でかつ信頼性
に富むヨーレートセンサが容易に得られる。As described above, according to the semiconductor yaw rate sensor of the present invention, even if it is a transistor type, it is possible to solve the deterioration of the detection accuracy and the erroneous detection of acceleration, and to realize the miniaturization and high performance. For example, it can be mounted on an automobile or the like and effectively used for vehicle body control, navigation, etc.
Further, such a semiconductor yaw rate sensor has a conventional I
It can be easily manufactured by applying the C manufacturing process, and in particular, the transistor structure portion for detecting the yaw rate can be manufactured with high accuracy due to the member displaced by the action of the yaw rate, so that it is highly sensitive and reliable. A rich yaw rate sensor can be easily obtained.
【図1】この発明に係る半導体ヨーレートセンサの第1
の一実施例の構成を示す構成図。FIG. 1 is a first semiconductor yaw rate sensor according to the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram showing a configuration of an embodiment.
【図2】同実施例の各部断面構造を示す断面図。FIG. 2 is a sectional view showing a sectional structure of each part of the embodiment.
【図3】同実施例のヨーレート検出回路の構成を示す回
路図。FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a yaw rate detection circuit of the same embodiment.
【図4】同実施例のトランジスタ部を構成するソース電
極部分の製造工程を段階的に示す断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view showing stepwise a manufacturing process of a source electrode portion which constitutes the transistor portion of the embodiment.
【図5】この発明に係る第2の実施例の構成を示す構成
図。FIG. 5 is a configuration diagram showing a configuration of a second embodiment according to the present invention.
【図6】この発明に係る第3の実施例の構成を示す構成
図。FIG. 6 is a configuration diagram showing a configuration of a third embodiment according to the present invention.
【図7】この発明に係る第4の実施例の構成を示す構成
図。FIG. 7 is a configuration diagram showing a configuration of a fourth embodiment according to the present invention.
【図8】同実施例を用いたヨーレート検出回路構成を示
す回路図。FIG. 8 is a circuit diagram showing a yaw rate detection circuit configuration using the same embodiment.
【図9】第4の実施例に図1の構成を用いた場合のヨー
レート検出回路構成を示す回路図。FIG. 9 is a circuit diagram showing a yaw rate detection circuit configuration when the configuration of FIG. 1 is used in a fourth embodiment.
1,1a,1b…半導体基板、21〜24,21a〜2
4a,21b〜24b,21c〜24c…アンカー部、
31〜34,31a〜34a,31b〜34b,31c
〜34c…梁、4,4a,4b,4c…重り、42a,
42b,43a,43b…可動電極、51〜54,51
b〜54b…励振用可動電極、61〜64,61a〜6
4a…励振用固定電極、71,72,71a,72a,
71b,72b,71c,72c…ソース電極、81,
82,81a,82a,81b,82b,81c,82
c…ドレイン電極、9,9b,9d,9e…下部電極、
91,92…反転層領域、9a,9c…励振用固定電
極、100…ギャップ、110…絶縁膜、121,12
2,123,127,128…ヨーレート検出用トラン
ジスタ、124,125,126…加速度検出用トラン
ジスタ、131,132…抵抗、140,141,14
2…電圧計、150〜152…開口部、160…レジス
ト、170,171…絶縁領域、41,171,172
…幅、20a…ヨーレート検出部、20b…加速度検出
部。1, 1a, 1b ... Semiconductor substrate, 21-24, 21a-2
4a, 21b-24b, 21c-24c ... Anchor part,
31-34, 31a-34a, 31b-34b, 31c
~ 34c ... beams, 4, 4a, 4b, 4c ... weights, 42a,
42b, 43a, 43b ... Movable electrodes 51-54, 51
b-54b ... Exciting movable electrodes, 61-64, 61a-6
4a ... Fixed electrode for excitation, 71, 72, 71a, 72a,
71b, 72b, 71c, 72c ... Source electrode, 81,
82, 81a, 82a, 81b, 82b, 81c, 82
c ... drain electrode, 9, 9b, 9d, 9e ... lower electrode,
91, 92 ... Inversion layer regions, 9a, 9c ... Exciting fixed electrodes, 100 ... Gap, 110 ... Insulating films, 121, 12
2, 123, 127, 128 ... Transistors for yaw rate detection, 124, 125, 126 ... Transistors for acceleration detection, 131, 132 ... Resistors, 140, 141, 14
2 ... Voltmeter, 150-152 ... Opening part, 160 ... Resist, 170,171 ... Insulating region, 41, 171, 172
... width, 20a ... yaw rate detecting section, 20b ... acceleration detecting section.
Claims (10)
梁構造体によって変位自在に支持され、前記半導体基板
と平行に突出するように励振用可動電極を一体形成して
なり、トランジスタのゲート電極として機能する重り
と、 前記半導体基板の上方に所定の間隔を隔て且つ前記可動
電極とギャップを介して配置され、前記重りを静電気力
を利用して振動させる励振用固定電極と、 前記半導体基板の前記重りの周辺の一部対向する位置に
形成される2組以上のソース電極及びドレイン電極と、 前記半導体基板の前記重りと対向した部分の少なくとも
前記ソース電極及びドレイン電極のない領域に形成され
る下部電極とを具備し、 前記重りによるゲート電極と前記ソース電極及びドレイ
ン電極によりトランジスタを構成し、前記励振用固定電
極により所定の周期をもって前記重りを前記半導体基板
と水平方向に励振する際に、ヨーレートの作用に伴う前
記重りの変位を前記2組以上のソース・ドレイン間の電
流変化で差動検出するようにしたことを特徴とする半導
体ヨーレートセンサ。1. A semiconductor substrate, and a semiconductor substrate disposed above the semiconductor substrate with a predetermined space therebetween.
A weight that is displaceably supported by a beam structure and integrally formed with a movable electrode for excitation so as to project in parallel with the semiconductor substrate, and that functions as a gate electrode of a transistor, and a predetermined distance above the semiconductor substrate. And a fixed electrode for excitation, which is disposed with a gap between the movable electrode and the movable electrode and which vibrates the weight by using electrostatic force, and is formed at a position facing a part of the periphery of the weight of the semiconductor substrate. A pair of source electrodes and drain electrodes, and a lower electrode formed on at least a region of the semiconductor substrate facing the weight without the source electrode and the drain electrode. A transistor is formed by the electrode and the drain electrode, and the weight is formed on the semiconductor substrate by the excitation fixed electrode at a predetermined cycle. A semiconductor yaw rate sensor, wherein a displacement of the weight due to the action of a yaw rate is differentially detected by a current change between the two or more sets of source and drain when being excited in the horizontal direction.
梁構造体によって変位自在に支持され、トランジスタの
ゲート電極として機能する重りと、 前記半導体基板において前記重りの周辺の一部対向する
位置に形成される2組以上のソース電極及びドレイン電
極と、 前記半導体基板の前記重りと対向した部分の少なくとも
前記ソース電極及びドレイン電極のない領域に形成さ
れ、前記重りを静電気力を利用して振動させる励振用下
部電極とを具備し、 前記重りによるゲート電極と前記ソース電極及びドレイ
ン電極によりトランジスタを構成し、前記励振用下部電
極により所定の周期をもって前記重りを前記半導体基板
と垂直方向に励振する際に、ヨーレートの作用に伴う前
記重りの変位を前記2組以上のソース・ドレイン間の電
流変化で差動検出するようにしたことを特徴とする半導
体ヨーレートセンサ。2. A semiconductor substrate and a semiconductor substrate, which is disposed above the semiconductor substrate with a predetermined space therebetween.
A weight that is displaceably supported by a beam structure and that functions as a gate electrode of a transistor; and two or more pairs of source electrodes and drain electrodes that are formed at positions on the semiconductor substrate that partially oppose each other around the weight. A lower electrode for excitation, which is formed in at least a region where the source electrode and the drain electrode do not exist in a portion of the semiconductor substrate facing the weight, and vibrates the weight by using electrostatic force; and a gate electrode by the weight. A transistor is formed by the source electrode and the drain electrode, and when the weight is excited in a direction perpendicular to the semiconductor substrate by the excitation lower electrode in a predetermined cycle, the displacement of the weight due to the action of a yaw rate is set to the two sets. A semiconductor yawley characterized by performing differential detection based on the above current change between the source and drain. Sensor.
した部分での少なくともソース電極、ドレイン電極、励
振用下部電極のない領域に、前記重りと等電位とし前記
重りと基板間の静電気力の発生を抑えることを目的とし
た下部電極を有することを特徴とする請求項2記載の半
導体ヨーレートセンサ。3. The semiconductor substrate is equipotential to the weight in at least a region where the source electrode, the drain electrode, and the lower electrode for excitation are not provided in the facing portion of the movable electrode, and electrostatic force between the weight and the substrate is applied. The semiconductor yaw rate sensor according to claim 2, wherein the semiconductor yaw rate sensor has a lower electrode for suppressing the generation thereof.
おいて、ヨーレートを検出するヨーレート検出部と、加
速度を検出する加速度検出部とを具備し、前記ヨーレー
ト検出部の検出結果から前記加速度検出部の検出分をキ
ャンセルするようにしたことを特徴とする半導体ヨーレ
ートセンサ。4. A semiconductor yaw rate sensor having a semiconductor structure, comprising: a yaw rate detecting section for detecting a yaw rate; and an acceleration detecting section for detecting acceleration, and a detection result of the acceleration detecting section is detected from a detection result of the yaw rate detecting section. A semiconductor yaw rate sensor characterized by being canceled.
は、同一基板上にあることを特徴とした請求項4記載の
半導体ヨーレートセンサ。5. The semiconductor yaw rate sensor according to claim 4, wherein the yaw rate detector and the acceleration detector are on the same substrate.
は、検出方法が互いに等しいことを特徴とする請求項4
記載の半導体ヨーレートセンサ。6. The yaw rate detection unit and the acceleration detection unit are equal in detection method to each other.
The semiconductor yaw rate sensor described.
は、加速度に対して等しい感度を持つことを特徴とする
請求項4記載の半導体ヨーレートセンサ。7. The semiconductor yaw rate sensor according to claim 4, wherein the yaw rate detecting section and the acceleration detecting section have equal sensitivity to acceleration.
は、梁及び重り部分が互いに等しい形状であることを特
徴とする請求項4記載の半導体ヨーレートセンサ。8. The semiconductor yaw rate sensor according to claim 4, wherein the yaw rate detecting section and the acceleration detecting section have beams and weights having the same shape.
それぞれトランジスタを用いたことを特徴とする請求項
4記載の半導体ヨーレートセンサ。9. The semiconductor yaw rate sensor according to claim 4, wherein a transistor is used for each of the yaw rate detecting section and the acceleration detecting section.
ース電極及びドレイン電極を形成する第1工程と、 前記半導体基板の主表面に犠牲層を形成する第2工程
と、 前記犠牲層上に梁形状の重り及びこの重りに対する励振
用固定電極を形成する第3工程と、 前記重りに対し自己整合的に半導体基板にイオン注入を
施し、前記ソース電極及びドレイン電極からなるゲート
幅を設定する第4工程と、 前記重りの変位に伴う前記ソース・ドレイン電極間の電
流変化を検出できるように、前記重り下部の前記犠牲層
をエッチング除去する第5工程とを具備し、 前記重りが前記励振用固定電極からの静電気力によって
振動され、ヨーレートによって生ずるコリオリ力で変位
されるようにしたことを特徴とする半導体ヨーレートセ
ンサの製造方法。10. A first step of forming a source electrode and a drain electrode by introducing impurities into a surface of a semiconductor substrate, a second step of forming a sacrificial layer on a main surface of the semiconductor substrate, and a beam on the sacrificial layer. A third step of forming a shape weight and an excitation fixed electrode for the weight; and a fourth step of performing ion implantation on the semiconductor substrate in a self-aligning manner with respect to the weight and setting a gate width formed of the source electrode and the drain electrode. And a fifth step of etching away the sacrificial layer under the weight so that a change in current between the source and drain electrodes due to displacement of the weight can be detected. A method for manufacturing a semiconductor yaw rate sensor, characterized in that the semiconductor yaw rate sensor is vibrated by an electrostatic force from an electrode and is displaced by a Coriolis force generated by a yaw rate.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29678294A JP3385759B2 (en) | 1994-11-30 | 1994-11-30 | Semiconductor yaw rate sensor and method of manufacturing the same |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08152327A true JPH08152327A (en) | 1996-06-11 |
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Country Status (1)
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---|---|
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000009471A (en) * | 1998-06-18 | 2000-01-14 | Aisin Seiki Co Ltd | Angular velocity sensor |
US6134961A (en) * | 1998-06-24 | 2000-10-24 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Angular velocity sensor |
US6250157B1 (en) | 1998-06-22 | 2001-06-26 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Angular rate sensor |
JP2010080466A (en) * | 2008-09-24 | 2010-04-08 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | Acceleration and angular acceleration sensor |
-
1994
- 1994-11-30 JP JP29678294A patent/JP3385759B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2000009471A (en) * | 1998-06-18 | 2000-01-14 | Aisin Seiki Co Ltd | Angular velocity sensor |
US6250157B1 (en) | 1998-06-22 | 2001-06-26 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Angular rate sensor |
US6134961A (en) * | 1998-06-24 | 2000-10-24 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Angular velocity sensor |
DE19928759B4 (en) * | 1998-06-24 | 2007-05-31 | Aisin Seiki K.K., Kariya | Angular rate sensor |
JP2010080466A (en) * | 2008-09-24 | 2010-04-08 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | Acceleration and angular acceleration sensor |
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