JPH03107767A - 加速度センサ - Google Patents
加速度センサInfo
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- JPH03107767A JPH03107767A JP1246113A JP24611389A JPH03107767A JP H03107767 A JPH03107767 A JP H03107767A JP 1246113 A JP1246113 A JP 1246113A JP 24611389 A JP24611389 A JP 24611389A JP H03107767 A JPH03107767 A JP H03107767A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
- G01P2015/0822—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
- G01P2015/084—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass the mass being suspended at more than one of its sides, e.g. membrane-type suspension, so as to permit multi-axis movement of the mass
Landscapes
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、物体の傾斜を測定する傾斜計又は運動加速度
を測定する加速度計に利用される加速度センサに関する
。
を測定する加速度計に利用される加速度センサに関する
。
従来の技術
従来における加速度センサの第一の従来例を第25図に
基づいて説明する。起歪体lは、その周辺部が支持部2
とされ中心部が作用部3とされており、その支持部2と
作用部3との間には肉厚の薄いダイヤフラム4が形成さ
れている。その作用部3の下方には円柱状の力伝達体5
が形成されており、その先端には付加重り6が取付けら
れている。また、前記ダイヤフラム4の上部に位置して
SL単結晶基板7が接着固定されており、この表面には
各軸方向の成分力を検出する歪検出素子8が形成されて
いる。
基づいて説明する。起歪体lは、その周辺部が支持部2
とされ中心部が作用部3とされており、その支持部2と
作用部3との間には肉厚の薄いダイヤフラム4が形成さ
れている。その作用部3の下方には円柱状の力伝達体5
が形成されており、その先端には付加重り6が取付けら
れている。また、前記ダイヤフラム4の上部に位置して
SL単結晶基板7が接着固定されており、この表面には
各軸方向の成分力を検出する歪検出素子8が形成されて
いる。
このような構成において、付加重り6にある一方向(例
えば、X軸方向)の力が作用すると、その力は力伝達体
5に伝わりダイヤフラム4が変形し、これに連れて単結
晶基板7も変形するため、歪検出素子8にその力の成分
力が検出されることになる。
えば、X軸方向)の力が作用すると、その力は力伝達体
5に伝わりダイヤフラム4が変形し、これに連れて単結
晶基板7も変形するため、歪検出素子8にその力の成分
力が検出されることになる。
次に、第二の従来例を第26図に基づいて説明する。こ
れは、上述した第一の従来例のように歪検出素子8や、
付加重り6を別個に設けるのではなく、これらを直接、
力の作用する起歪体9と一体化して形成するものである
。すなわち、半導体く例えば、Si)からなる起歪体9
をその裏面側から一部をエツチングにより取り除くこと
により、起歪体9は、中央部lOには肉厚の厚い領域が
形成され、その周辺部11には肉厚の薄い領域が形成さ
れる。起歪体9はその外周端で保持部材12により固定
されている。そして、中央部10の肉厚の厚い領域を付
加重り6として用い、周辺部1°lの肉厚の薄い領域を
検出面としその表面に歪検出素子8を形成することによ
って、前述した第一の従来例と同様に、力の成分力の検
出を行うことができる。
れは、上述した第一の従来例のように歪検出素子8や、
付加重り6を別個に設けるのではなく、これらを直接、
力の作用する起歪体9と一体化して形成するものである
。すなわち、半導体く例えば、Si)からなる起歪体9
をその裏面側から一部をエツチングにより取り除くこと
により、起歪体9は、中央部lOには肉厚の厚い領域が
形成され、その周辺部11には肉厚の薄い領域が形成さ
れる。起歪体9はその外周端で保持部材12により固定
されている。そして、中央部10の肉厚の厚い領域を付
加重り6として用い、周辺部1°lの肉厚の薄い領域を
検出面としその表面に歪検出素子8を形成することによ
って、前述した第一の従来例と同様に、力の成分力の検
出を行うことができる。
発明が解決しようとする課題
まず、第一の従来例の場合、起歪体lはその材質として
金属を用いているので、Si単結晶基板7との間で熱膨
張係数が異なるため、その出力の零点出力の温度依存性
が大きくなるという欠点がある。また、Si単結晶基板
7と起歪体1との位置合わせをその工程上精密に行うこ
とはできず、このため検出精度が悪いという問題がある
。
金属を用いているので、Si単結晶基板7との間で熱膨
張係数が異なるため、その出力の零点出力の温度依存性
が大きくなるという欠点がある。また、Si単結晶基板
7と起歪体1との位置合わせをその工程上精密に行うこ
とはできず、このため検出精度が悪いという問題がある
。
第二の従来例の場合、半導体からなる起歪体9のエツチ
ングを行うことにより付加重り6部分の形成を行ってい
る。そのエツチング方法として、等方性エツチングの場
合、第27図に示すように、付加重り6の先端部分はサ
イドエッチにより細くなってしまい先端部の質量が小さ
くなってしまうので、起歪体9に生じるモーメントが小
さくなってしまい感度が低くなり、その結果、正確な信
号検出を行うことができない。また、第28図に示すよ
うに、異方性エツチングを行ったような場合にも、付加
重り6の先端部分は細くなってしまう。
ングを行うことにより付加重り6部分の形成を行ってい
る。そのエツチング方法として、等方性エツチングの場
合、第27図に示すように、付加重り6の先端部分はサ
イドエッチにより細くなってしまい先端部の質量が小さ
くなってしまうので、起歪体9に生じるモーメントが小
さくなってしまい感度が低くなり、その結果、正確な信
号検出を行うことができない。また、第28図に示すよ
うに、異方性エツチングを行ったような場合にも、付加
重り6の先端部分は細くなってしまう。
また、第三の従来例として、第29図に示すように、付
加重り6のモーメントが大きくなるように歪検出素子8
の反対側が大きくなるように歪検出素子8の形成されて
いる側の面から異方性エツチングを行うと、Si単結晶
基板13の厚みがそのまま梁(検出面)14の厚みtど
なる。この梁14に生じる歪は梁14の厚さの2乗にほ
ぼ反比例するので感度が非常に悪くなる。
加重り6のモーメントが大きくなるように歪検出素子8
の反対側が大きくなるように歪検出素子8の形成されて
いる側の面から異方性エツチングを行うと、Si単結晶
基板13の厚みがそのまま梁(検出面)14の厚みtど
なる。この梁14に生じる歪は梁14の厚さの2乗にほ
ぼ反比例するので感度が非常に悪くなる。
さらに、第四の従来例として、第30図に示すように、
Si単結晶基板15の裏面側に形成された付加重り6だ
けの質量では足りない場合に、表面側からAu16をメ
ツキすることによりその質量を補っているものもある。
Si単結晶基板15の裏面側に形成された付加重り6だ
けの質量では足りない場合に、表面側からAu16をメ
ツキすることによりその質量を補っているものもある。
しかし、この場合、Au16は歪検出素子17が形成さ
れている側と同一面内に形成されているため、AuとS
iとの熱膨張係数の違いによりセンサ出力の零点温度依
存性が大きくなってしまい、その結果、正確な信号検出
を行うことができないという問題がある。
れている側と同一面内に形成されているため、AuとS
iとの熱膨張係数の違いによりセンサ出力の零点温度依
存性が大きくなってしまい、その結果、正確な信号検出
を行うことができないという問題がある。
発明を解決するための手段
請求項1記載の発明は、周辺部が台座に固定され中心部
が作用部とされ前記周辺部と前記中心部との間に肉厚の
薄い検出面が形成されその検出面に歪検出素子の配設さ
れた半導体よりなる起歪体の設けられた加速度センサに
おいて、前記起歪体の前記作用部の裏面にその起歪体と
同一材質からなり前記歪検出素子から遠ざかる下方に向
かうに従って拡大化形状をなす付加重りを形成した。
が作用部とされ前記周辺部と前記中心部との間に肉厚の
薄い検出面が形成されその検出面に歪検出素子の配設さ
れた半導体よりなる起歪体の設けられた加速度センサに
おいて、前記起歪体の前記作用部の裏面にその起歪体と
同一材質からなり前記歪検出素子から遠ざかる下方に向
かうに従って拡大化形状をなす付加重りを形成した。
請求項2記載の発明は、周辺部が台座に固定され中心部
が作用部とされ前記周辺部と前記中心部との間に肉厚の
薄い検出面が形成されその検出面に歪検出素子の形成さ
れた半導体よりなる起歪体の設けられた加速度センサに
おいて、前記起歪体の前記作用部の裏面に比重の大きい
付加重りを取付けた。
が作用部とされ前記周辺部と前記中心部との間に肉厚の
薄い検出面が形成されその検出面に歪検出素子の形成さ
れた半導体よりなる起歪体の設けられた加速度センサに
おいて、前記起歪体の前記作用部の裏面に比重の大きい
付加重りを取付けた。
作用
請求項1記載の発明により、起歪体や付加重り、さらに
は、その周囲の固定部材の全てを同一材料により一体化
して形成することによって、構造が簡素化され、また、
従来のように異種材料間での熱膨張係数の相違による熱
応力歪を小さくすることができ、これにより出力電圧の
温度依存性を小さくすることができ、さらに、付加重り
は歪検出素子から遠ざかる下方に向かうに従って拡大化
形状をなしているので、力の作用した時に慣性モーメン
トが大きくなり、これにより大きな歪が得られるため検
出感度を高めることができる。
は、その周囲の固定部材の全てを同一材料により一体化
して形成することによって、構造が簡素化され、また、
従来のように異種材料間での熱膨張係数の相違による熱
応力歪を小さくすることができ、これにより出力電圧の
温度依存性を小さくすることができ、さらに、付加重り
は歪検出素子から遠ざかる下方に向かうに従って拡大化
形状をなしているので、力の作用した時に慣性モーメン
トが大きくなり、これにより大きな歪が得られるため検
出感度を高めることができる。
請求項2記載の発明により、歪検出素子の形成された側
の面と反対側の面に比重の大きい付加重りを形成したの
で、温度変動に伴い付加質量と起歪体との間に生じる熱
応力歪が歪検出素子側に伝わりにくくなり、これにより
センサ出力の温度依存性を小さくすることができる。
の面と反対側の面に比重の大きい付加重りを形成したの
で、温度変動に伴い付加質量と起歪体との間に生じる熱
応力歪が歪検出素子側に伝わりにくくなり、これにより
センサ出力の温度依存性を小さくすることができる。
実施例
本発明の第一の実施例を第1図ないし第10図に基づい
て説明する。起歪体としてのSt単結晶基板(以下、S
i基板と呼ぶ)18は、p型(100)面方位の基板に
n型のエピタキシャル層を有している。この場合、KO
H、ヒドラジン、EPW(エチレンジアミン・パイロカ
テユール・水)等を用いてSi基板18の裏面側より結
晶軸異方性エツチングを行い(その製造方法については
後述する)、肉厚の薄い検出面としての梁19が形成さ
れ、これにより作用部としての中央部20と周辺部21
とが分離される。
て説明する。起歪体としてのSt単結晶基板(以下、S
i基板と呼ぶ)18は、p型(100)面方位の基板に
n型のエピタキシャル層を有している。この場合、KO
H、ヒドラジン、EPW(エチレンジアミン・パイロカ
テユール・水)等を用いてSi基板18の裏面側より結
晶軸異方性エツチングを行い(その製造方法については
後述する)、肉厚の薄い検出面としての梁19が形成さ
れ、これにより作用部としての中央部20と周辺部21
とが分離される。
その梁19の表面には歪検出素子としての拡散抵抗22
が形成されており、その拡散抵抗22の長手方向がSi
基板18の<011>軸と、<Oll>軸とに一致する
ように形成されている。
が形成されており、その拡散抵抗22の長手方向がSi
基板18の<011>軸と、<Oll>軸とに一致する
ように形成されている。
ここでは、x、y、z軸方向の各成分力を検出するため
に、X軸方向の拡散抵抗Rxl ! RX x + R
X 3 TRx4、Y軸方向の拡散抵抗RL+RL+R
ys+Ryいz軸方向の拡散抵抗Rz、 、 Rz、
、 Rz、 、 Rz4. Rz、 。
に、X軸方向の拡散抵抗Rxl ! RX x + R
X 3 TRx4、Y軸方向の拡散抵抗RL+RL+R
ys+Ryいz軸方向の拡散抵抗Rz、 、 Rz、
、 Rz、 、 Rz4. Rz、 。
R7,、、Rz、 、 Rz、が配設されている。それ
ら各軸方向の力の成分力を検出するブリッジ回路を第7
図(a、)(b)(c)に示した。
ら各軸方向の力の成分力を検出するブリッジ回路を第7
図(a、)(b)(c)に示した。
また、Si基板18の中央部20は重り20aを有して
おり、その中央部20の裏面側には、そのSi基板18
と同一の材質からなる付加重り23が形成されている。
おり、その中央部20の裏面側には、そのSi基板18
と同一の材質からなる付加重り23が形成されている。
この付加重り23は、下方に向かうに従って拡大化した
形状となっている。
形状となっている。
また、Si基板18の周辺部2】は台座24に固定され
ており、その周辺部21は上部からストッパー25で押
え付けられた形となっている。その台座24はパッケー
ジ26の底面26aで固定された形となっている。さら
に、前記拡散抵抗22は、周辺部21でパッド27と接
着されたボンディングワイヤ28を介してリードビン2
9と接続されており、これにより外部へ検出された信号
が送り出されるようになっている。
ており、その周辺部21は上部からストッパー25で押
え付けられた形となっている。その台座24はパッケー
ジ26の底面26aで固定された形となっている。さら
に、前記拡散抵抗22は、周辺部21でパッド27と接
着されたボンディングワイヤ28を介してリードビン2
9と接続されており、これにより外部へ検出された信号
が送り出されるようになっている。
このような構成において、例えば、今、各軸方向に加速
度0x、αy、α2が加わるものとすると、中央部20
の重さ及びその中央部20に形成された付加重り23に
よる慣性力によって、αX、αyによるモーメントMx
、Myが、αZによる力FzがそれぞれSi基板18の
中央部20に作用する。これにより第8図ないし第10
図に示すような応力がそれぞれ発生し、これに伴って、
第1表に示すような各ブリッジ出力Vx、Vy、Vzが
現われ、これにより互いに干渉のない正確な加速度出力
を検出することができる。。
度0x、αy、α2が加わるものとすると、中央部20
の重さ及びその中央部20に形成された付加重り23に
よる慣性力によって、αX、αyによるモーメントMx
、Myが、αZによる力FzがそれぞれSi基板18の
中央部20に作用する。これにより第8図ないし第10
図に示すような応力がそれぞれ発生し、これに伴って、
第1表に示すような各ブリッジ出力Vx、Vy、Vzが
現われ、これにより互いに干渉のない正確な加速度出力
を検出することができる。。
次に、本装置の加速度センサの製造方法を第3図ないし
第6図に基づいて説明する。まず、上部基板となるSi
基板18の作成方法を第3図及び第4図に基づいて説明
する。
第6図に基づいて説明する。まず、上部基板となるSi
基板18の作成方法を第3図及び第4図に基づいて説明
する。
p−SL (100)ウェハ上にn型エピタキシャル層
を形成したものを酸化し、表面にSi○。
を形成したものを酸化し、表面にSi○。
を形成する。Sin、は次工程の拡散のマスクとして使
用する。
用する。
[拡散窓明〕
選択拡散を行うためにSin、を除去し、拡散窓明を行
う。
う。
BN固相拡散源等により拡散を行う。ボロンはSi面が
露出しているところのみ拡散し、n型からp型に変わる
。
露出しているところのみ拡散し、n型からp型に変わる
。
(CVD−PSG)
両面にCVD−PSGをデポジションする。表面は外部
からの汚染に対するバリアとする。
からの汚染に対するバリアとする。
拡散抵抗22を電気的に接続するためのコンタクトホー
ルをエツチングで明ける。
ルをエツチングで明ける。
アルミニウムにより拡散抵抗22の相互接続及び外部回
路への電気的接続を図る。
路への電気的接続を図る。
(シリンダリング〕
アルミニウムと拡散抵抗22とのオーミック性を改善す
るためにシリンダリングを行う。
るためにシリンダリングを行う。
(CVD、S i、N4デポジシヨン〕プラズマCVD
等によりSi基板18の両面にSi、N、膜が形成され
る。
等によりSi基板18の両面にSi、N、膜が形成され
る。
〔裏面Si、N4エツチング窓明〕
Si基板18の裏面からSi異方性エツチングを行うた
め、CF4+ O,等を用いたドライエツチングにより
エツチング窓を明ける。
め、CF4+ O,等を用いたドライエツチングにより
エツチング窓を明ける。
(SL異方性エッチングゴ
Si、N、膜をエツチングマスクとしてKOH十H,O
等のエツチング液によりSi基板18の結晶軸異方性エ
ツチングを行う。このエツチングは、エピタキシャル層
の厚みが梁19の厚みとなるように、電気化学エツチン
グによりp型基板をエツチングする。
等のエツチング液によりSi基板18の結晶軸異方性エ
ツチングを行う。このエツチングは、エピタキシャル層
の厚みが梁19の厚みとなるように、電気化学エツチン
グによりp型基板をエツチングする。
エツチングマスクとなったSi、N4をドライエツチン
グ等により除去する。その後、ダイシングを行う。
グ等により除去する。その後、ダイシングを行う。
次に、下部基板となる付加重り23、台座24を有する
台座基板30の作成工程を第5図に基づいて説明する。
台座基板30の作成工程を第5図に基づいて説明する。
この台座基板30はSi基板18と同一材質よりなって
いる。
いる。
[CVD、S i、N4デポジシヨン]CVDにて台座
基板30の両面にSi3N4をデポジションする。
基板30の両面にSi3N4をデポジションする。
台座基板30の裏面側の付加重り23部分の窓明けを行
う。
う。
付加重り23とパッケージ26との間隔(ギャツブ)を
設けるために、付加重り23のエツチングを行う。この
エツチングは、等方性又は異方性のウェットエツチング
或いはドライエツチングのどちらを使用してもよい。こ
の場合、第1図に示すように、そのエツチング深さが付
加重り23とパッケージ26とのギャップgとなる。過
剰な加速度が本加速度センサに加わると、重り23と底
面26aとが接触してストッパとして働き、梁19が破
壊するのを防ぐ。ギャップgはストッパが働き出す加速
度を決定するので、そのエツチング深さは適切な値に調
整する必要がある。
設けるために、付加重り23のエツチングを行う。この
エツチングは、等方性又は異方性のウェットエツチング
或いはドライエツチングのどちらを使用してもよい。こ
の場合、第1図に示すように、そのエツチング深さが付
加重り23とパッケージ26とのギャップgとなる。過
剰な加速度が本加速度センサに加わると、重り23と底
面26aとが接触してストッパとして働き、梁19が破
壊するのを防ぐ。ギャップgはストッパが働き出す加速
度を決定するので、そのエツチング深さは適切な値に調
整する必要がある。
[Si、N、除去]
台座基板30の裏面のSi、N4を除去する。
台座基板30の表面に陽極接合に必要なガラス膜をスパ
ッタ等で形成する。
ッタ等で形成する。
〔裏面Si、N4デポジシヨン〕
台座基板30の裏面にSi、N、を形成する。その後、
ダイシングを行う。
ダイシングを行う。
次に、このような工程により作成された付加重り23と
台座24とを有する台座基板30よりなる下部基板と、
前述したSi基板18よりなる上部基板とを接合する工
程を第6図に基づいて説明する。
台座24とを有する台座基板30よりなる下部基板と、
前述したSi基板18よりなる上部基板とを接合する工
程を第6図に基づいて説明する。
Si基板18と台座基板30とを陽極接合、□加熱によ
るSi同士の直接接合法、或いは、PSGによるSL/
PSG/Siの溶着でもよい。
るSi同士の直接接合法、或いは、PSGによるSL/
PSG/Siの溶着でもよい。
ウェットエツチングによりガラス(S i 01l)膜
のみをエツチングする。エッチャントはフッ酸HFにN
H4F を1=7で混合した緩衝HFを用いる。これは
Sin、に比べてSi、N4のエッチレートが非常に小
さく (1/100) S i O,のみのエツチング
ができる。この場合、Si基板18の両側には第2図に
示すように穴31が明けであるので、ウェットエッチャ
ントに浸漬すればその穴31からエッチャントが浸入し
てSin、はエツチングされる。
のみをエツチングする。エッチャントはフッ酸HFにN
H4F を1=7で混合した緩衝HFを用いる。これは
Sin、に比べてSi、N4のエッチレートが非常に小
さく (1/100) S i O,のみのエツチング
ができる。この場合、Si基板18の両側には第2図に
示すように穴31が明けであるので、ウェットエッチャ
ントに浸漬すればその穴31からエッチャントが浸入し
てSin、はエツチングされる。
(Si異異方性エツチング
上下基板を再度異方性エッチャントに浸漬し電気化学エ
ツチングすれば、ガラスの存在しない部分から台座基板
30が異方性エツチングされていき、反対側の面までエ
ツチングされつくしてしまう。
ツチングすれば、ガラスの存在しない部分から台座基板
30が異方性エツチングされていき、反対側の面までエ
ツチングされつくしてしまう。
(Si、N、エツチング〕
Si基板18のワイヤボンディング用バッド27の窓明
けを行う。また、台座基板30の裏面のSi、N、膜の
エツチングを行うことにより、台座基板30の中央部3
0aと周辺部30bとを分離することができる。
けを行う。また、台座基板30の裏面のSi、N、膜の
エツチングを行うことにより、台座基板30の中央部3
0aと周辺部30bとを分離することができる。
そして、これまで述べた工程の終了後、上部基板(Si
基板18)及び下部基板(台座基板30)と同じ材料で
作成された上部のストッパー25を陽極接合にて接着し
、パッケージ26に実装後、ワイヤボンディングをした
後、封止を行うことにより加速度センサを作成すること
ができる。
基板18)及び下部基板(台座基板30)と同じ材料で
作成された上部のストッパー25を陽極接合にて接着し
、パッケージ26に実装後、ワイヤボンディングをした
後、封止を行うことにより加速度センサを作成すること
ができる。
次に、上述したような各種工程により作成された加速度
センサの特徴を列挙してみる。
センサの特徴を列挙してみる。
その第一番目として、Si基板18、台座24、付加重
り23、ストッパー25が全て同一の材料で形成されて
いるので、従来において問題とされていた異種材料間の
熱膨張係数の違いによる熱応力歪が少なく、このためセ
ンサ出力電圧の温度依存性を小さく抑えることができる
。
り23、ストッパー25が全て同一の材料で形成されて
いるので、従来において問題とされていた異種材料間の
熱膨張係数の違いによる熱応力歪が少なく、このためセ
ンサ出力電圧の温度依存性を小さく抑えることができる
。
その第二番目として、歪ゲージとなる拡散抵抗22の反
対側の面に形成される付加重り23は、その形状が拡散
抵抗22の位置から遠ざかるに従って広がるように形成
されているため、付加重り23の重心位置はその歪ゲー
ジ形成面から遠い位置にある。このため、力(例えば、
加速度αX)が加わった時の慣性モーメントは大きくな
り、これにより梁19に生じる歪が大きくなってその分
検出感度が高くなる。
対側の面に形成される付加重り23は、その形状が拡散
抵抗22の位置から遠ざかるに従って広がるように形成
されているため、付加重り23の重心位置はその歪ゲー
ジ形成面から遠い位置にある。このため、力(例えば、
加速度αX)が加わった時の慣性モーメントは大きくな
り、これにより梁19に生じる歪が大きくなってその分
検出感度が高くなる。
その第三番目として、付加重り23の形状やその形成位
置は、上部基板であるSi基板18の裏面から異方性エ
ツチングされた中央部2oの重り20aの形状やその形
成位置により決定される。
置は、上部基板であるSi基板18の裏面から異方性エ
ツチングされた中央部2oの重り20aの形状やその形
成位置により決定される。
このため、重り20aと付加重り23との間で位置ズレ
が生じるようなことはない。また、拡散抵抗22の位置
と重り20aとの位置合わせは、両面アライナで精度良
く行われているので、重り20a及び付加重り23の重
心点は各拡散抵抗22の中心軸P上に存在する。従って
、これらのことから、各出力成分間の干渉を小さくして
測定精度を上げることができる。
が生じるようなことはない。また、拡散抵抗22の位置
と重り20aとの位置合わせは、両面アライナで精度良
く行われているので、重り20a及び付加重り23の重
心点は各拡散抵抗22の中心軸P上に存在する。従って
、これらのことから、各出力成分間の干渉を小さくして
測定精度を上げることができる。
その第四番目として、例えば、急激で過剰な加速度に対
しては、第24図に示すように、付加重り23の下方先
端部と台座24との間にストッパー機能が働くため、そ
のセンサ自体の破壊を防止することができる。
しては、第24図に示すように、付加重り23の下方先
端部と台座24との間にストッパー機能が働くため、そ
のセンサ自体の破壊を防止することができる。
その第五番目として、Si基板18の歪ゲージ(拡散抵
抗22)位置と、裏面からの異方性エツチングの位置合
わせは、両面アライナ−露光機により精度良く行うこと
ができるため、各センサ出力間の干渉を小さくすること
ができ、これにより測定精度を一段と向上させることが
できる。
抗22)位置と、裏面からの異方性エツチングの位置合
わせは、両面アライナ−露光機により精度良く行うこと
ができるため、各センサ出力間の干渉を小さくすること
ができ、これにより測定精度を一段と向上させることが
できる。
次に、本発明の第二の実施例を第11図ないし第14図
に基づいて説明する。これは、加速度センサが破壊する
程の過剰な加速度がかがらない状況で使用する場合の構
成例を示したものである。
に基づいて説明する。これは、加速度センサが破壊する
程の過剰な加速度がかがらない状況で使用する場合の構
成例を示したものである。
従って、本実施例の場合、第一の実施例のような付加重
り23はなく、その代わりに金属等(ここでは、A、
u )からなる比重の大きい付加重り32をSi基板1
8の中央部20の下面側に取付けた。
り23はなく、その代わりに金属等(ここでは、A、
u )からなる比重の大きい付加重り32をSi基板1
8の中央部20の下面側に取付けた。
第12図(第3図を含む)は上部基板としてのSi基板
18の作成方法を、第13図は下部基板としての台座基
板30の作成方法を、第14図はそれら上下基板を接合
して最終的に加速度センサを作成する工程を示したもの
である。各工程は、前述した第一の実施例と同様な手順
により処理することができるので、その詳細な説明につ
いては省略し、ここではその概略について述べる。
18の作成方法を、第13図は下部基板としての台座基
板30の作成方法を、第14図はそれら上下基板を接合
して最終的に加速度センサを作成する工程を示したもの
である。各工程は、前述した第一の実施例と同様な手順
により処理することができるので、その詳細な説明につ
いては省略し、ここではその概略について述べる。
Si基板18は第3図と同様な工程を経た後、第12図
に示すように付加重り23の金属(例えば、Au)を8
1基板18の裏面側にデポジションした後、その付加重
り23の部分を残して裏面エツチング窓明を行う。その
後、Siの異方性エツチングを行い、裏面側周辺部のS
i、N、を除去する。一方、台座基板30は第13図に
示すような手順により作成される。この場合、台座24
を作成する台座基板30は、接合した際、付加重り23
の部分が当らないように予めギャップgをエツチングに
より作成しておく。
に示すように付加重り23の金属(例えば、Au)を8
1基板18の裏面側にデポジションした後、その付加重
り23の部分を残して裏面エツチング窓明を行う。その
後、Siの異方性エツチングを行い、裏面側周辺部のS
i、N、を除去する。一方、台座基板30は第13図に
示すような手順により作成される。この場合、台座24
を作成する台座基板30は、接合した際、付加重り23
の部分が当らないように予めギャップgをエツチングに
より作成しておく。
その後、第14図に示すように、Si基板18と台座基
板30とを陽極接合又は融着により一体化形成する。そ
して、ガラス膜(S i O,)をエツチングした後、
台座基板30の異方性エツチングを行い、さらに、裏面
側のSi、N4を除去して台座24を作成する。
板30とを陽極接合又は融着により一体化形成する。そ
して、ガラス膜(S i O,)をエツチングした後、
台座基板30の異方性エツチングを行い、さらに、裏面
側のSi、N4を除去して台座24を作成する。
上述したように、本実施例においては、歪ゲージ(拡散
抵抗22)の形成されている面と反対側の面に付加重り
32である金属(ここでは、Au)を形成しているので
、Si基板18とAu32との間に生じる熱膨張係数の
差による熱応力歪は、歪ゲージ側の面には伝達されにく
く、これによりセンサ出力の温度依存性を小さくするこ
とができる。また、工程上では、本実施例におけるAu
からなる付加重り32と、第一の実施例における重り2
0aと付加重り23とにより形成される境界面の形状と
が一致するので、第一の実施例と同様な効果を得ること
ができる。
抵抗22)の形成されている面と反対側の面に付加重り
32である金属(ここでは、Au)を形成しているので
、Si基板18とAu32との間に生じる熱膨張係数の
差による熱応力歪は、歪ゲージ側の面には伝達されにく
く、これによりセンサ出力の温度依存性を小さくするこ
とができる。また、工程上では、本実施例におけるAu
からなる付加重り32と、第一の実施例における重り2
0aと付加重り23とにより形成される境界面の形状と
が一致するので、第一の実施例と同様な効果を得ること
ができる。
次に、本発明の第三の実施例を第15図ないし第18図
に基づいて説明する。これは、第一〇実流側における付
加重り23の質量が不足している場合に、比重の大きい
金属(ここでは、Au)33をさらに付加し、これによ
り慣性力を大きくし出力感度を高めたものである。
に基づいて説明する。これは、第一〇実流側における付
加重り23の質量が不足している場合に、比重の大きい
金属(ここでは、Au)33をさらに付加し、これによ
り慣性力を大きくし出力感度を高めたものである。
この場合、第16図(第3図も含む)のSi基板18の
作成工程は第一の実施例(第3図及び第4図)と同じで
ある。また、台座基板3oもQ工程までは第一の実施例
(第5図)と同じであるが、この場合、付加重り33と
なるAuを台座基板30の裏面に電界メツキ等で形成す
る。その後、第18図に示すように、上部基板であるS
i基板18と下部基板である台座基板30とを陽極接合
した後、第6図と同様な工程を経て、R工程にて超音波
洗浄器によりエタノール等の溶液中で超音波振動をかけ
Auブリッジを切断して中央部20と周辺部21との分
離を行い、これにより加速度等の測定ができる。
作成工程は第一の実施例(第3図及び第4図)と同じで
ある。また、台座基板3oもQ工程までは第一の実施例
(第5図)と同じであるが、この場合、付加重り33と
なるAuを台座基板30の裏面に電界メツキ等で形成す
る。その後、第18図に示すように、上部基板であるS
i基板18と下部基板である台座基板30とを陽極接合
した後、第6図と同様な工程を経て、R工程にて超音波
洗浄器によりエタノール等の溶液中で超音波振動をかけ
Auブリッジを切断して中央部20と周辺部21との分
離を行い、これにより加速度等の測定ができる。
次に、本発明の第四の実施例を第19図ないし第23図
に基づいて説明する。これは、起歪体としてのSi基板
18において、中央部20と周辺部21との間に形成さ
れる検出面は、第20図に示すように、これまで述べて
きたような梁19ではなくダイヤフラム34として形成
されている場合の例であり、このためSL基板18自体
には穴31 (第2図参照)は設けられていない。従っ
て、本実施例は、梁19では破壊してしまって測定でき
ないような大きな加速度の加わる測定等に用いることが
できる。第21図(第3図参照)は上部基板であるSi
基板18の作成工程を、第22図は下部基板である台座
基板30の作成工程を、第23図は上下基板の接合工程
をそれぞれ示したものである。なお、ここでは、これら
各工程における詳細な説明は省略する。
に基づいて説明する。これは、起歪体としてのSi基板
18において、中央部20と周辺部21との間に形成さ
れる検出面は、第20図に示すように、これまで述べて
きたような梁19ではなくダイヤフラム34として形成
されている場合の例であり、このためSL基板18自体
には穴31 (第2図参照)は設けられていない。従っ
て、本実施例は、梁19では破壊してしまって測定でき
ないような大きな加速度の加わる測定等に用いることが
できる。第21図(第3図参照)は上部基板であるSi
基板18の作成工程を、第22図は下部基板である台座
基板30の作成工程を、第23図は上下基板の接合工程
をそれぞれ示したものである。なお、ここでは、これら
各工程における詳細な説明は省略する。
第22図の台座基板30のS工程において、裏面側から
異方性エツチングを行い穴35を設け、後に行う付加重
り23と台座24とを分離するために行う異方性エッチ
ャントが浸入しやすいようにしておく。その後、第23
図において、上下基板を陽極接合し、ガラス膜エツチン
グを行う。この時、穴35が重要な役割を担う。以下、
その理由を述べる。本実施例におけるSi基板18には
ダイヤフラム34が形成されている穴35がないので、
前述した各実施例のように梁19が形成されている場合
と異なりエッチャントがSi基板18の上側から浸入す
ることができない。そこで、台座基板30に穴35を設
けておくことによって、エッチャントが浸入しやすくな
り、これにより所望のエツチングを行うことが可能とな
る。
異方性エツチングを行い穴35を設け、後に行う付加重
り23と台座24とを分離するために行う異方性エッチ
ャントが浸入しやすいようにしておく。その後、第23
図において、上下基板を陽極接合し、ガラス膜エツチン
グを行う。この時、穴35が重要な役割を担う。以下、
その理由を述べる。本実施例におけるSi基板18には
ダイヤフラム34が形成されている穴35がないので、
前述した各実施例のように梁19が形成されている場合
と異なりエッチャントがSi基板18の上側から浸入す
ることができない。そこで、台座基板30に穴35を設
けておくことによって、エッチャントが浸入しやすくな
り、これにより所望のエツチングを行うことが可能とな
る。
このようにしてガラス膜のエツチングを行った後、Si
の異方性エツチングを行うことによって、付加重り23
と台座24とを分離し加速度センサを作成することがで
き、これにより第一の実施例と同様の効果を得ることが
でき、信頼性の高い信号検出を行うことができるもので
ある。
の異方性エツチングを行うことによって、付加重り23
と台座24とを分離し加速度センサを作成することがで
き、これにより第一の実施例と同様の効果を得ることが
でき、信頼性の高い信号検出を行うことができるもので
ある。
発明の効果
請求項1記載の発明では、周辺部が台座に固定され中心
部が作用部とされ前記周辺部と前記中心部との間に肉厚
の薄い検出面が形成されその検出面に歪検出素子の配設
された半導体よりなる起歪体の設けられた加速度センサ
において、起歪体の前記作用部の裏面にその起歪体と同
一材質からなり前記歪検出素子から遠ざかる下方に向か
うに従って拡大化形状をなす付加重りを形成したので、
起歪体や付加重り、さらには、その周囲の固定部材の全
てを同一材料により一体化して形成することによって、
構造が簡素化され、また、従来のように異種材料間での
熱膨張係数の相違による熱応力歪を小さくすることがで
き、これにより出力電圧の温度依存性を小さくすること
ができ、さらに、付加重りは歪検出素子から遠ざかる下
方に向かうに従って拡大化形状をなしているので、力の
作用した時に慣性モーメントが大きくなり、これによリ
大きな歪が得られるため検出感度を高めることができる
ものである。
部が作用部とされ前記周辺部と前記中心部との間に肉厚
の薄い検出面が形成されその検出面に歪検出素子の配設
された半導体よりなる起歪体の設けられた加速度センサ
において、起歪体の前記作用部の裏面にその起歪体と同
一材質からなり前記歪検出素子から遠ざかる下方に向か
うに従って拡大化形状をなす付加重りを形成したので、
起歪体や付加重り、さらには、その周囲の固定部材の全
てを同一材料により一体化して形成することによって、
構造が簡素化され、また、従来のように異種材料間での
熱膨張係数の相違による熱応力歪を小さくすることがで
き、これにより出力電圧の温度依存性を小さくすること
ができ、さらに、付加重りは歪検出素子から遠ざかる下
方に向かうに従って拡大化形状をなしているので、力の
作用した時に慣性モーメントが大きくなり、これによリ
大きな歪が得られるため検出感度を高めることができる
ものである。
請求項2記載の発明では、周辺部が台座に固定され中心
部が作用部とされ前記周辺部と前記中心部との間に肉厚
の薄い検出面が形成されその検出面に歪検出素子の形成
された半導体よりなる起歪体の設けられた加速度センサ
において、起歪体の前記作用部の裏面に比重の大きい付
加重りを取付けたので、温度変動に伴い付加質量と起歪
体との間に生じる熱応力歪が歪検出素子側に伝わりにく
くなり、これによりセンサ出力の温度依存性を小さくと
ることができるものである。
部が作用部とされ前記周辺部と前記中心部との間に肉厚
の薄い検出面が形成されその検出面に歪検出素子の形成
された半導体よりなる起歪体の設けられた加速度センサ
において、起歪体の前記作用部の裏面に比重の大きい付
加重りを取付けたので、温度変動に伴い付加質量と起歪
体との間に生じる熱応力歪が歪検出素子側に伝わりにく
くなり、これによりセンサ出力の温度依存性を小さくと
ることができるものである。
第1図は本発明の第一の実施例を示す側面図、第2図は
その起歪体の平面図、第3図ないし第6図は製造工程図
、第7図はブリッジ回路、第8図ないし第10図は各軸
方向の成分力が作用した時の応力の分布状態を示す説明
図、第11図は本発明の第二の実施例を示す側面図、第
12図ないし第14図は製造工程図、第15図は本発明
の第三の実施例を示す側面図、第16図ないし第18図
は製造工程図、第19図は本発明の第四の実施例を示す
側面図、第20図はその起歪体の平面図、第21図ない
し第23図は製造工程図、第24図は起歪体の作用部に
力が作用した時の様子を示す側面図、第25図は第一の
従来例を示す縦断側面図、第26図は第二の従来例を示
す縦断側面図、第27図及び第28図はエツチングによ
り形状が変化している様子を示す側面図、第29図(a
)は第三の従来例を示す平面図、第29図(b)はその
側面図、第30図は第四の従来例を示す側面図である。 18・・・起歪体、19・・・検出面、20・・・中心
部、21・・・周辺部、22・・・歪検出素子、23・
・・付加重り、24・・・台座、32.33・・・付加
重り、34・・・検出面 1’r) 3」」1ス D (支) 」コ 1皿昆 :%J9 図 J ZO図 、% Z7図 J)没図 (巽75nユ、ツテフク゛) 379図 ! 30図
その起歪体の平面図、第3図ないし第6図は製造工程図
、第7図はブリッジ回路、第8図ないし第10図は各軸
方向の成分力が作用した時の応力の分布状態を示す説明
図、第11図は本発明の第二の実施例を示す側面図、第
12図ないし第14図は製造工程図、第15図は本発明
の第三の実施例を示す側面図、第16図ないし第18図
は製造工程図、第19図は本発明の第四の実施例を示す
側面図、第20図はその起歪体の平面図、第21図ない
し第23図は製造工程図、第24図は起歪体の作用部に
力が作用した時の様子を示す側面図、第25図は第一の
従来例を示す縦断側面図、第26図は第二の従来例を示
す縦断側面図、第27図及び第28図はエツチングによ
り形状が変化している様子を示す側面図、第29図(a
)は第三の従来例を示す平面図、第29図(b)はその
側面図、第30図は第四の従来例を示す側面図である。 18・・・起歪体、19・・・検出面、20・・・中心
部、21・・・周辺部、22・・・歪検出素子、23・
・・付加重り、24・・・台座、32.33・・・付加
重り、34・・・検出面 1’r) 3」」1ス D (支) 」コ 1皿昆 :%J9 図 J ZO図 、% Z7図 J)没図 (巽75nユ、ツテフク゛) 379図 ! 30図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、周辺部が台座に固定され中心部が作用部とされ前記
周辺部と前記中心部との間に肉厚の薄い検出面が形成さ
れこの検出面に歪検出素子の配設された半導体よりなる
起歪体の設けられた加速度センサにおいて、前記起歪体
の前記作用部の裏面にその起歪体と同一材質からなり前
記歪検出素子から遠ざかる下方に向かうに従って拡大化
形状をなす付加重りを形成したことを特徴とする加速度
センサ。 2、周辺部が台座に固定され中心部が作用部とされ前記
周辺部と前記中心部との間に肉厚の薄い検出面が形成さ
れその検出面に歪検出素子の配設された半導体よりなる
起歪体の設けられた加速度センサにおいて、前記起歪体
の前記作用部の裏面に比重の大きい付加重りを取付けた
ことを特徴とする加速度センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1246113A JPH03107767A (ja) | 1989-09-21 | 1989-09-21 | 加速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1246113A JPH03107767A (ja) | 1989-09-21 | 1989-09-21 | 加速度センサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03107767A true JPH03107767A (ja) | 1991-05-08 |
Family
ID=17143679
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1246113A Pending JPH03107767A (ja) | 1989-09-21 | 1989-09-21 | 加速度センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03107767A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5503017A (en) * | 1993-05-21 | 1996-04-02 | Nippondenso Co., Ltd. | Semiconductor acceleration sensor |
US5504356A (en) * | 1992-11-16 | 1996-04-02 | Nippondenso Co., Ltd. | Semiconductor accelerometer |
US5567880A (en) * | 1992-05-15 | 1996-10-22 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor accelerometer |
WO2004081584A1 (ja) * | 2003-02-10 | 2004-09-23 | Tokyo Electron Limited | 加速度センサ及び傾斜検出方法 |
-
1989
- 1989-09-21 JP JP1246113A patent/JPH03107767A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5567880A (en) * | 1992-05-15 | 1996-10-22 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor accelerometer |
US5504356A (en) * | 1992-11-16 | 1996-04-02 | Nippondenso Co., Ltd. | Semiconductor accelerometer |
US5503017A (en) * | 1993-05-21 | 1996-04-02 | Nippondenso Co., Ltd. | Semiconductor acceleration sensor |
WO2004081584A1 (ja) * | 2003-02-10 | 2004-09-23 | Tokyo Electron Limited | 加速度センサ及び傾斜検出方法 |
US7428841B2 (en) | 2003-02-10 | 2008-09-30 | Tokyo Electron Limited | Acceleration sensor and inclination-detecting method |
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