DE10303751B4

DE10303751B4 - Kapazitiver Sensor für eine dynamische Größe

Info

Publication number: DE10303751B4
Application number: DE10303751A
Authority: DE
Inventors: Minekazu Kariya Sakai
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-02-19
Filing date: 2003-01-30
Publication date: 2011-02-10
Anticipated expiration: 2023-01-31
Also published as: CN1484001A; US20050087015A1; CN1249404C; DE10303751A1; US20030154789A1; US6984541B2; JP2003240798A; US6848309B2

Abstract

Kapazitiver Sensor für eine dynamische Größe mit:
einem Auslegerabschnitt (22), welcher einen Ausleger zur Deformierung in eine vorbestimmte Deformierungsrichtung (Y) auf der Grundlage des Aufbringens einer physikalischen Kraft aufweist;
einer beweglichen Elektrode (24), welche integriert mit dem Auslegerabschnitt gebildet ist, um sich damit zu bewegen, und sich in eine Richtung senkrecht zu der vorbestimmten Deformierungsrichtung erstreckt; und
einer festen Elektrode (32, 42), welche der beweglichen Elektrode gegenüberliegt und davon in der vorbestimmten Deformierungsrichtung um eine vorbestimmte Lücke (D) getrennt ist;
wobei die Breite (B) des Auslegers, welcher sich in die Richtung senkrecht zu der vorbestimmten Deformierungsrichtung erstreckt, und der Lücke in etwa identisch und mit einer Toleranz von ±2,5% konfiguriert sind.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf dynamische Größensensoren und insbesondere auf einen kapazitiven Sensor für eine dynamische Größe, welcher eine dynamische Größe unter Verwendung einer zwischen einer beweglichen Elektrode und einer festen Elektrode gebildeten Kapazität erfaßt.
Üblicherweise wird ein kapazitiver Sensor für eine dynamische Größe wie in 7 dargestellt durch Ätzen eines Substrats 10 wie einem Halbleitersubstrat konstruiert. Das Ätzen bildet einen Graben in dem Substrat 10, um einen beweglichen Abschnitt, welcher Balken- bzw. Auslegerabschnitte 22 und bewegliche Elektroden 24 enthält, von Elektroden von festen Elektrodengruppen 32, 42 zu trennen.
Die Auslegerabschnitte 22 erstrecken sich in eine Richtung senkrecht zu der Y-Richtung von 7 und wirken im Betrieb wie eine Feder, wenn sie sich in der Y-Richtung bezüglich einer darauf aufgebrachten Kraft deformieren. Die beweglichen Elektroden 24 erstrecken sich ebenfalls in eine Richtung senkrecht zu der Y-Richtung und bewegen sich in der Y-Richtung zusammen mit den Auslegerabschnitten 22. Die beweglichen Elektroden 24 besitzen beispielsweise eine kammförmige Struktur.
Die kammförmigen Elektroden der festen Elektrodengruppen 32, 42 werden von dem Substrat 10 derart gehalten und sind daran befestigt, daß sie den beweglichen Elektroden 24 gegenüberliegen.
Entsprechend dem oben beschriebenen kapazitiven Sensor für eine dynamische Größe ist eine Gesamtkapazität CS1 in Lücken D gebildet, welche zwischen den beweglichen Elektroden 24 auf der linken Seite von 7 und den Elektroden der festen Elektrodengruppe 32 angeordnet sind, und es ist eine Gesamtkapazität CS2 in Lücken D gebildet, welche zwischen den beweglichen Elektroden 24 auf der rechten Seite von 7 und den Elektroden der festen Elektrodengruppen 42 angeordnet sind. Wenn eine physikalische Größe wie eine Beschleunigung dem kapazitiven Sensor für eine dynamische Größe aufgebracht wird, ändern sich die Kapazitäten CS1, CS2 entsprechend einem Betrag der physikalischen Größe. Daher wird die physikalische Größe auf der Grundlage der Änderung der Differenz zwischen den Kapazitäten CS1, CS2 erfaßt.
Bei dem obigen kapazitiven Sensor für eine dynamische Größe werden die festen Elektrodengruppen 32, 42 und der bewegliche Abschnitt, welcher die Auslegerabschnitte 22 und die beweglichen Elektroden 24 enthält, zur selben Zeit durch Ätzen des Grabens in dem Substrat 10 gebildet. Daher ist ein Herstellungsfehler der Breite B in etwa der gleiche relativ zu jedem der Auslegerabschnitte 22 und der Lücken D, welche zwischen den beweglichen Elektroden 24 und den Elektroden der festen Elektrodengruppen 32, 42 angeordnet sind. Wenn beispielsweise die Breiten B der Auslegerabschnitte 22 sich erhöhen, verringern sich die Lücken D, welche zwischen den beweglichen Elektroden 24 und den Elektroden der festen Elektrodengruppen 32, 42 angeordnet sind, bezüglich der Breite.
Dementsprechend ruft der Herstellungsfehler Änderungen der Breiten B und der Lücken D hervor, und daher wird die charakteristische Ungleichförmigkeit des kapazitiven Sensors für eine dynamische Größe groß.
Nebenbei bemerkt kann die charakteristische Ungleichförmigkeit des kapazitiven Sensors für eine dynamische Größe durch Vergrößern der Breiten B und der Lücken D minimiert werden. Jedoch verringern sich folglich die Kapazitäten CS1, CS2, und es verringert sich ebenfalls die Sensorempfindlichkeit.
Aus der US 2001/0 025 529 A1 ist ein kapazitiver Sensor für eine dynamische Größe bekannt mit einem Auslegerabschnitt, welcher einen Ausleger zur Deformierung in eine vorbestimmte Deformierungsrichtung auf der Grundlage des Aufbringens einer physikalischen Kraft aufweist; einer beweglichen Elektrode, welche integriert mit dem Auslegerabschnitt gebildet ist, um sich damit zu bewegen, und sich in eine Richtung senkrecht zu der vorbestimmten Deformierungsrichtung erstreckt; und einer festen Elektrode, welche der beweglichen Elektrode gegenüberliegt und davon in der vorbestimmten Deformierungsrichtung um eine vorbestimmte Lücke getrennt ist. Ein Verhältnis der Breite des Auslegers zu der Breite der Lücke wird in der Druckschrift nicht offenbart.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen kapazitiven Sensor für eine physikalische Größe mit einer geringen charakteristischen Ungleichförmigkeit und einer hohen Empfindlichkeit sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Sensors zu schaffen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der Ansprüche 1, 5 und 7.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein kapazitiver Sensor für eine dynamische Größe geschaffen, bei welchem eine Breite (B) eines Balkens oder Auslegers eines Balken- bzw. Auslegerabschnitts (22), welcher sich in eine senkrechte Richtung relativ zu einer vorbestimmten Deformierungsrichtung erstreckt, und eine Lücke (D), welche zwischen einer beweglichen Elektrode (24) und einer festen Elektrode (32, 42) in der vorbestimmten Deformierungsrichtung gebildet ist, in etwa identisch sind.
Dementsprechend wird die Empfindlichkeit des kapazitiven Sensors für eine dynamische Größe nicht beeinträchtigt. Dabei wird eine Herstellungstoleranz von ±2,5% beim Entwerfen der Breite des Auslegers und der Lücke zwischen der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode erzielt.
Die vorliegende Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
1 stellt eine Draufsicht auf einen kapazitiven Sensor einer dynamischen Größe einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;
2 stellt eine Querschnittsansicht des kapazitiven Sensors für eine dynamische Größe entlang Linie II-II von 1 dar;
3 stellt eine Querschnittsansicht des kapazitiven Sensors einer physikalischen Größe entlang Linie III-III von 1 dar;
4 stellt eine elektrische Schaltung des kapazitiven Sensors für eine dynamische Größe entsprechend der ersten Ausführungsform dar;
5 stellt eine schematische Ansicht einer Beziehung zwischen einer Breitenänderung ΔD und einer Empfindlichkeit ΔC der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;
6A und 6B stellen Auslegerabschnitte einer modifizierten Version der ersten Ausführungsform dar; und
7 stellt eine Draufsicht auf einen kapazitiven Sensor für eine dynamische Größe eines kapazitiven Sensors für eine dynamische Größe einer verwandten Technik dar.
Die vorliegende Erfindung wird anhand von verschiedenen Ausführungsformen beschrieben, welche in den Figuren dargestellt sind.
Erste Ausführungsform
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Halbleiterbeschleunigungssensor (Beschleunigungssensor) vom Typ einer differentiellen Kapazität S1 oder allgemein ein kapazitiver Sensor für eine dynamische Größe dargestellt.
1 stellt eine Draufsicht auf den Beschleunigungssensor S1 dar. 2 und 3 stellen Querschnittsansichten des Beschleunigungssensors S1 entlang der Linien II-II und III-III von 1 dar. Der Beschleunigungssensor wird beispielsweise als Fahrzeugbeschleunigungssensor oder als Gyrosensor zum Steuern eines Airbagsystems, eines Antiblockierbremssystems (ABS), eines Seitenrutschsteuersystems oder irgendeines anderen ähnlichen Systems verwendet, welches das Abtasten einer dynamischen Größe erfordert.
Der Beschleunigungssensor S1 wird auf einem Halbleitersubstrat unter Verwendung einer Mikro-Materialbearbeitungstechnologie hergestellt. Entsprechend den 2 und 3 wird ein SOI-Substrat 10 für das Halbleitersubstrat verwendet. Das SOI-Substrat 10 enthält ein erstes Siliziumsubstrat 11, ein zweites Siliziumsubstrat 12 und einen Oxidfilm 13, welcher zwischen den ersten und zweiten Siliziumsubstraten 11, 12 angeordnet ist. Das erste Siliziumsubstrat 11 entspricht einer ersten Halbleiterschicht, das zweite Siliziumsubstrat 12 entspricht einer zweiten Halbleiterschicht, und der Oxidfilm 13 entspricht einem Isolierfilm.
Entsprechend den 1 bis 3 besitzt das zweite Substrat 12 Gräben 14, in welchen eine Struktur gebildet ist, die kollektiv als kammförmige Struktur von Balken bzw. Auslegern 20–40 bezeichnet wird, welche einen beweglichen Abschnitt 20 und feste Abschnitte 30, 40 enthält. Der Oxidfilm 13 enthält einen Öffnungsabschnitt 15, in welchem die kammförmige Struktur von Auslegern 20–40 gebildet ist.
Der bewegliche Abschnitt 20, welcher über dem Öffnungsabschnitt 15 getragen wird, enthält einen rechtwinkligen Lotabschnitt (plumb portion) 21, Auslegerabschnitte 22 und Ankerabschnitte 23a, 23b. Der rechtwinklige Lotabschnitt 21, die Auslegerabschnitte 22 und die Ankerabschnitte 23a, 23b sind miteinander integriert ausgebildet, und die Ankerabschnitte 23a, 23b tragen den Lotabschnitt 21 über die Auslegerabschnitte 22. Wie in 3 dargestellt sind die Ankerabschnitte 23a, 23b an Randpositionen des Öffnungsabschnitts 15 des Oxidfilms 13 gebildet und werden von dem ersten Siliziumsubstrat 11 getragen. Daher sind die Auslegerabschnitte 22 und der Lotabschnitt 21 über dem Öffnungsabschnitt 15 angeordnet.
Jeder der Auslegerabschnitte 22 besitzt zwei Ausleger, von denen sich beide in eine parallele Richtung erstrecken und an Endabschnitten davon miteinander verbunden sind. Dementsprechend bilden die Auslegerabschnitte 22 einen rechtwinkligen Rahmen und werden in einer Richtung senkrecht zu einer Längsseite der Balken deformiert. Insbesondere bewegt sich entsprechend der Auslegerabschnitte 22 der Lotabschnitt 21 in einer Y-Richtung (Pfeilrichtung in 1), wenn eine Beschleunigung, welche eine Y-Richtungskomponente aufweist, darauf aufgebracht wird, und kehrt zur Anfangsposition zurück, wenn sich die Beschleunigung verringert. D. h., der bewegliche Abschnitt 20 bewegt sich in einer Deformierungsrichtung (d. h. in der Y-Richtung) der Auslegerabschnitte 22 über dem Öffnungsabschnitt 15 auf das Aufbringen einer Beschleunigung.
Der bewegliche Abschnitt 20 enthält ebenfalls bewegliche Elektrodengruppen 24, welche sich in eine Richtung senkrecht zu der Y-Richtung von beiden Seiten des Lotabschnitts 21 aus erstrecken. In 1 enthält jede Seite der beweglichen Elektrodengruppen 24 vier Elektroden, welche von rechten bzw. linken Seiten des Lotabschnitts 21 herausragen, und jeweilige Elektroden der beweglichen Elektrodengruppen 24 sind über dem Öffnungsabschnitt positioniert. Dementsprechend sind die beweglichen Elektrodengruppen 24 mit den Auslegerabschnitten 22 und dem Lotabschnitt 12 integriert gebildet und bewegen sich in der Y-Richtung mit den Auslegerabschnitten 22 und dem Lotabschnitt 21.
Die festen Abschnitte 30, 40 werden auf jeweils gegenüberliegenden Randseiten des Öffnungsabschnitts 15 des Oxidfilms 10 gehalten, wo die jeweils gegenüberliegenden Randseiten den Seiten gegenüberliegen, welche die Ankerabschnitte 23a, 23b tragen. Die festen Abschnitte 30, 40 enthalten einen ersten festen Abschnitt 30 auf einer linken Seite von 1 und einen zweiten festen Abschnitt 40 auf der rechten Seite davon.
Die festen Abschnitte 30, 40 enthalten jeweils Verdrahtungsabschnitte 31, 41 und eine Mehrzahl von jeweiligen ersten und zweiten festen Elektrodengruppen 32, 42. Die Verdrahtungsabschnitte 31, 41 sind auf dem ersten Siliziumsubstrat 11 an dem Randabschnitt des Öffnungsabschnitts 15 des Oxidfilms 10 befestigt. In 1 ist jede der festen Elektrodengruppen 32, 42 durch vier Elektroden gebildet. Jeweilige Elektroden der festen Elektrodengruppen 32, 42 werden auf den Verdrahtungsabschnitten 31, 41 an Endabschnitten davon getragen und erstrecken sich parallel zu jeweiligen Elektoden der beweglichen Elektrodengruppen 24 und liegen ihnen gegenüber, um jeweilige vorbestimmte Lücken D dazwischen zu definieren. Hiernach wird die feste Elektrodengruppe 32 des ersten festen Abschnitts 30 als erste feste Elektrodengruppe 32 bezeichnet, und die feste Elektrodengruppe 42 des zweiten festen Abschnitts 40 wird als zweite feste Elektrodengruppe 42 bezeichnet.
Feste Elektrodenkontaktstellen 31a, 41a für ein Drahtbonden sind an vorbestimmten Positionen der Verdrahtungsabschnitte 31, 41 der ersten und zweiten festen Abschnitte 30, 40 gebildet. Ein beweglicher Elektrodenverdrahtungsabschnitt 25 ist auf dem Anker 23b gebildet und besitzt eine bewegliche Elektrodenkontaktstelle 25a an einer vorbestimmten Position davon. Die Kontaktstellen 25a, 31a, 41a sind beispielsweise aus Aluminium gebildet.
Der Beschleunigungssensor S1 ist auf einem (nicht dargestellten) Gehäuse bzw. Baustein an einer entgegengesetzten Seite des ersten Siliziumsubstrats 11 entsprechend einer Seite gegenüberliegend dem Oxidfilm 13 über ein Haftmittel angebracht. Eine elektrische Erfassungsschaltung 100 (4) ist in dem Baustein enthalten und ist mit den Elektrodenkontaktstellen 25a, 31a, 41a über eine Verdrahtung aus Gold, Aluminium oder dergleichen elektrisch verbunden.
Im folgenden wird die Herstellung des Beschleunigungssensors S1 beschrieben. Eine (nicht dargestellte) Maske entsprechend einer Form der kammförmigen Struktur der Ausleger 20–40 wird auf dem zweiten Siliziumsubstrat 12 des SOI-Substrats 10 durch Photolithographie gebildet. Die Gräben 14 werden auf dem zweiten Substrat 12 durch Trockenätzen mit CF₄, F₆ oder dergleichen gebildet. Dementsprechend wird die kammförmige Struktur der Balken 20–40 auf dem SOI-Substrat gebildet. Danach wird der Oxidfilm 13 durch Opferätzung mit Fluorwasserstoffsäure oder dergleichen entfernt. Daher wird die kammförmige Struktur der Ausleger 20–40 von dem ersten Siliziumsubstrat 11 getragen.
Bei dem Beschleunigungssensor S1 wird eine Gesamtkapazität CS1 in Lücken D gebildet, welche in der Y-Richtung zwischen jeder der beweglichen Elektroden 24 und entsprechenden der festen Elektrodengruppe 32 definiert wird, und es wird eine Gesamtkapazität CS2 in Lücken D gebildet, welche in der Y-Richtung zwischen jeder der beweglichen Elektroden 24 und entsprechenden der festen Elektrodengruppe 42 definiert wird. Wenn eine physikalische Größe wie eine Beschleunigung dem kapazitiven Sensor für eine dynamische Größe aufgebracht wird, ändern sich die Kapazitäten CS1, CS2 entsprechend einem Betrag der physikalischen Größe. Daher wird die physikalische Größe auf der Grundlage der Änderung zwischen den Kapazitäten CS1, CS2 erfaßt.
4 stellt ein schematisches Diagramm einer elektrischen Erfassungsschaltung 100 des vorliegenden Beschleunigungssensors S1 dar. Die elektrische Erfassungsschaltung 100 enthält eine geschaltete Kondensatorschaltung (SC-Schaltung, switched capacitor circuit) 110, welche einen Kondensator 111 mit einer Kapazität Cf, einen Schalter 112 und eine differentielle Verstärkerschaltung 113 aufweist. Die SC-Schaltung 110 wandelt eine Eingangskapazitätdifferenz (CS1–CS2) zwischen den Kapazitäten CS1, CS2 in eine Spannung um.
Bei dem vorliegenden Beschleunigungssensor S1 wird beispielsweise eine Trägerwelle W1 mit einer Amplitude Vcc der festen Elektrodenkontaktstelle 31a beaufschlagt, und es wird eine Trägerwelle W2 mit einer Amplitude Vcc, welche zu der Trägerwelle W1 invertiert ist, der festen Elektrodenkontaktstelle 41a aufgebracht. Der Schalter 113 der SC-Schaltung 110 wird auf der Grundlage eines vorbestimmten Zeitablaufs geöffnet und geschlossen. Daher wird eine dem Beschleunigungssensor S1 aufgebrachte Beschleunigung als Ausgangsspannung V0 entsprechend der folgenden Gleichung dargestellt: V0 = (CS1 – CS2)·Vcc/Cf (1)
Des weiteren werden bei dem vorliegenden Beschleunigungssensor S1 die Lücken D zwischen jeder der beweglichen Elektroden 24 definiert, und es werden die entsprechenden festen Elektroden 32, 42 derart definiert, daß sie dieselbe Breite wie die Breiten B der Balkenabschnitte 22 besitzen, wobei die Breiten B ebenfalls in der Y-Richtung definiert sind. Dementsprechend ist es möglich zu verhindern, daß der Beschleunigungssensor infolge eines Herstellungsfehlers eine verringerte Sensorcharakteristik besitzt, ohne daß die Notwendigkeit auftritt, die Breiten D zu erhöhen, und daher wird eine Abnahme der Empfindlichkeit des Beschleunigungssensors S1 verhindert.
Im allgemeinen ändert sich bei einem kapazitiven Sensor für eine dynamische Größe die Empfindlichkeit linear mit der Kapazität. Die Änderung der Kapazität entsprechend ”ΔC” wird im folgenden ausgedrückt, wobei eine zwischen den beweglichen Elektroden 24 und den Elektroden der festen Elektrodengruppen 32, 42, gebildete Gesamtkapazität, bei welcher eine Beschleunigung gleich Null ist, ”Co” entspricht, die Masse des beweglichen Abschnitts 20 ”m” entspricht und die Federkonstante der Auslegerabschnitte 22 ”k” entspricht. Nebenbei bemerkt entspricht ”D” den Lücken D wie oben erörtert. ΔC = (2·Co·m)/(k·D) (2)
Die Empfindlichkeit, d. h. die Änderung ΔC der Kapazität, ändert sich auf der Grundlage eines Herstellungsfehlers wie eines Ätzfehlers beim Bilden der Gräben 14 und eines Opferätzfehlers beim Entfernen des Oxidfilms 13. Der Herstellungsfehler wird durch zwei Typen einer Größenungleichförmigkeit definiert, d. h. einer Größenungleichförmigkeit in einer Richtung parallel zu einer ebenen Oberfläche des SOI-Substrats 10 der Auslegerabschnitte 22, der beweglichen Elektrode 24 und der Elektroden der festen Elektrodengruppen 32, 42 und einer Größenungleichförmigkeit in einer Richtung parallel zu der Dicke des SOI-Substrats 10. Die erstgenannte entspricht der Breitenungleichförmigkeit ΔD, und die zuletzt genannte entspricht der Dickenungleichförmigkeit Δh.
Die Empfindlichkeit ΔC, welche in der Gleichung (2) ausgedrückt wird, ändert sich wie im folgenden dargestellt, wobei eine Dicke der Balkenabschnitte 22, der beweglichen Elektroden 24 und der Elektroden der feste Elektrodengruppen 32, 42 ”h” entspricht und Breiten der beweglichen Elektroden 24 und der Elektroden der festen Elektrodengruppen 32, 42 ”W” entsprechen. Nebenbei bemerkt, ”D” entspricht den Lücken D und ”B” entspricht den Breiten W wie oben erörtert.
Die Gleichung (3) wird durch die folgenden Gleichungen umgeformt und führt schließlich zu der Gleichung (6).
Entsprechend der Gleichung (6) besitzt der Nenner einen minimalen Wert, wenn die Breiten B in der Größe gleich den Lücken D sind.
5 stellt eine Beziehung zwischen der Breitenungleichförmigkeit ΔD und der Änderung der Kapazität ΔC dar. In 5 stellt eine durchgezogene Linie die Beziehung dar, bei welcher die Breiten B in der Größe gleich den Lücken D sind, und eine gestrichelte Linie stellt die Beziehung dar, bei welcher die Breiten B größer als die Lücken D sind. Ein Knick- bzw. Wendepunkt (inflection point) einer durch die durchgezogene Linie veranschaulichten quadratischen Kurve ist ein Punkt von ΔD = 0, und derjenige einer durch die gestrichelte Linie veranschaulichten quadratischen Kurve ist von dem Punkt von ΔD = 0 verschoben.
Bei dem Herstellungsprozeß ist die Änderung der Kapazität ΔC von dem Mittelpunkt aus verschoben, d. h. 0 μm. Wenn beispielweise ΔD in einem Bereich von –1 μm bis +1 μm verschoben wird, ist die Ungleichförmigkeit ΔΔC1 der Änderung der Kapazität ΔC, wenn die Breiten B gleich den Lücken D sind, kleiner als die Ungleichförmigkeit ΔΔC2 der Änderung der Kapazität ΔC, wenn die Breiten B größer als die Lücken D sind.
Es wurde ebenfalls dargestellt, daß die Beziehung identisch ist, falls die Ungleichförmigkeit der Änderung der Kapazität ΔC, wenn die Breiten B gleich den Lücken D sind, verglichen wird mit der Ungleichförmigkeit der Änderung der Kapazität ΔC, wenn die Breiten B kleiner als die Lücken D sind. Die Änderung der Kapazität ΔC besitzt einen minimalen Wert, wenn die Breiten B gleich den Lücken D sind, und ein Knick- bzw. Wendepunkt einer quadratischen Kurve, welche die Beziehung zwischen der Breitenungleichförmigkeit ΔD und der Änderung der Kapazität Δ C darstellt, ist ein Punkt von ΔD = 0. Dementsprechend wird durch einen Entwurf des Beschleunigungssensors S1 dahingehend, daß identische Breiten B und Lücken D vorhanden sind, die Empfindlichkeit des Beschleunigungssensors S1 nicht durch einen Herstellungsfehler beeinträchtigt.
Daher sind bei der vorliegenden Ausführungsform die Breiten W gleich groß wie die Lücken D. Diese Wirkung wird vorzugsweise mit dem Beschleunigungssensor S1 erzielt, dessen Auslegerabschnitte 22, die beweglichen Elektroden 24 und die Elektroden der festen Elektrodengruppen 32, 42 gleichzeitig auf dem Substrat 10 (dem zweiten Substrat 12) durch Bilden der Gräben 14 durch Ätzen ausgebildet werden.
Nebenbei bemerkt, es wird eine Fehlertoleranz von ±2,5% beim Entwurf der Breiten B und der Lücken D akzeptiert. Dies gilt, da ein Herstellungsfehler von ±2,5% erzeugt werden kann, wenn eine Maskenstruktur entsprechend der kammförmigen Struktur der Balken 20–40 hergestellt wird.
Modifizierung
Bei der ersten Ausführungsform können die Balkenabschnitte 22 alternativ als wiederholt gedreht geformte Struktur wie in 6A veranschaulicht oder als L-förmige Struktur wie in 6B veranschaulicht angepaßt bzw. ausgebildet sein. In diesen Fällen entsprechen die Breiten B den Breiten der Ausleger, welche sich in eine Richtung senkrecht zu der Y-Richtung erstrecken.
Der Öffnungsabschnitt 15 kann alternativ in dem ersten Siliziumsubstrat 11 ebenso wie in dem Oxidfilm 13 gebildet sein. In diesem Fall wird, nachdem die kammförmige Struktur der Ausleger 20–40 in dem zweiten Siliziumsubstrat 1 gebildet worden ist, das erste Siliziumsubstrat 11 anisotrop geätzt und der Oxidfilm 13 wird weiter mit Fluorwasserstoffsäure oder dergleichen geätzt.
Bei den obigen Ausführungsformen wurde ein Beschleunigungssensor beschrieben; jedoch können andere kapazitive Sensoren für eine dynamische Größe wie ein Winkelgeschwindigkeitssensor ebenfalls auf eine ähnliche Weise realisiert werden.
Während oben die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, wird festgestellt, daß die Erfindung ohne vom Rahmen der zugehörigen Ansprüche abzuweichen modifiziert, abgewandelt oder verändert werden kann.
Vorstehend wurde ein kapazitiver Sensor für eine dynamische Größe offenbart. In einem kapazitiven Sensor für eine dynamische Größe sind eine Breite (B) eines Auslegers in einem Auslegerabschnitt (22), welcher sich in eine Richtung senkrecht zu einer vorherbestimmten Deformierungsrichtung erstreckt, und eine zwischen einer beweglichen Elektrode (24) und der festen Elektrode (32, 42) befindliche Lücke in der vorbestimmten Deformierungsrichtung in etwa identisch. Dementsprechend wird verhindert, daß ein Herstellungsfehler die Empfindlichkeit des kapazitiven Sensors für eine dynamische Größe beeinträchtigt. Beispielsweise wird als Ergebnis des Entwurfs der Breite des Auslegers und der Lücke auf eine identische Größe eine Herstellungstoleranz von ±2,5% erreicht.

Claims

Kapazitiver Sensor für eine dynamische Größe mit: einem Auslegerabschnitt (22), welcher einen Ausleger zur Deformierung in eine vorbestimmte Deformierungsrichtung (Y) auf der Grundlage des Aufbringens einer physikalischen Kraft aufweist; einer beweglichen Elektrode (24), welche integriert mit dem Auslegerabschnitt gebildet ist, um sich damit zu bewegen, und sich in eine Richtung senkrecht zu der vorbestimmten Deformierungsrichtung erstreckt; und einer festen Elektrode (32, 42), welche der beweglichen Elektrode gegenüberliegt und davon in der vorbestimmten Deformierungsrichtung um eine vorbestimmte Lücke (D) getrennt ist; wobei die Breite (B) des Auslegers, welcher sich in die Richtung senkrecht zu der vorbestimmten Deformierungsrichtung erstreckt, und der Lücke in etwa identisch und mit einer Toleranz von ±2,5% konfiguriert sind.
Kapazitiver Sensor für eine dynamische Größe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausleger des Auslegerabschnitts zwei Ausleger enthält, welche sich beide in eine parallele Richtung erstrecken und miteinander an Endabschnitten davon verbunden sind, wobei die Breite jedes Auslegers in etwa gleich der Breite der Lücke ist.
Kapazitiver Sensor für eine dynamische Größe nach Anspruche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der kapazitive Sensor für eine dynamische Größe zur Verwendung entweder in einem Fahrzeugbeschleunigungssensor für eine Airbagsteuerung, einem Gyrosensor für eine Airbagsteuerung, für eine ABS-Steuerung oder für eine Seitenrutschsteuerung angepaßt ist.
Kapazitiver Sensor für eine dynamische Größe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Lotabschnitt (21), welcher integriert mit der beweglichen Elektrode und dem Auslegerabschnitt gebildet ist, wobei die bewegliche Elektrode kammförmige Elektroden enthält, die an beiden Seiten des Lotabschnitts befindlich sind; und die feste Elektrode kammförmige erste und zweite feste Elektroden enthalten, die sich parallel zu den jeweiligen kammförmigen Elektroden der beweglichen Elektrode erstrecken und ihnen gegenüberliegen, um eine vorbestimmte Lücke (D) dazwischen zu definieren.
Verfahren zur Herstellung eines kapazitiven Sensors für eine dynamische Größe, wobei der kapazitive Sensor für eine dynamische Größe einen Auslegerabschnitt (22) mit einem Ausleger für eine Deformierung in eine vorbestimmte Deformierungsrichtung (Y) auf der Grundlage des Aufbringens einer physikalischen Kraft, eine bewegliche Elektrode (24), die integriert mit dem Auslegerabschnitt gebildet ist, um sich damit zu bewegen, und sich in eine Richtung senkrecht zu der vorbestimmten Deformierungsrichtung erstreckt, und eine feste Elektrode (32, 42) aufweist, welche der beweglichen Elektrode gegenüberliegt und davon getrennt ist, mit den Schritten: Bilden eines Grabens (14) in einem Substrat, um den Auslegerabschnitt, die bewegliche Elektrode und die feste Elektrode gleichzeitig zu bilden, wobei durch das Bilden des Grabens der Ausleger derart ausgebildet wird, daß er eine Breite (B) aufweist, welche sich in die Richtung senkrecht zu der vorbestimmten Deformierungsrichtung erstreckt, und die zwischen der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode gebildete Lücke eine Breite in einer vorbestimmten Deformierungsrichtung aufweist, welche in etwa identisch zu der Breite des Auslegers ist, wobei die Breite (B) des Auslegers und der Lücke mit einer Toleranz von ±2,5% konfiguriert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Bilden des Grabens das Bilden des Grabens durch Ätzen des Substrats beinhaltet.
Verfahren zur Herstellung eines kapazitiven Sensors für eine dynamische Größe mit den Schritten: Bilden eines Grabens (14) in einem Substrat, um einen Auslegerabschnitt (22), eine bewegliche Elektrode (24) und eine feste Elektrode (32, 42) gleichzeitig zu bilden, wobei das Bilden des Grabens den Ausleger auf eine Breite (B), welche sich in eine Richtung senkrecht zu einer vorbestimmten Deformimerungsrichtung (Y) erstreckt, und eine zwischen der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode befindliche Lücke (D) auf eine Breite in einer vorbestimmten Deformierungsrichtung formt, welche in etwa identisch zu der Breite des Auslegers ist, und wobei die Breite (B) des Auslegers und der Lücke mit einer Toleranz von ±2,5% konfiguriert wird.