(57)【要約】【課題】半導体力学量センサにおいて、基板に対する垂直方向と該基板の平面方向との物理量をそれぞれ検出する。【解決手段】キャップ部１１をセンサ部１０に接合したとき、キャップ部１１に設けた突起部２９が梁支持部２５を支持基板１２側に移動させる構造とする。これにより、固定電極３１、３３に対する可動電極２２の初期位置を支持基板１２側に移動させ、加速度センサに加速度が印加される前における固定電極３１、３３に対する可動電極２２の対向面積が減る。このため、支持基板１２の垂直方向に加速度が加わったときの可動電極２２と固定電極３３との間の対向面積に基づく容量の増減により、キャップ部１１側またはセンサ部１０側のいずれかに印加された加速度であるのかを検出できる。【選択図】図１
2010112930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動電極（２２）を有する可動部（１６）と固定電極（３１、３３、７０）を有する固定部（１７、１８、６９）とを含んだセンサ構造体が支持基板（１２）の上に形成された板状のセンサ部（１０）と、キャップ部（１１）とを備え、
前記センサ部（１０）に前記キャップ部（１１）が接合されることで前記支持基板（１２）と前記キャップ部（１１）とによって前記センサ構造体が覆われるようになっており、前記可動電極（２２）と前記固定電極（３１、３３、７０）との間に形成される容量に基づいて物理量を検出する半導体力学量センサであって、
前記可動部（１６）は、前記支持基板（１２）に対して一定の間隔で浮遊した浮遊部（２５）を備え、
前記キャップ部（１１）および前記支持基板（１２）のいずれか一方または両方は、前記支持基板（１２）と前記浮遊部（２５）との間の前記一定の間隔が変化するように、前記浮遊部（２５）を前記支持基板（１２）の垂直方向に変位させる変位手段（２９、４６、４７、５６、５７）を備えており、
前記浮遊部（２５）の変位に連動して前記固定電極（３１、３３、７０）に対する前記可動電極（２２）の位置を前記支持基板（１２）の垂直方向に移動させることにより、前記固定電極（３１、３３、７０）に対する前記可動電極（２２）の対向面積を減らし、
前記可動電極（２２）に対して前記支持基板（１２）の垂直方向に物理量が加わったとき、前記可動電極（２２）と前記固定電極（３１、３３、７０）との間の対向面積の増減に基づいて前記支持基板（１２）の垂直方向の物理量を検出する一方、前記可動電極（２２）に対して前記支持基板（１２）の平面方向に物理量が加わったとき、前記可動電極（２２）と前記固定電極（３１、３３、７０）との離間距離に基づいて前記支持基板（１２）の平面方向の物理量を検出することを特徴とする半導体力学量センサ。
【請求項２】
前記変位手段は前記キャップ部（１１）に備えられ、前記キャップ部（１１）のうち前記センサ構造体に対向した面の一部が突出した突起部（２９）であり、
前記突起部（２９）が前記浮遊部（２５）に接触して該浮遊部（２５）が前記支持基板（１２）側に押し込まれることにより、前記支持基板（１２）と前記浮遊部（２５）との間の前記一定の間隔が小さくさせられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体力学量センサ。
【請求項３】
前記変位手段は前記キャップ部（１１）に備えられ、前記キャップ部（１１）のうち前記浮遊部（２５）に対向する位置に設けられた電極部（４６、４７）であり、
前記電極部（４６、４７）に電圧が印加されることで、前記電極部（４６、４７）と前記浮遊部（２５）との間に生じた静電引力により、前記浮遊部（２５）が前記キャップ部（１１）側に引き寄せられることにより、前記支持基板（１２）と前記浮遊部（２５）との間の前記一定の間隔が大きくさせられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体力学量センサ。
【請求項４】
前記変位手段は前記支持基板（１２）に備えられ、前記支持基板（１２）のうち前記浮遊部（２５）に対向する位置に設けられた電極部（５６、５７）であり、
前記電極部（５６、５７）に電圧が印加されることで、前記電極部（５６、５７）と前記浮遊部（２５）との間に生じた静電引力により、前記浮遊部（２５）が前記支持基板（１２）側に引き寄せられることにより、前記支持基板（１２）と前記浮遊部（２５）との間の前記一定の間隔が小さくさせられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体力学量センサ。
【請求項５】
前記キャップ部（１１）は、前記変位手段として前記キャップ部（１１）のうち前記浮遊部（２５）に対向する位置に第１電極部（４６、４７）を備え、
前記支持基板（１２）は、前記変位手段として前記支持基板（１２）のうち前記浮遊部（２５）に対向する位置に第２電極部（５６、５７）を備えており、
前記第１電極部（４６、４７）と前記第２電極部（５６、５７）とにそれぞれ電圧が印加されることで、前記第１電極部（４６、４７）と前記浮遊部（２５）との間に生じた静電引力と前記第２電極部（５６、５７）と前記浮遊部（２５）との間に生じた静電引力との差により、前記支持基板（１２）と前記浮遊部（２５）との間の前記一定の間隔が変位させられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体力学量センサ。
【請求項６】
前記可動部（１６）は、
前記可動電極（２２）が接続され、前記支持基板（１２）に対して浮遊した錘部（２１）と、
前記支持基板（１２）の上に設けられた第１電極取り出し部（１９）と、
一方が前記錘部（２１）に接続され、他方が前記第１電極取り出し部（１９）に接続され、前記支持基板（１２）に対して浮遊したバネ性を有する波状の第１梁（２３）と、
一方が前記錘部（２１）において前記第１梁（２３）とは反対側に接続され、他方が前記浮遊部（２５）に接続され、前記支持基板（１２）に対して浮遊し、前記第１梁（２３）と同じバネ定数のバネ性を有する波状の第２梁（２４）と、
前記支持基板（１２）の上に設けられた第２電極取り出し部（２０）と、
一方が前記浮遊部（２５）に接続され、他方が前記第２電極取り出し部（２０）に接続され、前記支持基板（１２）に対して浮遊した第３梁（２６）とを備えていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれに１つに記載の半導体力学量センサ。
【請求項７】
前記第３梁（２６）は波状に折り返された形状をなしていることを特徴とする請求項６に記載の半導体力学量センサ。
【請求項８】
前記第３梁（２６）は直線状になっていることを特徴とする請求項６に記載の半導体力学量センサ。
【請求項９】
前記支持基板（１２）の上に埋め込み酸化膜（１３）が形成され、該埋め込み酸化膜（１３）の上に下部電極（７１）が形成されており、
前記第１電極取り出し部（１９）および前記第２電極取り出し部（２０）は、前記下部電極（７１）の上に配置され、
前記固定部（１７、１８、６９）は前記固定電極（３１、３３、７０）が接続された配線部（３０、３２）を備え、前記固定電極（３１、３３、７０）および前記配線部（３０、３２）は前記下部電極（７１）の上に形成されており、
前記固定部（１７、１８、６９）のうちの前記固定電極（３１、３３、７０）とこの固定電極（３１、３３、７０）に一体化された前記下部電極（７１）とが前記支持基板（１２）に対して浮遊していることを特徴とする請求項６ないし８のいずれか１つに記載の半導体力学量センサ。
【請求項１０】
前記可動部（１６）は、
前記可動電極（２２）が接続され、前記支持基板（１２）に対して浮遊した連結部（５８）と、
前記連結部（５８）がシーソー状に変位するように、前記連結部（５８）を前記支持基板（１２）に対して支持するバネ性を有する梁部（５９）と、
前記連結部（５８）の両端部のうちの一端に設けられ、前記支持基板（１２）に対して浮遊した前記浮遊部（２５）としての錘部（６０）とを備えていることを特徴とする請求項１および３ないし５のいずれに１つに記載の半導体力学量センサ。
【請求項１１】
前記支持基板（１２）の上には埋め込み酸化膜（１３）が形成され、該埋め込み酸化膜（１３）の上に下部電極（７１）が形成され、
前記梁部（５９）は、前記下部電極（７１）の上に配置され、
前記固定部（１７、１８、６９）は前記固定電極（３１、３３、７０）が接続された配線部（３０、３２）を備え、前記固定電極（３１、３３、７０）および前記配線部（３０、３２）は前記下部電極（７１）の上に形成されており、
前記固定部（１７、１８、６９）のうちの前記固定電極（３１、３３、７０）とこの固定電極（３１、３３、７０）に一体化された前記下部電極（７１）とが前記支持基板（１２）に対して浮遊していることを特徴とする請求項１０に記載の半導体力学量センサ。
【請求項１２】
前記可動部（１６）は、
四角形状の各辺に前記可動電極（２２）がそれぞれ接続された錘部（６２）と、
一方が前記錘部（６２）の角部に接続され、他方が前記浮遊部（２５）に接続されたバネ性を有する第１梁（６６）と、一方が前記浮遊部（２５）に接続され、他方が前記錘部（６２）の角部に対向する位置に配置された支持部（６５）に接続されたバネ性を有する第２梁（６７）とによって構成された複数の梁部（６３）とを備え、
前記複数の浮遊部（２５）のうち少なくとも１つが前記支持基板（１２）に対して変位させられていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれに１つに記載の半導体力学量センサ。
【請求項１３】
前記支持基板（１２）の上には埋め込み酸化膜（１３）が形成され、該埋め込み酸化膜（１３）の上に下部電極（７１）が形成され、
前記支持部（６５）は、前記下部電極（７１）の上に配置され、
前記固定部（１７、１８、６９）は前記固定電極（３１、３３、７０）が接続された配線部（３０、３２）を備え、前記固定電極（３１、３３、７０）および前記配線部（３０、３２）は前記下部電極（７１）の上に形成されており、
前記固定部（１７、１８、６９）のうちの前記固定電極（３１、３３、７０）とこの固定電極（３１、３３、７０）に一体化された前記下部電極（７１）とが前記支持基板（１２）に対して浮遊していることを特徴とする請求項１２に記載の半導体力学量センサ。
【請求項１４】
可動電極（２２）を有する可動部（１６）と固定電極（３１、３３、７０）を有する固定部（１７、１８、６９）とを含んだセンサ構造体が支持基板（１２）の上に形成された板状のセンサ部（１０）を備え、前記可動電極（２２）と前記固定電極（３１、３３、７０）との間に形成される容量に基づいて物理量を検出する半導体力学量センサであって、
前記可動部（１６）は、前記支持基板（１２）に対して一定の間隔で浮遊した浮遊部（２５）を備え、
前記支持基板（１２）は、前記支持基板（１２）と前記浮遊部（２５）との間の前記一定の間隔が変化するように、前記浮遊部（２５）を前記支持基板（１２）の垂直方向に変位させる変位手段（４６、４７、５６、５７）を備えており、
前記浮遊部（２５）の変位に連動して前記固定電極（３１、３３、７０）に対する前記可動電極（２２）の位置を前記支持基板（１２）の垂直方向に移動させることにより、前記固定電極（３１、３３、７０）に対する前記可動電極（２２）の対向面積を減らし、
前記可動電極（２２）に対して前記支持基板（１２）の垂直方向に物理量が加わったとき、前記可動電極（２２）と前記固定電極（３１、３３、７０）との間の対向面積の増減に基づいて前記支持基板（１２）の垂直方向の物理量を検出する一方、前記可動電極（２２）に対して前記支持基板（１２）の平面方向に物理量が加わったとき、前記可動電極（２２）と前記固定電極（３１、３３、７０）との離間距離に基づいて前記支持基板（１２）の平面方向の物理量を検出することを特徴とする半導体力学量センサ。
【請求項１５】
可動電極（２２）を有する可動部（１６）と固定電極（３１、３３、７０）を有する固定部（１７、１８、６９）とを含んだセンサ構造体が支持基板（１２）の上に形成された板状のセンサ部（１０）と、キャップ部（１１）とを備え、
前記可動部（１６）は、前記支持基板（１２）に対して一定の間隔で浮遊した浮遊部（２５）を備え、
前記キャップ部（１１）は、前記支持基板（１２）と前記浮遊部（２５）との間の前記一定の間隔が変化するように、前記浮遊部（２５）を前記支持基板（１２）の垂直方向に変位させる変位手段として、前記キャップ部（１１）のうち前記センサ構造体に対向した面が突出した突起部（２９）を備えており、
前記センサ部（１０）に前記キャップ部（１１）が接合されることで前記支持基板（１２）と前記キャップ部（１１）とによって前記センサ構造体が覆われるようになっており、
前記突起部（２９）による前記浮遊部（２５）の変位に連動して前記固定電極（３１、３３、７０）に対する前記可動電極（２２）の位置を前記支持基板（１２）の垂直方向に移動させることにより、前記固定電極（３１、３３、７０）に対する前記可動電極（２２）の対向面積を減らし、
前記可動電極（２２）に対して前記支持基板（１２）の垂直方向に物理量が加わったとき、前記可動電極（２２）と前記固定電極（３１、３３、７０）との間の対向面積の増減に基づいて前記支持基板（１２）の垂直方向の物理量を検出する一方、前記可動電極（２２）に対して前記支持基板（１２）の平面方向に物理量が加わったとき、前記可動電極（２２）と前記固定電極（３１、３３、７０）との離間距離に基づいて前記支持基板（１２）の平面方向の物理量を検出する半導体力学量センサの製造方法であって、
前記支持基板（１２）の上に前記センサ構造体が形成された前記センサ部（１０）を用意する工程と、
前記センサ部（１０）が接合される面のうち、前記浮遊部（２５）に対向した部位に前記突起部（２９）が形成された前記キャップ部（１１）を用意する工程と、
前記支持基板（１２）と前記キャップ部（１１）とによって前記センサ構造体を覆うように前記センサ部（１０）と前記キャップ部（１１）とを接合し、前記キャップ部（１１）の前記突起部（２９）を前記浮遊部（２５）に接触させて該浮遊部（２５）を前記支持基板（１２）側に押し込むことにより、前記支持基板（１２）と前記浮遊部（２５）との間の前記一定の間隔を小さくさせる工程とを含んでいることを特徴とする半導体力学量センサの製造方法。
【請求項１６】
可動電極（２２）を有する可動部（１６）と固定電極（３１、３３、７０）を有する固定部（１７、１８、６９）とを含んだセンサ構造体が支持基板（１２）の上に形成された板状のセンサ部（１０）と、キャップ部（１１）とを備え、
前記可動部（１６）は、前記支持基板（１２）に対して一定の間隔で浮遊した浮遊部（２５）を備え、
前記キャップ部（１１）は、前記支持基板（１２）と前記浮遊部（２５）との間の前記一定の間隔が変化するように、前記浮遊部（２５）を前記支持基板（１２）の垂直方向に変位させる変位手段として、前記キャップ部（１１）のうち前記浮遊部（２５）に対向する位置に設けられた電極部（４６、４７）を備えており、
前記センサ部（１０）に前記キャップ部（１１）が接合されることで前記支持基板（１２）と前記キャップ部（１１）とによって前記センサ構造体が覆われるようになっており、
前記電極部（４６、４７）に電圧が印加されることで、前記電極部（４６、４７）と前記浮遊部（２５）との間に生じた静電引力により、前記浮遊部（２５）が前記キャップ部（１１）側に引き寄せられることにより、前記支持基板（１２）と前記浮遊部（２５）との間の前記一定の間隔が大きくさせられ、
前記浮遊部（２５）の変位に連動して前記固定電極（３１、３３、７０）に対する前記可動電極（２２）の位置を前記支持基板（１２）の垂直方向に移動させることにより、前記固定電極（３１、３３、７０）に対する前記可動電極（２２）の対向面積を減らし、
前記可動電極（２２）に対して前記支持基板（１２）の垂直方向に物理量が加わったとき、前記可動電極（２２）と前記固定電極（３１、３３、７０）との間の対向面積の増減に基づいて前記支持基板（１２）の垂直方向の物理量を検出する一方、前記可動電極（２２）に対して前記支持基板（１２）の平面方向に物理量が加わったとき、前記可動電極（２２）と前記固定電極（３１、３３、７０）との離間距離に基づいて前記支持基板（１２）の平面方向の物理量を検出する半導体力学量センサの製造方法であって、
前記支持基板（１２）の上に前記センサ構造体が形成された前記センサ部（１０）を用意する工程と、
前記電極部（４６、４７）が設けられていない状態の前記キャップ部（１１）を用意する工程と、
前記センサ部（１０）と前記キャップ部（１１）とを接合することにより、前記支持基板（１２）と前記キャップ部（１１）とによって前記センサ構造体を覆う工程と、
前記キャップ部（１１）のうち前記浮遊部（２５）に対向した部位に前記電極部（４６、４７）を形成する工程とを含んでいることを特徴とする半導体力学量センサの製造方法。
【請求項１７】
可動電極（２２）を有する可動部（１６）と固定電極（３１、３３、７０）を有する固定部（１７、１８、６９）とを含んだセンサ構造体が支持基板（１２）の上に形成された板状のセンサ部（１０）と、キャップ部（１１）とを備え、
前記可動部（１６）は、前記支持基板（１２）に対して一定の間隔で浮遊した浮遊部（２５）を備え、
前記センサ部（１０）は、前記支持基板（１２）と前記浮遊部（２５）との間の前記一定の間隔が変化するように、前記浮遊部（２５）を前記支持基板（１２）の垂直方向に変位させる変位手段として、前記支持基板（１２）のうち前記浮遊部（２５）に対向する位置に設けられた電極部（５６、５７）を備えており、
前記電極部（５６、５７）に電圧が印加されることで、前記電極部（５６、５７）と前記浮遊部（２５）との間に生じた静電引力により、前記浮遊部（２５）が前記支持基板（１２）側に引き寄せられることにより、前記支持基板（１２）と前記浮遊部（２５）との間の前記一定の間隔が小さくさせられ、
前記浮遊部（２５）の変位に連動して前記固定電極（３１、３３、７０）に対する前記可動電極（２２）の位置を前記支持基板（１２）の垂直方向に移動させることにより、前記固定電極（３１、３３、７０）に対する前記可動電極（２２）の対向面積を減らし、
前記可動電極（２２）に対して前記支持基板（１２）の垂直方向に物理量が加わったとき、前記可動電極（２２）と前記固定電極（３１、３３、７０）との間の対向面積の増減に基づいて前記支持基板（１２）の垂直方向の物理量を検出する一方、前記可動電極（２２）に対して前記支持基板（１２）の平面方向に物理量が加わったとき、前記可動電極（２２）と前記固定電極（３１、３３、７０）との離間距離に基づいて前記支持基板（１２）の平面方向の物理量を検出する半導体力学量センサの製造方法であって、
前記支持基板（１２）の上に前記センサ構造体が形成され、前記電極部（５６、５７）が設けられていない状態の前記センサ部（１０）を用意する工程と、
前記キャップ部（１１）を用意する工程と、
前記センサ部（１０）と前記キャップ部（１１）とを接合することにより、前記支持基板（１２）と前記キャップ部（１１）とによって前記センサ構造体を覆う工程と、
前記支持基板（１２）のうち前記浮遊部（２５）に対向した部位に前記電極部（５６、５７）を形成する工程とを含んでいることを特徴とする半導体力学量センサの製造方法。
【請求項１８】
可動電極（２２）を有する可動部（１６）と固定電極（３１、３３、７０）を有する固定部（１７、１８、６９）とを含んだセンサ構造体が支持基板（１２）の上に形成された板状のセンサ部（１０）と、キャップ部（１１）とを備え、
前記可動部（１６）は、前記支持基板（１２）に対して一定の間隔で浮遊した浮遊部（２５）を備え、
前記キャップ部（１１）は、前記支持基板（１２）と前記浮遊部（２５）との間の前記一定の間隔が変化するように、前記浮遊部（２５）を前記支持基板（１２）の垂直方向に変位させる変位手段として、前記キャップ部（１１）のうち前記浮遊部（２５）に対向する第１電極部（４６、４７）を備え、
前記支持基板（１２）は、前記支持基板（１２）と前記浮遊部（２５）との間の前記一定の間隔が変化するように、前記浮遊部（２５）を前記支持基板（１２）の垂直方向に変位させる変位手段として、前記支持基板（１２）のうち前記浮遊部（２５）に対向する第２電極部（５６、５７）を備えており、
前記第１電極部（４６、４７）と前記第２電極部（５６、５７）とにそれぞれ電圧が印加されることで、前記第１電極部（４６、４７）と前記浮遊部（２５）との間に生じた静電引力と前記第２電極部（５６、５７）と前記浮遊部（２５）との間に生じた静電引力との差により、前記支持基板（１２）と前記浮遊部（２５）との間の前記一定の間隔が変化するようになっており、
前記浮遊部（２５）の変位に連動して前記固定電極（３１、３３、７０）に対する前記可動電極（２２）の位置を前記支持基板（１２）の垂直方向に移動させることにより、前記固定電極（３１、３３、７０）に対する前記可動電極（２２）の対向面積を減らし、
前記可動電極（２２）に対して前記支持基板（１２）の垂直方向に物理量が加わったとき、前記可動電極（２２）と前記固定電極（３１、３３、７０）との間の対向面積の増減に基づいて前記支持基板（１２）の垂直方向の物理量を検出する一方、前記可動電極（２２）に対して前記支持基板（１２）の平面方向に物理量が加わったとき、前記可動電極（２２）と前記固定電極（３１、３３、７０）との離間距離に基づいて前記支持基板（１２）の平面方向の物理量を検出する半導体力学量センサの製造方法であって、
前記第１電極部（４６、４７）が設けられていない状態の前記キャップ部（１１）を用意する工程と、
前記支持基板（１２）の上に前記センサ構造体が形成され、前記第２電極部（５６、５７）が設けられていない状態の前記センサ部（１０）を用意する工程と、
前記センサ部（１０）と前記キャップ部（１１）とを接合することにより、前記支持基板（１２）と前記キャップ部（１１）とによって前記センサ構造体を覆う工程と、
前記キャップ部（１１）のうち前記浮遊部（２５）に対向した部位に前記第１電極部（４６、４７）を形成する工程と、
前記センサ部（１０）の前記支持基板（１２）のうち前記浮遊部（２５）に対向した部位に前記第２電極部（５６、５７）を形成する工程とを含んでいることを特徴とする半導体力学量センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ構造体がセンサ部の支持基板とキャップ部とによって覆われた半導体力学量センサおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、基板に対して垂直方向の加速度を検出する加速度センサが、例えば特許文献１、２で提案されている。具体的に、特許文献１では、本体に対して浮遊している移動電極と、本体に支持されて浮遊している状態で移動電極と対向する固定電極とを備え、対向する移動電極および固定電極の垂直方向長さが相異なる加速度センサが提案されている。この加速度センサでは、移動電極が固定電極に対して垂直変位すると、固定電極に対する移動電極の位置がずれることにより、固定電極と移動電極との対向面積が減少する。これに伴い、移動電極と可動電極との間の静電容量が減少するので、垂直方向の加速度を検出できるようになっている。
【０００３】
また、特許文献２では、梁部を中心として連結部がシーソー状に変位する加速度センサが提案されている。この加速度センサでは、連結部がシーソー状に変位したとき、梁部を中心とした連結部の一方に設けられた可動電極と固定電極との容量と他方に設けられた可動電極と固定電極との容量との差が取得される。これにより、基板に対してどちらの垂直方向に係る加速度であるかを検出できるようになっている。
【特許文献１】特開２００３−１４７７８号公報
【特許文献２】特開２００６−２６６８７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１では、移動電極と固定電極との容量の変化によって加速度を検出することは可能であるが、基板に対する垂直方向のどちら側に係る加速度であるかという加速度方向の検出を行うことができない。つまり、移動電極が固定電極に対して平行に移動したとしても、一方の方向に移動した場合と他方の方向に移動した場合とで対向面積は同じになる。したがって、どちらの方向に移動電極が移動したのかが不明である。
【０００５】
また、特許文献２では、基板に対して垂直方向の加速度方向を検出することはできるが、該垂直方向以外の方向の加速度を検出することができない。すなわち、特許文献２の加速度センサでは、同一素子で多軸の加速度を検出することができない。
【０００６】
上記のように、従来の技術では、垂直方向の加速度において加速度の方向を検出しにくいという特性上の問題や、多軸検出のために検出軸ごとに検出素子を準備するとなると、加速度センサの製造コストが高くなり、加速度センサが大型になるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記点に鑑み、基板の垂直方向および平面方向において各方向の物理量を検出することができる半導体力学量センサおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、可動電極（２２）を有する可動部（１６）と固定電極（３１、３３、７０）を有する固定部（１７、１８、６９）とを含んだセンサ構造体が支持基板（１２）の上に形成された板状のセンサ部（１０）と、キャップ部（１１）とを備え、センサ部（１０）にキャップ部（１１）が接合されることで支持基板（１２）とキャップ部（１１）とによってセンサ構造体が覆われるようになっており、可動電極（２２）と固定電極（３１、３３、７０）との間に形成される容量に基づいて物理量を検出する半導体力学量センサであって、可動部（１６）は、支持基板（１２）に対して一定の間隔で浮遊した浮遊部（２５）を備え、キャップ部（１１）および支持基板（１２）のいずれか一方または両方は、支持基板（１２）と浮遊部（２５）との間の一定の間隔が変化するように、浮遊部（２５）を支持基板（１２）の垂直方向に変位させる変位手段（２９、４６、４７、５６、５７）を備えており、浮遊部（２５）の変位に連動して固定電極（３１、３３、７０）に対する可動電極（２２）の位置を支持基板（１２）の垂直方向に移動させることにより、固定電極（３１、３３、７０）に対する可動電極（２２）の対向面積を減らし、可動電極（２２）に対して支持基板（１２）の垂直方向に物理量が加わったとき、可動電極（２２）と固定電極（３１、３３、７０）との間の対向面積の増減に基づいて支持基板（１２）の垂直方向の物理量を検出する一方、可動電極（２２）に対して支持基板（１２）の平面方向に物理量が加わったとき、可動電極（２２）と固定電極（３１、３３、７０）との離間距離に基づいて支持基板（１２）の平面方向の物理量を検出することを特徴とする。
【０００９】
これにより、支持基板（１２）に対する垂直方向と該支持基板（１２）の平面方向との多軸における物理量をそれぞれ検出することができる。ここで、支持基板（１２）の垂直方向において加速度の方向は可動電極（２２）と固定電極（３１、３３、７０）との対向面積が増えたかまたは減ったかを検出することにより知ることができる。同様に、支持基板（１２）の平面方向において加速度の方向は可動電極（２２）と固定電極（３１、３３、７０）との離間距離が増えたかまたは減ったかを検出することにより知ることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、変位手段はキャップ部（１１）に備えられ、キャップ部（１１）のうちセンサ構造体に対向した面の一部が突出した突起部（２９）であり、突起部（２９）が浮遊部（２５）に接触して該浮遊部（２５）が支持基板（１２）側に押し込まれることにより、支持基板（１２）と浮遊部（２５）との間の一定の間隔が小さくさせられていることを特徴とする。
【００１１】
これによると、キャップ部（１１）とセンサ部（１０）とを接合するだけで、浮遊部（２５）を支持基板（１２）側に容易に変位させる構造とすることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明では、変位手段はキャップ部（１１）に備えられ、キャップ部（１１）のうち浮遊部（２５）に対向する位置に設けられた電極部（４６、４７）であり、電極部（４６、４７）に電圧が印加されることで、電極部（４６、４７）と浮遊部（２５）との間に生じた静電引力により、浮遊部（２５）がキャップ部（１１）側に引き寄せられることにより、支持基板（１２）と浮遊部（２５）との間の一定の間隔が大きくさせられていることを特徴とする。
【００１３】
これによると、電極部（４６、４７）に電圧を加えるだけで電気的に浮遊部（２５）を支持基板（１２）側に容易に変位させることができる構造とすることができる。また、該電圧を制御することによって、浮遊部（２５）の変位量を調節できる。したがって、平面方向における物理量の検出精度を向上させたいときには、可動電極（２２）と固定電極（３１、３３、７０）との対向面積を確保すべく浮遊部（２５）を変位させないようにすることもできる。
【００１４】
請求項４に記載の発明では、変位手段は支持基板（１２）に備えられ、支持基板（１２）のうち浮遊部（２５）に対向する位置に設けられた電極部（５６、５７）であり、電極部（５６、５７）に電圧が印加されることで、電極部（５６、５７）と浮遊部（２５）との間に生じた静電引力により、浮遊部（２５）が支持基板（１２）側に引き寄せられることにより、支持基板（１２）と浮遊部（２５）との間の一定の間隔が小さくさせられていることを特徴とする。
【００１５】
これによると、請求項３と同様に、電極部（４６、４７）に電圧を加えるだけで浮遊部（２５）を支持基板（１２）側に容易に変位させることができる構造とすることができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明では、キャップ部（１１）は、変位手段としてキャップ部（１１）のうち浮遊部（２５）に対向する位置に第１電極部（４６、４７）を備え、支持基板（１２）は、変位手段として支持基板（１２）のうち浮遊部（２５）に対向する位置に第２電極部（５６、５７）を備えており、第１電極部（４６、４７）と第２電極部（５６、５７）とにそれぞれ電圧が印加されることで、第１電極部（４６、４７）と浮遊部（２５）との間に生じた静電引力と第２電極部（５６、５７）と浮遊部（２５）との間に生じた静電引力との差により、支持基板（１２）と浮遊部（２５）との間の一定の間隔が変位させられていることを特徴とする。
【００１７】
これによると、請求項３、４と同様に、浮遊部（２５）を容易に変位させることができる構造とすることができる。また、浮遊部（２５）の変位量をキャップ部（１１）側および支持基板（１２）側の両側から調節することができる。このため、浮遊部（２５）の位置の精度を向上させることができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明では、可動部（１６）は、可動電極（２２）が接続され、支持基板（１２）に対して浮遊した錘部（２１）と、支持基板（１２）の上に設けられた第１電極取り出し部（１９）と、一方が錘部（２１）に接続され、他方が第１電極取り出し部（１９）に接続され、支持基板（１２）に対して浮遊したバネ性を有する波状の第１梁（２３）と、一方が錘部（２１）において第１梁（２３）とは反対側に接続され、他方が浮遊部（２５）に接続され、支持基板（１２）に対して浮遊し、第１梁（２３）と同じバネ定数のバネ性を有する波状の第２梁（２４）と、支持基板（１２）の上に設けられた第２電極取り出し部（２０）と、一方が浮遊部（２５）に接続され、他方が第２電極取り出し部（２０）に接続され、支持基板（１２）に対して浮遊した第３梁（２６）とを備えていることを特徴とする。
【００１９】
このように、浮遊部（２５）を第２梁（２４）と第３梁（２６）との間に配置した構造とすることができる。
【００２０】
請求項７に記載の発明では、第３梁（２６）は波状に折り返された形状をなしていることを特徴とする。これによると、浮遊部（２５）と第２電極取り出し部（２０）とを波形状の第３梁（２６）で連結することになり、浮遊部（２５）と第２電極取り出し部（２０）との接続距離を長くすることができる。これにより、第２電極取り出し部（２０）からの浮遊部（２５）に対する応力の干渉を低減することができる。
【００２１】
請求項８に記載の発明では、第３梁（２６）は直線状になっていることを特徴とする。これによると、第３梁（２６）は長手方向に対して強い構造であるので、第３梁（２６）の長手方向に対して浮遊部（２５）を強固に固定することができる。
【００２２】
請求項９に記載の発明では、支持基板（１２）の上に埋め込み酸化膜（１３）が形成され、該埋め込み酸化膜（１３）の上に下部電極（７１）が形成されており、第１電極取り出し部（１９）および第２電極取り出し部（２０）は、下部電極（７１）の上に配置され、固定部（１７、１８、６９）は固定電極（３１、３３、７０）が接続された配線部（３０、３２）を備え、固定電極（３１、３３、７０）および配線部（３０、３２）は下部電極（７１）の上に形成されており、固定部（１７、１８、６９）のうちの固定電極（３１、３３、７０）とこの固定電極（３１、３３、７０）に一体化された下部電極（７１）とが支持基板（１２）に対して浮遊していることを特徴とする。
【００２３】
これにより、下部電極（７１）を第１電極取り出し部（１９）や第２電極取り出し部（２０）に対する配線として用いることができる。同様に、下部電極（７１）を固定部（１７、１８、６９）に対する配線として用いることができる。
【００２４】
請求項１０に記載の発明では、可動部（１６）は、可動電極（２２）が接続され、支持基板（１２）に対して浮遊した連結部（５８）と、連結部（５８）がシーソー状に変位するように、連結部（５８）を支持基板（１２）に対して支持するバネ性を有する梁部（５９）と、連結部（５８）の両端部のうちの一端に設けられ、支持基板（１２）に対して浮遊した浮遊部（２５）としての錘部（６０）とを備えていることを特徴とする。
【００２５】
このように、可動部（１６）がシーソー状に変位するものにおいても、浮遊部（２５）としての錘部（６０）を支持基板（１２）の垂直方向に対して変位させた構造とすることができる。
【００２６】
請求項１１に記載の発明では、支持基板（１２）の上には埋め込み酸化膜（１３）が形成され、該埋め込み酸化膜（１３）の上に下部電極（７１）が形成され、梁部（５９）は、下部電極（７１）の上に配置され、固定部（１７、１８、６９）は固定電極（３１、３３、７０）が接続された配線部（３０、３２）を備え、固定電極（３１、３３、７０）および配線部（３０、３２）は下部電極（７１）の上に形成されており、固定部（１７、１８、６９）のうちの固定電極（３１、３３、７０）とこの固定電極（３１、３３、７０）に一体化された下部電極（７１）とが支持基板（１２）に対して浮遊していることを特徴とする。
【００２７】
これにより、下部電極（７１）を梁部（５９）および固定部（１７、１８、６９）に対する配線として用いることができる。
【００２８】
請求項１２に記載の発明では、可動部（１６）は、四角形状の各辺に可動電極（２２）がそれぞれ接続された錘部（６２）と、一方が錘部（６２）の角部に接続され、他方が浮遊部（２５）に接続されたバネ性を有する第１梁（６６）と、一方が浮遊部（２５）に接続され、他方が錘部（６２）の角部に対向する位置に配置された支持部（６５）に接続されたバネ性を有する第２梁（６７）とによって構成された複数の梁部（６３）とを備え、複数の浮遊部（２５）のうち少なくとも１つが支持基板（１２）に対して変位させられていることを特徴とする。
【００２９】
これにより、支持基板（１２）の平面方向において、一方向と該一方向に垂直な方向についても物理量を検出することができる。したがって、支持基板（１２）の平面方向における２軸と支持基板（１２）の垂直方向とを合わせた３軸の物理量を検出することができる構造とすることができる。
【００３０】
請求項１３に記載の発明では、支持基板（１２）の上には埋め込み酸化膜（１３）が形成され、該埋め込み酸化膜（１３）の上に下部電極（７１）が形成され、支持部（６５）は、下部電極（７１）の上に配置され、固定部（１７、１８、６９）は固定電極（３１、３３、７０）が接続された配線部（３０、３２）を備え、固定電極（３１、３３、７０）および配線部（３０、３２）は下部電極（７１）の上に形成されており、固定部（１７、１８、６９）のうちの固定電極（３１、３３、７０）とこの固定電極（３１、３３、７０）に一体化された下部電極（７１）とが支持基板（１２）に対して浮遊していることを特徴とする。
【００３１】
これにより、下部電極（７１）を支持部（６５）および固定部（１７、１８、６９）に対する配線として用いることができる。
【００３２】
請求項１４に記載の発明では、可動電極（２２）を有する可動部（１６）と固定電極（３１、３３、７０）を有する固定部（１７、１８、６９）とを含んだセンサ構造体が支持基板（１２）の上に形成された板状のセンサ部（１０）を備え、可動電極（２２）と固定電極（３１、３３、７０）との間に形成される容量に基づいて物理量を検出する半導体力学量センサであって、可動部（１６）は、支持基板（１２）に対して一定の間隔で浮遊した浮遊部（２５）を備え、支持基板（１２）は、支持基板（１２）と浮遊部（２５）との間の一定の間隔が変化するように、浮遊部（２５）を支持基板（１２）の垂直方向に変位させる変位手段（４６、４７、５６、５７）を備えており、浮遊部（２５）の変位に連動して固定電極（３１、３３、７０）に対する可動電極（２２）の位置を支持基板（１２）の垂直方向に移動させることにより、固定電極（３１、３３、７０）に対する可動電極（２２）の対向面積を減らし、可動電極（２２）に対して支持基板（１２）の垂直方向に物理量が加わったとき、可動電極（２２）と固定電極（３１、３３、７０）との間の対向面積の増減に基づいて支持基板（１２）の垂直方向の物理量を検出する一方、可動電極（２２）に対して支持基板（１２）の平面方向に物理量が加わったとき、可動電極（２２）と固定電極（３１、３３、７０）との離間距離に基づいて支持基板（１２）の平面方向の物理量を検出することを特徴とする。
【００３３】
これにより、請求項１と同様に、支持基板（１２）に対する垂直方向と該支持基板（１２）の平面方向との多軸における物理量をそれぞれ検出することができる。
【００３４】
請求項１５に記載の発明では、支持基板（１２）の上にセンサ構造体が形成されたセンサ部（１０）を用意する工程と、センサ部（１０）が接合される面のうち、浮遊部（２５）に対向した部位に突起部（２９）が形成されたキャップ部（１１）を用意する工程と、支持基板（１２）とキャップ部（１１）とによってセンサ構造体を覆うようにセンサ部（１０）とキャップ部（１１）とを接合し、キャップ部（１１）の突起部（２９）を浮遊部（２５）に接触させて該浮遊部（２５）を支持基板（１２）側に押し込むことにより、支持基板（１２）と浮遊部（２５）との間の一定の間隔を小さくさせる工程とを含んでいることを特徴とする。
【００３５】
このように、センサ部（１０）に対してキャップ部（１１）を接合することで、突起部（２９）によって浮遊部（２５）を支持基板（１２）側に移動させることができる。これにより、支持基板（１２）と浮遊部（２５）との間の一定の間隔を変位させた構造を得ることができる。したがって、請求項１における効果と同様に、支持基板（１２）の垂直方向および平面方向の物理量の検出することができる半導体力学量センサを得ることができる。
【００３６】
請求項１６に記載の発明では、支持基板（１２）の上にセンサ構造体が形成されたセンサ部（１０）を用意する工程と、電極部（４６、４７）が設けられていない状態のキャップ部（１１）を用意する工程と、センサ部（１０）とキャップ部（１１）とを接合することにより、支持基板（１２）とキャップ部（１１）とによってセンサ構造体を覆う工程と、キャップ部（１１）のうち浮遊部（２５）に対向した部位に電極部（４６、４７）を形成する工程とを含んでいることを特徴とする。
【００３７】
このように、キャップ部（１１）において浮遊部（２５）に対向した部位に電極部（４６、４７）を設けることで、浮遊部（２５）をキャップ部（１１）側に移動させることができる構造を得ることができる。したがって、請求項１における効果と同様に、支持基板（１２）の垂直方向および平面方向の物理量の検出することができる半導体力学量センサを得ることができる。
【００３８】
請求項１７に記載の発明では、支持基板（１２）の上にセンサ構造体が形成され、電極部（５６、５７）が設けられていない状態のセンサ部（１０）を用意する工程と、キャップ部（１１）を用意する工程と、センサ部（１０）とキャップ部（１１）とを接合することにより、支持基板（１２）とキャップ部（１１）とによってセンサ構造体を覆う工程と、支持基板（１２）のうち浮遊部（２５）に対向した部位に電極部（５６、５７）を形成する工程とを含んでいることを特徴とする。
【００３９】
このように、センサ部（１０）において支持基板（１２）のうち浮遊部（２５）に対向した部位に電極部（５６、５７）を設けることで、浮遊部（２５）を支持基板（１２）側に移動させることができる構造を得ることができる。したがって、請求項１における効果と同様に、支持基板（１２）の垂直方向および平面方向の物理量の検出することができる半導体力学量センサを得ることができる。
【００４０】
請求項１８に記載の発明では、第１電極部（４６、４７）が設けられていない状態のキャップ部（１１）を用意する工程と、支持基板（１２）の上にセンサ構造体が形成され、第２電極部（５６、５７）が設けられていない状態のセンサ部（１０）を用意する工程と、センサ部（１０）とキャップ部（１１）とを接合することにより、支持基板（１２）とキャップ部（１１）とによってセンサ構造体を覆う工程と、キャップ部（１１）のうち浮遊部（２５）に対向した部位に第１電極部（４６、４７）を形成する工程と、センサ部（１０）の支持基板（１２）のうち浮遊部（２５）に対向した部位に第２電極部（５６、５７）を形成する工程とを含んでいることを特徴とする。
【００４１】
このように、キャップ部（１１）および支持基板（１２）に対して、浮遊部（２５）に対向した部位に第１電極部（４６、４７）および第２電極部（５６、５７）をそれぞれ設けることで、浮遊部（２５）を移動させることができる構造を得ることができる。したがって、請求項１における効果と同様に、支持基板（１２）の垂直方向および平面方向の物理量の検出することができる半導体力学量センサを得ることができる。
【００４２】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００４４】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係る半導体力学量センサは、容量式の加速度センサであり、例えば、エアバッグ、ＡＢＳ、ＶＳＣ等の作動制御を行うために用いられるものである。
【００４５】
図１（ａ）は、本実施形態に係る加速度センサの平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。以下、図１に基づいて加速度センサの構造について説明する。
【００４６】
図１（ｂ）に示されるように、加速度センサは、板状のセンサ部１０と板状のキャップ部１１とが互いに張り合わされて構成されている。
【００４７】
このうち、センサ部１０は、支持基板１２の上に埋め込み酸化膜１３を介してシリコン層１４が配置されたＳＯＩ基板１５が用いられて形成されている。
【００４８】
支持基板１２は、例えばｎ型シリコンにて構成されている。埋め込み酸化膜１３は、支持基板１２とシリコン層１４との間に所定の間隔を形成するためのものであり、部分的に除去されている。
【００４９】
図１（ａ）に示されるように、シリコン層１４は、該シリコン層１４がパターニングされることで可動部１６、平面方向検出電極固定部１７、垂直方向検出電極固定部１８等が形成される層である。具体的には、埋め込み酸化膜１３が部分的に除去された部分の上に配置されたシリコン層１４にて可動部１６が構成され、埋め込み酸化膜１３が残された部分の上に配置されたシリコン層１４にて平面方向検出電極固定部１７や垂直方向検出電極固定部１８が構成されている。
【００５０】
可動部１６は、第１電極取り出し部１９、第２電極取り出し部２０、錘部２１、可動電極２２、第１梁２３、第２梁２４、梁支持部２５、および第３梁２６を備えている。
【００５１】
第１電極取り出し部１９および第２電極取り出し部２０は、可動部１６と外部とを電気的に接続する部位である。各電極取り出し部１９、２０の下方には埋め込み酸化膜１３が残されており、各電極取り出し部１９、２０が支持基板１２に対して固定されている。また、各電極取り出し部１９、２０には、拡散層２７（後述する図２参照）が設けられており、この拡散層２７が外部と電気的に接続されることで可動部１６の電位を取り出すことが可能となる。
【００５２】
錘部２１は、加速度センサに加速度が印加されたときに各固定部１７、１８に対して可動電極２２を移動させる錘として機能するものである。この錘部２１はブロック体をなしており、複数のエッチングホール２８が形成されている。また、錘部２１の平面レイアウトは四角形状になっている。
【００５３】
可動電極２２は、錘部２１の長辺に対して直角方向に延設され、複数本が設けられることで櫛歯状に配置されている。各可動電極２２の幅、長さはそれぞれ一定とされている。
【００５４】
四角形状の錘部２１の２つの長辺のうちの一方に接続された各可動電極２２の間隔は、他方に接続された各可動電極２２の間隔よりも狭くなっている。該長辺のうちの一方に接続された各可動電極２２すなわち平面方向検出電極固定部１７に対向した各可動電極２２は、支持基板１２の平面方向であって錘部２１の長手方向における加速度検出に用いられる。本実施形態では、平面方向の加速度を検出するための可動電極２２は５本である。また、該長辺のうちの他方に接続された各可動電極２２すなわち垂直方向検出電極固定部１８に対向した各可動電極２２は、支持基板１２に対して垂直方向の加速度検出に用いられる。本実施形態では、垂直方向の加速度を検出するための可動電極２２は６本である。
【００５５】
第１梁２３は、第１電極取り出し部１９と錘部２１とを連結し、バネ性を有するものである。この第１梁２３の一方は錘部２１に接続され、他方は第１電極取り出し部１９に接続されている。また、第１梁２３は、波状に折り返された形状をなしている。第１梁２３の幅は例えば４μｍ程度である。
【００５６】
第２梁２４は、錘部２１と梁支持部２５とを連結し、第１梁２３と同じバネ定数のバネ性を有するものである。この第２梁２４の一方は錘部２１において第１梁２３とは反対側に接続され、他方は梁支持部２５に接続されている。また、第２梁２４は、第１梁２３と同様に、波状に折り返された形状をなしている。第２梁２４の幅は、第１梁２３と同様に、例えば４μｍ程度である。
【００５７】
梁支持部２５は、第２梁２４と第３梁２６とを連結すると共に、支持基板１２に対して一定の間隔で浮遊した部位である。ここで、「一定の間隔」とは、後述するキャップ部１１の突起部２９が梁支持部２５に接触していない状態での梁支持部２５と支持基板との間隔を指す。したがって、図１（ｂ）に示されるように、該突起部２９によって既に梁支持部２５が支持基板１２側に移動させられた後の梁支持部２５と支持基板との間隔を指すのではない。
【００５８】
本実施形態では、梁支持部２５の平面形状は四角形状をなしており、第２梁２４や第３梁２６に対して幅が広くなっている。例えば、梁支持部２５の一辺の長さが例えば２０μｍ程度になっている。
【００５９】
第３梁２６は、梁支持部２５と第２電極取り出し部２０とを連結し、バネ性を有するものである。この第３梁２６の一方は梁支持部２５に接続され、他方は第２電極取り出し部２０に接続されている。第３梁２６はバネ性を有するものであるが、梁支持部２５がキャップ部１１の突起部２９に押さえ付けられて固定されるため、錘部２１の動きに連動しない。このため、第３梁２６は第１梁２３や第２梁２４と同じバネ定数である必要はない。また、第３梁２６は波状に折り返された形状をなしており、幅は例えば４μｍ程度である。
【００６０】
上記可動部１６のうち、第１梁２３、錘部２１、第２梁２４、梁支持部２５、第３梁２６は埋め込み酸化膜１３が除去されていることにより支持基板１２に対して浮遊している。したがって、可動部１６は、第１梁２３、錘部２１、第２梁２４、梁支持部２５、および第３梁２６が各電極取り出し部１９、２０にて支持された状態で支持基板１２の平面方向および垂直方向に変位できるようになっている。
【００６１】
一方、平面方向検出電極固定部１７および垂直方向検出電極固定部１８は、可動部１６を構成する四角形状の錘部２１の長辺と対向する位置にそれぞれ配置されている。
【００６２】
このうち平面方向検出電極固定部１７は、支持基板１２の平面方向における加速度を検出するために用いられるものである。したがって、平面方向検出電極固定部１７は、錘部２１の長辺のうち、５本の可動電極２２が設けられた長辺に対向する位置に配置されている。
【００６３】
また、垂直方向検出電極固定部１８は、支持基板１２の垂直方向における加速度を検出するために用いられるものである。したがって、垂直方向検出電極固定部１８は、錘部２１の長辺のうち、６本の可動電極２２が設けられた長辺に対向する位置に配置されている。
【００６４】
平面方向検出電極固定部１７は配線部３０と固定電極３１とを備え、垂直方向検出電極固定部１８は配線部３２と固定電極３３とを備えている。
【００６５】
各配線部３０、３２は、各固定電極３１、３３と外部とを電気的に接続する部位である。各配線部３０、３２の下方において埋め込み酸化膜１３が残されており、各配線部３０、３２が支持基板１２に固定されている。
【００６６】
各固定電極３１、３３は、各配線部３０、３２のうちの錘部２１と対向する面から直角方向にそれぞれ延設され、各配線部３０、３２に複数本ずつ備えられることで櫛歯状に配置されている。各固定電極３１、３３の幅、長さはそれぞれ一定とされている。また、各固定電極３１、３３は、各配線部３０、３２に支持されることで支持基板１２に固定された状態となっているため、下方に埋め込み酸化膜１３は残されていない。すなわち、各固定電極３１、３３は支持基板１２に対して浮遊している。
【００６７】
そして、平面方向検出電極固定部１７の各固定電極３１が平面方向の加速度を検出するための各可動電極２２と対向配置させられることで、各固定電極３１と各可動電極２２との間に容量が形成されている。この場合、可動電極２２は２つの固定電極３１に挟まれて配置されると共に、一方の固定電極３１側に偏って位置している。このため、支持基板１２の平面方向に加速度が印加されたときに、可動電極２２は他方の固定電極３１の影響を受けずに一方の固定電極３１との間の離間距離に基づく容量値から加速度を検出することが可能となっている。
【００６８】
また、垂直方向検出電極固定部１８の各固定電極３３が垂直方向の加速度を検出するための各可動電極２２と対向配置させられることで、各固定電極３３と各可動電極２２との間に容量が形成されている。この場合、各固定電極３３と各可動電極２２との間隔はそれぞれ一定とされている。これは、各可動電極２２が支持基板１２に対して垂直方向に移動することにより、可動電極２２と固定電極３３との対向面積の増減に基づいて容量の変化を検出するため、可動電極２２と両隣の各固定電極３３との離間距離が影響しないからである。
【００６９】
上記の各固定部１７、１８には、可動部１６と同様に、外部との電気的接続を図るための第３、第４電極取り出し部３４、３５がそれぞれ設けられている。
【００７０】
なお、センサ部１０において、シリコン層１４のうち可動部１６および固定部１７、１８を除いた部位は周辺部として残されているが、図１（ａ）では該周辺部については図を省略してある。
【００７１】
上記の可動部１６、平面方向検出電極固定部１７、および垂直方向検出電極固定部１８が加速度を検出するための部位として機能する。以下では、これらをまとめてセンサ構造体という。
【００７２】
加速度センサのうち、キャップ部１１は、上記センサ構造体への水や異物の混入などを防止するものであり、シリコン基板３６により構成されている。
【００７３】
図１（ｂ）に示されるように、シリコン基板３６は、センサ部１０と対向する面が凹んだ凹部３７を有している。当該凹部３７は、キャップ部１１とセンサ部１０とが重ね合わされたときにキャップ部１１がセンサ部１０の可動部１６等に接触しないようにするために設けられている。
【００７４】
この凹部３７には、支持基板１２と梁支持部２５との間の一定の間隔が変化するように、梁支持部２５を支持基板１２の垂直方向に変位させる変位手段として、キャップ部１１のうち梁支持部２５に対向した部分が突出した柱状の突起部２９が形成されている。突起部２９の平面サイズは、梁支持部２５の平面サイズよりも小さくなっている。
【００７５】
そして、キャップ部１１のうちセンサ部１０に対向する面と、該センサ部１０に対向する面の反対側の面とに絶縁物として酸化膜３８がそれぞれ形成されている。この酸化膜３８は、センサ構造体とキャップ部１１との絶縁を図るためのものである。
【００７６】
また、キャップ部１１には、該キャップ部１１を貫通するホール３９が設けられ、ホール３９の側壁には絶縁膜４０が形成されている。上記のホール３９内に貫通電極としての取り出し電極４１が複数設けられている。各取り出し電極４１は、一端がキャップ部１１のうちのセンサ部１０側に露出し、他端がキャップ部１１のうちのセンサ部１０側とは反対側に露出している。
【００７７】
各取り出し電極４１は、キャップ部１１において、可動部１６の各電極取り出し部１９、２０、各固定部１７、１８の各電極取り出し部３４、３５に対向する部位にそれぞれ設けられている。そして、各取り出し電極４１の一端が各電極取り出し部１９、２０、３４、３５にそれぞれ接触させられ、取り出し電極４１の各他端が外部とワイヤ等でそれぞれ接続されることで、センサ部１０と外部との電気的接続が可能となる。
【００７８】
なお、このキャップ部１１には、取り出し電極４１の他にキャップ取り出し電極４２等の電極も設けられている。
【００７９】
そして、図１（ｂ）に示されるように、センサ部１０とキャップ部１１とが接合されることで、支持基板１２とキャップ部１１とによってセンサ構造体が覆われている。
【００８０】
具体的には、キャップ部１１とセンサ部１０とが離された状態から、キャップ部１１がセンサ部１０のシリコン層１４側に移動させられると、キャップ部１１の突起部２９がセンサ部１０の梁支持部２５に接触する。さらに、キャップ部１１がセンサ部１０のシリコン層１４に接触すると、該突起部２９によって梁支持部２５が支持基板１２側に押し込まれる。これにより、支持基板１２に対して該支持基板１２の垂直方向に梁支持部２５が変位し、支持基板１２と梁支持部２５との間の一定の間隔が小さくさせられる。
【００８１】
そして、梁支持部２５が突起部２９に押さえ付けられた状態で、支持基板１２の垂直方向における梁支持部２５の位置が固定される。これにより、可動部１６の錘部２１は、第１梁２３および第２梁２４のバネにより、第１電極取り出し部１９と梁支持部２５との間で振動することとなる。
【００８２】
また、支持基板１２に対する梁支持部２５の位置が突起部２９によって支持基板１２側に直接的に移動させられていることにより、該梁支持部２５に連結された第２梁２４も間接的に支持基板１２側に移動させられている。このため、図１（ｂ）の断面図に示されるように、可動部１６における第１梁２３、錘部２１、第２梁２４、梁支持部２５、および第３梁２６の各位置によって、各電極取り出し部１９、２０の間でＶ字が形作られている。
【００８３】
すなわち、第１梁２３は第１電極取り出し部１９よりも支持基板１２側に位置し、錘部２１は第１梁２３より支持基板１２側に位置し、第２梁２４は錘部２１よりも支持基板１２側に位置している。また、第３梁２６は第２電極取り出し部２０よりも支持基板１２側に位置している。
【００８４】
これによると、錘部２１に接続された各可動電極２２も支持基板１２側に移動させられることになる。このため、図１（ｂ）に示されるように、各可動電極２２が各固定電極３１、３３よりも支持基板１２側に移動させられる。したがって、固定電極３１、３３と可動電極２２との対向面積が、梁支持部２５が突起部２９に押し込まれない場合よりも小さくなっている。以上が、本実施形態に係る加速度センサの全体構成である。
【００８５】
次に、上記のように構成された加速度センサの製造方法について説明する。図２〜図４は、図１に示す加速度センサの製造工程を示した断面図である。
【００８６】
加速度センサを製造するに当たっては、センサ部１０とキャップ部１１とをそれぞれ形成した後、両者を接合させることとなる。なお、センサ部１０やキャップ部１１については、それぞれウェハに多数作り込んでいく。
【００８７】
まず、センサ部１０の製造工程について、図２を参照して説明する。図２（ａ）に示す工程では、ＳＯＩ基板１５を用意する。具体的には、例えばｎ型単結晶シリコンからなる支持基板１２の表面にＳｉＯ２等の埋め込み酸化膜１３を形成したのち、該埋め込み酸化膜１３の表面にシリコン基板を貼り合せる。さらに、シリコン基板を削って薄くすることでシリコン層１４を形成することによりＳＯＩ基板１５を形成する。なお、ここではＳＯＩ基板１５の形成方法の一例を示したが、ＳＯＩ基板１５の形成方法は様々あり、周知となっているどのような手法によって形成しても構わない。
【００８８】
図２（ｂ）に示す工程では、シリコン層１４のうち各電極取り出し部１９、２０、３４、３５となる部分に拡散層２７を形成した後、フォトレジスト４３でシリコン層１４をマスクする。そして、露光、現像ポストベークといった一連のフォトリソグラフィーを実施し、シリコン層１４を垂直エッチングする。このとき、錘部２１となる部分にはエッチングホール２８も形成する。なお、シリコン層１４において十分な不純物濃度が確保されている場合には、拡散層２７の形成は不要である。
【００８９】
図２（ｃ）に示す工程では、フッ酸等でシリコン層１４のうち各梁２３、２４、２６、錘部２１、梁支持部２５、可動電極２２、固定電極３１、３３となる部分と支持基板１２との間の埋め込み酸化膜１３を除去する。これにより、可動電極２２、固定電極３１、３３等がリリースされ、可動部１６および各固定部１７、１８が形成される。こうして、支持基板１２の上にセンサ構造体が形成されたセンサ部１０が完成する。
【００９０】
次に、キャップ部１１の製造工程について、図３を参照して説明する。図３（ａ）に示す工程では、キャップ部１１の母材となるシリコン基板３６を用意する。そして、該シリコン基板３６においてセンサ部１０の梁支持部２５に対向する部位にフォトリソグラフィー工程によりフォトレジスト４４を形成する。この後、該フォトレジスト４４をマスクとしてシリコン基板３６をエッチングする。なお、キャップ部１１の母材として、ガラス基板などを用いても良い。
【００９１】
図３（ｂ）に示す工程では、フォトレジスト４４を残しつつ、シリコン基板３６のうちセンサ部１０と接合される部位にフォトリソグラフィー工程によりフォトレジスト４５を形成する。この後、フォトレジスト４４、４５をマスクとしてシリコン基板３６をエッチングする。これにより、シリコン基板３６のうちセンサ部１０と対向する面が凹んだ凹部３７が形成される。また、凹部３７のうち、フォトレジスト４４が設けられた場所に突起部２９が形成される。
【００９２】
図３（ｃ）に示す工程では、シリコン基板３６のうちセンサ部１０に対向する面と、該センサ部１０に対向する面の反対側の面とにそれぞれ酸化膜３８を形成する。こうして、キャップ部１１において、センサ部１０が接合される面のうち梁支持部２５に対向した部位に突起部２９が設けられたキャップ部１１が完成する。なお、キャップ部１１のシリコン基板３６としてカラス基板を用いている場合には、ガラス基板そのものが絶縁体であるので、酸化膜３８の形成は必要ない。
【００９３】
続いて、図４（ａ）に示す工程では、上記のようにして得られたセンサ部１０とキャップ部１１とを直接接合する。上述のように、センサ部１０やキャップ部１１についてはそれぞれウェハに作り込んであるため、各ウェハの位置合わせをして各々を接合することとなる。
【００９４】
位置合わせは、キャップ部１１の突起部２９をセンサ部１０の梁支持部２５に当接させ、該梁支持部２５を支持基板１２側に押し込むためにも重要な作業である。例えば、赤外線をウェハに透過させることにより位置合わせを行う光学的な方法や、スコープによってウェハを撮影し、位置合わせを行う方法等が採用される。
【００９５】
そして、キャップ部１１とセンサ部１０とを接合することにより、支持基板１２とキャップ部１１とによってセンサ構造体を覆う。この際、キャップ部１１の突起部２９を梁支持部２５に接触させて該梁支持部２５を支持基板１２側に押し込むこととなる。これにより、支持基板１２と梁支持部２５との間の一定の間隔を小さくする。また、これに伴って、可動部１６の各梁２３、２４、２６および錘部２１が支持基板１２側に移動させられる。このため、各可動電極２２と各固定電極３１、３３との対向面積が減少する。なお、キャップ部１１のシリコン基板３６としてカラス基板を用いている場合には、キャップ部１１をセンサ部１０に陽極接合できる。
【００９６】
図４（ｂ）に示す工程では、キャップ部１１のうち、各電極取り出し部１９、２０に対向する部位をエッチングしてホール３９を形成し、ＣＶＤ法や塗布の方法によってホール３９の側壁に絶縁膜４０を形成する。絶縁膜４０の材料としては、ＣＶＤ−ＳｉＯ２、ＴＥＯＳ、無機ＳＯＧ、有機ＳＯＧ、ポリイミド、その他有機材料を用いることができる。この後、蒸着などの方法により各ホール３９内に取り出し電極４１を形成する。
【００９７】
これら電極材料としては、Ａｌの他、Ａｌ−Ｓｉ等のＡｌを含む合金や、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＷ等のＴｉ系合金、Ｔａ、ＴａＮ等のＴａ系合金、ＣＶＤ法やエピタキシャル成長法を用いた単結晶／多結晶シリコン、およびＳｉ−Ｇｅなどを用いることができる。なお、取り出し電極４１を形成した後、キャップ部１１から露出した取り出し電極４１にＣｕやＡｕなどを用いてメッキを施してもよい。絶縁膜、電極共に、材料の積層構造も可能であることは言うまでもない。また、キャップ取り出し電極４２等の電極も形成する。
【００９８】
こうして、図１に示される加速度センサが完成する。
【００９９】
次に、上記のようにして製造された加速度センサの加速度検出方法について説明する。以下の説明では、図５（ａ）および図６（ａ）に示すように、平面方向検出電極固定部１７（固定電極３１）および可動電極２２および垂直方向検出電極固定部１８（固定電極３３）の厚みをｔｓ、電極の側面積をＳとする。また、加速度が印加されていない状態における可動電極２２のうち最も外側にある可動電極２２ａと平面方向検出電極固定部１７とが互いに対向している（オーバーラップしている）電極の長さ（以下、電極対向長さ）をＯ１１、可動電極２２ａの隣の可動電極２２ｂと平面方向検出電極固定部１７との電極対向長さをＯ１２といったように、各可動電極２２と各平面方向検出電極固定部１７との電極対向長さを求め、これを積算すると積算電極対向長さＯ１（＝Ｏ１１＋Ｏ１２＋Ｏ１３＋・・・）を演算することができる。なお、垂直方向検出電極固定部１８側の積算電極対向長さＯ２も、平面方向検出電極固定部１７側の積算電極対向長さＯ１と同様にＯ２＝（Ｏ２１＋Ｏ２２＋Ｏ２３＋・・・）として演算することができる。
【０１００】
電極間隔（離間距離）に関しては、加速度が印加されていない状態における平面方向検出電極固定部１７と可動電極２２との離間距離のうち短い方をａ、長い方をｂとする。また、垂直方向検出電極固定部１８と可動電極２２との離間距離もａとする。なお、図６（ａ）に示すように、可動電極２２と、可動電極２２の両側の垂直方向検出電極固定部１８との間の距離はともにａとする。すなわち、少なくとも、平面方向検出電極固定部１７と可動電極２２との離間距離の一方と、垂直方向検出電極固定部１８と可動電極２２との離間距離とを等しい距離としている。
【０１０１】
なお、電極対向長さＯ１、Ｏ２、電極厚みｔｓ、電極の側面積Ｓ、電極間隔ａ、ｂは予め演算しておくことが可能な定数である。
【０１０２】
まず、支持基板１２の平面方向における加速度は、センサ構造体のうち、平面方向検出電極固定部１７と可動部１６とによって検出される。
【０１０３】
具体的には、錘部２１のうち平面方向検出電極固定部１７と対向する面に接続された各可動電極２２と、平面方向検出電極固定部１７の各固定電極３１との離間距離に応じた容量が検出される。以降、支持基板１２の平面方向であって、平面方向検出電極固定部１７が可動電極２２に対向する方向、すなわち平面方向検出電極固定部１７の各固定電極３１との離間距離が増減する方向をｘ軸方向と呼ぶ。また、支持基板１２の平面方向に直交する方向をｚ軸方向と呼ぶ。
【０１０４】
ここで、加速度が印加されていないときの容量に対して該容量が増えたときには該離間距離が短くなったということになるので、固定電極３１側から可動電極２２側に印加された加速度であるとわかる。一方、該容量が減ったときには該離間距離が長くなったということになるので、可動電極２２側から固定電極３１側に印加された加速度であるとわかる。このようにして、支持基板１２の平面方向における加速度およびその方向が得られる。また、支持基板１２の垂直方向における加速度は、センサ構造体のうち、垂直方向検出電極固定部１８と可動部１６とによって検出される。この垂直方向の加速度検出は、梁支持部２５の変位に連動して、固定電極３３に対する可動電極２２の初期位置が支持基板１２の垂直方向に移動させられ、固定電極３３に対する可動電極２２の対向面積が減らされていることで可能になっている。
【０１０５】
具体的には、可動電極２２に対して支持基板１２の垂直方向に加速度が加わったとき、錘部２１は支持基板１２の垂直方向に移動することになる。そして、加速度が印加されていないときの容量に対して該容量が増えたときには対向面積が増えたということになるので、可動電極２２がキャップ部１１側に移動したことになる。したがって、キャップ部１１側からセンサ部１０側に印加された加速度であるとわかる。一方、該容量が減ったときには対向面積が減ったということになるので、可動電極２２が支持基板１２側に移動したことになる。したがって、センサ部１０側からキャップ部１１側に印加された加速度であるとわかる。このようにして、支持基板１２の垂直方向における加速度およびその方向が得られる。
【０１０６】
以下、具体的な加速度の検出ロジックについて説明する。まず、平面方向検出電極固定部１７（固定電極３１）と可動電極２２との間の静電容量の変化について、数１から数４を用いて説明する。
【０１０７】
数１は、ｘ軸方向およびｙ軸のいずれにも加速度が印加されていない時の平面方向検出電極固定部１７と可動電極２２との間の静電容量Ｃ１０を示す。
【０１０８】
【数１】
2010112930.tif 000003
数２は、ｘ軸方向にのみ加速度が印加された時の平面方向検出電極固定部１７と可動電極２２との間の静電容量Ｃ１ｘを示す。図５（ｂ）に示すように、数２の場合には、ｘ軸方向に印加された加速度により平面方向検出電極固定部１７と可動電極２２との間の離間距離がｄｘだけ変化している。
【０１０９】
【数２】
2010112930.tif 000004
数３は、ｚ軸方向にのみ加速度が印加された時の平面方向検出電極固定部１７と可動電極２２との間の静電容量Ｃ１ｚを示す。数３の場合にはｚ軸方向に印加された加速度により可動電極２２のｚ軸位置が、ｚ軸方向の加速度が印加されていない初期状態に比べてｄｚだけ変化している。
【０１１０】
【数３】
2010112930.tif 000005
数４は、ｘ軸方向およびｚ軸方向成分を有する加速度が印加された時の平面方向検出電極固定部１７と可動電極２２との間の静電容量Ｃ１ｘｚを示す。数３は、数２と数３とから求めることができる数式であって、ｘ軸方向に印加された加速度により平面方向検出電極固定部１７と可動電極２２との間の離間距離がｄｘだけ変化すると同時に、ｚ軸方向に印加された加速度により可動電極２２のｚ軸位置がｚ軸方向の加速度が印加されていない初期状態に比べてｄｚだけ変化している。
【０１１１】
【数４】
2010112930.tif 000006
次に垂直方向検出電極固定部１８（固定電極３３）と可動電極２２との間の静電容量の変化について、数５から数８を用いて説明する。
【０１１２】
数５は、ｘ軸方向およびｙ軸のいずれにも加速度が印加されていない時の垂直方向検出電極固定部１８と可動電極２２との間の静電容量Ｃ２０を示す。
【０１１３】
【数５】
2010112930.tif 000007
数６は、ｘ軸方向にのみ加速度が印加された時の平面方向検出電極固定部１８と可動電極２２との間の静電容量Ｃ２ｘを示す。数６の場合には、ｘ軸方向に印加された加速度により垂直方向検出電極固定部１８と可動電極２２との間の離間距離がｄｘだけ変化している。
【０１１４】
【数６】
2010112930.tif 000008
数７は、ｚ軸方向にのみ加速度が印加された時の垂直方向検出電極固定部１８と可動電極２２との間の静電容量Ｃ２ｚを示す。図６（ｂ）に示すように、数７の場合には、ｚ軸方向に印加された加速度により可動電極２２のｚ軸位置が、ｚ軸方向の加速度が印加されていない初期状態に比べてｄｚだけ変化している。
【０１１５】
【数７】
2010112930.tif 000009
数８は、ｘ軸方向およびｚ軸方向成分を有する加速度が印加された時の垂直方向検出電極固定部１８と可動電極２２との間の静電容量Ｃ２ｘｚを示す。数８は、数６と数７とから求めることができる数式であって、ｘ軸方向に印加された加速度により水平方向検出電極固定部１７と可動電極２２との間の離間距離がｄｘだけ変化すると同時に、ｚ軸方向に印加された加速度により可動電極２２のｚ軸位置がｚ軸方向の加速度が印加されていない初期状態に比べてｄｚだけ変化している。
【０１１６】
【数８】
2010112930.tif 000010
なお、可動電極２２は、平面方向検出電極固定部１７に対向するとともに垂直方向検出電極固定部１８に対向する、すなわち平面方向（ｘ軸方向）の加速度を検出するための可動電極２２と垂直方向（ｚ軸方向）の加速度を検出するための可動電極２２とは共通の錘部２１から突出している。このため、平面方向検出電極固定部１７と可動電極２２との離間距離がｄｘだけ変化した場合、垂直方向検出電極固定部１８と可動電極２２との離間距離もｄｘだけ変化する。同様に、平面方向検出電極固定部１７に対向する可動電極２２が垂直方向にｄｚだけ変位した場合、垂直方向検出電極固定部１８に対向する可動電極２２も垂直方向にｄｚだけ変位する。
【０１１７】
そこで、数９から数１１に示す数式により、平面方向検出電極固定部１７と可動電極２２との間の静電容量Ｃ１ｘｚと、垂直方向検出電極固定部１８と可動電極２２との間の静電容量Ｃ２ｘｚとから、水平方向（ｘ軸方向）の加速度（＝可動電極２２の変位量ｄｘ）と垂直方向（ｚ軸方向）の加速度（＝可動電極２２の変位量ｄｚ）とを求めることができる。
【０１１８】
数９は、数４と数８とから求められる数式であって、具体的には平面方向検出電極固定部１７と可動電極２２との間の静電容量Ｃ１ｘｚを、垂直方向検出電極固定部１８と可動電極２２との間の静電容量Ｃ２ｘｚで割り算する。
【０１１９】
【数９】
2010112930.tif 000011
上記数９を式変換し、可動電極２２の変位量ｄｘで表した式が数１０である。すなわち、この数１０に示すように、平面方向検出電極固定部１７と可動電極２２との間の静電容量Ｃ１ｘｚと、垂直方向検出電極固定部１８と可動電極２２との間の静電容量Ｃ２ｘｚとから、可動電極２２の変位量ｄｘ（＝ｘ軸方向の加速度）を演算することができる。
【０１２０】
【数１０】
2010112930.tif 000012
さらに数４と数１０とから数１１に示すように、可動電極２２の変位量ｄｚ（＝ｚ軸方向の加速度）を演算することができる。
【０１２１】
【数１１】
2010112930.tif 000013
以上説明したように、本実施形態では、キャップ部１１に設けた突起部２９によって、センサ部１０において支持基板１２から浮遊した梁支持部２５を支持基板１２側に変位させていることが特徴となっている。これにより、固定電極３１、３３に対する可動電極２２の初期位置を支持基板１２側に移動させることができ、加速度センサに加速度が印加される前における固定電極３１、３３に対する可動電極２２の対向面積を減らすことができる。
【０１２２】
このため、支持基板１２の垂直方向に加速度が加わったときの可動電極２２と固定電極３３との間の対向面積に基づく容量の増減により、該垂直方向のうちのキャップ部１１側またはセンサ部１０側のいずれかの方向の加速度であるのかを検出できる。もちろん、平面方向検出電極固定部１７を用いることにより、可動電極２２と固定電極３１との離間距離に基づく容量の増減から平面方向の加速度を検出することもできる。したがって、１つのセンサ構造体において、２軸の加速度を検出することができる。
【０１２３】
また、第３梁２６を波状にしているため、突起部２９によって固定される梁支持部２５と第２電極取り出し部２０との間の接続距離を長くすることができる。これにより、第２電極取り出し部２０からの梁支持部２５に対する応力の干渉を低減することができ、加速度検出の精度を向上させることができる。
【０１２４】
なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、梁支持部２５が特許請求の範囲の浮遊部に対応し、突起部２９が特許請求の範囲の変位手段に対応する。また、平面方向検出電極固定部１７および垂直方向検出電極固定部１８が特許請求の範囲の固定部に対応し、可動部１６、平面方向検出電極固定部１７、および垂直方向検出電極固定部１８が特許請求の範囲のセンサ構造体に対応する。 
【０１２５】
（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。本実施形態では、静電引力によって梁支持部２５を変位させることが特徴となっている。
【０１２６】
図７は、本実施形態に係る加速度センサの断面図であり、図１（ａ）のＡ−Ａ断面に相当する図である。センサ部１０の構造は、図１に示されるものと同じである。
【０１２７】
本実施形態では、キャップ部１１は、支持基板１２と梁支持部２５との間の一定の間隔を変位させる変位手段として、キャップ部１１のうち梁支持部２５に対向する位置に電極部４６およびパッド４７を備えている。具体的には、取り出し電極４１と同様に、シリコン基板３６に設けられたホール３９の側壁に絶縁膜４０が形成され、この絶縁膜４０の上に電極部４６が設けられている。
【０１２８】
また、キャップ部１１のうちセンサ部１０に対向する面に設けられた酸化膜３８の上において、上記の電極部４６に対応した位置にパッド４７が設けられている。このパッド４７は、センサ部１０の梁支持部２５と対向する位置に設けられている。パッド４７の平面サイズは例えば梁支持部２５の平面サイズと同じであり、電極部４６と電気的に接続されている。
【０１２９】
このような構造を有する加速度センサにおいては、キャップ部１１の電極部４６に外部回路等から電圧が印加されることで、電極部４６（より詳しくはパッド４７）と梁支持部２５との間に静電引力が発生し、梁支持部２５がキャップ部１１側に引き寄せられる。これにより、支持基板１２と梁支持部２５との間の一定の間隔が大きくさせられている。
【０１３０】
梁支持部２５がパッド４７側に変位する量は、静電引力の大きさすなわち電極部４６に印加される電圧の大きさで決まる。そして、梁支持部２５が該静電引力によって移動させられて位置が固定されると、可動部１６の錘部２１は第１梁２３および第２梁２４のバネにより、第１電極取り出し部１９と梁支持部２５との間で振動することとなる。
【０１３１】
また、支持基板１２に対する梁支持部２５の位置がキャップ部１１側に直接的に引き寄せられることにより、該梁支持部２５に連結された第２梁２４も間接的にキャップ部１１側に移動させられている。このため、第１梁２３は第１電極取り出し部１９よりもキャップ部１１側に位置し、錘部２１は第１梁２３よりキャップ部１１側に位置し、第２梁２４は錘部２１よりもキャップ部１１に位置している。また、第３梁２６は第２電極取り出し部２０よりもキャップ部１１に位置している。
【０１３２】
これに伴い、各可動電極２２が各固定電極３１、３３よりもキャップ部１１側に移動させられる。このため、各固定電極３１、３３と可動電極２２との対向面積が、梁支持部２５がキャップ部１１側に引き寄せられない場合よりも小さくなっている。
【０１３３】
以上のように、電極部４６に印加する電圧の大きさを制御することにより、静電引力を利用して梁支持部２５の変位量を制御する。
【０１３４】
次に、図７に示される加速度センサの製造方法について、図８および図９を参照して説明する。まず、図８（ａ）に示す工程では、キャップ部１１の母材となるシリコン基板３６を用意する。そして、このシリコン基板３６の上にフォトレジスト４８を形成し、凹部３７となる部分が開口するようにパターニングする。そして、該フォトレジスト４８をマスクとしてシリコン基板３６をエッチングすることにより凹部３７を形成し、フォトレジスト４８を除去する。
【０１３５】
さらに、シリコン基板３６のうちセンサ部１０に対向する面と、該センサ部１０に対向する面の反対側の面とにそれぞれ酸化膜３８を形成する。
【０１３６】
図８（ｂ）に示す工程では、センサ部１０に対向する酸化膜３８の上に金属層４９を形成し、該金属層４９のうちパッド４７となる部分の上にフォトレジスト５０を設ける。また、図８（ｃ）に示す工程では、フォトレジスト５０をマスクとして金属層４９をエッチングし、パッド４７を形成する。この後、フォトレジスト５０を除去する。これにより、取り出し電極４１や電極部４６が設けられていない状態のキャップ部１１が得られる。
【０１３７】
センサ部１０については、図２に示される製造工程を実施するにより用意することができる。
【０１３８】
そして、図９（ａ）に示す工程では、上記のようにして得られたキャップ部１１とセンサ部１０とを、図４（ｂ）に示す工程と同様に直接接合する。これにより、支持基板１２とキャップ部１１とによってセンサ構造体を覆う。
【０１３９】
図９（ｂ）に示す工程では、キャップ部１１に取り出し電極４１や電極部４６を形成する。取り出し電極４１の形成については、図４（ｂ）に示す工程と同様に行う。
【０１４０】
電極部４６の形成についても、取り出し電極４１と同様に形成する。すなわち、キャップ部１１のうち、梁支持部２５に対向する部位をエッチングしてホール３９を形成する。このとき、パッド４７をストッパとしてエッチングする。そして、ホール３９の側壁に絶縁膜４０を形成し、該絶縁膜４０の上に電極部４６を形成する。こうして、本実施形態に係る加速度センサが完成する。
【０１４１】
上記のようにして完成した加速度センサにおいては、図９（ｂ）に示されるように、電極部４６に電圧が印加されていない状態であるので、梁支持部２５の位置は変位していない。しかしながら、該電極部４６に電圧を印加することにより、図７に示されるように梁支持部２５を変位させることができる。このようにして梁支持部２５を変位させた状態で加速度を検出することとなる。
【０１４２】
ここで、第１実施形態とは異なり、梁支持部２５はキャップ部１１側に変位させられているが、可動電極２２と各固定電極３１、３３との対向面積を減らすことに変わりはない。したがって、第１実施形態と同様に、支持基板１２の平面方向および垂直方向の加速度とその方向を検出することができる。
【０１４３】
以上説明したように、本実施形態では、キャップ部１１に設けた電極部４６によって、センサ部１０において支持基板１２から浮遊した梁支持部２５をキャップ部１１側に変位させていることが特徴となっている。
【０１４４】
これによると、電極部４６に電圧を加えるだけで電気的に梁支持部２５を支持基板１２側に容易に変位させることが可能となる。また、電極部４６に印加する電圧の大きさを制御することによって、梁支持部２５の変位量を精度良く調節できる。したがって、平面方向における加速度の検出精度を向上させたいときには、可動電極２２と固定電極３１との対向面積を確保すべく梁支持部２５を変位させないようにすることができる。一方、垂直方向における加速度の検出精度を向上させたいときには、可動電極２２と固定電極３３との対向面積を小さくすべく梁支持部２５を大きく変位させることもできる。
【０１４５】
また、梁支持部２５がパッド４７に接触する場合には、電極部４６を可動部１６の信号取り出し電極として用いることもできる。
【０１４６】
なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、電極部４６およびパッド４７が特許請求の範囲の電極部に対応する。
【０１４７】
（第３実施形態）
本実施形態では、第１、第２実施形態と異なる部分についてのみ説明する。本実施形態では、キャップ部１１に設けられていた取り出し電極４１をセンサ部１０に設け、さらに梁支持部２５を変位させるための変位手段をセンサ部１０に設けたことが特徴となっている。
【０１４８】
図１０は、本実施形態に係る加速度センサの断面図であり、図１（ａ）のＡ−Ａ断面に相当する図である。この図に示されるように、キャップ部１１には電極等は設けられていない。
【０１４９】
一方、センサ部１０を構成する支持基板１２には、キャップ部１１に対向する面に埋め込み酸化膜１３が残されている。また、支持基板１２のうちキャップ部１１に対向する面とは反対側の面に酸化膜５１が形成されている。
【０１５０】
そして、酸化膜５１、支持基板１２、および埋め込み酸化膜１３を貫通して各電極取り出し部１９、２０、３４、３５が露出するホール５２が形成されている。該ホール５２の側壁には絶縁膜５３が形成され、該絶縁膜５３を介してホール５２内に取り出し電極５４がそれぞれ設けられている。なお、上記各実施形態と同様に、キャップ取り出し電極５５等の電極もセンサ部１０に形成されている。
【０１５１】
さらに、支持基板１２のうち梁支持部２５に対向する位置には、変位手段としての電極部５６が設けられている。具体的には、酸化膜５１、支持基板１２、埋め込み酸化膜１３を貫通するホール５２が形成されており、該ホール５２の側壁に絶縁膜５３が形成されている。そして、該絶縁膜５３を介してホール５２内に電極部５６が設けられている。
【０１５２】
また、センサ部１０の埋め込み酸化膜１３の上にパッド５７が設けられている。このパッド５７は、埋め込み酸化膜１３のうち梁支持部２５と対向する位置に設けられており、電極部５６と電気的に接続されている。
【０１５３】
このような構造を有する加速度センサにおいては、センサ部１０の電極部５６に外部回路等から電圧が印加されることで、電極部５６（より詳しくはパッド５７）と梁支持部２５との間に静電引力が発生し、梁支持部２５が支持基板１２側に引き寄せられる。これにより、支持基板１２と梁支持部２５との間の一定の間隔が小さくさせられている。
【０１５４】
上記構成は、以下のように製造することができる。まず、支持基板１２の上にセンサ構造体が形成され、電極部５６が設けられていない状態のセンサ部１０を用意し、シリコン基板３６に凹部３７および酸化膜３８を形成したキャップ部１１を用意する。そして、センサ部１０とキャップ部１１とを接合することにより、支持基板１２とキャップ部１１とによってセンサ構造体を覆う。
【０１５５】
この後、センサ部１０において、各電極取り出し部１９、２０、３４、３５および梁支持部２５に対応した部位にホール３９、絶縁膜４０、取り出し電極４１および電極部５６を順に形成する。こうして、図１０に示される加速度センサが完成する。なお、パッド５７については、埋め込み酸化膜１３とシリコン層１４との間に金属層を設けておき、センサ構造体を形制する際に、金属層のうちパッド５７の部分が残るようにエッチング等すれば良い。
【０１５６】
以上説明したように、本実施形態では、センサ部１０に設けた電極部５６によって、センサ部１０において支持基板１２から浮遊した梁支持部２５をセンサ部１０側に変位させていることが特徴となっている。これにより、梁支持部２５を支持基板１２側に移動させることができ、可動電極２２を固定電極３１、３３に対して支持基板１２の垂直方向にあらかじめ変位させておくことができる。
【０１５７】
また、取り出し電極５４や電極部５６をセンサ部１０にすべて設けることにより、キャップ部１１を不要とすることもできる。もちろん、センサ構造体を保護するという観点では本実施形態のようにセンサ部１０にキャップ部１１を設けることが好ましい。
【０１５８】
なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、電極部５６およびパッド５７が特許請求の範囲の電極部に対応する。
【０１５９】
（第４実施形態）
本実施形態では、第１〜第３実施形態と異なる部分についてのみ説明する。本実施形態では、可動部１６はシーソー状に変位する構造になっている。
【０１６０】
図１１（ａ）は本実施形態に係る加速度センサの平面図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【０１６１】
図１１（ａ）に示されるように、本実施形態に係る可動部１６は、連結部５８と、梁部５９と、錘部６０を備えている。このうち、連結部５８には、該連結部５８の長手方向に対して直角方向に可動電極２２が複数延設されている。この連結部５８は、該連結部５８がシーソー状に変位するように、バネ性を有する梁部５９によって支持基板１２に対して支持されている。さらに、連結部５８の両端部のうちの一端には、錘として機能する錘部６０が設けられている。錘部６０にはエッチングホール６１が設けられている。
【０１６２】
可動部１６のうち梁部５９の一部は支持基板１２の上に埋め込み酸化膜１３を介して固定され、その他の連結部５８、可動電極２２、錘部６０等は支持基板１２に対して浮遊している。
【０１６３】
また、連結部５８のうち、錘部６０が設けられた側に平面方向検出電極固定部１７が配置され、錘部６０が設けられた側とは反対側に垂直方向検出電極固定部１８が配置されている。なお、各固定部１７、１８の配置は逆でも良い。
【０１６４】
そして、本実施形態では、図１１（ｂ）に示されるように、キャップ部１１において錘部６０に対向した位置に該キャップ部１１を貫通するホール３９が設けられ、該ホール３９の側壁に形成された絶縁膜４０を介して電極部４６が設けられている。さらに、キャップ部１１のうちセンサ部１０と対向する面に形成された酸化膜３８の上に、錘部６０と対向するようにパッド４７が設けられている。
【０１６５】
このような構成の加速度センサにおいては、電極部４６に電圧が印加されることで錘部６０をキャップ部１１側に変位させることができる。この場合、加速度の印加によって錘部６０を変位できるように錘部６０を完全にパッド４７に接触させず、パッド４７と錘部６０との間には隙間が設けられている。
【０１６６】
以上のように、可動部１６がシーソー状に変位する構造の加速度センサにおいても、錘部６０を支持基板１２の垂直方向に対して変位させることができる。なお、第３実施形態で示されたように、センサ部１０に電極部５６を設け、錘部６０を支持基板１２側に変位させても良い。
【０１６７】
（第５実施形態）
本実施形態では、第１〜第４実施形態と異なる部分についてのみ説明する。上記各実施形態では、支持基板１２の平面方向と垂直方向との２軸について加速度を検出できる構成になっていた。本実施形態では平面方向について２軸の加速度を検出でき、合計３軸について加速度検出できることが特徴となっている。
【０１６８】
図１２は、本実施形態に係る加速度センサの平面図である。この図に示されるように、本実施形態に係る可動部１６は、錘部６２と梁部６３とにより構成されている。
【０１６９】
錘部６２は、四角形状の各辺に垂直に延設された複数の可動電極２２を備えている。この錘部６２にはエッチングホール６４が設けられている。
【０１７０】
梁部６３は、支持部６５と、第４梁６６と、第５梁６７とを備えている。支持部６５は、錘部６２の各角部に対向する位置にそれぞれ配置され、支持基板１２の上に埋め込み酸化膜１３を介して固定されている。
【０１７１】
第４梁６６は、該第４梁６６の一方が錘部６２の角部に接続され、他方が梁支持部２５に接続されたバネ性を有する波状のものである。また、第５梁６７は、該第５梁６７の一方が梁支持部に接続され、他方が錘部６２の角部に対向する位置に配置された支持部６５に接続されたバネ性を有するものである。本実施形態では、梁支持部２５は８箇所設けられている。
【０１７２】
なお、各支持部６５のうちの１つが、外部との電気的接続が可能となるように構成されている。また、キャップ部１１には上記各実施形態と同様にキャップ取り出し電極６８も形成されている。
【０１７３】
そして、錘部６２の各辺に対向する位置に、固定部６９がそれぞれ配置されている。各固定部６９に、錘部６２側に延設された固定電極７０が可動電極２２と対向配置させられている。各固定部６９のいずれかが平面方向の加速度検出用または垂直方向の加速度検出用とされる。
【０１７４】
このような加速度センサにおいては、例えば第１実施形態で示されたキャップ部１１に設けられた突起部２９によって、８箇所の梁支持部２５のうち少なくとも１つが支持基板１２側に変位させられる。これにより、可動電極２２が固定電極７０に対して支持基板１２の垂直方向に移動させられるため、上述のように該垂直方向の加速度検出が可能となる。なお、梁支持部２５を変位させることについては、静電引力を用いた方法を採用しても良い。
【０１７５】
また、錘部６２は四角形状であるので、錘部６２の各辺における可動電極２２と該可動電極２２に対向する固定電極７０との離間距離に基づく容量を検出することで、平面方向の一方向とこの一方向に垂直方向な方向の加速度検出が可能となる。以上の構成とすることで、３軸の加速度検出が可能となる。
【０１７６】
なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、第４梁６６が特許請求の範囲の第１梁に対応し、第５梁６７が特許請求の範囲の第２梁に対応する。
【０１７７】
（他の実施形態）
第１実施形態では、突起部２９が梁支持部２５に設けられたものについて示されているが、突起部２９は梁支持部２５に設けられていても良い。
【０１７８】
また、第１実施形態では、図１（ｂ）に示されるように、梁支持部２５の平面サイズよりも突起部２９の端面の面積が小さいものが示されているが、突起部２９の端面の面積が梁支持部２５の平面サイズ以上になっていても良い。すなわち、突起部２９が第２梁２４や第３梁２６に接触しないサイズであれば良い。そして、梁支持部２５と突起部２９とを陽極接合や接着により強固に固定することも可能である。
【０１７９】
図１（ａ）では、梁支持部２５と第２電極取り出し部２０とを波形の第３梁２６で接続したものが示されているが、これは一例を示したものであり、他の形状の第３梁２６で連結しても良い。例えば、図１３に示されるように、直線状の第３梁２６で梁支持部２５と第２電極取り出し部２０とを連結することもできる。これによると、第３梁２６は該第３梁２６の長手方向において高い強度を持つ。したがって、錘部２１が該錘部２１の長手方向、すなわち第３梁２６の長手方向に振動したとしても、梁支持部２５を該長手方向に対して確実に固定することができる。このため、加速度検出の精度を向上できる。
【０１８０】
第３実施形態では、電極部５６の他、取り出し電極４１等もセンサ部１０側に設けられているが、これは一例を示したものであり、取り出し電極４１等はキャップ部１１に設けられていても良い。
【０１８１】
図７では梁支持部２５を変位させる電極部４６がキャップ部１１に設けられ、図１０では梁支持部２５を変位させる電極部５６がセンサ部１０側に設けられたものが示されているが、図１４に示されるように、キャップ部１１およびセンサ部１０の両方に電極部４６、５６をそれぞれ設けた構造とすることもできる。この場合、上記のようにしてキャップ部１１に電極部４６を形成し、センサ部１０に電極部５６を形成すれば良い。これにより、梁支持部２５の変位量をキャップ部１１側および支持基板１２側の両側から調節することが可能となるため、梁支持部２５の位置の精度を向上させることができる。なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、電極部４６が特許請求の範囲の第１電極部に対応し、電極部５６が特許請求の範囲の第２電極部に対応する。
【０１８２】
また、可動電極２２は梁支持部２５に連動して支持基板１２の垂直方向に変位するが、この変位によって可動電極２２が固定電極３１、３３に対して傾いてしまう。そこで、図１４において、センサ部１０の電極部５６の位置を梁支持部２５に対向する位置から錘部２１側にずらすことにより、可動電極２２の姿勢が固定電極３１、３３に対して平行になるようにすることができる。このように、各電極部４６、５６は必ずしも梁支持部２５に対向する位置に設けられていなくても良く、梁支持部２５との間に静電引力が働く位置に設けられていれば良い。
【０１８３】
可動電極２２および各固定電極３１、３３、７０への通電を容易にするため、下部電極を設けることもできる。例えば、図１５に示されるように、図７に示される加速度センサに対して、埋め込み酸化膜１３とシリコン層１４との間に下部電極７１を設けた構造としても良い。図７に示された構造以外の他の構造についても同様である。
【０１８４】
図１５に示される構造においては、下部電極７１は、可動部１６の各電極取り出し部１９、２０、３４、３５と埋め込み酸化膜１３との間に配置されている。また、各固定部１７、１８の固定電極３１、３３および配線部３０、３２が下部電極７１の上に形成されている。このうち、固定電極３１、３３とこの固定電極３１、３３に一体化された下部電極７１とについては、支持基板１２に対して浮遊することとなる。
【０１８５】
下部電極７１については、埋め込み酸化膜１３の上に下部電極７１となる金属層を形成し、該金属層の上にシリコン層１４を形成したものを用いることでセンサ部１０に設けられる。下部電極７１の材質としては、ポリシリコン等が採用される。なお、可動部１６と各固定部１７、１８との間の下部電極７１は取り除かれており、各々は埋め込み酸化膜１３によって絶縁性が保持されている。
【０１８６】
上記のような下部電極７１は、上記各実施形態で示されたすべての加速度センサに適用することができる。
【０１８７】
また、水平方向検出電極固定部１７と可動電極２２との離間距離のうち短い方の距離ａと、垂直方向検出電極固定部１８と可動電極２２との離間距離とを等しいとして説明をした。しかしながら、水平方向検出電極固定部１７と可動電極２２との離間距離のうち長い方の距離ｂと、垂直方向検出電極固定部１８と可動電極２２との離間距離とを等しくしても良い。
【０１８８】
上記各図で示された可動電極２２や固定電極３１、３３、７０は模式的に示されたものであり、その数やサイズは図示されたものに限定されるものではない。
【０１８９】
上記各実施形態では、半導体力学量センサとして加速度センサを例に説明したが、角速度を検出するものなど、他の物理量を検出するセンサに適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【０１９０】
【図１】（ａ）は本発明の第１実施形態に係る加速度センサの平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図２】図１に示されるセンサ部の製造工程を示した図である。
【図３】図１に示されるキャップ部の製造工程を示した図である。
【図４】センサ部とキャップ部との接合工程を示した図である。
【図５】（ａ）は加速度が印加されていない場合の水平方向検出電極固定部と可動電極との位置関係、（ｂ）は水平方向に加速度が印加された場合の水平方向検出電極固定部と可動電極との位置関係を示す加速度センサの断面図である。
【図６】（ａ）は加速度が印加されていない場合の垂直方向検出電極固定部と可動電極との位置関係、（ｂ）は垂直方向に加速度が印加された場合の垂直方向検出電極固定部と可動電極との位置関係を示す加速度センサの断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る加速度センサの断面図である。
【図８】図７に示されるキャップ部の製造工程を示した図である。
【図９】第２実施形態におけるセンサ部とキャップ部との接合工程を示した図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る加速度センサの断面図である。
【図１１】（ａ）は本発明の第４実施形態に係る加速度センサの平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図１２】本発明の第４実施形態に係る加速度センサの平面図である。
【図１３】他の実施形態に係る加速度センサの平面図である。
【図１４】他の実施形態に係る加速度センサの断面図である。
【図１５】他の実施形態に係る加速度センサの断面図である。
【符号の説明】
【０１９１】
１０        センサ部
１２        支持基板
１１        キャップ部
１３        埋め込み酸化膜
１６        可動部
１７、１８  固定部
１９        第１電極取り出し部
２０        第２電極取り出し部
２１        錘部
２２        可動電極
２３        第１梁
２４        第２梁
２５        梁支持部
２６        第３梁
２９        突起部
３０、３２  配線部
３１、３３  固定電極
【図１】
2010112930.tif 000014
【図２】
2010112930.tif 000015
【図３】
2010112930.tif 000016
【図４】
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【図５】
2010112930.tif 000018
【図６】
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【図７】
2010112930.tif 000020
【図８】
2010112930.tif 000021
【図９】
2010112930.tif 000022
【図１０】
2010112930.tif 000023
【図１１】
2010112930.tif 000024
【図１２】
2010112930.tif 000025
【図１３】
2010112930.tif 000026
【図１４】
2010112930.tif 000027
【図１５】
2010112930.tif 000028