(57)【要約】【課題】組み立て時の応力に対して特性が安定した加速度センサを提供する。【解決手段】加速度センサは、可動電極１３と、第一、第二の固定電極１１、１２と、基板２０と、固定電極支持部位２５とを有している。第一、第二の固定電極１１、１２は可動電極１３と対向するように配置されている。基板２０は第一、第二の固定電極１１、１２を支持するためのものである。固定電極支持部位２５は基板２０に第一、第二の固定電極１１、１２を支持し、第一、第二の固定電極１１、１２に接する面積が第一、第二の固定電極１１、１２の面積より小さい。【選択図】図２
2010078425.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動電極と、
前記可動電極に対向するように配置されている固定電極と、
前記固定電極を支持するための支持部材と、
前記支持部材に前記固定電極を支持し、前記固定電極に接する面積が前記固定電極の面積より小さい固定電極支持部位とを備えた、加速度センサ。
【請求項２】
前記固定電極支持部位は、１つの前記固定電極に対して複数の固定電極支持柱を有している、請求項１に記載の加速度センサ。
【請求項３】
前記固定電極の平面視における端部は前記固定電極支持部位に接しており、前記固定電極の平面視における中央部と前記支持部材との間には空隙がある、請求項１に記載の加速度センサ。
【請求項４】
前記支持部材は基板を含んでいる、請求項１〜３のいずれかに記載の加速度センサ。
【請求項５】
前記支持部材は気密封止保護キャップを含んでいる、請求項１または２に記載の加速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速度センサに関し、特に、静電容量型の加速度センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
基板表面に対し垂直な方向（Ｚ軸方向）の加速度を検出する従来のＺ軸加速度センサのひとつとして加速度にともなう静電容量の変化を検出する静電容量型の加速度センサがある。このようなＺ軸加速度センサは、たとえば特許第３９４１６９４号公報に開示されている。
【０００３】
この公報に記載の加速度センサは、基板と、第一および第二の固定電極と、可動電極と、質量体と、連結部とを有している。第一および第二の固定電極の各々は基板上に形成されている。可動電極は、第一および第二の固定電極上に対向して設けられている。質量体は、基板に対して垂直方向の加速度に応答して移動可能であり、連結部により可動電極と連結されている。
【０００４】
この加速度センサにおいて、基板に対して垂直方向の加速度が印加されると、質量体には慣性力が作用して、質量体は印加された加速度とは反対方向に変位する。この質量体の変位によって、その質量体に連結部を介して連結された可動電極がシーソーのように変位する。つまり、基板に対して可動電極の一方端が上側に、他方端が下側に変位する。これにより、可動電極と第一の固定電極との間で形成される静電容量Ｃ１と、可動電極と第二の固定電極との間で形成される静電容量Ｃ２とが変位する。この容量Ｃ１、Ｃ２の変位から、印加された加速度が測定される。
【特許文献１】特許第３９４１６９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような加速度センサにおいては、容量Ｃ１、Ｃ２から加速度を測定する際に、容量Ｃ１、Ｃ２を電気信号に変換する必要がある。そこで、加速度センサチップが、容量Ｃ１、Ｃ２の変化を読み取って電気信号に変換する特定用途ＩＣ（以下、ＡＳＩＣと呼称）チップと一緒に一般のＩＣと同形状のモールド樹脂パッケージに組み立てられ、低価格で使いやすい加速度センサとして市場に供給されている。
【０００６】
しかしながらＩＣモールド樹脂パッケージでは、加速度センサチップの基板をＩＣリードフレーム上にダイボンド樹脂（接着材）で固定する際や、チップ実装後にモールド樹脂で封入する際に、熱膨張係数差などによる熱応力により加速度センサチップの基板が反るという問題が発生する。
【０００７】
第一および第二の固定電極のそれぞれは加速度センサチップの基板上に形成されているため、その基板の反りに連動して、第一および第二の固定電極も反る。これにより可動電極および第一の固定電極の間の電極間距離と、可動電極および第二の固定電極の間の電極間距離とが微妙に変化する。その結果、可動電極と第一の固定電極とで形成される容量Ｃ１と、可動電極と第二の固定電極とで形成される容量Ｃ２とが、加速度以外の要因で変動してしまう。このため、Ｚ軸加速度センサはＸ軸加速度センサに比べ特性変動しやすいという欠点がある。
【０００８】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、組み立て時の応力に対して特性が安定した加速度センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の加速度センサは、可動電極と、固定電極と、支持部材と、固定電極支持部位とを有している。固定電極は可動電極と対向するように配置されている。支持部材は固定電極を支持するためのものである。固定電極支持部位は支持部材に固定電極を支持し、固定電極に接する面積が固定電極の面積より小さい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の加速度センサによれば、組み立て時の応力が加速度センサに加わっても、固定電極支持部位の固定電極に接する面積が固定電極の面積より小さく形成されているのでその応力が固定電極全体には伝わらない。したがって、外部からの応力によって固定電極が反るという問題が抑制できるので、可動電極と固定電極との空間距離の変化を少なくすることができる。よって、検出容量の変動も少ないため、特性変動が起こり難い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
最初に本実施の形態の加速度センサの構成について説明する。
【００１２】
図１は本発明の実施の形態１における加速度センサの構成を示す平面図である。図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う部分の概略断面図である。図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う部分の概略断面図である。図１〜図３を参照して、本実施の形態の加速度センサは、主に、第一の固定電極１１と、第二の固定電極１２と、可動電極１３と、慣性質量体１４と、リンク梁１５と、捩れ梁１６と、アンカー１７と、基板２０と、固定電極支持部位２５とを有している。
【００１３】
基板２０は、第一、第二の固定電極１１、１２を支持するための支持部材である。基板２０の表面には第一のシリコン酸化膜２１、第一の犠牲層膜２２、第二のシリコン酸化膜２３およびシリコン窒化膜２４が順に積層されている。
【００１４】
固定電極支持部位２５は、第一のシリコン酸化膜２１を介して基板２０に第一、第二の固定電極１１、１２を支持している。第一、第二の固定電極１１、１２には、典型的には一辺が数μｍの正方形状を有する複数のエッチングホール２７が形成されている。第一、第二の固定電極１１、１２の側面には第一、第二の固定電極１１、１２の電気配線１８、１９が形成されている。シリコン酸化膜２１、第一の犠牲層膜２２、第二のシリコン酸化膜２３およびシリコン窒化膜２４は、第一、第二の固定電極１１、１２等と基板２０との電気的な絶縁を確保するための絶縁膜を形成している。固定電極支持部位２５は、本実施の形態では第一、第二の固定電極１１、１２のそれぞれ１つの固定電極に対して１つの固定電極支持柱を有している。固定電極支持部位２５は、第一、第二の固定電極１１、１２の重心近傍直下に形成されている。
【００１５】
アンカー１７は、可動電極１３の電気配線１０１、第一の犠牲層膜２２および第一のシリコン酸化膜２１を介して基板２０に支持されている。
【００１６】
可動電極１３は、第一の固定電極１１と第二の固定電極１２の上方に空間距離ｄ１、ｄ２を隔てて、これらの各々と対向するように配置されている。可動電極１３は、捩れ梁１６を中心の軸として回転可能なように捩れ梁１６を介してアンカー１７に支持されている。捩れ梁１６は、平面視（図１）において可動電極１３の中心を通る線上に配置されている。可動電極１３は、アンカー１７を介して電気配線１０１と電気的に接続されている。
【００１７】
可動電極１３と第一の固定電極１１とによりコンデンサＣ１が構成されており、可動電極１３と第二の固定電極１２とによりコンデンサＣ２が構成されている。
【００１８】
慣性質量体１４は、基板２０表面に対して上下変位可能なようにリンク梁１５を介して可動電極１３に支持されている。このリンク梁１５は、平面視（図１）において捩れ梁１６の中心を通る線から一方側に離れた位置に配置されている。
【００１９】
固定電極支持部位２５は第一、第二の固定電極１１、１２のそれぞれの一部と接しており、第一、第二の固定電極１１、１２に接する面積が第一、第二の固定電極１１、１２の平面視における面積より小さい。これにより、固定電極支持部位２５以外の第一、第二の固定電極１１、１２の下方には第一の犠牲層膜２２の概略膜厚に相当する高さの空隙２６が形成されている。第一、第二の固定電極１１、１２の電気配線１８、１９の下方では第一の犠牲層膜２２が残留されている。
【００２０】
なお第一、第二の固定電極１１、１２は、たとえばポリシリコン（多結晶シリコン）膜によって形成されている。可動電極１３、慣性質量体１４およびアンカー１７は、それぞれリンク梁１５と捩れ梁１６とを介して相互に結合されているので、これらは、たとえばポリシリコン膜によって同時に形成されている。
【００２１】
次に本実施の形態の加速度センサの製造方法について説明する。
図４は、本実施の形態１における加速度センサの製造方法を示す図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う概略断面図である。最初に、基板２０上に、たとえば熱酸化法またはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法（化学気相成長法）などにより、電気的絶縁膜として典型的には厚さ約２μｍで、第一のシリコン酸化膜２１が形成される。続いて、第一のシリコン酸化膜２１上に、たとえばＣＶＤ法などにより、好ましくはウエットエッチングが容易な厚さ約０．５μｍで、たとえばＰＳＧ（Phospho−Silicate−Glass）膜（リン元素を含むシリコン酸化膜）などの第一の犠牲層膜２２が形成される。次に第一の犠牲層膜２２上に、たとえばＬＰ（Low Pressure）ＣＶＤ法（減圧化学気相成長法）により、典型的には厚さ約０．５μｍで、導電性の高いポリシリコン（多結晶シリコン）膜が堆積される。
【００２２】
そのポリシリコン膜がたとえばドライエッチング法などでパターニングされることにより、第一の固定電極１１と、電気配線１８（図１）と、第二の固定電極１２と、電気配線１９（図１）と、可動電極１３の電気配線１０１（図３）とがそのポリシリコン膜から一括形成される。その後、基板２０上全体に、第二のシリコン酸化膜２３が形成される。次に、たとえばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）技術（化学機械研磨技術）により、第一の固定電極１１、第二の固定電極１２および電気配線１８、１９、１０１の上面が露出するまで第二のシリコン酸化膜２３が除去される。これにより、第二のシリコン酸化膜２３と、第一の固定電極１１と、第二の固定電極１２と、電気配線１８、１９、１０１との各上面の高さが揃えられる。この後、平坦化された表面全面にシリコン窒化膜２４が形成される。その後、写真製版技術およびドライエッチング技術により、第一の固定電極１１、第二の固定電極１２、アンカー１７となる部位上のシリコン窒化膜２４が開口される。
【００２３】
続いて、露出された第一の固定電極１１および第二の固定電極１２に、写真製版技術およびドライエッチング技術により、図１４で示すような典型的には一辺が数μｍの正方形状を有する複数のエッチングホール２７が形成される。
【００２４】
なお図１４は、本実施の形態の加速度センサの鳥瞰図であり、可動電極１３、慣性質量体１４、リンク梁１５および捩れ梁１６と、基板２０上の第一、第二の固定電極１１、１２、第一、第二の固定電極の電気配線１８、１９および可動電極１３の電気配線１０１とを便宜的に分離した図である。
【００２５】
図２および図１４に示すように、複数のエッチングホール２７は、後工程における第一の犠牲層膜２２のエッチングの際、エッチング液を第一、第二の固定電極１１、１２の上側から下側へ通すためのものである。複数のエッチングホール２７は、後工程の第一の犠牲層膜２２のエッチングの際、第一の犠牲層膜２２の一部が、固定電極支持部位２５として残留し、他の部位は全てエッチング除去され消失するよう配置される。
【００２６】
次に基板２０上全面に、典型的には厚さ約２μｍのたとえばＰＳＧ膜などの第二の犠牲層膜２８が形成される。その後、アンカー１７を設置する部位の第二の犠牲層膜２８がエッチング除去される。これにより、可動電極１３の電気配線１０１の一部表面に達する溝２８ａが第二の犠牲層膜２８に形成される。続いて、第二の犠牲層膜２８上全面に、たとえばＬＰＣＶＤ法によって典型的には厚さ約４μｍのポリシリコン膜が堆積される。このポリシリコン膜は溝２８ａを埋め込むように形成される。次にたとえばドライエッチング法などによってポリシリコン膜がパターニングされる。これによりポリシリコン膜から慣性質量体１４、可動電極１３、アンカー１７、リンク梁１５および捩れ梁１６が同時に形成される。このエッチングの際に可動電極１３となる部分には、図１および図１４に示すような典型的には一辺が数μｍの正方形状を有する複数のエッチングホール１０２が同時に形成される。
【００２７】
この後、第一の犠牲層膜２２と可動電極１３を仮止めしている第二の犠牲層膜２８とが腐食性の強いエッチング液でエッチング除去される。このエッチングに際しては、エッチングホール１０２を介してエッチング液が可動電極１３の下側に達することで可動電極１３の下側の第二の犠牲層膜２８が除去される。さらに第一、第二の固定電極１１、１２のエッチングホール２７を介してエッチング液が第一、第二の固定電極１１、１２の下側に達することで第一、第二の固定電極１１、１２の下側の第一の犠牲層膜２２が固定電極支持部位２５（図２）となる部分を残して除去される。
【００２８】
さらにこのエッチングに際しては、シリコン窒化膜２４が上部に形成されていない部分の第二のシリコン酸化膜２３が除去される。これにより第一、第二の固定電極１１、１２の周囲の第二のシリコン酸化膜２３がエッチング除去される。
【００２９】
図２を参照して、この第一、第二の犠牲層膜２２、２８がエッチングされるリリース工程により、固定電極支持部位２５および空隙２６が形成される。また、可動電極１３、慣性質量体１４、曲げ梁１０３および捩れ梁１０４の下側領域に空隙が生じ、これらが可動可能とされる。たとえばＰＳＧ膜を短時間で容易に溶解するフッ酸を使って第二の犠牲層膜２２、２８をウエットエッチングする場合、エッチングされたくない箇所の上部にはエッチングされにくいシリコン窒化膜２４が形成されているので、リリースの際のエッチング時間を適正に調整することによって、図２、図３に示すような断面構造の加速度センサが製造される。
【００３０】
この後、第一、第二の固定電極の電気配線１８、１９および可動電極１３の電気配線１０１とＡＳＩＣとをワイヤボンドで結線するためにそれらの配線の終端に電極パッドとして図示しない金属パッドが形成される。これにより、加速度センサチップの製造工程が終了する。
【００３１】
この加速度センサチップにたとえば低融点粉末ガラスなどで凹みの付いた気密封止保護キャップが封着される。次にＩＣリードフレームに加速度センサチップの基板とＡＳＩＣチップの基板とがダイボンド樹脂でダイボンドされる。続いて金線を用いてワイヤボンドが行われ加速度センサチップとＡＳＩＣチップが相互に結線される。最後に金型を使用してモールド樹脂が充填されることにより、一般のＩＣと同様に扱うことが可能な樹脂モールドパッケージされたＺ軸加速度センサが製造される。
【００３２】
次に本実施の形態の加速度センサの動作について説明する。
図２を参照して、加速度センサにＺ軸方向（基板２０表面の法線方向）の加速度が加えられると、加速度の方向とは反対方向に慣性力が生じる。この慣性力が慣性質量体１４に作用すると、慣性質量体１４がＺ軸方向に移動する。このとき、捩れ梁１６が可動電極１３の中心を通る線上に形成されており、リンク梁１５がその中心を通る線から一方側に離れた位置で慣性質量体１４と可動電極１３とを連結しているので、慣性質量体１４からリンク梁１５に伝わった慣性力により捩れ梁１６を中心に可動電極１３にトルクが発生する。これにより、可動電極１３が捩れ梁１６を中心に回転する。可動電極１３が回転すると、可動電極１３の下面と第一の固定電極１１、第二の固定電極１２との空間距離ｄ１、ｄ２の一方が近くなり他方が遠くなる。コンデンサの検出容量は、空間距離が近くなれば大きくなり遠くなれば小さくなる。したがって空間距離ｄ１、ｄ２の変化によりコンデンサＣ１、Ｃ２の検出容量が変化するので、この検出容量の変化から加速度が検出される。
【００３３】
次に本実施の形態の加速度センサの作用効果について説明する。
従来の一般的なＺ軸加速度センサでは、図１２および図１３に示すように加速度センサチップ１４００の基板１２００とＡＳＩＣチップ１４０１とをＩＣリードフレーム１４０２上にダイボンド樹脂（接着材）１４０３で固定する際や、チップ実装後にモールド樹脂１４０４で封入する際に、熱膨張係数差などによる熱応力により加速度センサチップの基板１２００が反り、基板１２００上に形成されている第一の固定電極１２０１および第二の固定電極１２０２も連動して反るという問題がある。
【００３４】
これに対し本実施の形態の加速度センサでは、固定電極支持部位２５が第一の固定電極１１および第二の固定電極１２の全面ではなく一部と接しており、固定電極支持部位２５が第一の固定電極１１および第二の固定電極１２に接している面積はそれぞれ第一、第二の固定電極１１、１２の面積より小さい。
【００３５】
そのため、ダイボンド樹脂の応力あるいはモールド樹脂の応力により基板２０に反りが生じても、第一の固定電極１１および第二の固定電極１２に伝わる応力は非常に小さくなる。そのため、第一、第二の固定電極１１、１２の反りが抑制され、第一の固定電極１１、第二の固定電極１２と可動電極１３との空間距離ｄ１、ｄ２の変化も抑制される。したがって、第一の固定電極１１と可動電極１３との間で形成される検出容量Ｃ１と、第二の固定電極１２と可動電極１３との間で形成される検出容量Ｃ２の容量値が、組み立て時の応力によって変化することが抑制され、安定した特性の加速度センサが得られる。
【００３６】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２における加速度センサの概略断面図である。本実施の形態の加速度センサは、実施の形態１の構成と比較して、固定電極支持部位２５が第一の固定電極１１および第二の固定電極１２のそれぞれ１つの固定電極に対して複数の固定電極支持柱２９を有している点で主に異なっている。
【００３７】
図５および図１５に示すように、固定電極支持柱２９は、第一の固定電極１１および第二の固定電極１２の重心近傍直下に各々２つ形成されている。
【００３８】
本実施の形態の加速度センサの製造方法において、固定電極支持柱２９は、第一の犠牲層膜２２のエッチングの際、第一の固定電極１１および第二の固定電極１２のそれぞれ１つの固定電極の重心近傍直下に所定の大きさで２つの支持柱が残留され、他の部位は全てエッチング除去され消失するようにして形成される。
【００３９】
なお、本実施の形態のこれ以外の構成および製造方法は、上述した実施の形態１と同様であるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４０】
前述の実施の形態１においては、第一の固定電極１１および第二の固定電極１２は、各々の固定電極の重心位置近傍直下に設置された1つの固定電極支持柱を有する固定電極支持部位２５により支持されている。しかしながら、加速度センサチップの組み立て時の応力により固定電極の反りが抑制できれば、固定電極支持部位２５が有する固定電極支持柱は一つに限定されるものではなく、図５に示すように複数であってもよい。
【００４１】
本実施の形態の加速度センサは、複数の固定電極支持柱２９と接している領域以外の第一、第二の固定電極１１、１２の広範囲の領域では、組み立て時の応力の影響を受けないので、図５および図１５に示すようにたとえば固定電極支持柱２９を第一の固定電極１１および第二の固定電極１２の重心位置近傍直下に２つ設置しても第一の固定電極１１および第二の固定電極１２に反りが生じないようにすることができる。
【００４２】
本実施の形態によれば、組み立て時の応力によって特性が変化しない安定した特性の加速度センサが得られる。また、本実施の形態の加速度センサは、固定電極支持柱２９が複数あることにより、加速度センサチップに外部から加速度が加わった時に、第一、第二の固定電極１１、１２が変形しにくいという利点がある。したがって、本実施の形態の加速度センサは、組み立て時の応力による特性変動の抑止効果の他、外部から印加された加速度による特性変動に対しても抑止効果がある。
【００４３】
（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３における加速度センサの構成を示す概略平面図である。図１６は、本実施の形態の加速度センサの鳥瞰図である。図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う概略断面図である。図８は、図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う概略断面図である。本実施の形態の加速度センサは、実施の形態１の構成と比較して、第一、第二の固定電極１１、１２と、固定電極支持部位２５の構成において主に異なっている。
【００４４】
図６では、本発明の実施の形態３における可動電極１３、慣性質量体１４、リンク梁１５および捩れ梁１６が省略されている。一方、図７および図８では、可動電極１３、慣性質量体１４、リンク梁１５および捩れ梁１６が省略されていない。図６および図７を参照して、第一の固定電極１１および第二の固定電極１２の平面視における四隅に端部６６が配置されている。第一の固定電極１１および第二の固定電極１２の平面視における端部６６は、固定電極支持部位２５に接するように配置されている。第一の固定電極１１および第二の固定電極１２の平面視における端部６６以外の部分である中央部と基板２０（支持部材）との間には第一の犠牲層膜２２の概略厚さに相当する高さの空隙２６が配置されている。
【００４５】
本実施の形態の加速度センサの製造方法においては、図７に示すように第一の犠牲層膜２２上に、たとえばＬＰＣＶＤ法により典型的には厚さ約０．５μｍでポリシリコン膜が堆積される。そのポリシリコン膜がたとえばドライエッチング法などでパターニングされることにより、第一の固定電極１１と、第二の固定電極１２と、電気配線１８、１９と、可動電極１３の電気配線１０１とがポリシリコンから一括形成される。この時、同時に、第一の固定電極１１および第二の固定電極１２の四隅に端部６６が形成される。その後、基板２０上全体に、第二のシリコン酸化膜２３が形成される。次に、たとえばＣＭＰ技術により、第一の固定電極１１、第二の固定電極１２、電気配線１８、１９、および可動電極１３の電気配線１０１の上面が露出するまで第二のシリコン酸化膜２３が除去される。これにより第二のシリコン酸化膜２３と、第一の固定電極１１と、第二の固定電極１２と、電気配線１８、１９と、可動電極１３の電気配線１０１との各上面の高さが揃えられる。この後、平坦化された表面全面に、シリコン窒化膜２４が形成される。その後、写真製版技術およびドライエッチング技術により、第一の固定電極１１、第二の固定電極１２、アンカー１７となる部位上のシリコン窒化膜２４が開口される。
【００４６】
続いて、露出された第一の固定電極１１および第二の固定電極１２に、写真製版技術およびドライエッチング技術により、図１６で示すような典型的には一辺が数μｍの正方形状を有する複数のエッチングホール２７が形成される。
【００４７】
なお図１６は、本実施の形態の加速度センサの鳥瞰図であり、可動電極１３、慣性質量体１４、リンク梁１５および捩れ梁１６と、基板２０上の第一、第二の固定電極１１、１２、第一、第二の固定電極の電気配線１８、１９および可動電極１３の電気配線１０１とを便宜的に分離した図である。
【００４８】
図６、図７および図１６に示すように、複数のエッチングホール２７は、後工程における第一の犠牲層膜２２のエッチングの際、エッチング液を第一、第二の固定電極１１、１２の上側から下側へ通すためのものである。複数のエッチングホール２７は、第一の犠牲層膜２２のエッチングの際、第一の犠牲層膜２２の一部が、固定電極支持部位２５として、残留し、他の部位は全てエッチング除去され消失するよう配置される。
【００４９】
次に基板２０上全面に、典型的には厚さ約２μｍのたとえばＰＳＧ膜などの第二の犠牲層膜２８が形成される。その後、アンカー１７を設置する部位の第二の犠牲層膜２８がエッチング除去される。これにより、可動電極１３の電気配線１０１の一部表面に達する溝が第二の犠牲層膜２８に形成される。続いて、第二の犠牲層膜２８上全面に、たとえばＬＰＣＶＤ法によって典型的には厚さ約４μｍのポリシリコン膜が堆積される。このポリシリコン膜は溝を埋め込むように形成される。次にたとえばドライエッチング法などによってポリシリコン膜がパターニングされる。これによりポリシリコン膜から慣性質量体１４、可動電極１３、アンカー１７、リンク梁１５および捩れ梁１６が同時に形成される。このエッチングの際に可動電極１３となる部分には、図１および図１４に示すような典型的には一辺が数μｍの正方形状を有する複数のエッチングホール１０２が同時に形成される。
【００５０】
この後、第一の犠牲層膜２２と可動電極１３を仮止めしている第二の犠牲層膜２８とが腐食性の強いエッチング液でエッチング除去される。このエッチングに際しては、エッチングホール１０２を介してエッチング液が可動電極１３の下側に達することで可動電極１３の下側の第二の犠牲層膜２８が除去される。さらに第一、第二の固定電極１１、１２のエッチングホール２７を介してエッチング液が第一、第二の固定電極１１、１２の下側に達することで第一、第二の固定電極１１、１２の下側の第一の犠牲層膜２２が除去される。これにより、固定電極支持部位２５および空隙２６が形成される。
【００５１】
さらにこのエッチングに際しては、シリコン窒化膜２４が上部に形成されていない部分の第二のシリコン酸化膜２３が除去される。これにより第一、第二の固定電極１１、１２の周囲の第二のシリコン酸化膜２３がエッチング除去される。
【００５２】
また、可動電極１３、慣性質量体１４、曲げ梁１０３および捩れ梁１０４の下側領域に空隙が生じ、これらが可動可能とされる。これにより図７に示すように端部６６を備えた第一、第二の固定電極１１、１２と、第一、第二の固定電極１１、１２の中央部と基板２０との間には空隙２６がある加速度センサが製造される。
【００５３】
なお、本実施の形態のこれ以上の構成および製造方法は、上述した実施の形態１と同様であるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５４】
本実施の形態の加速度センサは、端部６６で固定電極支持部位２５と接しているが、端部６６は厚さが数μｍで長細く基板２０の反りの影響は端部６６の近傍に限定され、それ以外の第一、第二の固定電極１１、１２の広範囲の領域では影響を受けにくい。
【００５５】
そのため、ダイボンド樹脂の応力やあるいはモールド樹脂の応力により基板２０に反りが生じても、第一の固定電極１１および第二の固定電極１２に伝わる応力は非常に小さくなる。そのため、第一、第二の固定電極１１、１２の反りが抑制され、第一の固定電極１１、第二の固定電極１２との空間距離ｄ１、ｄ２の変化も抑制される。したがって、第一の固定電極６１と可動電極１３との間で形成される検出容量Ｃ１と、第二の固定電極６２と可動電極１３との間で形成される検出容量Ｃ２の容量値が、組み立て時の応力によって変化することが抑制され、安定した特性の加速度センサが得られる。
【００５６】
（実施の形態４）
上述の実施の形態１〜３は、可動電極１３の下方に第一、第二の固定電極１１、１２が設置されている構造である。しかしながら、可動電極の上方に固定電極が設置されていても加速度センサの機能が発揮される。この場合、固定電極を支持するための構造物が必要であるが、この要求を満たす構造物として、気密封止保護キャップが最適である。本実施の形態では、可動電極１３の上方に第一、第二の固定電極９０２、９０３が設置されている。
【００５７】
本実施の形態の加速度センサの構造について説明する。
図９は本発明の実施の形態４における加速度センサの構成を示す概略断面図である。図１０は本実施の形態４における気密封止保護キャップの構成を示す概略断面図である。図９および図１０を参照して、本実施の形態の加速度センサは、主に、可動電極１３と、慣性質量体１４と、アンカー１７と、基板２０と、気密封止保護キャップ（支持部材）９０と、第一の固定電極９０２と、第二の固定電極９０３と、第一の固定電極のアンカー９０８、第二の固定電極のアンカー９０９と、固定電極支持部位９１２とを有している。
【００５８】
基板２０の表面には第一のシリコン酸化膜２１、第二のシリコン酸化膜２３とシリコン窒化膜２４が順に積層されている。
【００５９】
可動電極１３は、図示しない捩れ梁１６を中心の軸として回転可能なように捩れ梁を介してアンカー１７に支持されている。可動電極１３は、アンカー１７を介して可動電極１３の電気配線９０１と電気的に接続されている。図示しない捩れ梁１６は可動電極１３の中心を通る線上に配置されている。第一のシリコン酸化膜２１、第二のシリコン酸化膜２３とシリコン窒化膜２４は、可動電極１３等との電気的な絶縁を確保するための絶縁膜を形成している。
【００６０】
慣性質量体１４は、基板２０表面に対して上下変位可能なように図示しないリンク梁１５を介して可動電極１３に支持されている。図示しないリンク梁１５は捩れ梁１６の中心を通る線から一方側に離れた位置に配置されている。
【００６１】
アンカー１７は、可動電極の電気配線９０１および第一のシリコン酸化膜２１を介して基板２０に支持されている。
【００６２】
気密封止保護キャップは、第一、第二の固定電極９０２、９０３を支持するための支持部材である。気密封止保護キャップ９０は、たとえば耐熱ガラス基板の片側を凹ませた微小な空間（キャビティ９１）が形成されている。
【００６３】
第一の固定電極９０２、第二の固定電極９０３は、可動電極１３の上面と空間距離ｄ１、ｄ２を隔てて対向するように配置されている。第一の固定電極９０２および第二の固定電極９０３と可動電極１３とでそれぞれコンデンサＣ１とコンデンサＣ２が構成されている。第一、第二の固定電極９０２、９０３には、典型的には一辺が数μｍの正方形状を有する複数のエッチングホール２７が形成されている。
【００６４】
固定電極支持部位９１２は、第一の固定電極のアンカー９０８、第二の固定電極のアンカー９０９を介して気密封止保護キャップ９０に第一の固定電極９０２、第二の固定電極９０３を支持している。固定電極支持部位９１２は、本実施の形態では、第一、第二の固定電極９０２、９０３に対してそれぞれ１つの固定電極支持柱を有している。そして固定電極支持部位９１２は第一、第二の固定電極９０２、９０３の一部と接しており、第一、第二の固定電極９０２、９０３に接する面積が第一、第二の固定電極１１、１２の面積より小さい。
【００６５】
第一、第二の固定電極９０２、９０３表面からキャビティ９１内側天井面までの高さは、たとえば低融点粉末ガラス９３などを使って気密封止保護キャップ９０の周囲と基板２０とを気密封止固着したとき、第一、第二の固定電極９０２、９０３と可動電極１３との空間距離ｄ１、ｄ２が概略２μｍとなるように配置されている。
【００６６】
第一の貫通電極９０４と第二の貫通電極９０５が気密封止保護キャップ９０のキャビティ側から外側に向かって貫通するように配置されている。第一の貫通電極９０４と第二の貫通電極９０５は、第一の固定電極９０２と第二の固定電極９０３とを気密封止保護キャップ９０の外部に電気的に引き出すために設けられている。第一の貫通電極の金属パッド９０６および第二の貫通電極の金属パッド９０７とが、第一の貫通電極９０４および第二の貫通電極９０５とＡＳＩＣとをたとえば金線などでワイヤボンドして接続するために設けられている。
【００６７】
次に本実施の形態の加速度センサの製造方法について説明する。
まず、図９に示すように、基板２０上に、典型的には厚さ約２μｍで絶縁膜としての第一のシリコン酸化膜２１が形成される。次に第一のシリコン酸化膜２１上に、典型的には厚さ約０．５μｍで導電性の高いポリシリコン膜が堆積される。ポリシリコン膜がたとえばドライエッチング法などでパターニングされることにより、可動電極１３の電気配線９０１となる部位が形成される。続いて、基板２０上全面に、第二のシリコン酸化膜２３が形成される。次にたとえばＣＭＰ技術により、第二のシリコン酸化膜２３と可動電極１３の電気配線９０１との上面の高さが揃えられる。この後、平坦化された表面全面に、シリコン窒化膜２４が形成される。その後、写真製版技術およびドライエッチング技術により、可動電極１３のアンカー１７が設置される部位上のシリコン窒化膜２４が開口される。
【００６８】
次に基板２０上全面に、図示しないＰＳＧ膜などの典型的には厚さ約２μｍの第二の犠牲層膜が形成される。その後、可動電極１３のアンカー１７を設置する部位の第二の犠牲層膜がエッチング除去される。これにより、可動電極１３の電気配線９０１の一部表面に達する溝が第二の犠牲層膜に形成される。続いて、第二の犠牲層膜上全面に、たとえばＬＰＣＶＤ法によって典型的には厚さ約４μｍのポリシリコン膜が堆積される。このポリシリコン膜は溝を埋め込むように形成される。次に、たとえばドライエッチング法などによってこのポリシリコン膜がパターニングされる。これによりポリシリコン膜から、可動電極１３、慣性質量体１４、アンカー１７、リンク梁および捩れ梁が同時に形成される。このエッチングの際に、可動電極１３となる部分には、第二の犠牲層膜が短時間でエッチング除去され可動電極１３や慣性質量体１４が可動されるように典型的には一辺が数μｍの正方形状を有する複数のエッチングホールが同時に形成される。
【００６９】
この後、可動電極１３、慣性質量体１４、アンカー１７、リンク梁および捩れ梁が仮止めされている第二の犠牲層膜が腐食性の強いエッチング液、たとえばフッ酸でエッチング除去される。これにより加速度センサチップが得られる。この後、可動電極１３の電気配線９０１とＡＳＩＣとがワイヤボンドで結線されるために、可動電極１３の電気配線９０１の終端に電極パッドとして図示しない金属パッドが形成される。
【００７０】
しかしながら、この加速度センサチップは、第一の固定電極９０２および第二の固定電極９０３が形成されている気密封止保護キャップと一体化されていないので、まだ加速度センサとして機能しない。続いて、この加速度センサチップと気密封止保護キャップ９０とが組み合わされた加速度センサの製造方法について説明する。
【００７１】
たとえば写真製版技術によりフッ酸などでエッチングされて、気密封止保護キャップ９０の元となるたとえば耐熱ガラス基板の片面側に、前記の加速度センサチップを収容可能なキャビティ９１が形成される。次にこのキャビティ９１が形成されたガラス基板面とは反対の反キャビティ面９２側から、キャビティ９１の天井面における第一の固定電極９０２、第二の固定電極９０３が形成される部位に向けて、たとえばドライエッチング技術により貫通孔が開けられる。反キャビティ面９２の第一の貫通電極９０４、第二の貫通電極９０５が設けられる部位に、たとえばクロムや金などの金属薄膜が、たとえばスパッタ装置などの金属薄膜形成装置で形成される。写真製版技術により、形成された金属薄膜が所定の形状にパターニングされて、第一の貫通電極の金属パッド９０６と第二の貫通電極の金属パッド９０７が形成される。次にこの金属パッドを一方の電極として、貫通孔に金など導電性の高い金属がメッキされて充填され、第一の貫通電極９０４、第二の貫通電極９０５が形成される。次に気密封止保護キャップ９０のキャビティ９１内にポリシリコンが堆積される。続いて写真製版技術およびドライエッチングにより、第一の固定電極９０２のアンカー９０８および第二の固定電極９０３のアンカー９０９が形成される。次に、図１０に示すようにキャビティ９１の内側に、典型的には厚さ０．５μmでたとえばＰＳＧなどの第一の犠牲層膜９１０が形成される。続いて、写真製版技術およびエッチング技術により、第一の犠牲層膜９１０の固定電極支持部位９１２が形成される位置に開口部が形成される。開口部は、第一の固定電極９０２のアンカー９０８と第二の固定電極９０３のアンカー９０９が形成された領域内で、かつ、後に形成される第一の固定電極９０２と第二の固定電極９０３のそれぞれの重心位置近傍に相当する位置に設けられる。次に、例えばＬＰＣＶＤによってキャビティ９１の内側にポリシリコン膜が堆積される。続いて写真製版技術によって第一の固定電極９０２および第二の固定電極９０３が形成される。さらに、第一の固定電極９０２および第二の固定電極９０３上に、典型的には一辺が数μｍの正方形状を有する複数のエッチングホール２７が開口される。続いて、ガラス基板がフッ酸に浸され、第一の犠牲層膜９１０がエッチング除去されて、図９に示すような気密封止保護キャップが得られる。
【００７２】
次に本実施の形態の加速度センサの動作について説明する。
図９を参照して、加速度センサにＺ軸方向（基板２０表面の法線方向）の加速度が加えられると、加速度の方向とは反対方向に慣性力が生じる。この慣性力が慣性質量体１４に作用すると、慣性質量体１４がＺ軸方向に移動する。このとき、捩れ梁が可動電極１３の中心を通る線上に形成されおり、リンク梁がその中心を通る線から一方側に離れた位置で慣性質量体１４と可動電極１３とを連結しているので、慣性質量体１４からリンク梁に伝わった慣性力により捩れ梁を中心に可動電極１３にトルクが発生する。これにより、可動電極１３が捩れ梁１６を中心に回転する。可動電極１３が回転すると、可動電極１３と第一の固定電極９０２、第二の固定電極９０３との空間距離ｄ１、ｄ２の一方が近くなり他方が遠くなる。コンデンサの検出容量は、空間距離が近くなれば大きくなり遠くなれば小さくなる。したがって空間距離ｄ１、ｄ２の変化によりコンデンサＣ１、Ｃ２の検出容量が変化するので、この検出容量の変化から加速度が検出される。
【００７３】
本実施の形態の加速度センサによれば、ＩＣリードフレームにダイボンドしたときには、第一の固定電極９０２および第二の固定電極９０３は気密封止保護キャップ９０側に形成されているために、ＩＣリードフレームから応力を受けることがない。また、モールド樹脂を充填してモールドパッケージした場合には、第一の固定電極９０２および第二の固定電極９０３が気密封止保護キャップ９０側の小さな領域で、固定電極支持部位２５によって支持されているために、モールド樹脂からの応力が気密封止保護キャップ９０を通じて第一、第二の固定電極９０２、９０３全体にまで伝わらない。
【００７４】
そのため、第一の固定電極９０２および第二の固定電極９０３の反りが抑制され、第一、第二の固定電極９０２、９０３と可動電極１３との空間距離ｄ１、ｄ２の変化も抑制される。したがって、第一の固定電極９０２と可動電極１３との間で形成される検出容量Ｃ１と、第二の固定電極９０３と可動電極１３との間で形成される検出容量Ｃ２の容量値が、組み立て時の応力によって変化することが抑制され、特性の安定した加速度センサが得られる。
【００７５】
（実施の形態５）
図１１は、本発明の実施の形態５における加速度線センサの概略断面図である。本実施の形態の加速度センサは、実施の形態４の構成と比較して、固定電極支持部位が第一、第二の固定電極９０２、９０３のそれぞれ１つの固定電極に対して複数の固定電極支持柱９１３を有している点で主に異なっている。
【００７６】
図１１に示すように、固定電極支持柱９１３は、第一の固定電極９０２および第二の固定電極９０３の重心近傍直下に各々２つ形成されている。
【００７７】
本実施の形態の加速度センサの製造方法において、固定電極支持柱９１３は、第一の犠牲層膜９１０のエッチングの際、第一の固定電極９０２および第二の固定電極９０３のそれぞれの重心近傍直下に所定の大きさで２つの支持柱が残留され、他の部位は全てエッチング除去され消失するようにして形成される。
【００７８】
なお、本実施の形態のこれ以上の構成および製造方法は、上述した実施の形態４と同様であるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００７９】
前述の実施の形態４においては、第一の固定電極９０２および第二の固定電極９０３は、各々の固定電極の重心位置近傍直上に設置された１つの固定電極支持柱を有する固定電極支持部位９１２により行われている。しかしながら、加速度センサチップの組み立て時の応力により固定電極の反りが起こらなければ、固定電極支持部位９１２が有する固定電極支持柱は一つに限定されるものではなく、図１１に示すように複数であってもよい。
【００８０】
本実施の形態の加速度センサは、複数の固定電極支持柱９１３と接している領域以外の第一、第二の固定電極９０２、９０３の広範囲の領域では組み立て時の応力の影響を受けないので、図５および図１５に示すようにたとえば固定電極支持柱９１３を第一の固定電極９０２および第二の固定電極９０３のそれぞれの重心位置近傍直上に２つ設置しても第一の固定電極９０２および第二の固定電極９０３に反りが生じないようにすることができる。
【００８１】
本実施の形態によれば、組み立て時の応力によって特性が変化しない安定した特性の加速度センサを得ることができる。また、本実施の形態の加速度センサは、固定電極支持柱９１３が複数あることにより、加速度センサチップに外部から加速度が加わったときに、第一、第二の固定電極９０２、９０３が変形しにくいという利点がある。したがって、本実施の形態の加速度センサによれば、組み立て時の応力による特性変動の抑止効果の他、外部から印加された加速度による特性変動に対しても抑止効果がある。
【００８２】
なお、Ｚ軸加速度センサについて記載したが、これに限定されるものではなく、Ｘ軸加速度センサまたはＹ軸加速度センサにも適用できる。
【００８３】
今回開示された各実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、静電容量型の加速度センサに特に有利に適用されうる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の実施の形態１における加速度センサの構成を示す概略平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う概略断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う概略断面図である。
【図４】本実施の形態１における加速度センサの製造方法を示す図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う概略断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２における加速度センサの概略断面図である。
【図６】本発明の実施の形態３における加速度センサの構成を示す概略平面図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う概略断面図である。
【図８】図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う概略断面図である。
【図９】本発明の実施の形態４における加速度センサの構成を示す概略断面図である。
【図１０】本実施の形態４における気密封止保護キャップの構成を示す概略断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態５における加速度センサの概略断面図である。
【図１２】従来の一般的なＺ軸加速度センサの概略構成図である。
【図１３】図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿う概略断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態１における加速度センサの構成を示す概略鳥瞰図である。
【図１５】本発明の実施の形態２における加速度センサの構成を示す概略鳥瞰図である。
【図１６】本発明の実施の形態３における加速度センサの構成を示す概略鳥瞰図である。
【符号の説明】
【００８６】
１１，９０２  第一の固定電極、１２，９０３  第二の固定電極、１３  可動電極、１４  慣性質量体、１５  リンク梁、１６  捩れ梁、１７  アンカー、１８  第一の固定電極の電気配線、１９  第二の固定電極の電気配線、２０  基板、２１  第一のシリコン酸化膜、２２，９１０  第一の犠牲層膜、２３  第二のシリコン酸化膜、２４  シリコン窒化膜、２５，９１２  固定電極の支持部位、２６  空隙、２７  エッチングホール、２８  第二の犠牲層膜、２９，９１３  固定電極支持柱、６６  端部、９０  気密封止保護キャップ、９１  キャビティ、９２  反キャビティ面、９３  低融点粉末ガラス、１０１，９０１  可動電極の電気配線、１０２  エッチングホール、９０４  第一の貫通電極、９０５  第二の貫通電極、９０６  第一の貫通電極の金属パッド、９０７  第二の貫通電極の金属パッド、９０８  第一の固定電極のアンカー、９０９  第二の固定電極のアンカー。
【図１】
2010078425.tif 000003
【図２】
2010078425.tif 000004
【図３】
2010078425.tif 000005
【図４】
2010078425.tif 000006
【図５】
2010078425.tif 000007
【図６】
2010078425.tif 000008
【図７】
2010078425.tif 000009
【図８】
2010078425.tif 000010
【図９】
2010078425.tif 000011
【図１０】
2010078425.tif 000012
【図１１】
2010078425.tif 000013
【図１２】
2010078425.tif 000014
【図１３】
2010078425.tif 000015
【図１４】
2010078425.tif 000016
【図１５】
2010078425.tif 000017
【図１６】
2010078425.tif 000018