(57)【要約】【課題】検出感度を向上できる容量式物理量センサを提供する。【解決手段】第２基板１１、２０１のうち可動電極２４と対向する部分に、可動電極２４が所定方向に変位した場合と可動電極２４が所定方向と反対方向に変位した場合とで可動電極２４との対向面積の変化量が異なる補助電極７１ａ、７２ａを配置する。そして、可動電極２４と固定電極３１、４１との間隔に応じた容量Ｃｄおよび可動電極２４と補助電極７１ａ、７２ａとの対向面積に応じた容量Ｃｓに基づいて物理量を検出する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面（１４ａ）を有する第１基板（１４、１５）と、
前記第１基板の一面側に形成され、物理量が印加されることによって前記一面の面方向における所定方向に変位可能とされた可動電極（２４）と、
前記第１基板の一面側に前記可動電極と対向する状態で形成され、前記可動電極が変位することによって前記可動電極との間隔が変化する固定電極（３１、４１）と、
前記第１基板と接合される第２基板（１１、２０１）と、を備え、
前記第２基板のうち前記可動電極と対向する部分には、前記可動電極が所定方向における一方向に変位した場合と前記可動電極が前記一方向と反対方向に変位した場合とで前記可動電極との対向面積の変化量が異なる補助電極（７１ａ、７２ａ）が配置されており、
前記可動電極と前記固定電極との間隔に応じた容量（Ｃｄ）および前記可動電極と前記補助電極との対向面積に応じた容量（Ｃｓ）に基づいて前記物理量を検出することを特徴とする容量式物理量センサ。
【請求項２】
前記補助電極は、前記可動電極の一部のみと対向する状態で配置されていることを特徴とする請求項１に記載の容量式物理量センサ。
【請求項３】
前記第２基板（１１）は、前記第１基板（１４）の一面と反対側の他面に配置されて前記第１基板を支持していることを特徴とする請求項１または２に記載の容量式物理量センサ。
【請求項４】
前記第１基板（１５）は、支持基板（１１）上に絶縁膜（１２、１３）および半導体層（１４）が順に配置された基板であり、
前記第２基板（２０１）は、前記第１基板の一面側に配置されて前記可動電極、前記固定電極、前記補助電極を封止することを特徴とする請求項１または２に記載の容量式物理量センサ。
【請求項５】
前記支持基板および前記半導体層は、シリコンで構成されていることを特徴とする請求項４に記載の容量式物理量センサ。
【請求項６】
前記第２基板は、前記第１基板の一面側に配置されて前記可動電極、前記固定電極、前記補助電極を封止すると共に、前記第１基板の一面と反対側に配置されて前記第１基板を支持しており、
前記補助電極は、それぞれの前記第２基板に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の容量式物理量センサ。
【請求項７】
前記可動電極は、前記可動電極の変位方向に沿った断面が前記第２基板と対向する一面（２４ａ）を有する矩形状とされ、当該一面を前記可動電極の変位方向と直交する方向に２分割したとき、一方の領域のみが前記補助電極と対向していることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の容量式物理量センサ。
【請求項８】
前記可動電極および前記固定電極は、交互に複数配置されており、
前記第２基板には、前記可動電極および前記固定電極と対向する部分に配線部（７１、７２）が形成されていると共に、前記配線部と前記可動電極との間隔を狭くする凸部（１１ａ、２０１ｂ）が形成され、
前記補助電極は、前記配線部のうち前記可動電極との間隔が狭くなる部分で構成され、
前記補助電極と前記可動電極との間隔（Ｅ１）は、前記可動電極と前記固定電極との間隔（Ｄ１）と等しくされており、
前記配線部のうち前記補助電極を構成する部分と異なる部分と前記可動電極との間隔（Ｅ２）は、前記可動電極と当該可動電極を挟んで配置された前記固定電極のうち前記可動電極との間隔が広くされた前記固定電極との間隔（Ｄ２）と等しくされていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の容量式物理量センサ。
【請求項９】
前記固定電極は、前記可動電極が前記所定方向における一方向に変位したとき、前記可動電極との間隔が狭くなる第１固定電極（３１）と、前記可動電極との間隔が広くなる第２固定電極（４１）とを有し、
前記補助電極は、前記可動電極が前記所定方向における一方向に変位したとき、前記可動電極との対向面積が広くなる第１補助電極（７１ａ）と、前記可動電極との対向面積が小さくなる第２補助電極（７２ａ）とを有し、
前記可動電極と前記第１固定電極との間の容量と前記可動電極と前記第１補助電極との間の容量の和（Ｃｔ１）と、前記可動電極と前記第２固定電極との間の容量と前記可動電極と第２補助電極との間の容量の和（Ｃｔ２）との差に基づいたセンサ信号を出力することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の容量式物理量センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理量に応じて変化する容量をセンサ信号として出力する容量式物理量センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の容量式物理量センサとして、例えば、加速度に応じたセンサ信号を出力する加速度センサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
具体的には、この加速度センサは、支持基板、絶縁膜、半導体層が順に積層されたＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用いて構成されている。そして、半導体層に、加速度に応じて変位する可動電極と、可動電極と対向するように配置されることで可動電極との間に所定の容量を構成する固定電極が形成されている。
【０００４】
このような加速度センサでは、加速度が印加されると可動電極が加速度に応じて変位し、可動電極と固定電極との間隔が変化する。このため、可動電極と固定電極との間の容量に基づいて加速度の検出が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３２６３６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、近年では、さらに検出感度を向上させたいという要望がある。なお、ここでは、容量式物理量センサとして、加速度センサを例に挙げて説明したが、例えば、角速度に応じて可動電極が変位する角速度センサにおいても同様の要望がある。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みて、検出感度を向上できる容量式物理量センサ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、一面（１４ａ）を有する第１基板（１４、１５）と、第１基板の一面側に形成され、物理量が印加されることによって一面の面方向における所定方向に変位可能とされた可動電極（２４）と、第１基板の一面側に可動電極と対向する状態で形成され、可動電極が変位することによって可動電極との間隔が変化する固定電極（３１、４１）と、第１基板と接合される第２基板（１１、２０１）とを備え、以下の点を特徴としている。
【０００９】
すなわち、第２基板のうち可動電極と対向する部分には、可動電極が所定方向における一方向に変位した場合と可動電極が一方向と反対方向に変位した場合とで可動電極との対向面積の変化量が異なる補助電極（７１ａ、７２ａ）が配置されており、可動電極と固定電極との間隔に応じた容量（Ｃｄ）および可動電極と補助電極との対向面積に応じた容量（Ｃｓ）に基づいて物理量を検出することを特徴としている。
【００１０】
これによれば、可動電極と固定電極との間隔に応じた容量および可動電極と補助電極との対向面積に応じた容量に基づいて物理量を検出しているため、検出感度を向上できる。また、補助電極は、可動電極が所定方向における一方向に変位した場合と反対方向に変位した場合とで可動電極との対向面積の変化量が異なるように配置されているため、可動電極の変位方向を容易に判定できる。
【００１１】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した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。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態における加速度センサのセンサ部の平面図である。
【図２】図１中のII−II線に沿った断面図である。
【図３】図１中のIII−III線に沿った断面図である。
【図４】図１中のIV−IV線に沿った断面図である。
【図５】図１中のV−V線に沿った断面図である。
【図６】図５中の領域Ａの拡大図である。
【図７】加速度センサの回路構成を示す図である。
【図８】図１に示すセンサ部の製造工程を示す断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態における加速度センサのセンサ部の平面図である。
【図１０】図９中のX−X線に沿ったセンサ部およびキャップ部の断面図である。
【図１１】本発明の第３実施形態における加速度センサのセンサ部の平面図である。
【図１２】図１１中のXII−XII線に沿ったセンサ部およびキャップ部の断面図である。
【図１３】本発明の第４実施形態における加速度センサのセンサ部およびキャップ部の断面図である。
【図１４】本発明の第５実施形態における加速度センサの平面図である。
【図１５】図１４中のXV−XV線に沿ったセンサ部およびキャップ部の断面図である。
【図１６】本発明の他の実施形態における加速度センサの回路構成を示す図である。
【図１７】本発明の他の実施形態における加速度センサのセンサ部の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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、同一符号を付して説明を行う。
【００１４】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態では、容量式物理量センサとして、加速度に応じて容量が変化する容量式の加速度センサを例に挙げて説明する。
【００１５】
図１〜図５に示されるように、加速度センサは、支持基板１１上に第１、第２絶縁膜１２、１３を介して半導体層１４が配置された基板１５を用いて構成されるセンサ部１０を備えている。
【００１６】
なお、本実施形態では、半導体層１４が本発明の第１基板に相当し、支持基板１１が本発明の第２基板に相当している。また、支持基板１１は、例えば、シリコン基板等が用いられ、第１、第２絶縁膜１２、１３はＳｉＯ２やＳｉＮ等が用いられ、半導体層１４はシリコンやポリシリコン等が用いられる。
【００１７】
半導体層１４には、一面１４ａ側に第１溝部１６によって可動部２０および第１、第２固定部３０、４０が区画形成されていると共に、第２溝部１７によって接続部５１〜５３が区画形成されている。また、半導体層１４のうち、第１、第２溝部１６、１７で区画されていない部分は、周辺部６０とされている。なお、半導体層１４の一面１４ａとは第２絶縁膜１３側と反対側の面のことであり、当該半導体層１４の一面１４ａが本発明の第１基板の一面に相当している。
【００１８】
可動部２０は、矩形状の錘部２１における長手方向の両端が梁部２２を介してアンカー部２３ａ、２３ｂに一体に連結した構成とされている。
【００１９】
なお、アンカー部２３ａ、２３ｂは、第１溝部１６内において、第１、第２絶縁膜１２、１３を介して支持基板１１に支持されている。また、第２絶縁膜１３のうち可動部２０と対向する部分および後述する第１、第２固定電極３１、４１と対向する部分は除去されて開口部１８とされており、可動部２０および第１、第２固定電極３１、４１は支持基板１１から浮遊した状態となっている。
【００２０】
梁部２２は、平行な２本の梁がその両端で連結された矩形枠状とされており、２本の梁の長手方向と直交する方向に変位するバネ機能を有している。具体的には、梁部２２は、錘部２１の長手方向の成分を含む加速度を受けたとき、錘部２１を長手方向へ変位させると共に、加速度の消失に応じて元の状態に復元させるようになっている。したがって、このような梁部２２を介して支持基板１１に連結された錘部２１は、加速度の印加に応じて梁部２２の変位方向（錘部２１の長手方向）へ変位可能となっている。
【００２１】
また、可動部２０は、錘部２１の長手方向と直交した方向に、錘部２１の両側面から互いに反対方向へ一体的に突出形成された断面矩形状の可動電極２４を複数備えている。図１では、可動電極２４は、錘部２１の左側および右側にそれぞれ４個ずつ突出して形成されており、開口部１８に臨んだ状態となっている。また、各可動電極２４は、錘部２１および梁部２２と一体的に形成されており、梁部２２が変位することによって錘部２１と共に錘部２１の長手方向に変位可能となっている。
【００２２】
そして、可動部２０は、可動部用配線２５を介して接続部５１と接続されている。具体的には、可動部用配線２５は、ポリシリコンやアルミニウム等の金属膜で構成され、第１絶縁膜１２のうちアンカー部２３ａの直下に位置する部分から接続部５１の直下に位置する部分まで延設されている。そして、アンカー部２３ａ（可動部２０）および接続部５１は、第２絶縁膜１３に形成されたコンタクトホール１３ａを介して可動部用配線２５と接続されている。
【００２３】
第１、第２固定部３０、４０は、断面矩形状の第１、第２固定電極３１、４１が第１、第２絶縁膜１２、１３を介して支持基板１１に支持された第１、第２支持部３２、４２に備えられた構成とされている。具体的には、第１、第２固定電極３１、４１は、可動電極２４の側面と所定の検出間隔を有し、可動電極２４における櫛歯の隙間に噛み合うように櫛歯状に第１、第２支持部３２、４２に支持され、開口部１８に臨んだ状態となっている。
【００２４】
なお、加速度が印加されていない場合には、可動電極２４と第１、第２固定電極３１、４１との間隔が等しくされている。このため、図１中にコンデンサ記号で示す様に、可動電極２４と第１、第２固定電極３１、４１との間には、それぞれ容量Ｃｄが構成される。
【００２５】
また、第１、第２固定電極３１、４１は、可動部２０が錘部２１の長手方向に変位したとき、可動電極２４との間隔の変位が互いに逆となるように配置されている。つまり、例えば、可動電極２４が変位したとき、可動電極２４と第１固定電極３１との間隔が狭くなる場合には、可動電極２４と第２固定電極４１との間隔が広くなるように形成されている。図１では、第１固定電極３１は、可動電極２４に対して紙面上側に配置され、第２固定電極４１は、可動電極２４に対して紙面下側に配置されている。
【００２６】
そして、第１、第２固定部３０、４０は、錘部２１を挟むように配置されている。図１では、第１固定部３０が可動部２０に対して紙面左側に配置され、第２固定部４０が可動部２０に対して紙面右側に配置されている。
【００２７】
また、第１絶縁膜１２のうち第２絶縁膜１３が除去された部分には、可動電極２４の一部のみと対向し、可動電極２４との間に容量Ｃｓを構成する第１、第２補助電極７１ａ、７２ａが形成されている（図６参照）。この第１、第２補助電極７１ａ、７２ａは、第１絶縁膜１２上に形成された第１、第２配線部７１、７２の一部で構成されており、以下に、本実施形態の第１、第２補助電極７１ａ、７２ａの構成について具体的に説明する。
【００２８】
支持基板１１には、可動電極２４の対向する部分の近傍に当該一面の法線方向に突出する凸部１１ａが形成されている。言い換えると、支持基板１１には、第１絶縁膜１２側の一面に、当該凸部１１ａが形成されるように凹部１１ｂが形成されている。
【００２９】
なお、凸部１１ａは、可動電極２４と対向する部分に形成されていてもよい。また、凸部１１ａは、本実施形態では、可動電極２４と当該可動電極２４との間に容量Ｃｄを構成する第１、第２固定電極３１、４１との間を含んで形成されている。
【００３０】
そして、第１絶縁膜１２のうち可動電極２４および第１固定電極３１と対向する部分に第１配線部７１が形成されている。また、第１絶縁膜１２のうち可動電極２４および第２固定電極４１と対向する部分に第２配線部７２が形成されている。なお、これら第１、第２配線部７１、７２は、凸部１１ａの突出方向先端面を含む壁面にも形成され、突出方向先端面に形成された部分が可動電極２４との間隔が狭くなる。言い換えると、凸部１１ａは、第１、第２配線部７１、７２の一部が可動電極２４との間隔が狭くなるように形成されている。
【００３１】
ここで、第１、第２配線部７１、７２のうち凸部１１ａの先端面に第１絶縁膜１２を介して形成されている部分の方が凹部１１ｂの底面に第１絶縁膜１２を介して形成されている部分よりも可動電極２４との間隔が狭くなって容量が非常に大きくなる。このため、容量Ｃｓは、第１、第２配線部７１、７２のうち可動電極２４との間隔が狭くなる部分と当該可動電極２４との間で構成されているといえ、本実施形態では第１、第２配線部７１、７２のうち可動電極２４との間隔が狭くなる部分が第１、第２補助電極７１ａ、７２ａとなる。
【００３２】
また、上記のように、可動電極２４と第１固定電極３１とは交互（櫛歯状）に配置されている。そして、本実施形態では、図６に示されるように、第１補助電極７１ａは、加速度が印加されていない場合において、可動電極２４における支持基板１１側の面を下面２４ａとしたとき、可動電極２４の下面２４ａのうち当該可動電極２４との間隔が狭くなる第１固定電極３１側に配置されている。具体的には、第１補助電極７１ａは、下面２４ａを可動電極２４の変位方向と直交する方向に２分割したとき、可動電極２４との間隔が狭くなる第１固定電極３１側の領域のみと対向するように配置されている。言い換えると、可動電極２４は、可動電極２４の幅をｄとしたとき、下面２４ａにおける可動電極２４との間隔が狭くなる第１固定電極３１側の端部からｄ／２だけ第１補助電極７１ａと対向している。
【００３３】
なお、特に図示しないが、第２補助電極７２ａも第１補助電極７１ａと同様の構成とされている。すなわち、第２補助電極７２ａは、加速度が印加されていない場合において、下面２４ａを可動電極２４の変位方向と直交する方向に２分割したとき、可動電極２４との間隔が狭くなる第２固定電極４１側の領域のみと対向するように配置されている。
【００３４】
つまり、例えば、可動電極２４が図１中紙面上側（アンカー部２３ｂ側）に変位すると、第１固定電極３１と対向する可動電極２４と第１補助電極７１ａとの対向面積は増加し、第２固定電極４１と対向する可動電極２４と第２補助電極７２ａとの対向面積は減少する。
【００３５】
また、可動電極２４と第１補助電極７１ａとの間隔Ｅ１は、可動電極２４と当該可動電極２４との間隔が狭くなる第１固定電極３１との間隔Ｄ１と等しくされている。また、可動電極２４と第１配線部７１のうち第１補助電極７１ａを構成する部分と異なる部分との間隔Ｅ２は、可動電極２４と当該可動電極２４との間隔が広くなる第１固定電極３１との間隔Ｄ２と等しくされている。
【００３６】
なお、第１配線部７１のうち第１補助電極７１ａを構成する部分と異なる部分とは、第１配線部７１のうち凹部１１ｂの底面に第１絶縁膜１２を介して形成された部分のことである。また、特に図示していないが、可動電極２４の下面２４ａと第２補助電極７２ａとの間隔Ｅ１は、可動電極２４と当該可動電極２４との間隔が狭くなる第２固定電極４１との間隔Ｄ１と等しくされている。そして、第２配線部７２のうち第２補助電極７２ａと異なる部分と可動電極２４との間隔Ｅ２は、当該可動電極２４との間隔が広くなる第２固定電極４１との間隔Ｄ２と等しくされている。
【００３７】
また、図１に示されるように、第１、第２配線部７１、７２は、第１絶縁膜１２のうち第１支持部３２と対向する部分を通過して接続部５２の直下まで延設されている。第２配線部７２は、第２支持部４２と対向する部分を通過して接続部５３の直下まで形成されている。
【００３８】
そして、図４に示されるように、接続部５２、５３は、それぞれ第２絶縁膜１３に形成されたコンタクトホール１３ａを介して第１、第２配線部７１、７２と接続されている。同様に、図３に示されるように、第１、第２支持部３２、４２は、それぞれ第２絶縁膜１３に形成されたコンタクトホール１３ａを介して第１、第２配線部７１、７２と接続されている。つまり、本実施形態では、第１固定電極３１と第１補助電極７１ａ（第１配線部７１）が同電位とされ、第２固定電極４１と第２補助電極７２ａ（第２配線部７２）とが同電位とされる。
【００３９】
また、図４に示されるように、半導体層１４のうち接続部５１〜５３および周辺部６０には、パッド８１〜８４が形成されている。そして、パッド８１〜８４を介して後述する回路部１００とワイヤ等を介して電気的に接続されるようになっている。なお、周辺部６０に形成されたパッド８４は、周辺部６０の電位を固定するために回路部１００から所定の電位が印加されるものである。
【００４０】
次に、加速度センサの回路構成について図７を参照しつつ説明する。図７に示されるように、センサ部１０は、回路部１００と接続されており、回路部１００には、演算増幅器１０１、コンデンサ１０２、スイッチ１０３によって構成されるＣ−Ｖ変換回路１１０が備えられている。
【００４１】
具体的には、コンデンサ１０２およびスイッチ１０３は、演算増幅器１０１の反転入力端子と出力端子との間に並列的に配置されている。そして、演算増幅器１０１は、反転入力端子が可動電極２４と接続され、非反転入力端子にＶｃｃ／２（例えば、Ｖｃｃ＝５Ｖ）の電圧が入力されるようになっている。
【００４２】
また、第１固定電極３１および第１補助電極７１ａには、回路部１００から電圧Ｖｃｃと０Ｖとの間で振幅し、所定の周波数を有するパルス状の第１搬送波Ｐ１が入力されるようになっている。そして、第２固定電極４１および第２補助電極７２ａには、回路部１００から第１搬送波Ｐ１と振幅および周波数が同じであり、位相が１８０°異なる第２搬送波Ｐ２が入力されるようになっている。
【００４３】
なお、図７中のＣｔ１は、可動電極２４と第１固定電極３１および第１補助電極７１ａとの間に構成される容量であり、可動電極２４および第１固定電極３１との間の容量Ｃｄと可動電極２４と第１補助電極７１ａとの間の容量Ｃｓとの和で構成される容量である。同様に、図７中のＣｔ２は、可動電極２４と第２固定電極４１および第２補助電極７２ａとの間に構成される容量であり、可動電極２４および第２固定電極４１との間の容量Ｃｄと可動電極２４と第２補助電極７２ａとの間の容量Ｃｓとの和で構成される容量である。また、このような回路部１００では、スイッチ１０３がオフされているときに加速度の検出が行われ、スイッチ１０３がオン（閉）されているときにコンデンサ１０２のリセットが行われる。
【００４４】
そして、例えば、図１中紙面上側に向かう方向の加速度が印加されると、可動電極２４と第１固定電極３１との間隔が狭くなると共に可動電極２４と第１補助電極７１ａとの対向面積が増加する。これに対し、可動電極２４と第２固定電極４１との間隔は広くなると共に可動電極２４と第２補助電極７２ａとの対向面積が減少する。このため、容量Ｃｔ１、Ｃｔ２は次のように示される。
【００４５】
（数１）Ｃｔ１＝Ｃｄ＋ΔＣｄ＋Ｃｓ＋ΔＣｓ
（数２）Ｃｔ２＝Ｃｄ−ΔＣｄ＋Ｃｓ−ΔＣｓ
なお、Ｃｄ、Ｃｓは初期容量であり、ΔＣｄ、ΔＣｓは加速度に依存する加速度項である。したがって、演算増幅器１０１から出力されるセンサ信号Ｖｏｕｔは、コンデンサ１０２の容量をＣｆとすると、次式で示される。
【００４６】
（数３）Ｖｏｕｔ＝（Ｃｔ１−Ｃｔ２）・Ｖｃｃ／Ｃｆ
＝（２ΔＣｄ＋２ΔＣｓ）・Ｖｃｃ／Ｃｆ
次に、上記センサ部１０の製造方法について図８を参照して簡単に説明する。なお、図８は、図１中のV−V線に沿った断面図である。
【００４７】
まず、図８（ａ）に示されるように、支持基板１１を用意し、エッチング等によって凹部１１ｂを形成して凸部１１ａを形成する。そして、図８（ｂ）に示されるように、支持基板１１上にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等によって第１絶縁膜１２を形成する。
【００４８】
続いて、図８（ｃ）に示されるように、第１絶縁膜１２上にＣＶＤ法等によってポリシリコンや金属膜等を形成する。そして、図示しないマスク等を用いて適宜パターニングすることにより、第１配線部７１を形成すると共に、図８（ｃ）とは別断面において、可動部用配線２５および第２配線部７２を形成する。
【００４９】
その後、図８（ｄ）に示されるように、可動部用配線２５、第１、第２配線部７１、７２を覆うように、ＣＶＤ法等によって第２絶縁膜１３を形成する。そして、図８（ｄ）とは別断面において、図３および図４に示されるように、第２絶縁膜１３のうちアンカー部２３ａ、第１、第２支持部３２、４２、接続部５１〜５３が形成される部分の一部にコンタクトホール１３ａを形成する。
【００５０】
続いて、図８（ｅ）に示されるように、第２絶縁膜１３上にＣＶＤ法等で半導体層１４を形成することにより、基板１５を構成する。なお、このとき、図８（ｅ）とは別断面において、図３および図４に示されるように、コンタクトホール１３ａ内に半導体層１４が埋め込まれる。そして、図８（ｅ）とは別断面において、図４に示されるように、半導体層１４上にアルミニウム等を蒸着し、マスクを用いてパターニングすることにより、パッド８１〜８４を形成する。
【００５１】
次に、図８（ｆ）に示されるように、図示しないマスクを用いて、半導体層１４に第１溝部１６を形成して可動部２０および第１、第２固定部３０、４０を区画形成する。また、図８（ｆ）とは別断面において、半導体層１４に第２溝部１７を形成して接続部５１〜５３を区画形成する。
【００５２】
その後、図８（ｇ）に示されるように、第２絶縁膜１３の所定領域を除去して可動部２０および第１、第２固定電極３１、４１を支持基板１１（第１絶縁膜１２）からリリースすると共に第１、第２補助電極７１ａ、７２ａを露出させる。これにより、上記センサ部１０が形成される。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態では、可動電極２４が変位すると当該可動電極２４との対向面積が変化する第１、第２補助電極７１ａ、７２ａを備えている。そして、可動電極２４と第１、第２固定電極３１、４１との間の容量Ｃｄと、可動電極２４と第１、第２補助電極７１ａ、７２ａとの間の容量Ｃｓとに基づいて加速度を検出している。このため、検出感度を向上できる。
【００５４】
また、第１、第２補助電極７１ａ、７２ａは、可動電極２４の一部のみと対向するように形成されている。このため、可動電極２４の変位方向によって対向面積の変化量が異なり、変位方向を容易に判定できる。
【００５５】
さらに、第１、第２補助電極７１ａ、７２ａは、加速度が印加されていない場合において、可動電極２４のうち当該可動電極２５との間隔が狭い第１、第２固定電極３１、４１側の領域と対向するように配置されている。このため、ある加速度が印加された場合の容量Ｃｄと容量Ｃｓの増減が同じ向きとなり、回路との組み合わせを容易にできる。
【００５６】
そして、第１、第２補助電極７１ａ、７２ａは、加速度が印加されていない場合において、下面２４ａを可動電極２４の変位方向と直交する方向に２分割したとき、当該可動電極２４との間隔が狭い第１、第２固定電極３１、４１側の領域のみと対向するように配置されている。このため、このような構成のセンサ部１０を製造しようとすることにより、仮に製造誤差等によって可動電極２４と第１、第２補助電極７１ａ、７２ａとの対向面積がずれたとしても、可動電極２４と第１、第２補助電極７１ａ、７２ａとが対向しなくなることを抑制できる。
【００５７】
さらに、可動電極２４と第１、第２補助電極７１ａ、７２ａとの間隔Ｅ１は、可動電極２４と当該可動電極２４との間隔が狭くなる第１、第２固定電極３１、４１との間隔Ｄ１と等しくされている。また、可動電極２４と第１、第２配線部７１、７２のうち第１、第２補助電極７１ａ、７２ａを構成する部分と異なる部分との間隔Ｅ２は、可動電極２４と当該可動電極２４との間隔が広くなる第１、第２固定電極３１、４１との間隔Ｄ２と等しくされている。
【００５８】
このため、可動電極２４と第１、第２補助電極７１ａ、７２ａとの間、および可動電極２４と当該可動電極２４との間隔が狭くなる第１、第２固定電極３１、４１との間のコンデンサとしてのノイズを等しくできる。また、可動電極２４と第１、第２配線部７１、７２のうち第１、第２補助電極７１ａ、７２ａを構成する部分と異なる部分との間、および可動電極２４と当該可動電極２４との間隔が広くなる第１、第２固定電極３１、４１との間のコンデンサとしてのノイズを等しくできる。このため、センサ信号Ｖｏｕｔを所定のノイズフィルタで処理することにより、コンデンサとしてのノイズを容易に除去でき、さらに検出感度を向上できる。
【００５９】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対してキャップ部を備えたものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００６０】
図９および図１０に示されるように、本実施形態では、センサ部１０にキャップ部２００が備えられ、可動電極２４、第１、第２固定電極３１、４１および第１、第２補助電極７１ａ、７２ａ（第１、第２配線部７１、７２）が封止されている。
【００６１】
具体的には、キャップ部２００は、シリコン基板等の貼り合わせ基板２０１を有し、貼り合わせ基板２０１には、可動電極２４および第１、第２固定電極３１、４１と対向する部分に凹部２０１ａが形成されている。そして、貼り合わせ基板２０１の表面全面に絶縁膜２０２が形成されている。なお、絶縁膜２０２は、凹部２０１ａの壁面にも形成されている。
【００６２】
そして、キャップ部２００は、センサ部１０の周辺部６０における接合部６０ａと接合部材２１０を介して接合されている。なお、接合部材２１０は、例えば、酸化膜や低誘電ガラス、金属等が用いられる。
【００６３】
これによれば、可動電極２４、第１、第２固定電極３１、４１および第１、第２補助電極７１ａ、７２ａに異物が付着することを抑制しつつ、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６４】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第２実施形態に対して第１、第２配線部７１、７２をキャップ部２００に形成したものであり、その他に関しては第２実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００６５】
図１１および図１２に示されるように、本実施形態のキャップ部２００は、貼り合わせ基板２０１のうち凹部２０１ａの底面に凸部２０１ｂが形成されている。言い換えると、貼り合わせ基板２０１には、当該凸部２０１ｂが形成されるように凹部２０１ａが形成されている。
【００６６】
そして、絶縁膜２０２のうち可動電極２４および第１、第２固定電極３１、４１と対向する部分に第１、第２配線部７１、７２が形成され、第１、第２配線部７１、７２のうち可動電極２４との間隔が狭くなる部分で第１、第２補助電極７１ａ、７２ａが構成される。すなわち、上記第２実施形態における支持基板１１に第１絶縁膜１２を介して形成された第１、第２補助電極７１ａ、７２ａが絶縁膜２０２上に形成されている。
【００６７】
なお、本実施形態の第１、第２補助電極７１ａ、７２ａは、上記第１実施形態で説明した可動電極２４、第１、第２固定電極３１、４１、第１、第２補助電極７１ａ、７２ａの関係を満たすように形成されている。
【００６８】
また、キャップ部２００には、図１２とは異なる別断面において、第１、第２配線部７１、７２と電気的に接続される貫通電極部が形成されている。そして、当該貫通電極部を介して、上記と同様に、第１補助電極７１ａに第１固定電極３１と同じ電圧が印加されると共に、第２補助電極７２ａに第２固定電極４１と同じ電圧が印加されるようになっている。
【００６９】
さらに、第１絶縁膜１２上には、上記第１、第２配線部７１、７２に相当する第１、第２固定部用配線３２ａ、４２ａが形成されている。そして、第１、第２支持部３２、４２は、当該第１、第２固定部用配線３２ａ、４２ａを介してそれぞれ接続部５２、５３に接続されている。
【００７０】
なお、この第１、第２固定部用配線３２ａ、４２ａは、可動電極２４との間に容量を構成するものではなく、第１支持部３２、４２と接続部５２、５３とを接続する機能のみを果すものである。また、本実施形態では、基板１５が本発明の第１基板に相当し、貼り合わせ基板２０１が本発明の第２基板に相当している。
【００７１】
このようにキャップ部２００に第１、第２補助電極７１ａ、７２ａを形成しても、上記第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７２】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態は、第２実施形態と第３実施形態とを組み合わせたものであり、その他に関しては第２実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００７３】
図１３に示されるように、本実施形態では、センサ部１０およびキャップ部２００にそれぞれ第１、第２補助電極７１ａ、７２ａが形成されている。なお、本実施形態では、支持基板１１および貼り合わせ基板２０１が本発明の第２基板に相当している。
【００７４】
これによれば、さらに感度を向上しつつ、上記第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７５】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態について説明する。本実施形態は、第３実施形態に対してセンサ部１０およびキャップ部２００の構造を変更したものであり、その他に関しては第３実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００７６】
図１４および図１５に示されるように、本実施形態では、支持基板１１上に絶縁膜１２、半導体層１４が順に配置されて基板１５が構成されている。そして、支持基板１１および絶縁膜１２のうち可動電極２４および第１、第２固定電極３１、４１と対向する部分には、窪み部１９が形成されている。なお、この窪み部１９は、可動電極２４および第１、第２固定電極３１、４１が支持基板１１と接触することを防止するためのものである。
【００７７】
可動部２０は、窪み部１９上を横断するように配置され、錘部２１における長手方向の両端が梁部２２を介して矩形枠状の枠部２６に一体に連結した構成とされている。そして、錘部２１の略中央部に位置するアンカー部２３にて、図１４中の第１支持部３２と同様に、絶縁膜１２を介して支持基板１１に支持されている。
【００７８】
キャップ部２００は、貼り合わせ基板２０１のうち可動電極２４および第１、第２固定電極３１、４１と対向する部分に凹部２０１ａが形成されており、アンカー部２３、第１、第２支持部３２、４２と対向する部分は凹んでいない。
【００７９】
また、絶縁膜２０２には、可動電極２４および第１固定電極３１と対向する部分に加えて第１支持部３２と対向する部分にも第１配線部７１が形成されている。なお、図１５とは別断面において、絶縁膜２０２には、第２支持部４２と対向する部分にも第２配線部７２が形成されていると共にアンカー部２３と対向する部分に配線部が形成されている。
【００８０】
そして、第１、第２配線部７１、７２の一部および配線部がそれぞれアンカー部２３、第１、第２支持部３２、４２と接続されている。また、センサ部１０における周辺部６０は、接合部材２１０を介してキャップ部２００と接合されている。
【００８１】
さらに、絶縁膜２０２のうちセンサ部１０側と反対側には、絶縁膜２０３が形成されている。そして、キャップ部２００には、第１、第２配線部７１、７２およびアンカー部２３と接続される配線部と電気的に接続される３つの貫通電極部２０４が形成されている（図１５中では１つのみ図示）。
【００８２】
具体的には、この貫通電極部２０４は、絶縁膜２０３、絶縁膜２０２、貼り合わせ基板２０１を貫通して第１、第２配線部７１、７２に達する貫通孔２０４ａを有している。そして、当該貫通孔２０４ａに絶縁膜２０４ｂを介して貫通電極２０４ｃが埋め込まれ、絶縁膜２０３上に貫通電極２０４ｃと電気的に接続されるパッド２０４ｄが形成された構成とされている。
【００８３】
このようなセンサ部１０およびキャップ部２００を用いた加速度センサとしても、上記第３実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８４】
（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
【００８５】
例えば、上記各実施形態において、第１、第２固定電極３１、４１と第１、第２補助電極７１ａ、７２ａとが電気的に分離されていてもよい。
【００８６】
また、上記各実施形態において、回路部１００には、図１６に示されるように、演算増幅器１０１、第１、第２コンデンサ１０２ａ、１０２ｂ、第１、第２スイッチ１０３ａ、１０３ｂによって構成される全差動型のＣ−Ｖ変換回路１１０が備えられていてもよい。この場合、第１コンデンサ１０２ａおよび第１スイッチ１０３ａは、演算増幅器１０１の反転入力端子と＋側の出力端子との間に並列的に配置される。また、第２コンデンサ１０２ｂおよび第２スイッチ１０３ｂは、演算増幅器１０１の非反転入力端子と−側の出力端子との間に並列的に配置される。そして、演算増幅器１０１は、反転入力端子が第１固定電極３１および第１補助電極７１ａと接続され、非反転入力端子が第２固定電極４１および第２補助電極７２ａと接続される。
【００８７】
また、可動部２０には、回路部１００から電圧Ｖｃｃと０Ｖとの間で振幅し、所定の周波数を有するパルス状の搬送波Ｐが入力されるようになっている。
【００８８】
このように、全差動型のＣ−Ｖ変換回路１１０を用いてセンサ信号Ｖｏｕｔ（Ｖ１−Ｖ２）を出力するようにしてもよい。
【００８９】
さらに、上記各実施形態において、支持基板１１または貼り合わせ基板２０１に凸部１１ａ、２０１ｂが形成されていなくてもよい。例えば、図１７に示されるように、支持基板１１に凸部１１ａを形成しない場合には、可動電極２４の一部と対向するように第１、第２補助電極７１ａ、７２ａを形成し、図１７とは異なる別断面において、隣接する第１、第２補助電極７１ａ、７２ａ同士を第１、第２配線部７１、７２で連結すればよい。
【００９０】
また、上記各実施形態において、支持基板１１をガラス等で構成してもよい。
【００９１】
そして、上記各実施形態では、容量式物理量センサとしての加速度センサを例に挙げて説明したが、角速度センサや圧力センサに本発明を適用することも可能である。
【００９２】
さらに、可動電極２４、第１、第２固定電極３１、４１、第１、第２補助電極７１ａ、７２ａは、上記第１実施形態で説明した間隔Ｄ１、Ｄ２、Ｅ１、Ｅ２の関係を満たしていなくてもよい。このような加速度センサであっても、第１、第２補助電極７１ａ、７２ａが配置されていることにより、検出感度を向上できる。
【符号の説明】
【００９３】
１１            支持基板
１４            半導体層
１４ａ          一面
１５            基板
２４            可動電極
３１、４１      固定電極
７１ａ、７２ａ  補助電極
２０１          貼り合わせ基板
【図１】
2014235029.tif 000003
【図２】
2014235029.tif 000004
【図３】
2014235029.tif 000005
【図４】
2014235029.tif 000006
【図５】
2014235029.tif 000007
【図６】
2014235029.tif 000008
【図７】
2014235029.tif 000009
【図８】
2014235029.tif 000010
【図９】
2014235029.tif 000011
【図１０】
2014235029.tif 000012
【図１１】
2014235029.tif 000013
【図１２】
2014235029.tif 000014
【図１３】
2014235029.tif 000015
【図１４】
2014235029.tif 000016
【図１５】
2014235029.tif 000017
【図１６】
2014235029.tif 000018
【図１７】
2014235029.tif 000019