(57)【要約】【課題】  熱応力による可動電極と固定電極部のねじれ、回転等の動きを緩和する。【解決手段】  一組の支持部２３１，２３２と、固定電極部２４と固定電極用パッド２６ａ，２６ｂを含む結線用固定電極部３２ａ，３２ｂと、可動電極用パッド２６ｃを含む結線用可動電極部３１とが重り部２１の変位方向における枠体２８の中心線に対してそれぞれ対称となる平板形状に形成しかつ配置することで、熱応力による可動電極２１ａ等のねじれ、回転等の動きを緩和して温度特性の改善を図る。【選択図】        図１
2006317182.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と、支持基板の一表面側において支持基板から離間して配置された重り部と、支持基板の前記一表面側に固着され前記一表面に沿って重り部を規定方向に変位可能とするばね部を介して重り部を支持する少なくとも一組の支持部と、重り部の側方において支持基板の前記一表面側に固着され前記規定方向が厚さ方向となるように列設された複数の薄板状の固定電極を有する櫛形状の固定電極部と、支持基板の一表面側に固着され固定電極部と電気的に接続されるとともに外部への配線が接続される固定電極用パッドを備えた結線用固定電極部と、隣り合う固定電極間の櫛溝に１つずつ入り込み前記規定方向へ変位可能となるように重り部に設けられた複数の薄板状の可動電極と、支持基板の一表面側に固着され可動電極と電気的に接続されるとともに外部への配線が接続される可動電極用パッドを支持部に備えた結線用可動電極部と、重り部、支持部、固定電極部、結線用固定電極部、可動電極、結線用可動電極部を支持基板の前記一表面に沿った方向から囲う枠状に形成されて支持基板の当該一表面側に固定される枠体とを備え、支持部と固定電極部と結線用固定電極部と結線用可動電極部とが、重り部の変位方向における枠体の中心線に対してそれぞれ対称となる形状に形成されかつ配置されたことを特徴とする加速度センサ。
【請求項２】
前記重り部の変位方向において重り部の片側に前記結線用固定電極部並びに結線用可動電極部が配置されており、支持基板の前記一表面側に固着され外部のグランドに接地するための接地電極用パッドを備えた結線用接地電極部が、結線用固定電極部並びに結線用可動電極部と重り部を挟んで反対側に配置され、重り部の変位方向における前記枠体の中心線に対して対称な形状に形成されかつ配置されたことを特徴とする請求項１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、特に半導体基板の微細加工によって構成される半導体加速度センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、規定方向に変位可能な可動電極と、該可動電極に対向して配置された固定電極よりなる検出部とを基板上に形成し、加速度の変化を可動電極と固定電極との間の静電容量の変化によって検出するようにしている静電容量型の加速度センサが提供されている（特許文献１参照）。この種の加速度センサとして、例えば図４に示すものがある。この加速度センサは、ガラス基板よりなる支持基板１の一表面（図４（ｂ）の上面）側に支持基板１から離間して配置された重り部２１と、支持基板１の前記一表面側に固着され前記一表面に沿って重り部２１を規定方向（図４（ａ）における左右方向）に変位可能とするばね部２２を介して重り部２１を支持する一組の支持部２３１，２３２と、重り部２１の図４（ａ）における上下両側において支持基板１の前記一表面側に固着され前記規定方向が厚さ方向となるように列設された複数の薄板状の固定電極２４ｂを有する櫛形状の固定電極部２４と、隣り合う固定電極２４ｂ，２４ｂ間の櫛溝２４ｃに１つずつ入り込み前記規定方向へ変位可能となるように重り部２１に設けられた複数の薄板状の可動電極２１ａと、重り部２１、支持部２３１，２３２、固定電極部２４、可動電極２１ａ等を支持基板１の表面に沿った方向（図４（ａ）における上下方向及び左右方向）から囲う矩形枠状に形成されて支持基板１の当該一表面側に固定される枠体２８と、枠体２８を挟んで支持基板１と対向するように枠体２８を覆うガラス基板よりなる第２の支持基板２とを備えている。
【０００３】
一組の支持部２３１，２３２は枠体２８と別体に形成されて図４（ａ）における重り部２１の左右両側に配置されており、支持部２３１の裏面には基板上に形成された導電パターン（図示せず）を介して各可動電極２１ａと電気的に接続されるアルミニウム製で円盤形状の可動電極用パッド２６ｃが設けられている。また可動電極用パッド２６ｃを外部に臨ませるために挿通孔３が支持基板１に貫設されており、この挿通孔３の内径は可動電極用パッド２６ｃの外形よりも大きく形成されている。ここで、支持部２３１と支持部２３１に形成された導電パターンと可動電極用パッド２６ｃとを纏めて結線用可動電極部３１と以下称することとする。
【０００４】
固定電極部２４は、前記規定方向に列設された複数の固定電極２４ｂと、前記規定方向に延長され複数の固定電極２４ｂを連結する連結部２４ａとで櫛形状の平面形状に形成されており、連結部２４ａ並びに連結部２４ａの延長方向の一端部から側方へ延設された固定極部２４ｄが前記右側の支持部２３１を前記上下方向から挟むようにして一対配置されている。前記上側の固定極部２４ｄの裏面には、基板上に形成された導電パターン（図示せず）を介して重り部２１の前記上側の各固定電極２４ｂと電気的に接続されるアルミニウム製で円盤状の固定電極用パッド２６ａが、前記下側の固定極部２４ｄの裏面には、基板上に形成された導電パターン（図示せず）を介して重り部２１の前記下側の各固定電極２４ｂと電気的に接続されるアルミニウム製で円盤状の固定電極用パッド２６ｂが設けられている。また可動電極用パッド２６ｃと同様に、固定電極用パッド２６ａ，２６ｂを外部に臨ませるための挿通孔３が支持基板１にそれぞれ貫設され、これら挿通孔３の内径は固定電極用パッド２６ａ，２６ｂの外形よりも大きく形成されている。ここで、固定極部２４ｄと固定極部２４ｄに形成された導電パターンと固定電極用パッド２６ａ，２６ｂとを纏めて結線用固定電極部３２ａ，３２ｂと以下称することとする。なお結線用固定電極部３２ａは前記上側の固定極部２４ｄ、結線用固定電極部３２ｂは前記下側の固定極部２４ｄにそれぞれ対応する。
【０００５】
これら固定電極用パッド２６ａ，２６ｂ並びに可動電極用パッド２６ｃと電気的に接続された外部の回路において、規定方向への重り部２１の変位に応じた固定電極２４ｂと可動電極２１ａとの間の静電容量値の変化として加速度を検出することができる。なお各固定電極部２４の左側には、重り部２１の変位量を規制するストッパ２５がそれぞれ設けられいる。
【０００６】
枠体２８は縦横の外形寸法が支持基板１，２とほぼ同一である矩形形状であって、この枠体２８の裏面に支持基板１を接合するとともに、支持基板２を枠体２８の表面に接合することで、２枚の支持基板１，２と枠体２８によって重り部２１、ばね部２２、支持部２３１，２３２、固定電極部２４、可動電極２１ａ等が全て密封されるため、微小な塵や異物等が内部に侵入することがなく、かかる異物等によって重り部２１の変位が阻害されるなどの不具合を防ぐことができ、枠体２８の内側を気密封止できるから耐湿性の向上等の効果も得られるものである。
【０００７】
また枠体２８の四隅のうちの一つ（図４（ａ）における右上の隅）には内側に突出する台部２８ａが設けられ、この台部２８ａの裏面には、支持基板１と枠体２８を接合する接合部と一体に形成されて外部のグランドと電気的に接続されるアルミニウム製で円盤状の接地電極用パッド３０が設けられている。また他の電極用パッドと同様に、接地電極用パッド３０を外部に臨ませるための挿通孔３が支持基板１に貫設され、この挿通孔３の内径は接地電極用パッド３０の外形よりも大きく形成されている。ここで台部２８ａと接地電極用パッド３０とを纏めて結線用接地電極部３３と以下称することとする。この接地電極用パッド３０を介して接合部を外部のグランドに接続することにより固定電極２４ｂや可動電極２１ａ等が接合部によってシールドされることになり、耐ノイズ性が向上する。
【特許文献１】特開２００４―２８９１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら従来例では、結線用固定電極部３２ａ，３２ｂ、結線用可動電極部３１、結線用接地電極部３３が重り部２１の変位方向における枠体２８の中心線に対して非対称に配置されかつ形状も非対称であるため、熱膨張等により生じる熱応力によって可動電極２１ａや固定電極部２４にねじれ、回転等の動きが生じ、このため可動電極２１ａと固定電極２４ｂとの距離が温度変化によって変化するために、検出精度やオフセット出力（加速度が０Ｇの時の出力）といった温度特性が劣化するという問題があった。
【０００９】
本発明はこの点に鑑みて為されたもので、熱応力による温度特性の劣化を防止できる加速度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】
【００１０】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、支持基板と、支持基板の一表面側において支持基板から離間して配置された重り部と、支持基板の前記一表面側に固着され前記一表面に沿って重り部を規定方向に変位可能とするばね部を介して重り部を支持する少なくとも一組の支持部と、重り部の側方において支持基板の前記一表面側に固着され前記規定方向が厚さ方向となるように列設された複数の薄板状の固定電極を有する櫛形状の固定電極部と、支持基板の一表面側に固着され固定電極部と電気的に接続されるとともに外部への配線が接続される固定電極用パッドを備えた結線用固定電極部と、隣り合う固定電極間の櫛溝に１つずつ入り込み前記規定方向へ変位可能となるように重り部に設けられた複数の薄板状の可動電極と、支持基板の一表面側に固着され可動電極と電気的に接続されるとともに外部への配線が接続される可動電極用パッドを支持部に備えた結線用可動電極部と、重り部、支持部、固定電極部、結線用固定電極部、可動電極、結線用可動電極部を支持基板の前記一表面に沿った方向から囲う枠状に形成されて支持基板の当該一表面側に固定される枠体とを備え、支持部と結線用固定電極部と結線用可動電極部とが、重り部の変位方向における枠体の中心線に対してそれぞれ対称となる形状に形成されかつ配置されている。
【００１１】
請求項２の発明は、上記目的を達成するために、前記重り部の変位方向において重り部の片側に前記結線用固定電極部並びに結線用可動電極部が配置されており、支持基板の前記一表面側に固着され外部のグランドに接地するための接地電極用パッドを備えた結線用接地電極部が、結線用固定電極部並びに結線用可動電極部と重り部を挟んで反対側に配置され、重り部の変位方向における枠体の前記中心線に対して対称な形状に形成されかつ配置されている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、支持部、結線用固定電極部、結線用可動電極部、又は結線用接地電極部が重り部の変位方向において枠体の中心線に対して対称な形状に形成されかつ配置されるため、熱応力による可動電極等のねじれ、回転等の動きを緩和することができ、したがって温度特性の改善を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。但し、以下の各実施形態は、図４に示した従来例と基本的な構成が共通するため、共通の構成要素には同一の符号を付して適宜説明を省略する。
【００１４】
（実施形態１）
本実施形態は、図１に示すように支持基板１，２、重り部２１、ばね部２２、一組の支持部２３１，２３２、固定電極部２４、結線用固定電極部３２ａ，３２ｂ、可動電極２１ａ、結線用可動電極部３１、枠体２８から構成されており、一組の支持部２３１，２３２と固定電極部２４と結線用固定電極部３２ａ，３２ｂと結線用可動電極部３１とが重り部２１の変位方向における枠体２８の中心線（図１（ａ）におけるＡ−Ａ線）に対してそれぞれ対称となる平板形状に形成されかつ配置されている点に特徴がある。
【００１５】
一組の支持部２３１，２３２はいずれも平板形状に形成されており、図１（ａ）における重り部２１の左右両側に配置されている。図１（ａ）における右側の支持部２３１は図中上下方向の中央に設けられ、この支持部２３１を前記上下方向から挟むようにして固定極部２４ｄが設けられている。この固定極部２４ｄが含まれる固定電極部２４は櫛形状の平板形状に形成されており、図１（ａ）における重り部２１の前記上下両側に配置され、いずれも同一の形状及び寸法である。
【００１６】
ここで支持部２３１と固定極部２４ｄはそれぞれ結線用可動電極部３１、結線用固定電極部３２ａ，３２ｂに対応し、結線用可動電極部３１と結線用固定電極部３２ａ，３２ｂは図１（ａ）における重り部２１の右側に上下方向に並置され、かつ重り部２１の左側に位置する支持部２３２も含めて、枠体２８の前記中心線に対して対称な形状及び配置をしているため、熱応力による可動電極２１ａ等のねじれ、回転等の動きを緩和することができ、その結果温度特性を改善することができる。
【００１７】
また固定電極部２４と可動電極２１ａと結線用固定電極部３２ａ，３２ｂと結線用可動電極部３１とが枠体２８の前記中心線に対して線対称であるため、前記上側の固定電極２４ｂと可動電極２１ａとの間の静電容量Ｃ１と、前記下側の固定電極２４ｂと可動電極２１ａとの間の静電容量Ｃ２の値が略同一（Ｃ１≒Ｃ２）となり、配線の寄生容量による影響を低減する効果も得られる。
【００１８】
ばね部２２は、重り部２１を図１（ａ）において上下に二分割に見た場合の、上側の重り部２１の左右両側と、下側の重り部２１の左右両側の計４ヶ所にそれぞれ配置される。各ばね部２２は、それぞれ平面形状がつづら折れ状に形成され、形状及び寸法が同一である。右上のばね部２２は、その一端部が上側の重り部２１の右辺中央部に連続一体に連結され、他端部が重り部２１の右側の支持部２３１の左辺上端部と連続一体に連結されており、右下のばね部２２は、その一端部が下側の重り部２１の右辺中央部に連続一体に連結され、他端部が重り部２１の右側の支持部２３１の左辺下端部と連続一体に連結されている。左上のばね部２２は、その一端部が上側の重り部２１の左辺中央部に連続一体に連結され、他端部が重り部２１の左側の支持部２３２の右辺上端部と連続一体に連結されており、左下のばね部２２は、その一端部が下側の重り部２１の左辺中央部に連続一体に連結され、他端部が重り部２１の左側の支持部２３２の右辺下端部と連続一体に連結されている。これらばね部２２の配置は、枠体２８の前記中心線に対して上下対称となっているため、上記結線用固定電極部３２ａ，３２ｂ等の配置と同様に、熱応力による可動電極２１ａ等のねじれ、回転等の動きを緩和する効果が得られる。
【００１９】
（実施形態２）
本実施形態を図２を用いて説明する。なお本実施形態の基本構成は実施形態１と共通であるから、共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００２０】
本実施形態が実施形態１と異なる点は、重り部２１の図２（ａ）における左側において、２つの平板状の支持部２３２を所定の間隔を空けて重り部２１の変位方向における枠体２８の中心線に対して対称に配置し、これら支持部２３２に挟まれた箇所に、外部のグランドと接続するための結線用接地電極部３３を設け、この結線用接地電極部３３が枠体２８の前記中心線に対して対称な配置となっている点にある。
【００２１】
従来例において枠体２８の四隅のうちの一つにあった結線用接地電極部３３を上記のように枠体２８の前記中心線に対して対称な配置にすることで、熱応力による可動電極２１ａ等のねじれ、回転等の動きを緩和する効果が得られる。
【００２２】
前記上側の支持部２３２は、右辺下端部において左上のばね部２２の一端部と連続一体に連結され、前記下側の支持部２３２は、右辺上端部において左下のばね部２２の一端部と連続一体に連結されている。これら支持部２３２及びばね部２２の配置は、枠体２８の前記中心線に対して対称となっているため、実施形態１と同様に、熱応力による可動電極２１ａ等のねじれ、回転等の動きを緩和する効果が得られる。
【００２３】
以下、図１又は図２の構造を有する加速度センサの製造方法について図３を参照にしながら簡単に説明する。
【００２４】
まず、ｎ形のシリコン基板２０の主表面および裏面にシリコン酸化膜を熱酸化などにより形成し、シリコン基板２０の裏面に凹部２０ａを形成するためにシリコン基板２０の裏面のシリコン酸化膜をフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を利用してパターニングした後、このパターニングされたシリコン酸化膜をマスクとしてシリコン基板２０を裏面から所定深さまでエッチングし、シリコン基板２０の主表面および裏面のシリコン酸化膜をエッチング除去することによって図３（ａ）に示すような構造が得られる。なお、所定深さは支持基板１と重り部２１との間の距離に設定してある。
【００２５】
次に、シリコン基板２０の裏面上にパッド２６ａ〜２６ｃを形成するためにアルミニウム膜を、例えば蒸着法によって形成し、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用してアルミニウム膜を矩形又は円形にパターニングすることによってパッド２６ａ〜２６ｃを形成することにより、図３（ｂ）に示す構造が得られる。
【００２６】
その後、予め挿通孔３が貫設されたガラス基板よりなる支持基板１とシリコン基板２０とを陽極接合することによって図３（ｃ）に示す構造が得られる。
【００２７】
次に、シリコン基板２０の主表面に、この後の垂直エッチング工程時のマスクとなる酸化膜等を形成し、シリコン基板２０に重り部２１、ばね部２２、支持部２３、固定電極２４ｂ、固定電極部２４、可動電極２１ａ、枠体２８などを形成するために、前記酸化膜をパターニングした後（図３（ｄ）参照）、シリコン基板２０に対して主表面に直交する方向に貫通させる垂直エッチングを行うことによって図３（ｅ）に示す構造が得られる。ここに誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を利用したエッチング装置を用いてエッチングを行うことによってシリコン基板２０の厚み方向に垂直エッチングを行うことができる。
【００２８】
さらに、ガラス基板よりなる支持基板２をシリコン基板２０の主表面側に陽極接合することで図３（ｆ）に示す構造が得られる。そして、ここまでの工程はウェハの状態で行われるので、以後、ダイシングを行えばよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施形態１を示し、（ａ）は上側の支持基板を省略した平面図、（ｂ）はＡ−Ａ線断面矢視図である。
【図２】実施形態２を示し、（ａ）は上側の支持基板を省略した平面図、（ｂ）はＡ−Ａ線断面矢視図である。
【図３】同上の製造法の説明図である。
【図４】従来例を示し、（ａ）は上側の支持基板を省略した平面図、（ｂ）はＡ−Ａ線断面矢視図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  支持基板
２１  重り部
２１ａ  可動電極
２２  ばね部
２３１，２３２  支持部
２４  固定電極部
２６ａ、２６ｂ  固定電極用パッド
２６ｃ  可動電極用パッド
２８  枠体
３１  結線用可動電極部
３２ａ，３２ｂ  結線用固定電極部
【図１】
2006317182.tif 000003
【図２】
2006317182.tif 000004
【図３】
2006317182.tif 000005
【図４】
2006317182.tif 000006