(57)【要約】【課題】調整用電極を有する容量式加速度センサにおいて、調整用電極によるバネ部のバネ定数の調整とスティッキングの防止とを両立する。【解決手段】半導体基板１０の基部に連結され加速度の印加に応じてＹ方向へ弾性的に変位するバネ部２２と、このバネ部２２に連結された可動電極２４と、可動電極２４と対向して配置された固定電極３２、４２と、バネ部２２のバネ定数を調整する調整用電極５０とが形成され、加速度印加時に可動電極２４と固定電極３２、４２との間隔変化に基づいて印加加速度を検出する加速度センサにおいて、バネ部２２は、Ｙ方向に沿って対向する一対の梁２２ａ、２２ｂを有するとともに該一対の梁の間隔が変化するように弾性変形するものであり、調整用電極５０は、該一対の梁の一方の外側と他方の外側とにそれぞれ設けられ、調整用電極５０によって該一対の梁を互いに引き離すような静電気力を印加できる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板（１０）に、基部（１５）と、
この基部に連結され力学量の印加に応じて所定方向（Ｙ）へ弾性的に変位するバネ部（２２）と、
このバネ部に連結され前記バネ部とともに前記所定方向へ変位可能な可動電極（２４）と、
前記基部に固定され前記可動電極と対向して配置された固定電極（３２、４２）と、
前記バネ部のバネ定数を調整する調整用電極（５０、６０、７０）とが形成されてなり、
力学量の印加に応じて前記可動電極が前記所定方向へ変位したとき、前記可動電極と前記固定電極との間隔の変化に基づいて印加力学量を検出する力学量センサにおいて、
前記バネ部は、前記所定方向に沿って対向する一対の対向部（２２ａ、２２ｂ）を有するとともに、これら対向部の間隔が変化するように弾性変形するものであり、
前記調整用電極は、前記バネ部における前記一対の対向部同士のスティッキングもしくは前記可動電極と前記固定電極とのスティッキングを防止可能な位置に設けられていることを特徴とする半導体力学量センサ。
【請求項２】
前記調整用電極（５０）は、前記バネ部（２２）における前記一対の対向部（２２ａ、２２ｂ）同士のスティッキングを防止可能な位置として前記一対の対向部における一方の外側と他方の外側とにそれぞれ設けられており、
前記調整用電極によって、前記一対の対向部を互いに引き離すような静電気力を、前記バネ部に対して印加できるようになっ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】
前記調整用電極（６０）は、前記バネ部（２２）における前記一対の対向部（２２ａ、２２ｂ）同士のスティッキングを防止可能な位置として、前記一対の対向部の間に介在して設け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】
前記調整用電極（７０）は、前記可動電極（２４）と前記固定電極（３２、４２）とのスティッキングを防止可能な位置として前記可動電極の近傍に設けられており、
前記調整用電極によって、前記可動電極と前記固定電極とを引き離すような静電気力を、前記可動電極に対して印加できるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の容量式力学量センサ。
【請求項５】
前記可動電極（２４）は、前記所定方向と直交する方向へ沿って延びる櫛歯形状をなすものであり、
前記固定電極（３２、４２）は、前記可動電極における櫛歯の隙間に噛み合うように前記可動電極に対向して配置された櫛歯形状をなすものであり、
前記調整用電極（７０）は、前記可動電極における櫛歯の隙間に噛み合うように配置されるとともに、前記可動電極に対して前記固定電極とは反対側の部位にて対向しているものであることを特徴とする請求項４に記載の半導体力学量センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板に、基部、基部に対してバネ部を介して連結された可動電極、および、基部に固定され可動電極と対向して配置された固定電極を備えるとともに、バネ部のバネ定数を調整する調整用電極を備える力学量センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の力学量センサは、半導体基板に、基部と、この基部に連結され力学量の印加に応じて所定方向へ弾性的に変位するバネ部と、このバネ部に連結されバネ部とともに該所定方向へ変位可能な可動電極と、基部に固定され可動電極と対向して配置された固定電極とを備え、力学量の印加に応じて可動電極が該所定方向へ変位したとき、可動電極と固定電極との間隔の変化に基づいて印加力学量を検出するものであり、いわゆる容量式力学量センサといわれている。
【０００３】
このような力学量センサにおいては、バネ部の加工ばらつきの影響による検出精度を良好なものにするために、バネ部のバネ定数を調整する調整用電極を設けたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。それによれば、調整用電極に電圧を印加することで、静電気力を発生させ、バネ部（梁部）のバネ定数を可変とできる。
【０００４】
一方、この種の力学量センサとして、バネ部が折り返し形状をなす梁形状を有するとともに、可動電極および固定電極が櫛歯形状をなす力学量センサが提案されている（例えば、特許文献２参照）。このような力学量センサの一般的な平面構成を図１１に示す。
【０００５】
このセンサは、半導体基板１０の一面側からトレンチエッチングを施すことで溝を形成することにより、バネ部２２およびこれに一体形成された可動電極２４からなる可動部と、可動電極２４に対向した固定電極３２、４２とが形成されたものである。
【０００６】
バネ部２２は、力学量の印加に応じて図１１中の矢印Ｙ方向に変位するバネ機能を有するもので、この変位方向Ｙと直交する方向に延びる梁形状を有する。可動電極２４は、バネ部２２に一体に形成されるとともに、バネ部２２の変位方向Ｙに沿って櫛歯状に複数本配列されたものであり、バネ部２２とともに変位方向Ｙに変位可能となっている。
【０００７】
また、固定電極３２、４２は、基板１０に固定支持され、可動電極２４における櫛歯の隙間にかみ合うように櫛歯状に複数本配列されたものであり、固定電極３２、４２の側面と可動電極２４の側面とが対向して配置されている。
【０００８】
ここで、図１１中の左側の可動電極２４と固定電極３２との間隔（電極間隔）に形成される容量をＣＳ１、右側の可動電極２４と固定電極４２との間隔（電極間隔）に形成される容量をＣＳ２とする。
【０００９】
そして、このセンサにおいては、加速度や角速度等の力学量の印加に伴い、左右の可動電極２４と固定電極３２、４２との間の容量ＣＳ１、ＣＳ２が変化する。この変化した容量の差（ＣＳ１−ＣＳ２）に基づく信号がセンサから出力信号として出力され、この信号は図示しない回路チップ等にて処理され、最終的に出力される。こうして力学量が検出されるようになっている。
【００１０】
【特許文献１】
特開２０００−１８０１８０号公報
【００１１】
【特許文献２】
特開平１１−３２６３６５号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図１１に示す力学量センサでは、バネ部２２は、所定方向Ｙに沿って対向する一対の対向部を有する。つまり、図１１に示すバネ部２２においては、２本の梁２２ａ、２２ｂが対向しており、これら対向する梁２２ａ、２２ｂの間隔が変化するように弾性変形する。
【００１３】
そのため、対向する梁２２ａ、２２ｂ同士が静電気力等によって付着し離れなくなってしまう現象、すなわちスティッキングが発生する恐れがある。また、互いに対向する可動電極２４と固定電極３２、４２との間においても、同様にスティッキングの恐れがある。
【００１４】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、調整用電極を有する容量式力学量センサにおいて、調整用電極によるバネ部のバネ定数の調整とスティッキングの防止とを両立することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、半導体基板（１０）に、基部（１５）と、この基部に連結され力学量の印加に応じて所定方向（Ｙ）へ弾性的に変位するバネ部（２２）と、このバネ部に連結されバネ部とともに前記所定方向へ変位可能な可動電極（２４）と、基部に固定され可動電極と対向して配置された固定電極（３２、４２）と、バネ部のバネ定数を調整する調整用電極（５０、６０、７０）とが形成されてなり、力学量の印加に応じて可動電極が前記所定方向へ変位したとき、可動電極と固定電極との間隔の変化に基づいて印加力学量を検出する力学量センサにおいて、バネ部は、前記所定方向に沿って対向する一対の対向部（２２ａ、２２ｂ）を有するとともに、これら対向部の間隔が変化するように弾性変形するものであり、調整用電極は、バネ部における一対の対向部同士のスティッキングもしくは可動電極と固定電極とのスティッキングを防止可能な位置に設けられていることを特徴とする。
【００１６】
それによれば、調整用電極（５０、６０、７０）が、バネ部（２２）における一対の対向部（２２ａ、２２ｂ）同士のスティッキングもしくは可動電極（２４）と固定電極（３２、４２）とのスティッキングを防止可能な位置に設けられているため、スティッキングの防止が可能となる。
【００１７】
よって、本発明によれば、調整用電極を有する容量式力学量センサにおいて、調整用電極によるバネ部のバネ定数の調整とスティッキングの防止とを両立することができる。
【００１８】
請求項２に記載の発明では、調整用電極（５０）は、バネ部（２２）における一対の対向部（２２ａ、２２ｂ）同士のスティッキングを防止可能な位置として一対の対向部における一方の外側と他方の外側とにそれぞれ設けられており、調整用電極によって、一対の対向部を互いに引き離すような静電気力を、バネ部に対して印加できるようになっていることを特徴とする。
【００１９】
それによれば、調整用電極（５０）に電圧を印加することによって、バネ部（２２）の対向部（２２ａ、２２ｂ）同士が開く方向にバネ部の動きを調整することができる。
【００２０】
また、バネ部（２２）における対向部（２２ａ、２２ｂ）同士が接触しても、調整用電極（５０）の静電気力によって、対向部同士を引き離すことができるため、バネ部におけるスティッキングを適切に防止することができる。
【００２１】
このように、本発明によれば、調整用電極を有する容量式力学量センサにおいて、調整用電極によるバネ部のバネ定数の調整とスティッキングの防止とを適切に両立することができる。
【００２２】
請求項３に記載の発明では、調整用電極（６０）は、バネ部（２２）における一対の対向部（２２ａ、２２ｂ）同士のスティッキングを防止可能な位置として、一対の対向部の間に介在して設けられていることを特徴とする。
【００２３】
それによれば、調整用電極（６０）に電圧を印加することで調整用電極とバネ部（２２）とが引き合ったり、反発しあったりする静電気力を発生させることができるため、バネ部のバネ定数の調整が可能となる。
【００２４】
また、調整用電極がバネ部における対向部間に介在するので、そもそも対向部同士の接触が生じないため、バネ部におけるスティッキングを防止できる。
【００２５】
このように、本発明によれば、調整用電極を有する容量式力学量センサにおいて、調整用電極によるバネ部のバネ定数の調整とスティッキングの防止とを適切に両立することができる。
【００２６】
請求項４に記載の発明では、調整用電極（７０）は、可動電極（２４）と固定電極（３２、４２）とのスティッキングを防止可能な位置として可動電極の近傍に設けられており、調整用電極によって、可動電極と固定電極とを引き離すような静電気力を、可動電極に対して印加できるようになっていることを特徴とする。
【００２７】
それによれば、調整用電極（７０）に電圧を印加することによって、可動電極（２４）と固定電極（３２、４２）とが離れる方向に静電気力を作用させることができ、結果的にバネ部の動きを調整することができる。
【００２８】
また、可動電極（２４）と固定電極（３２、４２）とが接触しても、調整用電極（７０）の静電気力によって、両電極同士を引き離すことができるため、可動電極と固定電極との間におけるスティッキングを適切に防止することができる。
【００２９】
このように、本発明によれば、調整用電極を有する容量式力学量センサにおいて、調整用電極によるバネ部のバネ定数の調整とスティッキングの防止とを適切に両立することができる。
【００３０】
請求項５に記載の発明では、可動電極（２４）は、前記所定方向と直交する方向へ沿って延びる櫛歯形状をなすものであり、固定電極（３２、４２）は、可動電極における櫛歯の隙間に噛み合うように可動電極に対向して配置された櫛歯形状をなすものであり、調整用電極（７０）は、可動電極における櫛歯の隙間に噛み合うように配置されるとともに、可動電極に対して固定電極とは反対側の部位にて対向しているものであることを特徴とする。
【００３１】
上記請求項４に記載の半導体力学量センサとしては、この請求項５の発明に記載されているようなものにできる。
【００３２】
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一例である。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。
【００３４】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体力学量センサとしての差動容量式加速度センサＳ１の概略平面図であり、図２は本センサＳ１の図１中のＡ−Ａ線に沿った概略断面図である。
【００３５】
この加速度センサＳ１は、例えば、エアバッグ、ＡＢＳ、ＶＳＣ等の作動制御を行うための自動車用加速度センサやジャイロセンサ等に適用できる。
【００３６】
［センサの基本構成、基本動作等］
加速度センサＳ１は、半導体基板に周知のマイクロマシン加工を施すことにより形成される。加速度センサＳ１を構成する半導体基板は、図２に示すように、第１シリコン基板１１と第２シリコン基板１２との間に、絶縁層としての酸化膜１３を有する矩形状のＳＯＩ基板１０である。そして、ＳＯＩ基板１０のうち第１シリコン基板１１および酸化膜１３が基部１５として構成されている。
【００３７】
第２シリコン基板１２には、溝１４を形成することにより、梁構造体２０、３０、４０、５０とが形成されている。この梁構造体２０〜５０は、本例では櫛歯形状を有するもので、基部１５に対して可動に連結された可動部２０と、基部１５に固定された固定部３０、４０と、調整用電極５０とからなる。
【００３８】
また、図２に示すように、可動部２０、および、固定部３０、４０における櫛歯部分は、第２シリコン基板１２における酸化膜１３側の部分が除去されており、酸化膜１３の上に浮いた形となっている。
【００３９】
このような加速度センサＳ１は、次のように製造される。ＳＯＩ基板１０の第２シリコン基板１２にフォトリソグラフ技術を用いて梁構造体に対応した形状のマスクを形成した後、ＣＦ４やＳＦ６等のガスを用いてドライエッチング等にてトレンチエッチングを行い溝１４を形成する。
【００４０】
それによって梁構造体２０〜５０を一括して形成する。このトレンチエッチングにおいて、固定部３０、４０の一部や調整用電極５０については、上記した酸化膜１３から浮かせる部分に比べて幅広形状とする。
【００４１】
それにより、当該浮かせる部分では、サイドエッチングによって第２シリコン基板１２の下部が除去され、当該浮かせる部分以外の部位では、第２シリコン基板１２の下部は残る。そのため、第２シリコン基板１２において、酸化膜１３から浮いた部分と酸化膜１３に支持された部分とが形成され、その結果、上記溝１４を介して区画された梁構造体２０〜５０が形成される。
【００４２】
図１において、可動部２０は、半導体基板１０の中央部を横断するように配置されており、錘部２１の両端を、バネ部２２を介してアンカー部２３ａ及び２３ｂに一体に連結した構成となっている。ここで、アンカー部２３ａ、２３ｂは酸化膜１３に支持されている部分である。
【００４３】
また、バネ部２２は、平行な２本の梁２２ａ、２２ｂがその両端で連結された矩形枠状をなしており、これら２本の梁２２ａ、２２ｂの長手方向と直交する方向に弾性的に変位するバネ機能を有する。具体的には、バネ部２２は、図１中の矢印Ｙ方向の成分を含む加速度を受けたときに錘部２１を矢印Ｙ方向へ変位させるとともに、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。
【００４４】
言い換えれば、バネ部２２は、矢印Ｙ方向に沿って対向する一対の対向部として２本の梁２２ａ、２２ｂを有するとともに、これら２本の梁２２ａ、２２ｂの間隔が広くなったり狭くなったりするように弾性変形するものである。
【００４５】
よって、可動部２０は、加速度の印加に応じて、バネ部２２の変位方向すなわち上記矢印Ｙ方向へ変位可能となっている。以下、矢印Ｙ方向を変位方向Ｙと言うこととする。
【００４６】
また、可動部２０は、変位方向Ｙと直交した方向に沿って、錘部２１の両側面から互いに反対方向へ延びる梁形状をなす複数個の可動電極２４を備えている。図１では、可動電極２４は、錘部２１の左側及び右側に各々４個ずつ突出して形成され、各可動電極２４は断面矩形の梁状に形成されている。
【００４７】
このように、各可動電極２４は、バネ部２２及び錘部２１と一体的に形成されることにより、錘部２１を介してバネ部２２に連結された形となっている。そして、可動電極２４は、バネ部２２および錘部２１とともに変位方向Ｙに変位可能となっている。
【００４８】
固定部３０、４０は、可動部２０の錘部２１を挟んで両側に設けられており、図１中の左側に位置する第１の固定部３０と、図１中の右側に位置する第２の固定部４０とよりなる。これら両固定部３０、４０は互いに電気的に独立している。
【００４９】
各固定部３０、４０は、酸化膜１３に固定されて第１シリコン基板１１に支持された配線部３１および４１と、可動電極２４の側面と所定の検出間隔を存して平行した状態で対向配置された複数個（図示例では４個ずつ）の固定電極３２および４２とを有した構成となっている。
【００５０】
ここで、第１の固定部３０側の固定電極３２を第１の固定電極３２、第２の固定部４０側の固定電極４２を第２の固定電極４２とする。各固定電極３２および４２は、可動電極２４に対して略平行に延びる断面矩形の梁状に形成されて、各配線部３１、４１に片持ち状に支持され、酸化膜１３から浮いた状態となっている。
【００５１】
このように、本実施形態では、可動動電極２４は、変位方向Ｙと直交する方向へ沿って延びる櫛歯形状をなすものとし、固定電極３２、４２は、可動電極２４における櫛歯の隙間に噛み合うように可動電極２４に対向して配置された櫛歯形状をなすものとしている。
【００５２】
また、各固定部３０、４０の各配線部３１、４１上の所定位置には、それぞれワイヤボンディング用の固定電極パッド３１ａ、４１ａが形成されている。また、一方のアンカー部２３ｂと一体に連結された状態で、可動電極用配線部２５が形成されており、この配線部２５上の所定位置には、ワイヤボンディング用の可動電極パッド２５ａが形成されている。上記の各電極パッド２５ａ、３１ａ、４１ａは、例えばアルミニウム等により形成されている。
【００５３】
なお、梁構造体２０〜５０以外の第２の半導体基板１２の電位をとるため、電極パッド１００ａが形成されており、電極パッド１００ａも上記パッドと同じ用にアルミニウム等で形成されている。
【００５４】
また、本加速度センサＳ１は、例えば第１シリコン基板１１の裏面すなわち酸化膜１３とは反対側の面側において接着剤等を介して図示しないパッケージに固定されており、このパッケージには、後述する検出回路１００（図３参照）を有する回路手段が収納されている。
【００５５】
そして、この回路手段と上記の各電極パッド２５ａ、３１ａ、４１ａとは、金もしくはアルミニウムのワイヤボンディング等により形成されたワイヤ（図示せず）により電気的に接続される。
【００５６】
このような基本構成、すなわち可動部２０および固定部３０、４０を有する構成を備えた加速度センサＳ１においては、次のような基本動作により、加速度の検出がなされる。
【００５７】
上記基本構成において、第１の固定電極３２と可動電極２４との電極間隔に第１の容量ＣＳ１、第２の固定電極４２と可動電極２４との電極間隔に第２の容量ＣＳ２が形成されている。
【００５８】
そして、加速度を受けると、バネ部２２のバネ機能により、可動部２０全体が一体的に変位方向Ｙへ変位し、可動電極２４の変位に応じて上記各容量ＣＳ１、ＣＳ２が変化する。そして、上記検出回路１００は、可動電極２４と固定電極３２、４２とによる差動容量（ＣＳ１−ＣＳ２）の変化に基づいて加速度を検出する。
【００５９】
図３に、本加速度センサＳ１の検出回路図を示す。検出回路１００において、１１０はスイッチドキャパシタ回路（ＳＣ回路）であり、このＳＣ回路１１０は、容量がＣｆであるコンデンサ１１１、スイッチ１１２及び差動増幅回路１１３を備え、入力された容量差（ＣＳ１−ＣＳ２）を電圧に変換するものである。
【００６０】
そして、本加速度センサＳ１においては、例えば、固定電極パッド３１ａから振幅Ｖｃｃの搬送波１、固定電極パッド４１ａから搬送波１と位相が１８０°ずれた搬送波２を入力し、ＳＣ回路１１０のスイッチ１１２を所定のタイミングで開閉する。そして、印加加速度は、下記の数式１に示す様に、電圧値Ｖ０として出力される。
【００６１】
【数１】Ｖ０＝（ＣＳ１  −ＣＳ２）・Ｖｃｃ／Ｃｆ
ここにおいて、本実施形態では、バネ部２２のバネ定数を調整する調整用電極５０を有している。
【００６２】
上述したように、容量式力学量センサは、可動電極と固定電極間の静電容量を検出するものであるが、上述した可動部２０の変位からわかるように、大きな加速度が加われば、当該電極間隔は小さくなり、この間隔に反比例して静電容量が増加する。そのために、加速度と容量値との関係において直線関係の領域が少なくなる。
【００６３】
そこで、大きな加速度が加わったときに電極間隔の変化の小さい非直線性バネにより、バネ部が構成されていれば、加速度と容量値との関係が直線に近くなり、より広い加速度範囲に対応した検出が可能となる。
【００６４】
実際には、そのような非直線性バネの実現が難しいので、調整用電極５０を用いて、バネ部２２のバネ定数を調整することによって、見かけ上、上記非直線性バネが実現されるのである。これが、本実施形態の加速度センサＳ１における調整用電極５０による効果である。
【００６５】
以上、本加速度センサＳ１の基本構成、基本動作等について述べてきたが、次に、本実施形態における調整用電極５０の独自の特徴点について述べる。
【００６６】
［調整用電極について］
調整用電極５０は、本実施形態では、バネ部２２における一対の対向部すなわち梁２２ａ、２２ｂ同士のスティッキングを防止可能な位置に設けられている。
【００６７】
具体的には、図１、図２に示すように、調整用電極５０は、一対の梁２２ａ、２２ｂにおける一方の梁２２ａの外側と他方の梁２２ｂの外側とにそれぞれ設けられている。図示例では、合計８個の調整用電極５０が設けられている。
【００６８】
各調整用電極５０は、図２に示すように、酸化膜１３すなわち基部１５に支持されている。また、各調整用電極５０上の所定位置には、ワイヤボンディング用の調整用電極パッド５０ａが、例えばアルミニウム等により形成されている。そして、各調整用電極パッド５０ａは、上記した回路手段とワイヤ（図示せず）により電気的に接続されている。
【００６９】
そして、上記回路手段によって調整用電極５０に電圧を印加することにより、バネ部２２における一対の梁２２ａ、２２ｂを互いに引き離すような静電気力を、バネ部２２に対して印加できるようになっている。
【００７０】
それにより、本実施形態では、調整用電極５０に電圧を印加することによって、バネ部２２の対向部２２ａ、２２ｂ同士が開く方向にバネ部２２の動きを調整することができる。
【００７１】
実際には、上記回路手段によって、各調整用電極５０に印加する電圧の正負を種々変更することは容易に可能である。
【００７２】
例えば、検出感度を上げる場合、小さい加速度でも大きな容量変化が得られるようにバネ部２２のバネ定数を小さくする。このとき、例えば、図１中の変位方向Ｙにおいて下方向へのバネ部２２の動きに対するバネ定数を小さくするためには、次のようにする。
【００７３】
錘部２１、バネ部２２、および可動電極２４の全体すなわち可動部２０にはプラスの電位が印加されているとする。このとき、各バネ部２２において、上側の梁２２ａの外側に位置する調整用電極５０をプラス電位とし、下側の梁２２ｂの外側に位置する調整用電極５０をマイナス電位とするように、各調整用電極５０に電位を付与する。このようにすれば、可動部２０が変位方向Ｙの下方へ移動しやすくなる。
【００７４】
また、バネ部２２における対向部２２ａ、２２ｂ同士が接触しても、調整用電極５０の静電気力によって、対向部２２ａ、２２ｂ同士を引き離すことができるため、バネ部２２におけるスティッキングを適切に防止することができる。具体的には、バネ部２２における各梁２２ａ、２２ｂと、その外側の調整用電極５０とが引っ張り合うような静電気力を発生させればよい。
【００７５】
また、このバネ部２２における対向部２２ａ、２２ｂ同士を引き離すことは、可動電極２４とこれに対向する固定電極３２、４２とが接触状態となった場合でも、これら接触した両電極を引き離すことができるということである。
【００７６】
このように、本実施形態によれば、調整用電極を有する容量式力学量センサにおいて、調整用電極によるバネ部のバネ定数の調整とスティッキングの防止とを適切に両立することができる。
【００７７】
［変形例］
上記図１、図２に示した本実施形態の加速度センサＳ１は、表面加工型のものであったが、同様な構成のものを裏面加工により形成することも可能である。
【００７８】
図４は、そのような裏面加工型の加速度センサＳ１’の概略平面構成を示す図であり、図５は、同加速度センサＳ１’の図４中のＢ−Ｂ線に沿った概略断面図である。
【００７９】
この加速度センサＳ１’を構成する半導体基板も、上記のものと同様、第１シリコン基板１１および酸化膜１３が基部１５であり、第２シリコン基板１２に梁構造体２０、３０、４０、５０が形成されてなるものである。
【００８０】
ここで、本変形例では、また、可動部２０と固定部３０、４０における櫛歯部分と調整用電極５０におけるバネ部２２との対向部との形成領域に対応した部位において、その直下の酸化膜１３および第１シリコン基板１１が除去されて開口部１６が形成されている。
【００８１】
このようなセンサＳ１は、次のように製造される。ＳＯＩ基板１０の第２シリコン基板１２にフォトリソグラフ技術を用いて梁構造体に対応した形状のマスクを形成した後、ＣＦ４やＳＦ６等のガスを用いてドライエッチング等にてトレンチエッチングを行い溝１４を形成することによって梁構造体２０〜５０を一括して形成する。
【００８２】
続いて、ＳＯＩ基板１０の裏面すなわち第１シリコン基板１１側から、上記開口部１６に対応した部位を、ＫＯＨ等を用いた異方性エッチングやフッ酸等を用いたエッチング等を用いてエッチングする。それにより、開口部１６を形成することができる。
【００８３】
その結果、可動部２０は、開口部１６上を横断するように配置され、錘部２１、バネ部２２および可動電極２４は、開口部１６に臨んだ状態となっている。また、固定部３０、４０については、配線部３１、４１が開口部１５の開口縁部に固定支持され、各固定電極３２および４２は開口部１６に臨んだ状態となっている。
【００８４】
また、各調整用電極５０も、開口部１６の開口縁部に片持ち支持され、バネ部２２に対向する部位は開口部１６に臨んだ状態となっている。
【００８５】
そして、この図４、図５に示す加速度センサＳ１’においても、上記した本実施形態の作用効果を奏し、調整用電極によるバネ部のバネ定数の調整とスティッキングの防止とを適切に両立することができる。
【００８６】
（第２実施形態）
図６は、本発明の第２実施形態に係る半導体力学量センサとしての差動容量式加速度センサＳ２の概略平面図であり、図７は本センサＳ２の図６中のＣ−Ｃ線に沿った概略断面図である。
【００８７】
この加速度センサＳ２は、例えば、エアバッグ、ＡＢＳ、ＶＳＣ等の作動制御を行うための自動車用加速度センサやジャイロセンサ等に適用できる。
【００８８】
そして、本加速度センサＳ２におけるセンサの基本構成、製法、基本動作、調整用電極による非直線性バネの実現等については、上記第１実施形態における［センサの基本構成、基本動作等］のところで述べたのと同様である。ただし、本実施形態では、バネ部２２のバネ定数を調整する調整用電極を上記第１実施形態とは変えて符号６０にて示している。
【００８９】
次に、本実施形態における調整用電極６０の独自の特徴点について述べる。
【００９０】
［調整用電極について］
調整用電極６０は、本実施形態では、バネ部２２における一対の対向部すなわち梁２２ａ、２２ｂ同士のスティッキングを防止可能な位置に設けられている。
【００９１】
具体的には、図６、図７に示すように、調整用電極６０は、バネ部２２における一対の対向部である２本の梁２２ａ、２２ｂの間に介在して設けられている。図示例では、各バネ部２２において２個ずつ、合計４個の調整用電極６０が設けられている。
【００９２】
各調整用電極６０は、図７に示すように、酸化膜１３すなわち基部１５に支持されている。また、図６に示すように、調整用電極６０に対応した調整用電極パッド６０ａが、第２シリコン基板１２の所定位置に例えばアルミニウム等により形成されている。
【００９３】
図６に示す例では、上側のバネ部２２に設けられた２個の調整用電極６０、下側のバネ部２２に設けられた２個の調整用電極６０に対応して、１個ずつ調整用電極パッド６０ａが設けられている。
【００９４】
ここで、図示しないが、調整用電極６０と調整用電極パッド６０ａとはＳＯＩ基板１０に設けられた内層配線等により電気的に接続されている。このような内層配線は、例えば、第１シリコン基板１１の所定部位にイオン注入、拡散等により不純物拡散層からなる配線層を形成したり、酸化膜１３にコンタクトホールを形成したりする等により形成することができる。
【００９５】
そして、各調整用電極パッド６０ａは、上記した回路手段とワイヤ（図示せず）により電気的に接続され、上記回路手段によって調整用電極６０に電圧を印加することができる。
【００９６】
それにより、調整用電極６０に電圧を印加することで調整用電極６０とバネ部２２とが引き合ったり、反発しあったりする静電気力を発生させることができるため、バネ部２２のバネ定数の調整が可能となる。
【００９７】
例えば、検出感度を上げる場合、小さい加速度でも大きな容量変化が得られるようにバネ部２２のバネ定数を小さくする。このとき、例えば、図６中の変位方向Ｙにおいて下方向へのバネ部２２の動きに対するバネ定数を小さくするためには、次のようにする。
【００９８】
錘部２１、バネ部２２、および可動電極２４の全体すなわち可動部２０にはプラスの電位が印加されているとする。このとき、図６中の上側のバネ部２２に位置する調整用電極６０をプラス電位とし、下側のバネ部２２に位置する調整用電極６０をマイナス電位とするように、各調整用電極６０に電位を付与する。このようにすれば、可動部２０が変位方向Ｙの下方へ移動しやすくなる。
【００９９】
このとき、各調整電極６０はバネ部２２ａ、２２ｂとの中間位置に配置しても良いが、よりバネ定数変化を大きくするには調整電極６０を錘２１に近いバネ部２２ｂに近い位置に配置すると調整電極６０とバネ部２２ｂが近くなり、より静電気の影響を受けやすくバネ部２２ｂが変化しやすくなる。
【０１００】
また、調整用電極６０がバネ部２２における対向部２２ａ、２２ｂ間に介在するので、そもそも対向部２２ａ、２２ｂ同士の接触が生じないため、バネ部２２におけるスティッキングを防止できる。
【０１０１】
また、このバネ部２２における対向部２２ａ、２２ｂ同士の接触が防止されることは、可動電極２４とこれに対向する固定電極３２、４２との接触を防止することにもつながる。
【０１０２】
なお、本実施形態において、バネ部２２における対向部である梁２２ａ、２２ｂと調整用電極６０とが接触した状態になった場合には、可動部２０と調整用電極６０とを同電位とすることで互いに反発するような静電気力を付与すれば、梁２２ａ、２２ｂと調整用電極６０とを引き離すことは容易に可能である。
【０１０３】
このように、本実施形態によれば、調整用電極を有する容量式力学量センサにおいて、調整用電極によるバネ部のバネ定数の調整とスティッキングの防止とを適切に両立することができる。
【０１０４】
［変形例］
なお、調整用電極６０を、バネ部２２における一対の対向部である２本の梁２２ａ、２２ｂの間に介在して設ける構成としては、図８に示すような加速度センサＳ２’であってもよい。図８に示す例では、各バネ部２２において１個ずつ、合計２個の調整用電極６０が設けられている。
【０１０５】
（第３実施形態）
図９は、本発明の第３実施形態に係る半導体力学量センサとしての差動容量式加速度センサＳ３の概略平面図であり、図１０は本センサＳ３の図９中のＤ−ＤＣ−Ｃ線に沿った概略断面図である。
【０１０６】
この加速度センサＳ３は、例えば、エアバッグ、ＡＢＳ、ＶＳＣ等の作動制御を行うための自動車用加速度センサやジャイロセンサ等に適用できる。
【０１０７】
そして、本加速度センサＳ３におけるセンサの基本構成、製法、基本動作、調整用電極による非直線性バネの実現等については、上記第１実施形態における［センサの基本構成、基本動作等］のところで述べたのと同様である。ただし、本実施形態では、バネ部２２のバネ定数を調整する調整用電極を上記第１実施形態とは変えて符号７０にて示している。
【０１０８】
次に、本実施形態における調整用電極７０の独自の特徴点について述べる。
【０１０９】
［調整用電極について］
調整用電極７０は、本実施形態では、可動電極２４と固定電極３２、４２とのスティッキングを防止可能な位置として可動電極２４の近傍に設けられている。
【０１１０】
具体的には、図９、図１０に示すように、調整用電極７０は、可動電極２４における櫛歯の隙間に噛み合うように配置されるとともに、可動電極２４に対して固定電極３２、４２とは反対側の部位にて対向している。図９に示す例では、錘部２１の左右に４個ずつ、合計８個の調整用電極７０が設けられている。
【０１１１】
各調整用電極７０は、図１０に示すように、酸化膜１３すなわち基部１５に支持されている。また、図９に示すように、調整用電極７０に対応した調整用電極パッド７０ａが、第２シリコン基板１２の所定位置に例えばアルミニウム等により形成されている。
【０１１２】
図９に示す例では、錘部２１の左側に設けられた４個の調整用電極７０、右側に設けられた４個の調整用電極７０に対応して、１個ずつ調整用電極パッド７０ａが設けられている。
【０１１３】
ここで、図示しないが、調整用電極７０と調整用電極パッド７０ａとはＳＯＩ基板１０に設けられた内層配線等により電気的に接続されている。このような内層配線は、例えば、第１シリコン基板１１の所定部位にイオン注入、拡散等により不純物拡散層からなる配線層を形成したり、酸化膜１３にコンタクトホールを形成したりする等により形成することができる。
【０１１４】
そして、各調整用電極パッド７０ａは、上記した回路手段とワイヤ（図示せず）により電気的に接続され、上記回路手段によって調整用電極７０に電圧を印加することができる。
【０１１５】
それにより、本実施形態では、可動電極２４と固定電極３２、４２とを引き離すような静電気力を、可動電極２４に対して印加できるようになっている。つまり、調整用電極７０に電圧を印加することによって、可動電極２４と固定電極３２、４２とが離れる方向に静電気力を作用させることができ、結果的にバネ部２２の動きを調整することができる。
【０１１６】
実際には、上記回路手段によって、各調整用電極７０に印加する電圧の正負を種々変更することは容易に可能である。
【０１１７】
例えば、検出感度を上げる場合、小さい加速度でも大きな容量変化が得られるようにバネ部２２のバネ定数を小さくする。このとき、例えば、図９中の変位方向Ｙにおいて下方向へのバネ部２２の動きに対するバネ定数を小さくするためには、次のようにする。
【０１１８】
錘部２１、バネ部２２、および可動電極２４の全体すなわち可動部２０にはプラスの電位が印加されているとする。このとき、図９において、錘部２１の左側に位置する調整用電極７０をマイナス電位とし、錘部２１の右側に位置する調整用電極７０をプラス電位とするように、各調整用電極７０に電位を付与する。このようにすれば、可動部２０が変位方向Ｙの下方へ移動しやすくなる。
【０１１９】
また、可動電極２４と固定電極３２、４２とが接触しても、調整用電極７０の静電気力によって、両電極２４と３２、４２同士を引き離すことができるため、可動電極２４と固定電極３２、４２との間におけるスティッキングを適切に防止することができる。
【０１２０】
また、この可動電極２４と固定電極３２、４２とを引き離すことは、バネ部２２における対向部２２ａ、２２ｂ同士が接触状態となった場合でも、これら接触した両対向部２２ａ、２２ｂを引き離すことができるということである。
【０１２１】
このように、本実施形態によれば、調整用電極を有する容量式力学量センサにおいて、調整用電極によるバネ部のバネ定数の調整とスティッキングの防止とを適切に両立することができる。
【０１２２】
（他の実施形態）
なお、上記加速度センサにおいて、可動電極と固定電極は互いに対向して容量検出が可能な間隔を有するものであればよく、櫛歯形状であるものに限定されるものではない。
【０１２３】
また、上記実施形態では、バネ部は、バネ部の変位方向に沿って対向する一対の対向部を有するものとして、平行な２本の梁２２ａ、２２ｂがその両端で連結された矩形枠状をなすものを示したが、これに限定されないことはいうまでもない。例えばらせん状をなすバネ、折り返し形状をなすバネ等であってもよい。
【０１２４】
また、本発明は、上記した加速度センサ以外にも、例えば角速度センサ等にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る加速度センサの概略平面図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線に沿った概略断面図である。
【図３】図１に示す加速度センサの検出回路構成を示す図である。
【図４】上記第１実施形態の変形例としての加速度センサの概略平面図である。
【図５】図４中のＢ−Ｂ線に沿った概略断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る加速度センサの概略平面図である。
【図７】図６中のＣ−Ｃ線に沿った概略断面図である。
【図８】上記第２実施形態の変形例としての加速度センサの概略平面図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る加速度センサの概略平面図である。
【図１０】図９中のＤ−Ｄ線に沿った概略断面図である。
【図１１】従来の一般的な加速度センサの概略平面図である。
【符号の説明】
１０…半導体基板としてのＳＯＩ基板、１５…基部、２２…バネ部、
２２ａ、２２ｂ…バネ部における一対の対向部としての梁、
２４…可動電極、３２、４２…固定電極、５０、６０、７０…調整用電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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