(57)【要約】【課題】感度のよい慣性力センサを提供すること。【解決手段】慣性力検出のための第一の電極と前記第一の電極で検出した信号を外部電極に引き出すための第一の固定部とを備えた第一の基板と、前記第一の電極から一定の距離を設けて形成した振動体と前記振動体を梁により架設し前記第一の基板に固定した第二の固定部と前記第一の電極で検出した信号を外部電極に伝達するための第三の固定部とを備えた第二の基板と、を有し前記第一の基板と前記第二の基板とは接合により固定されており、前記接合面を介して導通するように構成した。【選択図】  図２
2013171009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
慣性力検出のための第一の電極と前記第一の電極で検出した信号を外部電極に引き出すための第一の固定部とを備えた第一の基板と、
前記第一の電極から一定の距離を設けて形成した振動体と前記振動体を梁により架設し前記第一の基板に固定した第二の固定部と前記第一の電極で検出した信号を外部電極に伝達するための第三の固定部とを備えた第二の基板と、を有し
前記第一の基板と前記第二の基板とは接合により固定されており、前記接合面を介して導通していることを特徴とする慣性力センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の慣性力センサにおいて、
前記振動体から一定の距離を設けて形成した慣性力検出のための第二の電極と前記第二の電極で検出した信号を外部電極に引き出すための第四の固定部と前記第一の電極で検出した信号を外部電極に伝達するための第五の固定部とを備えた第三の基板と、を有し
前記第一の基板と前記第二の基板、および、前記第二の基板と前記第三の基板とは、接合により固定され、前記接合面を介して導通している構造であることを特徴とする慣性力センサ。
【請求項３】
請求項２に記載の慣性力センサにおいて、
前記第一の基板と前記第二の基板、あるいは、前記第二の基板と前記第三の基板の基板間接合のうち少なくともいずれかの接合が直接接合であることを特徴とする慣性力センサ。
【請求項４】
請求項３に記載の慣性力センサにおいて、
前記第一の基板および前記第二の基板および前記第三の基板はそれぞれ気密枠を備えており、
前記気密枠同士を接合することにより前記気密枠の内部の気密を保つことを特徴とする慣性力センサ。
【請求項５】
請求項４に記載の慣性力センサにおいて、
前記気密枠の内部に前記振動体を備えることを特徴とする慣性力センサ。
【請求項６】
請求項４に記載の慣性力センサにおいて、
前記第一の基板および前記第二の基板および前記第三の基板は、導電性シリコンで形成され、
前記第一の電極から前記第三の基板までの導通経路は、前記気密枠の内側に形成されていることを特徴とする慣性力センサ。
【請求項７】
請求項１に記載の慣性力センサにおいて、
前記第一の電極の慣性力検出部と前記振動体の静電容量検出に使用する検出部の面積が異なることを特徴とする慣性力センサ。
【請求項８】
請求項２に記載の慣性力センサにおいて、
前記第二の電極の慣性力検出部と前記振動体の静電容量検出に使用する検出部の面積が異なることを特徴とする慣性力センサ。
【請求項９】
請求項８に記載の慣性力センサにおいて、
前記第一の電極に形成された慣性力検出部と前記第二の電極に形成された慣性力検出部の面積が同じであることを特徴とする慣性力センサ。
【請求項１０】
請求項３に記載の慣性力センサにおいて、
前記第一の電極と前記振動体との距離と、前記第二の電極と前記振動体との距離と、が等しいことを特徴とする慣性力センサ。
【請求項１１】
請求項３に記載の慣性力センサにおいて、
前記第一の基板と前記第二の基板、あるいは、前記第二の基板と前記第三の基板の基板間の接合のいずれか一方をＡｕ−Ｓｉ、Ａｕ−Ｓｎ、Ａｕ−Ｇｅ、Ａｕ−Ｉｎ、Ａｌ−Ｇｅ、Ｃｕ−Ｓｎのいずれかの共晶接合により接合されることを特徴とする慣性力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理量を検出するセンサに係り、特に、加速度、角速度などの慣性力を静電容量変化により検出するセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、下記の特許文献１がある。この公報には、２枚のガラス基板の間にシリコン基板を挟んだ三層構造を有するセンサについて、検出電極を三次元配線によってシリコン基板の面外方向に形成する方法が開示されている。半導体部品と接続するための外部電極が形成された面とは反対の面に形成された検出電極からの信号を、シリコン基板に形成されたフィードスルーを介して外部電極に導くことを可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１９４６１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記構造の場合、検出電極とフィードスルー間の接触抵抗が大きくなることにより、感度が悪化するという課題が残されている。
【０００５】
本発明の目的は、感度のよい慣性力センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の慣性力センサは、慣性力検出のための第一の電極を備え、かつ、前記第一の電極で検出した信号を外部電極に引き出すための第一の固定部を備えた第一の基板と、前記第一の電極を覆うように形成された振動体を備え、かつ、振動体は梁により第二の固定部に架設されており、かつ、前記第二の固定部は前記第一の基板に固定されており、第一の電極で検出した信号を外部電極に伝達するための第三の固定部を備えた第二の基板と、において、前記第一の基板、前記第二の基板、との固定は全て接合であり、接合面を介して導通している構造である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、感度のよい慣性力センサを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施例である加速度センサの鳥瞰図。
【図２】第１の実施例である加速度センサの断面図。
【図３】第１の実施例である加速度センサの上部電極接合側の平面図。
【図４】第１の実施例である加速度センサの製作工程断面図。
【図５】第２の実施例である加速度センサの断面図。
【図６】第３の実施例である加速度センサの断面図。
【図７】第４の実施例である角速度センサの鳥瞰図。
【図８】第４の実施例である角速度センサの断面図。
【図９】第４の実施例である角速度センサの上部電極接合側の平面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の実施例では静電容量検出式加速度センサと静電容量検出式角速度センサを例にして説明するが、本発明は、これらのセンサにとらわれず広く慣性力センサ全般に適用可能である。
【実施例１】
【００１０】
図１と図２に示すように、本実施例における加速度センサは、第一の基板である下部電極基板５０、第二の基板であるセンサ基板６０、第三の基板である上部電極基板７０で構成される。下部電極基板５０は活性層２３を用い、第一の電極である下部電極２、活性層気密枠３、第一の固定部である下部電極用活性層固定部１７、下部電極用活性層配線１８、振動体変位可能エリア２２、上部電極用活性層固定部４、振動体用活性層固定部１６ａ，１６ｂからなる。センサ基板６０はセンサ層２４を用い、振動体５、第二の固定部であるセンサ層固定部１９ａ，１９ｂ、振動体支持梁２０ａ，２０ｂ、上部電極用センサ層固定部６、第三の固定部である下部電極用センサ層固定部７からなる。上部電極基板７０は、図２、図３に示されるように上活性層２５を用い、第二の電極である上部電極１１、上活性層気密枠１２、第四の固定部である上部電極用上活性層固定部１０、上部電極用上活性層配線３１、上振動体変位可能エリア３２、第五の固定部である下部電極用上活性層固定部９、振動体用上活性層固定部２８ａ，２８ｂからなる。
【００１１】
図１に示されるように、下部電極２形成には、下部電極２を備えた活性層２３と支持基板１の間に絶縁層３０を挟んだ状態である貼り合わせ基板を使用した。これにより、活性層２３と支持基板１は電気的に絶縁されている。下部電極２、上部電極用活性層固定部４、振動体用活性層固定部１６ａ，１６ｂ、活性層気密枠３は空間によって電気的に絶縁されており、隣り合う構造同士で混線はない。
【００１２】
振動体用活性層固定部１６ａ，１６ｂは振動体５を固定するセンサ層固定部１９ａ，１９ｂと接続している。また、下部電極用活性層固定部１７は下部電極用センサ層固定部７と接続しており、上部電極用活性層固定部４は上部電極用センサ層固定部６と接続している。
【００１３】
振動体５と振動体支持梁２０ａ，２０ｂは振動体変位可能エリア２２の上部に構成されており、下部電極２を備えた活性層２３から浮いた構造となっている。振動体変位可能エリア２２は掘り下げられており、振動体５と下部電極２の浮上距離はセンサ層２４と振動体変位可能エリア２２の上面との距離と一致する。振動体支持梁２０ａ，２０ｂは直梁ではなく、折り返し梁でも良い。
【００１４】
振動体５は振動体５の端部において２本の振動体支持梁２０ａ，２０ｂにより架設されており、面内方向であるｘ，ｙ方向と面外方向であるｚ方向にそれぞれ振動可能な状態で支持されている。振動体５は振動体支持梁２０ａ，２０ｂの端に延設されたセンサ層固定部１９ａ，１９ｂによって、振動体用活性層固定部１６ａ，１６ｂに固定されており、振動体支持梁２０ａ，２０ｂは、ばね機構の役割を持つ。
【００１５】
例えば、振動体５が面外方向の加速度を受けた場合に、振動体５に発生する慣性力により、振動体５が変位するが、加速度印加終了とともに上記振動体支持梁２０ａ，２０ｂのばね力により元の位置に復元する。
【００１６】
振動体５には、下部電極２と対向する範囲において可動電極の機能を備えている。  
なお、本実施例においては振動体５よりも下部電極２の方を大きな構造とした。また、図２に示されるように、振動体５、センサ層気密枠８、上部電極用センサ層固定部６、下部電極用センサ層固定部７は空間によって電気的に絶縁されており、隣り合う構造同士で混線はない。
【００１７】
センサ層固定部１９ａ，１９ｂは振動体用上活性層固定部２８ａ，２８ｂ（図３参照。）と接続している。また、下部電極用センサ層固定部７は下部電極用上活性層固定部９と接続しており、上部電極用センサ層固定部６は上部電極用上活性層固定部１０と接続している。
【００１８】
接続している箇所が構成されている基板はそれぞれシリコン基板を用いており、同材料であるため線膨脹係数に差異がなく、温度変化に伴い発生する歪は小さい。接続には直接接合が用いられており、接合界面も上記固定部と同等の抵抗値であるため感度が低下することはない。
【００１９】
図２と図３に示すように上部電極１１は、上部電極１１を備えた上活性層２５と上支持基板１３の間に上絶縁層３４を挟んだ状態である貼り合わせ基板を使用した。これにより、上活性層２５と上支持基板１３は電気的に絶縁されている。上部電極１１、下部電極用上活性層固定部９、振動体用上活性層固定部２８ａ，２８ｂ、上活性層気密枠１２は空間によって電気的に絶縁されており、隣り合う構造同士で混線はない。上支持基板１３には下部電極用外部電極１４と上部電極用外部電極２７が形成されており、それぞれ絶縁膜３５によって電気的に絶縁している。また、上部電極用上活性層固定部１０は上部電極用外部電極２７と接続しており、下部電極用上活性層固定部９は下部電極用外部電極１４と接続している。下部電極用外部電極１４と上部電極用外部電極２７は基板に垂直に形成された孔に導電性材料が充填された構造となっており、上支持基板１３の表面で電極パッド１５に接続されている。電極パッド１５は全て同じ面に形成されている。このため、センサや集積回路のパッケージの一種であるＢＧＡ（Ball Grid Array）を用いることが容易であり、高密度実装に適している。
【００２０】
下部電極２と同様に上部電極１１も振動体５と対向するように構成されており、振動体５と異なるサイズで形成した。本実施例においては振動体５よりも上部電極１１の方を大きな構造とし、下部電極２と上部電極１１は同じ大きさとした。振動体５には、上部電極１１と対向する範囲において可動電極の機能を備えている。
【００２１】
図２に示すように、下部電極２で検出した信号は下部電極用活性層配線１８（図１参照。）を通じて下部電極用活性層固定部１７まで到達する。この信号は下部電極用活性層固定部１７と下部電極用センサ層固定部７の接合界面を通じて下部電極用センサ層固定部７へ、下部電極用センサ層固定部７と下部電極用上活性層固定部９の接合界面を通じて下部電極用上活性層固定部９へ、下部電極用上活性層固定部９と導通している下部電極用外部電極１４まで減衰することなく検出できる。
【００２２】
図１〜図３に示すように、センサは基板面外であるｚ方向の加速度を印加されると、振動体５と下部電極２と上部電極１１との間に形成される静電容量の変化に基づく加速度を検出することが可能である。また、振動体５が下部電極２に近づく方向に変位した場合、振動体５と下部電極２間の静電容量は増加する。その場合、振動体５は上部電極１１から遠ざかる方向に変位するので振動体５と上部電極１１間の静電容量は減少する。振動体変位可能エリア２２と振動体５、上振動体変位可能エリア３２と振動体５との間隔は一致する。そのため、下部電極２と上部電極１１の容量変化は同じ値であり、かつ、符号は逆である。このことを利用し、下部電極２と上部電極１１の容量変化を差動増幅することで感度を倍にすることが可能である。
【００２３】
なお、振動体変位可能エリア２２と上振動体変位可能エリア３２はウェットエッチングを用いて形成されており、振動体５とのギャップをナノメートルオーダーで制御することが可能となっている。これにより、センサ毎の感度ばらつきを抑制し、最適値に設定可能である。
【００２４】
また、振動体５の存在する内部空間は活性層気密枠３とセンサ層気密枠８と上活性層気密枠１２によって外部から隔離されている。これにより振動体５の周囲の環境は安定しており、外部からのごみや湿気起因の振動体５の固着や、ガス流入に伴う圧力変動起因の感度変動を抑制している。
【００２５】
次に、図４を用いてに上記静電容量検出式加速度センサの製造工程を説明する。
【００２６】
工程（ａ）において、活性層２３と支持基板１の２枚の単結晶シリコン基板の間にシリコン酸化膜からなる絶縁層３０を挟んで接合したＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を用意した。ＳＯＩ基板の活性層２３は電極として使用可能な低抵抗のものを使用した。
【００２７】
工程（ｂ）において、活性層２３に振動体変位可能エリア２２を形成するためのウェットエッチング用のマスクとするため、熱酸化によりＳＯＩ基板全面に酸化膜を形成した。次に酸化膜をフォトリソグラフィと酸化膜エッチング技術を利用しパターニングすることにより、活性層２３にウェットエッチング用マスクを形成した。形成した酸化膜パターンをマスクとしてウェットエッチングを実施し、活性層２３に数ミクロンメートルの段差である振動体変位可能エリア２２を形成した。
【００２８】
工程（ｃ）において、活性層２３の振動体変位可能エリア２２を含む全面においてフォトリソグラフィと酸化膜エッチング技術を利用しパターニングすることにより、活性層２３にドライエッチング用マスクを形成した。形成した酸化膜パターンとレジストパターンをマスクとしてシリコンのドライエッチングを実施し、活性層２３を絶縁層３０まで貫通させ、下部電極２と活性層気密枠３と上部電極用活性層固定部４と下部電極用活性層固定部１７を形成し、電気的に分離した。活性層２３表面の酸化膜を除去し、直接接合を可能とするようにシリコン面を露出させる。
【００２９】
工程（ｄ）において、センサ層２４を形成するための単結晶シリコン基板を用意した。センサ層２４は電極として使用可能な低抵抗のものを使用した。センサ層２４と上記シリコン面を露出させた状態で貼り合わせ、直接接合により強固に接合した。活性層２３とセンサ層２４を接合する前に接合面は十分な洗浄とプラズマを用いた表面活性化、かつ、接合媒体である水酸基がついた状態を確保する。
【００３０】
工程（ｅ）において、センサ層２４においてフォトリソグラフィを利用し、センサ層２４にドライエッチング用マスクを形成した。形成したレジストパターンをマスクとしてシリコンのドライエッチングを実施し、活性層２３まで貫通させ、振動体５と上部電極用センサ層固定部６と下部電極用センサ層固定部７とセンサ層気密枠８を形成し、電気的に分離した。
【００３１】
工程（ｆ）〜（ｈ）において、下部電極用外部電極１４と上部電極用外部電極２７が形成されたＳＯＩ基板に、上記下部電極２と上記振動体変位可能エリア２２の形成工程と同様の工程で上部電極１１と上振動体変位可能エリア３２を形成した。上活性層２５の上振動体変位可能エリア３２を含む全面においてフォトリソグラフィと酸化膜エッチング技術を利用しパターニングすることにより、上活性層２５にドライエッチング用マスクを形成した。形成した酸化膜パターンとレジストパターンをマスクとしてシリコンのドライエッチングを実施し、上活性層２３を上絶縁層３４まで貫通させ、上部電極１１と上活性層気密枠１２と上部電極用上活性層固定部１０と下部電極用上活性層固定部９を形成し、電気的に分離した。上活性層２５の表面は酸化膜が除去されており、直接接合を可能とするようにシリコン面が露出している。
【００３２】
工程（ｉ）において、振動体５が形成されたセンサ層２４と接合用にシリコン面を露出させた上活性層を貼り合わせ、直接接合により強固に接合した。上活性層２５とセンサ層２４を接合する前に接合面は十分な洗浄とプラズマを用いた表面活性化、かつ、接合媒体である水酸基がついた状態を確保する。上支持基板１３上にスパッタを用いて電極パッド用金属膜を成膜する。フォトリソグラフィを利用し下部電極用外部電極１４と上部電極用外部電極２７に接続するように電極パッド１５を形成する。
【００３３】
実施例１の加速度センサにおいて、上述した構成、すなわち、シリコン基板と検出電極の接触ではなく検出電極に延設された固定部の両基板に直接接合を用いて強固に接合し、接合界面を導通させることにより、接触抵抗変化が少なく長期間での感度やゼロ点出力の低下を防止する。また、検出電極にもシリコン基板を用いることで温度変化に伴う線膨脹係数差を起因とした歪を防ぎ、誤差の少ない高精度検出を可能とする。
【００３４】
また、下部電極２と上部電極１１は振動体５と異なるサイズで形成した。これにより、可動部が面内方向であるｘ，ｙ方向に振動した際に、振動体５が下部電極２と上部電極１１の上を外れるように動作すると、下部電極２と振動体５や上部電極１１と振動体５の間の感度が低下し、見掛け上ｚ方向に変位したように計測されるのを防止する効果を有する。
【実施例２】
【００３５】
図５は、実施例２の加速度センサの断面図である。  
既に説明した図１〜図４に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。
【００３６】
本実施例における加速度センサにおいては、下部電極用外部電極１４と上部電極用外部電極２７は基板の垂直方向に形成されたテーパのついた孔に導電性材料が成膜された構造となっており、電極パッド１５と同材料で形成される。それぞれの外部電極は上支持基板１３の表面で電極パッド１５に接続されている。また、電極パッド１５は全て同じ面に形成されている。このため、センサや集積回路のパッケージの一種であるＢＧＡ（Ball Grid Array）を用いることが容易であり、高密度実装に適している。
【００３７】
実施例２において、実施例１の効果と共に以下の効果も有する。  
テーパのついた孔は、ウェットエッチングやブラスト加工などの比較的安価な加工が可能であり、導電性材料の埋め込みよりも低コストでの製作を可能とする。また、テーパに配線を成膜することにより断線の危険性を抑制する効果を有する。
【実施例３】
【００３８】
図６は、実施例３の加速度センサの断面図である。  
既に説明した図１〜図５に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。
【００３９】
本実施例における加速度センサにおいては、センサ層固定部１９ａ，１９ｂは振動体用上活性層固定部２８ａ，２８ｂと接続している。また、下部電極用センサ層固定部７は接合界面に形成された導電性接合材料３３を通じて下部電極用上活性層固定部９と接続しており、上部電極用センサ層固定部６は上部電極用上活性層固定部１０と接続している。接続している箇所が構成されている基板はそれぞれシリコン基板を用いており、同材料であるため線膨脹係数に差異がなく、温度変化に伴い発生する歪は小さい。接続には導電性材料を挟み込んだ共晶結合を利用しており、接合界面も固定部と同程度の抵抗値であるため感度が低下することはない。共晶反応としてＡｕ−Ｓｉ、Ａｕ−Ｓｎ、Ａｕ−Ｇｅ、Ａｕ−Ｉｎ、Ａｌ−Ｇｅ、Ｃｕ−Ｓｎを利用する。
【００４０】
実施例３において、実施例１の効果と共に以下の効果も有する。  
共晶接合を利用することで、センサ基板６０の上部の平滑性が加工によりある程度悪化しても接合することを可能とする。また、直接接合する際に必要な接合媒体である水酸基を振動体５に付着させる工程が必要なく、湿気により振動体５が下部電極２に固着してしまうのを抑制する効果を有する。
【実施例４】
【００４１】
図７は、実施例５の角速度センサの鳥瞰図であり、各基板で分解した分解図である。図８は、角速度センサの断面図であり、図９は角速度センサの上部電極接合側の平面図である。
【００４２】
図７と図８に示すように、本実施例における角速度センサは、第一の基板である下部電極基板１５０、第二の基板であるセンサ基板１６０、第三の基板である上部電極基板１７０で構成される。下部電極基板１５０は活性層１２３を用い、第一の電極である下部電極１０２ａ，１０２ｂ、活性層気密枠１０３、第一の固定部である下部電極用活性層固定部１１７ａ，１１７ｂ、下部電極用活性層配線１１８ａ，１１８ｂ、振動体変位可能エリア１２２、上部電極用活性層固定部１０４ａ，１０４ｂ、振動体用活性層固定部１１６ａ〜１１６ｄからなる。センサ基板はセンサ層１２４を用い、振動体１０５ａ，１０５ｂ、第二の固定部であるセンサ層固定部１１９ａ〜１１９ｄ、振動体支持梁１２０ａ〜１２０ｄ、上部電極用センサ層固定部１０６ａ，１０６ｂ、第三の固定部である下部電極用センサ層固定部１０７ａ，１０７ｂ、リンク梁１３５からなる。上部電極基板は上活性層１２５を用い、上部電極１１１ａ，１１１ｂ、上活性層気密枠１１２、第四の固定部である上部電極用上活性層固定部１１０ａ，１１０ｂ、上部電極用上活性層配線１３１ａ，１３１ｂ、上振動体変位可能エリア１３２、第五の固定部である下部電極用上活性層固定部１０９ａ，１０９ｂ、振動体用上活性層固定部１２８ａ〜１２８ｄからなる。
【００４３】
下部電極１０２ａ，１０２ｂは、下部電極１０２ａ，１０２ｂを備えた活性層１２３と支持基板１０１の間に絶縁層１３０を挟んだ状態である貼り合わせ基板を使用した。これにより、活性層１２３と支持基板１０１は電気的に絶縁されている。下部電極１０２ａ，１０２ｂ、上部電極用活性層固定部１０４ａ，１０４ｂ、振動体用活性層固定部１１６ａ〜１１６ｄ、活性層気密枠１０３は空間によって電気的に絶縁されており、隣り合う構造同士で混線はない。
【００４４】
振動体用活性層固定部１１６ａ〜１１６ｄは振動体１０５ａ，１０５ｂを固定するセンサ層固定部１１９ａ〜１１９ｄと接続している。また、下部電極用活性層固定部１１７ａ，１１７ｂは下部電極用センサ層固定部１０７ａ，１０７ｂと接続しており、上部電極用活性層固定部１０４ａ，１０４ｂは上部電極用センサ層固定部１０６ａ，１０６ｂと接続している。接続している箇所が構成されている基板はそれぞれシリコン基板を用いており、同材料であるため線膨脹係数に差異がなく、温度変化に伴い発生する歪は小さい。接続には直接接合が用いられており、接合界面も上記固定部と同等の抵抗値であるため感度が低下することはない。
【００４５】
振動体１０５ａ，１０５ｂと振動体支持梁１２０ａ〜１２０ｄは振動体変位可能エリア１２２の上部に構成されており、下部電極１０２ａ，１０２ｂを備えた活性層１２３から浮いた構造となっている。振動体変位可能エリア１２２は掘り下げられており、振動体１０５と下部電極１０２の浮上距離はセンサ層１２４と振動体変位可能エリア１２２の上面との距離と一致する。振動体支持梁１２０ａ，１２０ｂは直梁ではなく、折り返し梁でも良い。振動体１０５ａ，１０５ｂは振動体１０５ａ，１０５ｂの端部において２本の振動体支持梁１２０ａ，１２０ｂにより架設されており、面内方向であるｘ，ｙ方向と面外方向であるｚ方向にそれぞれ振動可能な状態で支持されている。振動体１０５は振動体支持梁１２０ａ〜１２０ｄの端に延設されたセンサ層固定部１１９ａ〜１１９ｄによって、振動体用活性層固定部１１６ａ〜１１６ｄに固定されており、振動体支持梁１２０ａ〜１２０ｄは、ばね機構の役割を持つ。例えば、振動体１０５ａ，１０５ｂが面外方向の加速度や角速度を受けた場合に、振動体１０５ａ，１０５ｂに発生する慣性力により、振動体１０５ａ，１０５ｂが変位するが、加速度や角速度印加終了とともに上記振動体支持梁１２０ａ〜１２０ｄのばね力により元の位置に復元する。振動体支持梁１２０ａ〜１２０ｄは振動体１０５ａ，１０５ｂと連動して振動する。また、二つの振動体１０５ａ，１０５ｂは互いにリンク梁１３５により連結されている。振動体１０５ａ，１０５ｂ間では、リンク梁１３５を通じ、双方の振動エネルギーの授受が行われる。
【００４６】
振動体１０５ａ，１０５ｂには、下部電極１０２ａ，１０２ｂと対向する範囲において可動電極の機能を備えている。下部電極１０２ａ，１０２ｂは振動体１０５ａ，１０５ｂと異なるサイズで形成した。これは可動部が面内方向であるｘ，ｙ方向に振動した際に、振動体１０５ａ，１０５ｂが下部電極２の上部を外れるように動作すると、下部電極１０２ａ，１０２ｂと振動体１０５ａ，１０５ｂとの感度が低下し、見掛け上ｚ方向に変位したように計測されるのを防止するためである。本実施例においては振動体５よりも下部電極１０２ａ，１０２ｂの方を大きな構造とした。振動体１０５ａ，１０５ｂ、センサ層気密枠１０８、上部電極用センサ層固定部１０６ａ，１０６ｂ、下部電極用センサ層固定部１０７ａ，１０７ｂは空間によって電気的に絶縁されており、隣り合う構造同士で混線はない。
【００４７】
センサ層固定部１１９ａ〜１１９ｄは振動体用上活性層固定部１２８ａ〜１２８ｄと接続している。また、下部電極用センサ層固定部１０７ａ，１０７ｂは下部電極用上活性層固定部１０９ａ，１０９ｂと接続しており、上部電極用センサ層固定部６は上部電極用上活性層固定部１１０ａ，１１０ｂと接続している。接続している箇所が構成されている基板はそれぞれシリコン基板を用いており、同材料であるため線膨脹係数に差異がなく、温度変化に伴い発生する歪は小さい。接続には直接接合が用いられており、接合界面も上記固定部と同等の抵抗値であるため感度が低下することはない。
【００４８】
図８と図９に示すように上部電極１１１ａ，１１１ｂは、上部電極１１１ａ，１１１ｂを備えた上活性層１２５と上支持基板１１３の間に上絶縁層１３４を挟んだ状態である貼り合わせ基板を使用した。これにより、上活性層１２５と上支持基板１１３は電気的に絶縁されている。上部電極１１１ａ，１１１ｂ、下部電極用上活性層固定部１０９ａ，１０９ｂ、振動体用上活性層固定部１２８ａ〜１２８ｄ、上活性層気密枠１１２は空間によって電気的に絶縁されており、隣り合う構造同士で混線はない。上支持基板１１３には下部電極用外部電極１１４ａ，１１４ｂと上部電極用外部電極１２７ａ，１２７ｂが形成されており、それぞれ絶縁膜３５によって電気的に絶縁している。振動体用上活性層固定部１２８ａ〜１２８ｄと接続している。また、上部電極用上活性層固定部１１０ａ，１１０ｂは上部電極用外部電極１２７ａ，１２７ｂと接続しており、下部電極用上活性層固定部１０９ａ，１０９ｂは下部電極用外部電極１１４ａ，１１４ｂと接続している。下部電極用外部電極１１４ａ，１１４ｂと上部電極用外部電極１２７ａ，１２７ｂは基板に垂直に形成された孔に導電性材料が充填された構造となっており、上支持基板１１３の表面で電極パッド１１５に接続されている。電極パッド１１５は全て同じ面に形成されている。このため、センサや集積回路のパッケージの一種であるＢＧＡ（Ball Grid Array）を用いることが容易であり、高密度実装に適している。
【００４９】
下部電極１０２ａ，１０２ｂと同様に上部電極１１１ａ，１１１ｂも振動体１０５ａ，１０５ｂと対向するように構成されており、振動体１０５ａ，１０５ｂと異なるサイズで形成した。これは下部電極１０２ａ，１０２ｂと同様に可動部が面内方向であるｘ，ｙ方向に振動した際に、振動体１０５ａ，１０５ｂが上部電極１１１ａ，１１１ｂの上部を外れるように動作すると、上部電極１１１ａ，１１１ｂとの静電容量が低下し、見掛け上ｚ方向に変位したように計測されるのを防止するためである。本実施例においては振動体１０５よりも上部電極１１１の方を大きな構造とし、下部電極１０２と上部電極１１１は同じ大きさとした。振動体１０５ａ，１０５ｂには、上部電極１１１ａ，１１１ｂと対向する範囲において可動電極の機能を備えている。
【００５０】
図８に示すように、下部電極１０２ａ，１０２ｂで検出した信号は下部電極用活性層配線１１８ａ，１１８ｂを通じて下部電極用活性層固定部１１７ａ，１１７ｂまで到達する。この信号は下部電極用活性層固定部１１７ａ，１１７ｂと下部電極用センサ層固定部１０７の接合界面を通じて下部電極用センサ層固定部１０７へ、下部電極用センサ層固定部１０７ａ，１０７ｂと下部電極用上活性層固定部１０９ａ，１０９ｂの接合界面を通じて下部電極用上活性層固定部１０９ａ，１０９ｂへ、下部電極用上活性層固定部１０９ａ，１０９ｂと導通している下部電極用外部電極１１４ａ，１１４ｂまで信号を減衰させることなく検出できる。
【００５１】
図７〜図９に示すように、振動体１０５ａ，１０５ｂと下部電極１０２ａ，１０２ｂと上部電極１１１ａ，１１１ｂとの間に形成される静電容量の変化に基づく角速度を検出することが可能である。センサは基板面外であるｘ軸周りの角速度を印加されると、二つの振動体１０５ａ，１０５ｂはリンク梁１３５を通じて振動エネルギーの授受をしながら、コリオリ力により面外であるｚ軸方向に互いに逆方向に変位する。振動体１０５ａが下部電極１０２ａに近づく方向に変位した場合、振動体１０５ａと下部電極１０２ａ間の静電容量は増加する。その場合、振動体１０５ａは上部電極１１１ａから遠ざかる方向に変位するので振動体１０５ａと上部電極１１１ａ間の静電容量は減少する。同時に振動体１０５ａとリンク梁１３５で架設された振動体１０５ｂはコリオリ力により下部電極１０２ｂから遠ざかる方向に変位するので振動体１０５ｂと上部電極１１１ｂ間の静電容量は減少する。振動体変位可能エリア１２２と振動体１０５ａ，１０５ｂ、上振動体変位可能エリア１３２と振動体１０５ａ，１０５ｂとの間隔は一致する。そのため、下部電極１０２ａと上部電極１１１ｂの容量変化が同じ値で増加した時、下部電極１０２ｂと上部電極１１１ａの容量変化も同じ値で減少する。このことを利用し、下部電極１０２ａ，１０２ｂと上部電極１１１ａ，１１１ｂの容量変化を差動増幅することで感度を増幅することが可能である。また、加速度が印加された場合は、下部電極１０２ａと下部電極１０２ｂの容量変化が同じ値で増加した時、上部電極１１１ａと上部電極１１１ｂとの容量変化も同じ値で減少する。これにより、加速度と角速度を切り分けることが可能である。
【００５２】
なお、振動体変位可能エリア１２２と上振動体変位可能エリア１３２はウェットエッチングを用いて形成されており、振動体１０５ａ，１０５ｂとのギャップをナノメートルオーダーで制御することが可能となっている。これにより、センサ毎の感度ばらつきを抑制し、最適値に設定可能である。
【００５３】
また、振動体１０５ａ，１０５ｂの存在する内部空間は活性層気密枠１０３とセンサ層気密枠１０８と上活性層気密枠１１２によって外部から隔離されている。これにより振動体１０５ａ，１０５ｂの周囲の環境は安定しており、外部からのごみや湿気起因の振動体１０５ａ，１０５ｂの固着や、ガス流入に伴う圧力変動起因の感度変動を抑制している。
【００５４】
実施例４の角速度センサにおいて、実施例１と同様に以下の効果を有する。  
シリコン基板と検出電極の接触ではなく検出電極に延設された固定部の両基板に直接接合を用いて強固に接合し、接合界面を導通させることにより、接触抵抗変化が少なく長期間での感度やゼロ点出力の低下を防止する。また、検出電極にもシリコン基板を用いることで温度変化に伴う線膨脹係数差を起因とした歪を防ぎ、誤差の少ない高精度検出を可能とする。
【００５５】
また、下部電極２と上部電極１１は振動体５と異なるサイズで形成した。これは可動部が面内方向であるｘ，ｙ方向に振動した際に、振動体５が下部電極２と上部電極１１の上を外れるように動作すると、下部電極２と振動体５や上部電極１１と振動体５の間の感度が低下し、見掛け上ｚ方向に変位したように計測されるのを防止する効果を有する。
【符号の説明】
【００５６】
１，１０１  支持基板
２，１０２ａ，１０２ｂ  下部電極
３，１０３  活性層気密枠
４，１０４ａ，１０４ｂ  上部電極用活性層固定部
５，１０５ａ，１０５ｂ  振動体
６，１０６ａ，１０６ｂ  上部電極用センサ層固定部
７，１０７ａ，１０７ｂ  下部電極用センサ層固定部
８，１０８  センサ層気密枠
９，１０９ａ，１０９ｂ  下部電極用上活性層固定部
１０，１１０ａ，１１０ｂ  上部電極用上活性層固定部
１１，１１１ａ，１１１ｂ  上部電極
１２，１１２  上活性層気密枠
１３，１１３  上支持基板
１４，１１４ａ，１１４ｂ  下部電極用外部電極
１５，１１５  電極パッド
１６ａ，１６ｂ，１１６ａ〜１１６ｄ  振動体用活性層固定部
１７，１１７ａ，１１７ｂ  下部電極用活性層固定部
１８，１１８ａ，１１８ｂ  下部電極用活性層配線
１９ａ，１９ｂ，１１９ａ〜１１９ｄ  センサ層固定部
２０ａ，２０ｂ，１２０ａ〜１２０ｄ  振動体支持梁
２２，１２２  振動体変位可能エリア
２３，１２３  活性層
２４，１２４  センサ層
２５，１２５  上活性層
２７，１２７ａ，１２７ｂ  上部電極用外部電極
２８ａ，２８ｂ，１２８ａ〜１２８ｄ  振動体用上活性層固定部  
３０，１３０  絶縁層
３１，１３１ａ，１３１ｂ  上部電極用上活性層配線
３２，１３２  上振動体変位可能エリア
３３  導電性接合材料
３４，１３４  上絶縁層
５０  下部電極基板
６０  センサ基板
７０  上部電極基板
１３５  リンク梁
【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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