(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部（１１）と、
この基部に対して力学量の印加に応じて所定方向に変位可能なように支持された錘部（２０）と、
この錘部から突出する櫛歯状の可動電極（２４）と、
この可動電極における個々の櫛歯の側面と離間して対向するように前記基部から突出する櫛歯状の固定電極（３１、３２）とを備え、
力学量が印加されたときの前記錘部の変位に伴う前記可動電極と前記固定電極との間の容量変化に基づいて、印加力学量を検出するようにした力学量センサにおいて、
前記可動電極及び前記固定電極の両方における個々の櫛歯の平面形状が、根元部側から突出先端部側に向かってテーパ状に細くなった形状となっていることを特徴とする力学量センサ。
【請求項２】
前記根元部側から突出先端部側に向かってテーパ状に細くなった形状は、櫛歯の根元部側から突出先端部側に向かってテーパ状に細くなった台形形状であることを特徴とする請求項１に記載の力学量センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、櫛歯状の可動電極と櫛歯状の固定電極とを有し、これら可動及び固定電極の間の容量変化に基づいて、加速度等の力学量を検出するようにした力学量センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の一般的な力学量センサの構成を図６、図７に示す。ここで、図６は平面構成図、図７は図６中のＢ−Ｂ線に沿った模式的な断面図である。このものは、ＳＯＩ（シリコンオンインシュレータ）基板等の、第１の半導体層１１と第２の半導体層１２とが絶縁膜１３を介して積層された積層基板１０に対して、周知の半導体製造技術を施すことにより製造されたものである。
【０００３】
第２の半導体層１２には溝１４を形成し、第１の半導体層１１及び絶縁膜１３には開口部１３ａを形成することにより、第１の半導体層１１は矩形枠状の基部として構成され、第２の半導体層１２には図に示すような梁構造体が形成されている。
【０００４】
第２の半導体層１２に形成された梁構造体は、基部１１に対して力学量（加速度等）の印加に応じて所定方向（図６中の矢印で示すＹ軸方向）に変位可能なように梁部２２を介して支持された錘部２１０と、この錘部２１０から突出する櫛歯状の可動電極２４０と、この可動電極２４０における個々の櫛歯の側面と離間して対向するように基部１１から突出する櫛歯状の固定電極３１０、３２０とを備えている。
【０００５】
そして、力学量が印加されたとき、梁部２２の弾性力によって錘部２１０が、Ｙ軸方向へ変位し、この変位に伴う可動電極２４０と固定電極３１０、３２０との間の検出間隔４０の容量変化に基づいて、印加力学量を検出するようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の力学量センサにおいては、可動電極２４０及び固定電極３１０、３２０が櫛歯形状であるため、過大な力学量の印加によって両電極がＹ軸方向へたわみ、可動電極２４０と固定電極３１０、３２０との両電極が必要以上に接近すると、これら両電極の間の静電気力により両電極が付着する、つまり、スティッキングが発生するという問題が生じる。
【０００７】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、櫛歯状の可動及び固定電極を有し、これら可動及び固定電極の間の容量変化に基づいて力学量を検出するようにした力学量センサにおいて、電極のたわみによるスティッキングを防止することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、従来の平面形状が長方形である櫛歯状の可動及び固定電極では、上記Ｙ軸方向（錘部の変位方向）への剛性が不十分であるため、電極の平面形状に工夫を施し当該電極の剛性を向上させることにより、電極のたわみを抑制し、スティッキングを防止することに着目して、なされたものである。
【０００９】
すなわち、請求項１に記載の発明では、基部（１１）と、この基部に対して力学量の印加に応じて所定方向に変位可能なように支持された錘部（２０）と、この錘部から突出する櫛歯状の可動電極（２４）と、この可動電極における個々の櫛歯の側面と離間して対向するように基部から突出する櫛歯状の固定電極（３１、３２）とを備え、力学量が印加されたときの錘部の変位に伴う可動電極と固定電極との間の容量変化に基づいて印加力学量を検出するようにした力学量センサにおいて、可動電極及び固定電極の両方における個々の櫛歯の平面形状が、根元部側から突出先端部側に向かってテーパ状に細くなった形状となっていることを特徴としている。
【００１０】
それによれば、可動電極及び固定電極の両方における個々の櫛歯の平面形状が、根元部側から突出先端部側に向かってテーパ状に細くなった形状（以下、テーパ先細形状という）となっているため、従来の平面長方形状に比べて、可動及び固定電極の両方の剛性を向上させることができる。
【００１１】
そのため、過大な力学量が印加されても、可動電極及び固定電極の両方の電極のたわみが抑制される。よって、本発明によれば、電極のたわみによるスティッキングを防止することができる。
【００１３】
また、可動電極（２４）における個々の櫛歯の平面形状を、上記テーパ先細形状としたことにより、上述の効果に加え、従来の平面長方形状の可動電極に比べて可動電極の剛性向上及び軽量化が図れ、結果的に、錘部と可動電極とを含めた可動部の軽量化を図ることができる。このことにより、次のような利点がある。
【００１４】
可動部に対して強制的に信号（自己診断信号）を印加し、可動部を初期位置から擬似的に所定量変位させた後、可動部を初期位置へ戻すことにより、その間の容量変化をモニタし、検出性能を自己診断することが行われる。
【００１５】
このとき、可動電極がたわみやすいと、可動電極自身の振動によって、駆動力が、錘部を変位させる梁部にまで十分に伝達されず減衰してしまう。また、可動部が重いと、上記自己診断信号によって可動部が変位しにくい。そのため、錘部の変位量が正規の変位量よりも少なくなり、可動部の初期位置への戻りによる容量変化も小さくなるので、結果、自己診断における出力が低下してしまう。
【００１６】
その点、請求項１の発明によれば、可動電極の剛性向上が図れるとともに、可動部の軽量化を図ることができるため、上記自己診断の際に、錘部の変位量を容易に正規の変位量に確保することができ、自己診断における出力低下を防止することができる。
【００１８】
また、本発明によれば、入力ダイナミックレンジを拡大することができるという利点がある。これは、可動及び固定電極の両方をテーパ先細形状とすることで、これら両電極のたわみを抑制することができるためである。
【００１９】
もし、可動及び固定電極のどちらか一方でも、従来の平面長方形状の様な、たわみやすい形状であるとすると、例えば、印加力学量が大きいときに、たわみやすい形状の電極がたわむことにより、可動及び固定電極の間の距離が必要以上に変化する。すると、見かけ上、実際の印加力学量よりも大きな力学量が印加されたかの様に、両電極間の容量が変化する。このことは、センサ出力特性の非直線性につながり、好ましくない。
【００２０】
その点、可動及び固定電極の両方のたわみを抑制するようにすれば、より大きな力学量が印加されても、その印加力学量に応じた容量変化を実現することができる。そのため、センサ出力特性の非直線性を改善することができ、入力ダイナミックレンジの拡大につながる。
【００２１】
また、請求項２に記載の発明では、根元部側から突出先端部側に向かってテーパ状に細くなった形状（テーパ先細形状）は、櫛歯の根元部側から突出先端部側に向かってテーパ状に細くなった台形形状であることを特徴としている。
【００２２】
テーパ先細形状を考えた場合、電極の突出先端部が尖った形状も含まれるが、突出先端部を尖らすことは、加工精度の点から困難であるため、突出先端部を、ある程度幅を持たせた台形形状とすれば、加工しやすいという利点がある。
【００２３】
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。
【００２４】
【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。本実施形態は、本発明の力学量センサを、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可能な差動容量式の半導体加速度センサについて適用したものとして説明する。
【００２５】
図１に半導体加速度センサ（以下、単にセンサという）Ｓ１の概略平面構成を示し、図２に図１中のＡ−Ａ線に沿った模式的な断面構造を示す。なお、図１及び図２中、「従来技術」の欄にて述べた上記図６及び図７と同一部分には同一符号を付してある。
【００２６】
センサＳ１は、半導体基板に周知の半導体製造技術を用いたマイクロマシン加工を施すことにより形成される。センサＳ１を構成する半導体基板は、図２に示す様に、第１の半導体層としての第１シリコン基板（本発明でいう基部）１１と第２の半導体層としての第２シリコン基板１２との間に、絶縁膜としての酸化膜１３を有する矩形状のＳＯＩ基板１０である。
【００２７】
第２シリコン基板１２には、トレンチエッチング等によって溝１４を形成することにより、可動部２０、及び、この可動部２０と溝１４を介して区画された固定部３０よりなる梁構造体が形成されている。
【００２８】
また、酸化膜１３及び第１シリコン基板１１のうち上記梁構造体２０、３０の形成領域に対応した部位は、犠牲層エッチング等により除去されて矩形状の開口部１３ａを形成している。そして、固定部３０は、開口部１３ａの開口縁部にて、酸化膜１３を介して第１シリコン基板１１に支持されている。
【００２９】
開口部１３ａ上を横断するように配置された可動部２０は、長方形状の錘部２１の両端を、梁部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。これらアンカー部２３ａ及び２３ｂは、酸化膜１３における開口部１３ａの開口縁部に固定され、第１シリコン基板１１上に支持されている。これにより、錘部２１及び梁部２２は開口部１３ａに臨んだ状態となっている。
【００３０】
また、梁部２２は、２本の梁がその両端で連結された矩形枠状をなしており、梁の長手方向と直交する方向に変位するバネ機能を有する。具体的には、梁部２２は、図１中の矢印Ｙで示すＹ軸方向の成分を含む加速度を受けたときに、錘部２１をＹ軸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。
【００３１】
このように、錘部２１は、第１シリコン基板１１に対してＹ軸方向（所定方向Ｙ）へ変位可能に支持されており、加速度の印加に応じて、開口部１３ａ上にてＹ軸方向へ変位するようになっている。
【００３２】
また、錘部２１におけるＹ軸方向に沿った軸を中心として、錘部２１の両側の側面（図１中の左右両側面）には、それぞれ、複数個（図示例では６個ずつ）の棒状の可動電極２４が、Ｙ軸と略直交する方向へ突出して延びており、櫛歯状に形成されている。
【００３３】
個々の可動電極２４は断面矩形の梁状に形成されて、開口部１３ａに臨んだ状態となっている。このように、錘部２１と一体形成された可動電極２４は、錘部２１とともにＹ軸方向へ変位可能となっている。
【００３４】
また、固定部３０は、個々の可動電極２４と対向するように第１シリコン基板（基部）１１から突出して延びる複数個の棒状の固定電極３１、３２を備えている。各固定電極３１、３２は、第１シリコン基板１１に片持ち支持されて、錘部２１の左右一対の櫛歯状の可動電極２４における櫛歯の隙間に噛み合うように対向して配置されている。
【００３５】
この左右一対の固定電極３１、３２は、図１中の左側に位置する第１の固定電極３１と、右側に位置する第２の固定電極３２とより成り、第１の固定電極３１と第２の固定電極３２とは、互いに電気的に独立している。個々の固定電極（図示例では左右６個ずつ）３１、３２は、断面矩形の梁状に形成されており、各配線部３１ａ、３２ａに片持ち状に支持された状態で、開口部１３ａに臨んだ状態となっている。
【００３６】
そして、固定電極３１、３２における個々の電極の側面は、個々の可動電極２４の側面と所定の間隔を存して対向配置されている。ここで、可動及び固定電極２４、３１、３２の対向する間隔のうち狭い方の間隔が、加速度検出時において静電容量変化の検出に用いられる検出間隔４０であり、検出間隔４０とは反対側の広い方の間隔は、加速度検出時において静電容量変化の検出に用いない非検出間隔である。
【００３７】
ここにおいて、本実施形態では、図１に示す様に、可動電極２４及び固定電極３１、３２の両方における個々の櫛歯の平面形状が、根元部側から突出先端部側に向かってテーパ状に細くなった形状（以下、テーパ先細形状という）となっている。
【００３８】
本例では、このテーパ先細形状は、両電極２４、３１、３２ともに同じ台形形状としており、例えば、突出長さが２００μｍ、根元部の幅が４μｍ、根元部よりも細くなっている突出先端部の幅が２μｍ程度のものにすることができる。
【００３９】
また、上記検出間隔４０において互いに対向する可動及び固定の両電極２４、３１、３２の側面は、Ｙ軸方向に対して直角に配置されている。ここで、両電極２４、３１、３２の側面は、従来同様に長方形であり（図２参照）、検出間隔４０における対向面積は確保されている。そして、この検出間隔４０の距離は、電極の根元側から先端部側の全体で均一となっており、例えば３μｍ程度にすることができる。
【００４０】
また、上記非検出間隔において互いに対向する可動及び固定の両電極２４、３１、３２の側面は、Ｙ軸方向に対してテーパの分だけ斜めに配置されている。そして、この非検出間隔の距離も、電極の根元側から先端部側の全体で均一となっており、例えば９μｍ程度にすることができる。
【００４１】
また、各固定電極３１、３２の各配線部３１ａ、３２ａ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３１ｂ、３２ｂ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、３１ｂ、３２ｂは、例えばアルミニウムにより形成されている。
【００４２】
更に、錘部２１には、開口部１３ａ側から反対側に貫通する矩形状の貫通孔５０が複数形成されており、これら貫通孔５０により、矩形枠状部を複数組み合わせた所謂ラーメン構造形状が形成されている。これにより、可動部２０の軽量化、捩じり強度の向上がなされている。
【００４３】
また、図２に示す様に、本センサＳ１は、第１シリコン基板１１の裏面（酸化膜１３とは反対側の面）側において接着剤６０を介してパッケージ７０に接着固定されている。このパッケージ７０には、後述する回路手段８０が収納されている。そして、この回路手段８０と上記の各電極パッド２５ａ、３１ｂ、３２ｂ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）等により電気的に接続されている。
【００４４】
このような構成においては、第１の固定電極３１と可動電極２４との検出間隔４０に第１の容量（ＣＳ１とする）、第２の固定電極３２と可動電極２４との検出間隔４０に第２の容量（ＣＳ２とする）が、それぞれ形成されている。
【００４５】
そして、加速度を受けると、梁部２２のバネ機能により、可動部２０全体が一体的にＹ軸方向へ変位し、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、上記回路手段８０は、可動電極２４と固定電極３１、３２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。
【００４６】
また、本センサＳ１においては、可動部２０に対して強制的に信号を印加し、可動部２０を初期位置から擬似的に所定量変位させた後、可動部２０を初期位置へ戻すことにより、その間の容量変化をモニタし、検出性能を自己診断するようにしている。
【００４７】
このような本センサＳ１における加速度検出方法および自己診断方法について、具体的に述べる。図３に、本センサＳ１に設けられた回路手段８０の具体的な構成を示す。
【００４８】
回路手段８０は、Ｃ−Ｖ変換回路（スイッチドキャパシタ回路）９０及びスイッチ回路１００を有する。Ｃ−Ｖ変換回路９０は、可動電極２４と固定電極３１、３２とからなる容量ＣＳ１、ＣＳ２の変化を電圧に変換して出力するもので、演算増幅器９１、コンデンサ９２、及びスイッチ９３から構成されている。
【００４９】
演算増幅器９１の反転入力端子は、可動電極パッド２５ａを介して可動電極２４に接続されており、反転入力端子と出力端子との間には、コンデンサ９２およびスイッチ９３が並列に接続されている。また、演算増幅器９１の非反転入力端子には、スイッチ回路１００を介してＶ／２の電圧とＶ１の電圧のいずれかが入力される。
【００５０】
スイッチ回路１００は、Ｃ−Ｖ変換回路９０における演算増幅器９１の非反転入力端子に、図示しないそれぞれの電圧源からのＶ／２の電圧とＶ１（Ｖ／２とは異なる）の電圧のいずれかを入力するもので、スイッチ１０１とスイッチ１０２から構成されている。スイッチ１０１とスイッチ１０２は、一方が閉じているときに他方が開くようになっている。
【００５１】
また、回路手段８０は図示しない制御回路を有しており、この制御回路は、固定電極パッド３１ｂから、一定振幅Ｖで周期的に変化する搬送波Ｐ１を第１の固定電極３１へ入力し、固定電極パッド３２ｂから、搬送波Ｐ１と位相が１８０°ずれ且つ同一振幅Ｖである搬送波Ｐ２を第２の固定電極３２へ入力する。また、この制御回路は、上記の各スイッチ９３、１０１、１０２の開閉を所定のタイミングにて制御できるようになっている。
【００５２】
まず、加速度検出方法すなわち加速度を検出する検出信号を印加する状態（通常動作時）について、図４に示す信号波形図を参照して説明する。上記制御回路から出力される搬送波Ｐ１（例えば、周波数１００ｋＨｚ、振幅０〜５Ｖ）は、図４に示すように、期間φ１を１周期（例えば１０μｓ）としてハイレベルとローレベルが変化する一定振幅の矩形波信号となっており、搬送波Ｐ２は、搬送波Ｐ１に対して電圧レベルが反転した矩形波信号となっている。
【００５３】
また、通常動作時では、上記の各搬送波Ｐ１及びＰ２が各固定電極３１、３２へ印加されているとき、スイッチ回路１００においてスイッチ１０１は閉、スイッチ１０２は開になっている。それによって、演算増幅器９１の非反転入力端子にＶ／２の電圧が印加され、可動電極２４にはＶ／２（例えば２．５Ｖ）の一定電圧（可動電極信号）が印加されている。
【００５４】
この状態において加速度が印加されていない場合には、第１の固定電極３１と可動電極２４との電位差、及び、第２の固定電極３２と可動電極２４との電位差は、共にＶ／２となり、第１の固定電極３１と可動電極２４との間の静電気力、及び、第２の固定電極３２と可動電極２４との間の静電気力は、略等しく釣り合っている。
【００５５】
また、通常動作時では、Ｃ−Ｖ変換回路９０において、スイッチ９３は、図４に示すタイミングで開閉される。このスイッチ９３が閉のとき（期間φ２）、コンデンサ９２がリセットされる。一方、スイッチ９３が開のときに、加速度検出が行われる。つまり、期間φ１のうち期間φ２以外の期間が加速度を検出する期間である。この検出期間において、Ｃ−Ｖ変換回路９０からの出力電圧Ｖ０は、次の数式１で示される。
【００５６】
【数１】
Ｖ０＝（ＣＳ１−ＣＳ２）・Ｖ’／Ｃｆ
ここで、Ｖ’は両パッド３１ａ及び３２ａ間、即ち、両固定電極３１及び３２の間の電圧であり、Ｃｆはコンデンサ９２の容量である。
【００５７】
加速度が印加されると、第１の容量ＣＳ１と第２の容量ＣＳ２とのバランスが変化する。すると、上記数式１に基づき容量差（ＣＳ１−ＣＳ２）に応じた電圧が、加速度が印加されていないときの出力Ｖ０にバイアスとして加わった形で出力Ｖ０（例えば０〜５Ｖ）として出力される。この出力Ｖ０は、この後、増幅回路やローパスフィルタ等を備えた信号処理回路（図示せず）にて信号処理され、加速度検出信号として検出される。
【００５８】
次に、自己診断時の作動について、図５に示す信号波形図を参照して説明する。上記制御回路により、図５に示す様に、一定振幅Ｖ（図示例では振幅０〜５Ｖ）の矩形波信号である搬送波Ｐ１及びＰ２が入力される。ここで、期間φ３（例えば１００μｓ）において、搬送波Ｐ１と搬送波Ｐ２とは、互いに電圧レベルが反転した一定電圧信号（例えば搬送波Ｐ１が０Ｖ、搬送波Ｐ２が５Ｖ）となっている。
【００５９】
また、この期間φ３では、上記の各搬送波Ｐ１及びＰ２が各固定電極３１、３２へ印加されているとき、スイッチ回路１００においてスイッチ１０１は開、スイッチ１０２は閉になっている。そのため、演算増幅器９１の非反転入力端子へ、Ｖ／２とは異なるＶ１（例えば３Ｖ）の電圧が印加され、可動電極２４には、この電圧Ｖ１が可動電極信号として印加されている。
【００６０】
可動電極２４に電圧Ｖ１を加えた場合、上記通常動作時における静電気力の釣り合いが崩れ、可動電極２４は、両固定電極３１、３２のうち可動電極２４との間の電位差が大きい方の固定電極へ引き寄せられる。図５に示す例では、第１の固定電極３１の方へ引き寄せられるように、梁部２２がたわみ、それと一体的に錘部２１及び可動電極２４が擬似的に変位する。
【００６１】
このように、期間φ３は、可動部２０を擬似的に所望量変位させ、可動電極２４に擬似的な加速度を発生させる期間である。なお、期間φ３においては、Ｃ−Ｖ変換回路９０のスイッチ９３は閉であるため、コンデンサ９２がリセット状態にある。
【００６２】
次に、期間φ４（例えば１０μｓ）は、上記図４に示した期間φ１と同様の信号波形を、可動電極２４と固定電極３１、３２との間に印加することにより、直前の期間φ３にて発生した擬似的な加速度（力学量）を検出する期間である。
【００６３】
つまり、Ｃ−Ｖ変換回路９０のスイッチ９３を開とし、コンデンサ９２を加速度検出可能な状態と同じにし、上記通常動作時と同様の搬送波Ｐ１及びＰ２を印加する。また、スイッチ回路１００においてスイッチ１０１を閉、スイッチ１０２を開として可動電極２４にＶ／２（例えば２．５Ｖ）の一定電圧を駆動電極信号として印加する。
【００６４】
すると、この期間φ４にて、例えば第１の固定電極３１の方へ引き寄せられていた可動電極２４が、元の位置に戻ろうとするため、この容量変化に応じてＣ−Ｖ変換回路９０のコンデンサ９２に電荷が発生し、期間φ３にて発生した擬似的な加速度を検出することができる。
【００６５】
このように、期間（φ３＋φ４）を１周期とした自己診断信号（上記搬送波及び可動電極信号）を、可動電極２４と固定電極３１、３２との間に印加することにより、自己診断が可能となっている。
【００６６】
ところで、本実施形態によれば、可動電極２４及び固定電極３１、３２における個々の櫛歯の平面形状を、根元部側から突出先端部側に向かってテーパ先細形状としたことを主たる特徴としている。それによれば、従来の平面長方形状である可動及び固定電極（上記図６参照）に比べて、可動及び固定電極２４、３１、３２のＹ軸方向への剛性を向上させることができる。
【００６７】
そのため、過大な加速度が印加されても、可動電極２４及び固定電極３１、３２のたわみが抑制される。よって、本実施形態によれば、電極のたわみによるスティッキングを防止することができる。
【００６８】
なお、電極の平面形状が、根元部側から突出先端部側に向かって連続的に細くなっているテーパ先細形状ではなく、根元部側の方が段部を有して非連続的に突出先端部側よりも幅広になっている形状（非連続的先細形状）であると、当該段部にてたわみやすく、剛性向上の効果は得にくい。本実施形態でいうテーパ先細形状とは、そのような非連続的先細形状を排除するものである。
【００６９】
また、本実施形態によれば、従来の平面形状が長方形である櫛歯状の可動及び固定電極に比べて、電極を軽量化して剛性を向上させることができるため、軽量化された電極の共振周波数を、可動部２０全体の共振周波数よりも大きくすることができ、ノイズの低減を図ることができる。
【００７０】
また、本実施形態によれば、従来の平面長方形状の可動電極に比べて可動電極２４の剛性向上及び軽量化が図れ、結果的に、錘部２０と可動電極２４とを含めた可動部２０全体の軽量化を図ることができる。このことにより、自己診断時において、次のような利点がある。
【００７１】
自己診断時において、可動電極２４がたわみやすいと、可動電極２４自身の振動によって、駆動力が、錘部２１を変位させる梁部２２にまで十分に伝達されず減衰してしまう。また、可動部２０全体が重いと、上記自己診断信号によって可動部２０が変位しにくい。
【００７２】
そのため、錘部２１の擬似的な変位量が、望みうる正規の変位量よりも少なくなり、可動部の初期位置への戻りによる容量変化も小さくなるので、結果、自己診断における出力が低下してしまう。
【００７３】
その点、本実施形態によれば、可動電極２４の剛性向上が図れるとともに、可動部２０の軽量化を図ることができるため、上記自己診断の際に、錘部２１の変位量を、容易に正規の変位量に確保することができ、自己診断における出力低下を防止することができる。
【００７４】
また、本実施形態では、可動電極２４及び固定電極３１、３２の両方における個々の櫛歯の平面形状を、テーパ先細形状としているため、加速度センサとしての入力ダイナミックレンジを拡大することができるという利点がある。これは、可動及び固定電極２４、３１、３２の両電極のたわみが、抑制されるためである。
【００７５】
もし、可動及び固定電極のどちらか一方が、従来の平面長方形状の様な、たわみやすい形状であるとすると、例えば、印加加速度が大きいときに、たわみやすい形状の電極がたわむことにより、検出間隔４０が必要以上に変化する。すると、見かけ上、実際の印加加速度よりも大きな加速度が印加されたかの様に、両電極間の容量ＣＳ１、ＣＳ２が変化する。このことは、センサ出力特性の非直線性につながり、好ましくない。
【００７６】
その点、可動及び固定電極２４、３１、３２の両方のたわみが抑制されれば、より大きな加速度が印加されても、その印加加速度に応じた容量変化を実現することができる。そのため、センサ出力特性の非直線性を改善することができ、入力ダイナミックレンジの拡大につながる。
【００７７】
また、上記のテーパ先細形状を考えた場合、電極の突出先端部が尖った形状を採用しても良い。しかし、本センサＳ１の様に、半導体製造技術を用いて製造するセンサの場合、各電極２４、３１、３２の平面形状は、第２シリコン基板１２にトレンチエッチングを施すことにより画定される。
【００７８】
そのため、エッチングマスクを形成する際の露光精度やパターニング精度、更にはエッチング精度等を考慮すると、突出先端部を尖らすことは、加工精度の点から困難である。そのため、本実施形態では、電極の突出先端部を、ある程度の幅を持たせた台形形状とすることにより、適切に電極の平面形状を加工できるようにしている。
【００７９】
また、本実施形態では、構成上、従来の平面長方形である櫛歯状電極に対し、電極の平面形状をテーパ先細形状とするだけであるので、その製造方法は、従来のセンサと変わることなく、周知の半導体製造技術を適用することができる。
【００８０】
また、本実施形態におけるテーパ先細形状である櫛歯状電極２４、３１、３２の剛性が、従来の平面長方形である櫛歯状電極と同等で良いならば、テーパ先細形状の効果によって、本実施形態の電極を、従来に比べて長くして検出間隔４０における容量値を大きくすることができる。その場合、感度の向上及び可動部２０の振動のＱ値低減が可能となり、センサ特性の向上が図れる。
【００８１】
（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、可動電極２４及び固定電極３１、３２の両方における個々の櫛歯の平面形状を、テーパ先細形状としているが、個々の櫛歯の平面形状をテーパ先細形状とするのは、可動電極２４のみか、固定電極３１、３２のみでも良い。これらの場合でも、電極のたわみによるスティッキングを防止することができる。
【００８２】
また、本発明は上記半導体加速度センサＳ１に適用するものに限らず、圧力センサ、ヨーレートセンサなどの容量式の力学量センサにも同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体加速度センサの概略平面図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線に沿った模式的断面図である。
【図３】図１に示すセンサにおける回路手段の具体的な構成図である。
【図４】図３に示す回路手段の通常動作時での作動説明に供する信号波形図である。
【図５】図３に示す回路手段の自己診断時での作動説明に供する信号波形図である。
【図６】従来の一般的な力学量センサの概略平面図である。
【図７】図６中のＢ−Ｂ線に沿った模式的断面図である。
【符号の説明】
１１…第１シリコン基板（基部）、２４…可動電極、３１…第１の固定電極、３２…第２の固定電極。
【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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