CN104380120A - 静电电容式物理量传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种具有形成在锤部(17)上的可动电极(18)和与可动电极对置的固定电极(19)的静电电容式物理量传感器。第1可动检测电极(21)和第1固定检测电极(24)在第1y方向上对置。第2可动检测电极(22)和第2固定检测电极(25)在第2y方向上对置。第1可动衰减电极(23)位于两个第1固定衰减电极(26)之间的中心，与一方的第1固定衰减电极在第1y方向上对置，与另一方的第1固定衰减电极在第2y方向上对置。多个第1可动衰减电极位于隔着锤部的中心(CP)而点对称或隔着穿过中心并沿着y方向的中心线(CL)而线对称的位置。

Description

静电电容式物理量传感器
相关申请的交叉引用
本申请基于2012年6月13日提出申请的日本专利申请2012－134224号及2013年5月15日提出申请的日本专利申请2013－103188号，此处通过参照而引用其记载内容。
技术领域
本发明涉及具备基板、固定在该基板的一表面上的固定器(锚、anchor)、经由该固定器与基板连结的检测梁、与该检测梁连结的锤部(weight)、形成于该锤部的可动电极以及与该可动电极对置的固定电极的静电电容式物理量传感器。
背景技术
以往，例如如专利文献1所示，提出了具备形成在锭上的可动电极、与该可动电极对置的固定电极、连结在锭上且能够对应于加速度而变位的第1梁、限制第1梁的变位量的第1止动部(限制器、定程器)和支承第1止动部的第2梁的半导体加速度传感器。第1梁由弹簧常数不同的多个梁构成，各梁的变位量被对应的止动部限制，相邻的梁与止动部连结。根据该结构，通过加速度的施加而可动电极较大地变位时的可动电极和固定电极构成的电容器的静电电容的直线性恶化被减小，并且动态范围被扩大。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本公开特许公报2004－286615号(对应于美国专利公报20040182157)
发明内容
如上述那样，在专利文献1所示的半导体加速度传感器中，第1梁的变位量被第1止动部限制。因此，在追尾等的较强的冲击施加时也能够检测此时发生的加速度。但是，第1梁由弹簧常数不同的多个梁构成，各梁的变位量被对应的止动部限制，为相邻的梁和止动部被连结的结构。据此，在上述较强的冲击的施加时，形成有可动电极的锭旋转，锭的姿态有可能变动。如果锭的姿态变动，则可动电极与固定电极之间的对置面积变动，加速度的检测精度有可能下降。
因此，本发明鉴于以上所述，目的是提供一种通过姿态控制从而抑制了物理量的检测精度的下降的静电电容式物理量传感器。
为了达到目的，有关本发明的一例的静电电容式物理量传感器，具有一面沿着由处于相互正交的关系的x方向和y方向规定的x－y平面的基板、固定在该基板的一面上的固定器、经由该固定器连结在基板上的检测梁、连结在该检测梁上的锤部、形成在该锤部上的可动电极、和与该可动电极在x－y平面中对置的固定电极，检测梁在y方向上具有挠性；可动电极具有第1可动检测电极、第2可动检测电极和第1可动衰减电极；固定电极具有第1固定检测电极、第2固定检测电极和第1固定衰减电极；第1固定检测电极位于从第1可动检测电极在作为y方向的一个方向的第1y方向上离开的位置，与第1可动检测电极在第1y方向上相互对置；第2固定检测电极位于从第2可动检测电极在作为与第1y方向的反向的第2y方向上离开的位置，与第2可动检测电极在第2y方向上相互对置；多个第1可动衰减电极分别位于对应的两个第1固定衰减电极之间的中心，与该对应的两个第1固定衰减电极中的一方的第1固定衰减电极在第1y方向上相互对置，与该对应的两个第1固定衰减电极中的另一方的第1固定衰减电极在第2y方向上相互对置；多个第1可动衰减电极位于隔着锤部的中心而点对称、或隔着沿着y方向穿过锤部的中心的中心线而线对称的位置。
根据这样的静电电容式物理量传感器，在沿y方向施加了加速度时，通过在第1可动衰减电极与第1固定衰减电极之间发生的衰减，抑制锤部向y方向的过量的变位。因此，在追尾等的强冲击施加时，也能够检测此时发生的加速度等的物理量。此外，在上述静电电容式物理量传感器中，多个第1可动衰减电极位于隔着锤部的中心而点对称、或隔着沿着y方向并穿过锤部的中心的中心线而线对称的位置。由此，在上述强冲击的施加时，抑制锤部在x－y平面中旋转，控制锤部的姿态。因此，抑制锤部向x方向的变位，抑制检测电极的对置面积的变动。结果，抑制了物理量的检测精度的下降。另外，在本发明中，记作点对称或线对称，但这也包括是点对称且线对称的结构，并不将两者成立的结构除外。
有关本发明的第2例的静电电容式物理量传感器，具有一面沿着由处于相互正交的关系的x方向和y方向规定的x－y平面的基板、固定在该基板的一面上的固定器、经由该固定器连结在基板上的检测梁、连结在该检测梁上的锤部、形成在该锤部上的可动电极、和与该可动电极在x－y平面中对置的固定电极，如以下这样构成。检测梁在z方向上具有挠性。可动电极具有第1可动检测电极、第2可动检测电极和第1可动衰减电极。固定电极具有第1固定检测电极、第2固定检测电极和第1固定衰减电极。第1固定检测电极位于从第1可动检测电极在作为z方向的一个方向的第1z方向上离开的位置，与第1可动检测电极在第1z方向上相互对置。第2固定检测电极位于从第2可动检测电极在作为第1z方向的反向的第2z方向上离开的位置，与第2可动检测电极在第2z方向上相互对置。多个第1可动衰减电极分别位于对应的两个第1固定衰减电极之间的中心，与该对应的两个第1固定衰减电极中的一方的第1固定衰减电极在第1z方向上相互对置，与该对应的两个第1固定衰减电极中的另一方的第1固定衰减电极在第2z方向上相互对置。多个第1可动衰减电极位于隔着锤部的中心点对称、或隔着沿着z方向穿过锤部的中心的中心线而线对称的位置。
根据这样的静电电容式物理量传感器，当在z方向上施加了加速度时，通过在第1衰减电极之间发生的衰减，抑制锤部向z方向的过量的变位。因此，在追尾等的强冲击施加时，也能够检测此时发生的加速度。此外，多个第1可动衰减电极位于隔着锤部的中心而点对称、或隔着中心线而线对称的位置。由此，在上述强冲击的施加时，抑制在锤部z－x平面中旋转，抑制检测电极的对置面积的变动。结果，抑制了加速度的检测精度的下降。
附图说明
关于本发明的上述及其他目的、特征及优点，根据参照附图的下述详细的说明会变得更明确。在附图中，
图1是表示有关第1实施方式的加速度传感器的概略结构的俯视图。
图2是沿着检测y方向的加速度的图1的II－II线的剖视图。
图3是表示加速度传感器的一变形例的俯视图。
图4是表示加速度传感器的另一变形例的俯视图。
图5是表示加速度传感器的另一变形例的俯视图。
图6是表示第1可动衰减(damping)电极和第1固定衰减电极的一变形例的俯视图。
图7是表示第1可动衰减电极和第1固定衰减电极的另一变形例的俯视图。
图8是表示第1可动衰减电极和第1固定衰减电极的另一变形例的俯视图。
图9是表示检测z方向的加速度的加速度传感器的剖视图。
图10是表示图9所示的第1半导体层及第5半导体的概略结构的俯视图。
图11是表示图9所示的第2半导体层及第4半导体层的概略结构的俯视图。
图12是表示图9所示的第3半导体层的概略结构的俯视图。
图13是用来说明图9所示的加速度传感器的制造工序的剖视图。
图14是用来说明图9所示的加速度传感器的制造工序的剖视图。
图15是用来说明图9所示的加速度传感器的制造工序的剖视图。
图16是用来说明图9所示的加速度传感器的制造工序的剖视图。
图17是用来说明图9所示的加速度传感器的制造工序的剖视图。
图18是用来说明图9所示的加速度传感器的制造工序的剖视图。
图19是用来说明图9所示的加速度传感器的制造工序的剖视图。
图20是用来说明图9所示的加速度传感器的制造工序的剖视图。
图21是用来说明图9所示的加速度传感器的制造工序的剖视图。
图22是用来说明图9所示的加速度传感器的制造工序的剖视图。
图23是表示第3半导体层的一变形例的俯视图。
图24是表示第3半导体层的另一变形例的俯视图。
图25是表示第2半导体层及第4半导体层的变形例的俯视图。
图26是表示图9所示的加速度传感器的一变形例的剖视图。
图27是表示图9所示的加速度传感器的另一变形例的剖视图。
图28是表示图27所示的加速度传感器的详细的结构的剖视图。
图29是表示角速度传感器的概略结构的俯视图。
具体实施方式
以下，基于附图说明作为有关本发明的静电电容式物理量传感器的加速度传感器的实施方式。
(第1实施方式)
基于图1及图2，说明有关本实施方式的加速度传感器。在图1及图2中，为了使结构变清楚，根据需要而采用了阴影。以下，将处于相互正交的关系的两方向表示为x方向、y方向，将由这两个方向规定的平面表示为x－y平面。此外，如图1中用虚线表示那样，将沿着y方向穿过加速度传感器100的中心(锤部(weight)17的中心CP)的线表示为中心线CL。
如图1及图2所示，加速度传感器100是在半导体基板10上形成有微细构造的结构。半导体基板10是在两个半导体层11、12之间隔着绝缘层13而成的SOI基板，在该半导体基板10上，形成有与上述微细构造对应的传感器元件14。第1半导体层11相当于基板的一例。
传感器元件14通过使用周知的曝光技术将第2半导体层12和绝缘层13蚀刻为规定形状而形成。传感器元件14具有不经由绝缘层13而第2半导体层12相对于第1半导体层11浮起的悬浮部15、和经由绝缘层13第2半导体层12相对于第1半导体层11固定的固定部16。
悬浮部15具有作为质量中心的锤部17、形成于该锤部17的可动电极18、与该可动电极18对置的固定电极19、以及在y方向上具有弹簧性能的检测梁20。固定部16具有经由检测梁20支承锤部17的第1固定器(锚、anchor)30、以及支承固定电极19的第2固定器31。第2固定器31具有支承后述的第1固定检测电极24的第3固定器32、支承后述的第2固定检测电极25的第4固定器33、以及支承后述的第1固定衰减电极26的第5固定器34。
如图1所示，锤部17具有沿着y方向的两个第1棒部17a及沿着x方向的两个第2棒部17b，呈将各个端部连结的框形状。检测梁20连结于构成锤部17的两个第2棒部17b各自的内表面，该检测梁20各自连结于成为沿y方向延伸的形状的第1固定器30的端部。通过该结构，锤部17能够在y方向上变位。如果对加速度传感器100施加沿着y方向的加速度，则根据该被施加的加速度的大小，锤部17变位，其变位量被变换为后述的检测电容器的静电电容。将该变换后的静电电容作为加速度的检测信号向外部元件输出。
可动电极18具有第1可动检测电极21、第2可动检测电极22和第1可动衰减电极23。如图1所示，在构成锤部17的一方的第1棒部17a的内表面上，以梳齿状形成有长度方向沿着x方向的第1可动检测电极21，在另一方的第1棒部17a的内表面上，以梳齿状形成有长度方向沿着x方向的第2可动检测电极22。并且，在两个第1棒部17a各自的外表面上，以梳齿状形成有长度方向沿着x方向的第1可动衰减电极23。多个第1可动衰减电极23位于隔着锤部17的中心CP而点对称的位置，在本实施方式中，也位于隔着中心线CL而线对称的位置。
固定电极19具有第1固定检测电极24、第2固定检测电极25和第1固定衰减电极26。如图1所示，在呈沿y方向延伸的形状的第3固定器32的与一方的第1棒部17a的对置表面上，以梳齿状形成有长度方向沿着x方向的第1固定检测电极24，在呈沿y方向延伸的形状的第4固定器33的与另一方的第1棒部17a的对置表面上，以梳齿状形成有长度方向沿着x方向的第2固定检测电极25。并且，在呈框形状的第5固定器34的与第1棒部17a的对置表面上，以梳齿状形成有长度方向沿着x方向的第1固定衰减电极26。
如图1所示，第1固定检测电极24位于从对应的第1可动检测电极21在作为y方向的一个方向的第1y方向(从纸面下方朝向纸面上方的方向)上离开的位置，第2固定检测电极25位于从对应的第2可动检测电极22在作为第1y方向的相反方向的第2y方向(从纸面上方朝向纸面下方的方向)上离开的位置。并且，通过梳齿状的第1检测电极21、24以在第1y方向上相互对置的方式而相互卡合(日语：噛み合う)，从而构成多个第1检测电容器，通过梳齿状的第2检测电极22、25以在第2y方向上相互对置的方式而相互卡合，从而构成多个第2检测电容器。此外，第1可动衰减电极23位于两个第1固定衰减电极26之间的中心，与一方的第1固定衰减电极26在第1y方向上相互对置，与另一方的第1固定衰减电极26在第2y方向上相互对置。并且，第1可动衰减电极23和第1固定衰减电极26处于相似的关系，第1可动衰减电极23和第1固定衰减电极26的对置间隔为一定。
如上述那样，第1检测电极21、24在第1y方向上相互对置，第2检测电极22、25在第2y方向上相互对置。因此，在锤部17向第1y方向移动了的情况下，第1检测电极21、24以相互接近的方式变位，另一方面第2检测电极22、25以相互远离的方式变位。与此相反，在锤部17向第2y方向移动了的情况下，第1检测电极21、24以相互远离的方式变位，另一方面第2检测电极22、25以相互接近的方式变位。这样，第1检测电容器和第2检测电容器各自的静电电容的增減成为相反。基于这两个检测电容器的静电电容的差，检测y方向的加速度。
如上述那样，第1固定器30呈沿y方向延伸的形状，在其两端部连结着检测梁20。并且，固定器32、33分别呈沿y方向延伸的形状，在其侧面形成有固定检测电极24、25。此外，第5固定器34呈框形状，在其内表面上形成有第1固定衰减电极26。
在第1固定器30的中央，形成有用来施加一定的电压的可动检测焊盘(pad)30a，在第3固定器32的中央，形成有用来将第1检测电容器的静电电容变化取出的第1固定检测焊盘32a，在第4固定器33的中央，形成有用来将第2检测电容器的静电电容变化取出的第2固定检测焊盘33a。并且，在第5固定器34上，形成有用来施加与对可动检测焊盘30a施加的电压极性不同的诊断电压的衰减(damping)焊盘34a。
有关本实施方式的加速度传感器100进行检测加速度的通常动作和诊断自身的故障的故障诊断动作。
在通常动作时，对可动检测焊盘30a施加一定电压，将通过加速度的施加而产生的检测电容器的静电电容变化分别从固定检测焊盘32a、33a输出。并且，衰减焊盘34a为了保持加速度传感器100的电位而连接在地电位上。
与此不同，在故障诊断时，首先对于固定检测焊盘32a、33a将极性不同的电压分别施加规定时间。通过由该电压施加在检测电极21、22、24、25中产生的静电力，使锤部17在y方向上变位。然后，将向固定检测焊盘32a、33a各自的电压的施加停止，并且对衰减焊盘34a施加诊断电压。通过由该电压施加在第1衰减电极23、26中产生的静电力，使锤部17进一步在y方向上变位。由该静电力产生的检测电容器的静电电容变化被从固定检测焊盘32a、33a分别取出。通过判定该取出的静电电容变化是否与期望值一致，从而判定加速度传感器100的故障的有无。
接着，说明有关本实施方式的加速度传感器100的作用效果。如上述那样，第1可动衰减电极23位于以隔着锤部17的中心CP而点对称的位置的方式形成于锤部17，该第1可动衰减电极23位于两个第1固定衰减电极26之间的中心，与一方的第1固定衰减电极26在第1y方向上相互对置，与另一方的第1固定衰减电极26在第2y方向上相互对置。据此，当在y方向上被施加加速度时，通过在第1衰减电极23、26之间发生的衰减，抑制锤部17的向y方向的过量的变位。因此，在追尾等的强冲击施加时，也能够检测在此时产生的加速度。此外，多个第1可动衰减电极23位于隔着锤部17的中心CP而点对称的位置。由此，在上述强冲击的施加时，抑制锤部17在x－y平面中旋转，控制锤部17的姿态。因此，抑制锤部17的向x方向的变位，抑制第1检测电极21、24间及第2检测电极22、25间各自的对置面积的变动。结果，抑制了加速度的检测精度的下降。另外，多个第1可动衰减电极23位于隔着中心线CL而线对称的位置。由此，也抑制锤部17在x－y平面中旋转，控制锤部17的姿态。因此，抑制了加速度的检测精度的下降。
第1可动衰减电极23和第1固定衰减电极26处于相似的关系，第1可动衰减电极23与第1固定衰减电极26的对置间隔为一定。据此，与第1可动衰减电极和第1固定衰减电极不相似、第1可动衰减电极和第1固定衰减电极的对置间隔不定的结构相比，不易在第1可动衰减电极23与第1固定衰减电极26之间产生的衰减中发生偏倚。因此，与上述比较结构相比，抑制锤部17在x－y平面中旋转，控制锤部17的姿态。结果，抑制了加速度的检测精度的下降。
如上述那样，在故障诊断时，通过对衰减焊盘34a施加诊断电压、使锤部17在y方向上变位，从而判定加速度传感器100的故障的有无。这样，通过利用第1衰减电极23、26和衰减焊盘34a，从而能够自诊断加速度传感器100的故障。
以上，例示了本发明的实施方式，但本发明的实施方式并不限制于上述实施方式，还包含在不脱离本发明的主旨的范围内进行了各种变形的实施方式。
在本实施方式中，表示了在第1棒部17a的外表面上形成有第1可动衰减电极23、在呈框形状的第5固定器34上形成有第1固定衰减电极26的例子。但是，如图3所示，也可以采用在第1棒部17a的内表面上形成有第1可动衰减电极23、在呈沿y方向延伸的形状的第5固定器34的侧面上形成有第1固定衰减电极26的结构。
在本实施方式中，表示了在第1棒部17a的外表面上形成有第1可动衰减电极23、在呈框形状的第5固定器34的与第1棒部17a的对置表面上形成有第1固定衰减电极26的例子。但是，如图4所示，除了本实施方式所记载的结构以外，也可以采用在第2棒部17b的外表面上形成有第2可动衰减电极27、在呈框形状的第5固定器34的与第2棒部17b的对置表面上形成有第2固定衰减电极28的结构。第2可动衰减电极27位于两个第2固定衰减电极28之间的中心，与一方的第2固定衰减电极28在作为x方向的一方向的第1x方向(从纸面左方朝向纸面右方的方向)上相互对置，与另一方的第2固定衰减电极28在作为第1x方向的反方向的第2x方向(从纸面右方朝向纸面左方的方向)上相互对置。并且，多个第2可动衰减电极27位于隔着锤部17的中心CP而点对称的位置。据此，通过在第2可动衰减电极27与第2固定衰减电极28之间发生的衰减，比本实施方式所记载的结构更有效地抑制锤部17在x－y平面中旋转，控制锤部17的姿态。结果，更有效地抑制加速度的检测精度的下降。
在本实施方式中，表示了锤部17具有沿着y方向的两个第1棒部17a及沿着x方向的两个第2棒部17b、呈将各自的端部连结的框形状的例子。但是，如图5所示，锤部17也可以采用在y方向上延伸的形状。在图5所示的变形例中，锤部17的两端部分别经由检测梁20连结于第1固定器30，在锤部17的侧面上形成有可动电极21～23。
在本实施方式中，如图1所示，表示了第1衰减电极23、26各自的平面形状是矩形的例子。但是，作为第1衰减电极23、26的平面形状，只要两者处于相似的关系、两者的对置间隔是一定就可以。作为该结构，如图6～图8所示，第1衰减电极23、26各自的平面形状可以采用锯齿状(zigzag)、曲柄状(crank)、波状(wavy)。根据这些变形例，如在本实施方式中表示那样，与第1衰减电极23、26各自的平面形状是矩形的结构相比，第1衰减电极23、26各自的对置面积被增大，在第1可动衰减电极23与第1固定衰减电极26之间发生的衰减变强。由此，更有效地抑制锤部17旋转，更有效地控制锤部17的姿态。结果，更有效地抑制了加速度的检测精度的下降。
在本实施方式中，表示了检测y方向的加速度的加速度传感器100的结构例。但是，如图9～图28所示，也可以采用检测z方向的加速度的加速度传感器200。以下，基于图9～图28说明加速度传感器200，但在各图面中为了使构成要素变清楚，根据需要而将构成要素用虚线或单点划线包围而表示。
构成加速度传感器200的半导体基板110具有5个半导体层111～115和设在这些半导体层111～115之间的绝缘层116～119。半导体层111、115相当于在本实施方式中表示的第1半导体层11，半导体层112～114及绝缘层117、118相当于在本实施方式中表示的第2半导体层12。并且，绝缘层116、119相当于在本实施方式中表示的绝缘层13。
如图9所示，在第1半导体层111与第2半导体层112之间设有第1绝缘层116，在第2半导体层112与第3半导体层113之间设有第2绝缘层117。并且，在第3半导体层113与第4半导体层114之间设有第3绝缘层118，在第4半导体层114与第5半导体层115之间设有第4绝缘层119。半导体层111、115彼此厚度相等，半导体层112、114彼此厚度相等。并且，绝缘层116～119分别也彼此厚度相等，隔着绝缘层116～119中的1个对置的半导体层111～115中的两个之间的距离相等。
传感器元件120通过使用周知的曝光技术将半导体基板110蚀刻为规定形状而形成。传感器元件120具有不经由绝缘层116、119而半导体层112～114及绝缘层117、118相对于半导体层111、115分别浮起的悬浮部121、和经由绝缘层116、119而半导体层112～114及绝缘层117、118相对于半导体层111、115分别固定的固定部122。
悬浮部121具有作为质量中心的锤部123、形成在锤部123上的可动电极124、与可动电极124在z方向上对置的固定电极125、以及在z方向上具有挠性的检测梁126。固定部122具有经由检测梁126支承锤部123的第1固定器127。另外，在半导体层111、115各自的一部分上也形成有固定电极125。
如图9所示，锤部123通过绝缘层117、118连结着半导体层112～114的中央部。构成该锤部123的半导体层112、114各自的一部分担任可动电极124。并且，构成锤部123的第3半导体层113经由检测梁126与第1固定器127连结。通过该结构，锤部123能够在z方向上变位。如果对加速度传感器200施加沿着z方向的加速度，则对应于该被施加的加速度的大小，锤部123在z方向上变位，其变位量被变换为后述的检测电容器的静电电容。将该变换后的静电电容作为加速度的检测信号向外部元件输出。
可动电极124具有第1可动检测电极128、第2可动检测电极129和第1可动衰减电极130。如在图9中用虚线表示那样，在构成锤部123的第2半导体层112中构成有第1可动检测电极128，在构成锤部123的第4半导体层114中构成有第2可动检测电极129。此外，如在图9中用单点划线表示那样，在构成锤部123的第2半导体层112及第4半导体层114各自的端部上构成有第1可动衰减电极130。多个第1可动衰减电极130位于隔着锤部123的中心CP而点对称的位置。在本实施方式中，多个第1可动衰减电极130位于隔着将中心CP在z方向上贯通的中心线CL而线对称的位置。
固定电极125具有第1固定检测电极131、第2固定检测电极132和第1固定衰减电极133。如图9所示，在第1半导体层111上形成有被绝缘层111a绝缘分离的部位，该部位在z方向上与第1可动检测电极128对置。与该第1可动检测电极128在z方向上对置的部位相当于第1固定检测电极131。此外，在第5半导体层115上形成有被绝缘层115a绝缘分离的部位，该部位在z方向上与第2可动检测电极129对置。与该第2可动检测电极129在z方向上对置的部位相当于第2固定检测电极132。由检测电极128、129、131、132构成检测电容器。此外，如图9所示，固定着第1固定器127的半导体层111、115各自的端部及第3半导体层113的端部各自的一部分在z方向上与第1可动衰减电极130对置。该对置的部位相当于第1固定衰减电极133。这样，在固定电极131～133中，在悬浮部121中仅包含由第3半导体层113的端部构成的第1固定衰减电极133。
如图9所示，第1固定检测电极131位于从对应的第1可动检测电极128在作为z方向的一个方向的第1z方向(从纸面上方朝向纸面下方的方向)上离开的位置，第2固定检测电极132位于从对应的第2可动检测电极129在作为第1z方向的反向的第2z方向(从纸面下方朝向纸面上方的方向)上离开的位置。通过在第1z方向上第1检测电极128、131相互对置而构成第1检测电容器，通过在第2z方向上第2检测电极129、132相互对置而构成第2检测电容器。此外，第1可动衰减电极130位于两个第1固定衰减电极133之间的中心，与一方的第1固定衰减电极133在第1z方向上相互对置，与另一方的第1固定衰减电极133在第2z方向上相互对置。详细地讲，由第2半导体层112构成的第1可动衰减电极130在z方向上位于由第1半导体层111构成的第1固定衰减电极133及由第3半导体层113构成的第1固定衰减电极133之间。并且，由第4半导体层114构成的第1可动衰减电极130在z方向上位于由第3半导体层113构成的第1固定衰减电极133及由第5半导体层115构成的第1固定衰减电极133之间。由此，即使锤部123在第1z方向及第2z方向的某个方向上变位，也在衰减电极130、133间发生衰减。
以下，对半导体层111～115的上表面形状分别说明。如图10所示，在半导体层111、115各自上，设有用来将电位分离的环状的绝缘层111a、115a。由这些绝缘层111a、115a包围的半导体层111、115的部位相当于上述固定检测电极131、132。
如图11所示，在半导体层112、114各自上，为了将悬浮部121和固定部122机械地分离，在构成悬浮部121的部位与构成固定部122的部位之间实施了环状的蚀刻。
如图12所示，对第3半导体层113进行规定形状的蚀刻，形成锤部123、第1固定器127、检测梁126及第1可动衰减电极130各自的一部分。第1固定器127呈环状，锤部123呈矩形。第1可动衰减电极130也呈矩形，检测梁126呈曲折(winding)的形状。详细地讲，检测梁126具有x－y平面上的形状为L字状的两个L字部126a、126b、和将这两个L字部126a、126b分别连结且在x方向上延伸的延设部126c。L字部126a、126b分别具有在x方向上延伸的部位和在y方向上延伸的部位，通过将这两个部位的端部彼此连结，x－y平面上的形状呈L字。第1L字部126a的沿x方向延伸的部位的一端与第1固定器127连结，第2L字部126b的沿x方向延伸的部位的一端与锤部123连结。并且，L字部126a、126b各自的沿y方向延伸的部位在x方向上排列配置，经由延设部126c连结着与该部位的与沿x方向延伸的部位的连结端相反侧的端部。通过上述结构，检测梁126呈曲折(winding)的形状。如果在z方向上施加加速度，则延设部126c和L字部126a、126b各自的沿y方向延伸的部位在z方向上挠曲，锤部123(可动电极124)在z方向上变位。另外，如在图12中用虚线表示那样，分别隔着将第3半导体层113的中心(锤部123的中心CP)在x方向上贯通的第1基准线及在y方向上贯通的第2基准线，多个第1可动衰减电极130位于以线对称及点对称的位置。此外，在图11及图12中没有图示，但在半导体层112～114各自上，形成有多个用来调整蚀刻速率的缺口。
接着，基于图13～图22说明加速度传感器200的制造工序。如图13所示，首先，准备在第1半导体层111上形成有第1绝缘层116的基板。接着，如图14所示，将第1半导体层111和第1绝缘层116各自的中央部位蚀刻。接着，如图15所示，对第1半导体层111实施用来形成第1固定检测电极131的蚀刻。此时，也形成绝缘层111a，但对此省略。在图15～图22中省略了绝缘层111a的记载。
然后，如图16所示，经由第1绝缘层116，将形成有第2绝缘层117的第2半导体层112对第1半导体层111层叠。接着，如图17所示，对第2半导体层112和第2绝缘层117分别实施用来将悬浮部121与固定部122机械地分离的蚀刻。
接着，如图18所示，经由第2绝缘层117，将形成有第3绝缘层118的第3半导体层113对第2半导体层112层叠。接着，如图19所示，对第3半导体层113和第3绝缘层118分别实施用来分别形成锤部123、第1固定器127、检测梁126及衰减电极130、133的蚀刻。
然后，如图20所示，经由第3绝缘层118将第4半导体层114对第3半导体层113层叠。接着，如图21所示，对第4半导体层114实施用来将悬浮部121与固定部122机械地分离的蚀刻。
接着，如图22所示，经由通过到此为止对半导体层112～114及绝缘层116～118分别实施的蚀刻形成的缺口而实施各向同性蚀刻。通过这样，形成悬浮部121和固定部122。最后，将在被蚀刻成为与图15等同的形状的第5半导体层115上形成有第4绝缘层119的基板经由第4绝缘层119对第4半导体层114层叠。通过经过以上的工序，制造图9所示的加速度传感器200。
如以上说明，在图9～图22所示的变形例中，以位于隔着锤部123的中心CP以点对称及隔着中心线CL以线对称的位置的方式，在锤部123上形成有第1可动衰减电极130。并且，该第1可动衰减电极130位于两个第1固定衰减电极133之间的中心，与一方的第1固定衰减电极133在第1z方向上相互对置，与另一方的第1固定衰减电极133在第2z方向上相互对置。据此，当在z方向上被施加加速度时，通过在第1衰减电极130、133之间发生的衰减，抑制锤部123向z方向的过量的变位。因此，在追尾等的强冲击施加时，也能够检测此时发生的加速度。此外，多个第1可动衰减电极130位于隔着锤部123的中心CP以点对称及隔着中心线CL以线对称的位置。由此，在上述强冲击的施加时，抑制锤部123在z－x平面中旋转，控制锤部123的姿态。因此，抑制锤部123向x方向的变位，抑制第1检测电极128、131间及第2检测电极129、132间各自的对置面积的变动。结果，抑制了加速度的检测精度的下降。
分别隔着将锤部123的中心CP在x方向上贯穿的第1基准线及在y方向上贯穿的第2基准线，多个第1可动衰减电极130以线对称及以点对称地取位。据此，与多个第1可动衰减电极130非对称地取位的结构相比，抑制锤部123在z－x平面中旋转，控制锤部123的姿态。因此，抑制锤部123向x方向的变位，抑制第1检测电极128、131间及第2检测电极129、132间各自的对置面积的变动。结果，抑制了加速度的检测精度的下降。
另外，在图9～图22所示的变形例中，表示了第3半导体层113是图12所示的形状的例子。但是，作为第3半导体层113的形状，并不限定于上述例子。例如可以采用图23及图24所示的形状。在图23及图24所示的第3半导体层113中，将第1固定器127和检测梁126分别形成了4个。并且，在图23中，在呈矩形的锤部123的4边分别形成有第1可动衰减电极130，在图24中，在锤部123的4边中的两边分别形成有第1可动衰减电极130。
在上述变形例中，表示了在第3半导体层113中形成有检测梁126的例子。但是，如图25所示，也可以采用在半导体层112、114上形成有检测梁126的结构。图25所示的检测梁126具有在y方向上延伸设置的延设部126d、将延设部126d的两端部连结到半导体层112、114的中央部(锤部123的一部分)的第1连结部126e、和将延设部126d的中央部连结到半导体层112、114的端部(第1固定器127的一部分)的第2连结部126f。在图25中，在半导体层112、114上分别形成有多个矩形的缺口部，但该缺口部是用来调整蚀刻速率的。
在采用图25所示的第2半导体层112的情况下，加速度传感器200的截面形状成为图26所示的形状。在此情况下，多个第1可动衰减电极130位于隔着中心线CL而线对称的位置。此外，在分别采用图25所示的半导体层112、114的情况下，加速度传感器200的截面形状成为图27所示的形状。在此情况下，多个第1可动衰减电极130位于隔着中心CP而点对称的位置，并且还位于隔着中心线CL而线对称的位置。
另外，在图27中表示了加速度传感器200的概略结构，但作为加速度传感器200的更具体的结构，采用图28所示的结构。虽然形状变得复杂，但基本的结构与图27所示的加速度传感器200是等同的，所以省略其记载。
在本实施方式中，作为静电电容式物理量传感器，例示了作为物理量而检测加速度的加速度传感器。但是，作为静电电容式物理量传感器的结构，并不限定于上述加速度传感器的例子。例如如图29所示，作为静电电容式物理量传感器，也可以采用作为物理量而检测角速度的角速度传感器。以下，概述图29所示的角速度传感器300。
图29所示的角速度传感器300具有两个振动部210、将这两个振动部210连结而用来使两个振动部210耦合振动的耦合梁220、使振动部210以逆相位振动的振动部230、检测通过角速度的施加产生的科里奥利力(Coriolis)带来的振动部210的变位(振动)的检测部240、和保持振动部210的振动姿态的衰减部250。
振动部210具有第1框部211和第2框部212，在由第1框部211的内表面包围的空间中设有第2框部212。在第1框部211的外表面上连结着用来与固定器214固定的固定梁213，第1框部211和第2框部212经由后述的检测梁241连结。固定梁213在x方向上具有挠性，检测梁241在y方向上具有挠性。
两个振动部210在x方向上排列配置，两者经由耦合梁220机械地连结。耦合梁220在x方向上具有挠性，以使两个振动部210在x方向上以逆相位耦合振动。
振动部230具有设在两个振动部210各自的第1框部211的沿着x方向的部位的外表面上的第1加振电极231、和固定在固定器214上的第2加振电极232。通过作用在这些加振电极231、232间的静电力，使两个振动部210分别在x方向上以逆相位耦合振动。
检测部240具有：检测梁241，一端连结在第1框部211的内表面上，另一端连结在第2框部212的外表面上；可动检测电极242，固定于振动部210的第2框部212；固定检测电极243，与可动检测电极242在y方向上对置，以检测由科里奥利力带来的振动部210的y方向的变位。如上述那样，两个振动部210以逆相位在x方向上耦合振动。因此，如果在z方向上施加角速度，则在两个振动部210各自上在y方向上产生逆向的科里奥利力。由此，与两个振动部210分别对应的检测梁241在y方向上向反方向挠曲，两个振动部210在y方向上向反方向变位。这两个振动部210的向y方向的逆方向的变位被作为由上述检测电极242、243构成的检测电容器的静电电容被检测。该振动部210的y方向的变位依存于角速度。角速度基于与两个振动部210分别对应的检测电容器的静电电容的差来检测。
振动部210在没有被施加角速度的情况下在x方向上振动，在被施加了角速度的情况下在y方向上变位。角速度依存于x方向的振动状态和y方向的变位量。因此，如果振动部210在x－y平面中旋转运动，则由此角速度的检测精度有可能下降。相对于此，如上述那样，角速度传感器300具有保持振动部210的振动姿态的衰减部250。该衰减部250具有固定于振动部210的第1框部211的外表面的第1可动衰减电极251、和与第1可动衰减电极251在y方向上对置以抑制振动部210的x－y平面中的旋转运动的第1固定衰减电极252。这些衰减电极251、252分别隔着作为质量中心的两个振动部210的中心CP以点对称地配置，隔着将中心CP在y方向上贯穿的中心线CL也为线对称。此外，与1个振动部210对应的衰减电极251、252分别隔着该振动部210的中心也以点对称地配置，隔着将其中心在y方向上贯穿的中心线也为线对称。并且，多个第1可动衰减电极251分别位于对应的两个第1固定衰减电极252之间的中心，与一方的第1固定衰减电极252在第1y方向上相互对置，与另一方的第1固定衰减电极252在第2y方向上相互对置。通过该结构，即使振动部210要在x－y平面中旋转运动，通过衰减电极251、252间的衰减也抑制其旋转运动。
根据本发明，能够提供各种各样形态的静电电容式物理量传感器。
例如，有关本发明的一例的静电电容式物理量传感器，具有一表面沿着由处于相互正交的关系的x方向和y方向规定的x－y平面的基板、固定在该基板的一表面上的固定器、经由该固定器连结在基板上的检测梁、连结在该检测梁上的锤部、形成在该锤部上的可动电极、和与该可动电极在x－y平面中对置的固定电极；检测梁在y方向上具有挠性；可动电极具有第1可动检测电极、第2可动检测电极和第1可动衰减电极；固定电极具有第1固定检测电极、第2固定检测电极和第1固定衰减电极；第1固定检测电极位于从第1可动检测电极在作为y方向的一个方向的第1y方向上离开的位置，与第1可动检测电极在第1y方向上相互对置；第2固定检测电极位于从第2可动检测电极在作为与第1y方向的反向的第2y方向上离开的位置，与第2可动检测电极在第2y方向上相互对置；多个第1可动衰减电极分别位于对应的两个第1固定衰减电极之间的中心，与一方的第1固定衰减电极在第1y方向上相互对置，与另一方的第1固定衰减电极在第2y方向上相互对置；多个第1可动衰减电极位于隔着锤部的中心而点对称、或隔着沿着y方向穿过锤部的中心的中心线而线对称的位置。
根据这样的静电电容式物理量传感器，在沿y方向施加了加速度时，通过在第1可动衰减电极与第1固定衰减电极之间发生的衰减，抑制锤部向y方向的过量的变位。因此，在追尾等的强冲击施加时，也能够检测此时发生的加速度等的物理量。此外，在上述静电电容式物理量传感器中，多个第1可动衰减电极位于隔着锤部的中心而点对称、或隔着沿着y方向并穿过锤部的中心的中心线而线对称的位置。由此，在上述强冲击的施加时，抑制锤部在x－y平面中旋转，控制锤部的姿态。因此，抑制锤部向x方向的变位，抑制检测电极的对置面积的变动。结果，抑制了物理量的检测精度的下降。另外，在本发明中，记作点对称或线对称，但这也包括是点对称且线对称的结构，并不将两者成立的结构除外。
进而，上述静电电容式物理量传感器也可以是以下结构：锤部将沿着y方向的两个第1棒部及沿着x方向的两个第2棒部各自的端部连结而形成框形状；在第1棒部上形成有第1可动衰减电极；可动电极具有第2可动衰减电极；固定电极具有第2固定衰减电极；在第2棒部上形成有第2可动衰减电极；第2可动衰减电极位于两个第2固定衰减电极之间的中心，与一方的第2固定衰减电极在作为x方向的一方向的第1x方向上相互对置，与另一方的第1固定衰减电极在作为第1x方向的反向的第2x方向上相互对置；多个第2可动衰减电极位于隔着锤部的中心而点对称、或隔着沿着y方向穿过锤部的中心的中心线而线对称的位置。根据这样的结构，通过在第2可动衰减电极与第2固定衰减电极之间发生的衰减，更有效地抑制锤部在x－y平面中旋转，更有效地控制锤部的姿态。结果，更有效地抑制了物理量的检测精度的下降。
另外，也可以是以下结构：第1可动衰减电极和第1固定衰减电极处于相似的关系；第1可动衰减电极与第1固定衰减电极的对置间隔是一定的。根据这样的结构，与第1可动衰减电极和第1固定衰减电极不相似、第1可动衰减电极与第1固定衰减电极的对置间隔不定的结构相比，难以在第1可动衰减电极与第1固定衰减电极之间发生的衰减中发生偏倚。因此，与上述比较结构相比，抑制锤部旋转，控制锤部的姿态。结果，抑制了物理量的检测精度的下降。
此外，上述静电电容式物理量传感器也可以如以下这样构成。在第1固定检测电极上，形成有用来将由第1可动检测电极和第1固定检测电极构成的第1检测电容器的静电电容取出的第1固定检测焊盘。在第2固定检测电极上，形成有用来将由第2可动检测电极和第2固定检测电极构成的第2检测电容器的静电电容取出的第2固定检测焊盘。在锤部上，形成有用来施加一定的电压的可动检测焊盘。在第1固定衰减电极上，形成有用来施加与施加在可动检测焊盘上的电压极性不同的诊断电压的衰减焊盘。在故障诊断时，对第1固定检测焊盘和第2固定检测焊盘分别施加规定时间极性不同的电压，在该电压刚施加后，对衰减焊盘施加诊断电压，将该电压施加时的第1检测电容器的静电电容从第1固定检测焊盘取出，将第2检测电容器的静电电容从第2固定检测焊盘取出。
根据这样的结构，在故障诊断时，对衰减焊盘施加诊断电压，判定静电电容式物理量传感器的故障的有无。通过这样利用衰减焊盘，能够自诊断静电电容式物理量传感器的故障。
有关本发明的第2例的静电电容式物理量传感器，具有一表面沿着由处于相互正交的关系的x方向和y方向规定的x－y平面的基板、固定于该基板的一表面的固定器、经由该固定器与基板连结的检测梁、与该检测梁连结的锤部、形成于该锤部的可动电极、和与该可动电极在与x－y平面正交的z方向上对置的固定电极，如以下这样构成。检测梁在z方向上具有挠性。可动电极具有第1可动检测电极、第2可动检测电极和第1可动衰减电极。固定电极具有第1固定检测电极、第2固定检测电极和第1固定衰减电极。第1固定检测电极位于从第1可动检测电极在作为z方向的一个方向的第1z方向上离开的位置，与第1可动检测电极在第1z方向上相互对置。第2固定检测电极位于从第2可动检测电极在作为第1z方向的反向的第2z方向上离开的位置，与第2可动检测电极在第2z方向上相互对置。多个第1可动衰减电极分别位于对应的两个第1固定衰减电极之间的中心，与该对应的两个第1固定衰减电极中的一方的第1固定衰减电极在第1z方向上相互对置，与该对应的两个第1固定衰减电极中的另一方的第1固定衰减电极在第2z方向上相互对置。多个第1可动衰减电极位于隔着锤部的中心而点对称、或隔着沿着z方向穿过锤部的中心的中心线而线对称的位置。
根据这样的静电电容式物理量传感器，当在z方向上施加了加速度时，通过在第1衰减电极之间发生的衰减，抑制锤部向z方向的过量的变位。因此，在追尾等的强冲击施加时，也能够检测此时发生的加速度。此外，多个第1可动衰减电极位于隔着锤部的中心而点对称、或隔着中心线而线对称的位置。由此，在上述强冲击的施加时，抑制在锤部z－x平面中旋转，抑制检测电极的对置面积的变动。结果，抑制了加速度的检测精度的下降。
以上，例示了有关本发明的实施方式及结构，但有关本发明的实施方式及结构并不限定于上述各实施方式及各结构。关于将对不同的实施方式及结构分别适当组合已公开的技术要素而得到的实施方式及结构，也包含在有关本发明的实施方式及结构的范围中。

Claims (6)

1.一种静电电容式物理量传感器，
具有：
基板(11)，一个表面沿着由处于相互正交的关系的x方向和y方向所规定的x－y平面；
固定器(30)，固定于该基板(11)的一表面；
检测梁(20)，经由该固定器(30)连结于上述基板(11)；
锤部(17)，连结于该检测梁(20)；
可动电极(18)，形成于该锤部(17)；以及
固定电极(19)，与该可动电极(18)在上述x－y平面上对置；
上述检测梁(20)在上述y方向上具有挠性；
上述可动电极(18)具有第1可动检测电极(21)、第2可动检测电极(22)和第1可动衰减电极(23)；
上述固定电极(19)具有第1固定检测电极(24)、第2固定检测电极(25)和第1固定衰减电极(26)；
上述第1固定检测电极(24)位于从上述第1可动检测电极(21)在作为上述y方向的一个方向的第1y方向上离开的位置，与上述第1可动检测电极(21)在上述第1y方向上相互对置；
上述第2固定检测电极(25)位于从上述第2可动检测电极(22)在作为与上述第1y方向的反向的第2y方向上离开的位置，与上述第2可动检测电极(22)在上述第2y方向上相互对置；
多个上述第1可动衰减电极(23)分别位于对应的两个上述第1固定衰减电极(26)之间的中心，与该对应的两个上述第1固定衰减电极中的一方的上述第1固定衰减电极(26)在上述第1y方向上相互对置，与该对应的两个上述第1固定衰减电极中的另一方的上述第1固定衰减电极(26)在上述第2y方向上相互对置；
多个上述第1可动衰减电极(23)位于隔着上述锤部(17)的中心(CP)而点对称、或隔着沿着上述y方向穿过上述锤部(17)的中心的中心线(CL)而线对称的位置。
2.如权利要求1所述的静电电容式物理量传感器，
上述锤部(17)为通过将沿着上述y方向的两个第1棒部(17a)及沿着上述x方向的两个第2棒部(17b)各自的端部连结而形成框形状；
在上述第1棒部(17a)上形成有上述第1可动衰减电极(23)。
3.如权利要求2所述的静电电容式物理量传感器，
上述可动电极(18)具有第2可动衰减电极(27)；
上述固定电极(19)具有第2固定衰减电极(28)；
在上述第2棒部(17b)上形成有上述第2可动衰减电极(27)；
上述第2可动衰减电极(27)位于两个上述第2固定衰减电极(28)之间的中心，与该两个上述第2固定衰减电极(28)中的一方的上述第2固定衰减电极(28)在作为上述x方向的一方向的第1x方向上相互对置，与该两个上述第2固定衰减电极(28)中的另一方的上述第2固定衰减电极(28)在作为上述第1x方向的反向的第2x方向上相互对置；
多个上述第2可动衰减电极(27)位于隔着上述锤部(17)的中心而点对称、或隔着沿着上述y方向穿过上述锤部(17)的中心的中心线而线对称的位置。
4.如权利要求1～3中任一项所述的静电电容式物理量传感器，
上述第1可动衰减电极(23)和上述第1固定衰减电极(26)处于相似的关系；
上述第1可动衰减电极(23)与上述第1固定衰减电极(26)的对置间隔是一定的。
5.如权利要求1～4中任一项所述的静电电容式物理量传感器，
在上述第1固定检测电极(24)上，形成有用来将由上述第1可动检测电极(21)和上述第1固定检测电极(24)构成的第1检测电容器的静电电容取出的第1固定检测焊盘(32a)；
在上述第2固定检测电极(25)上，形成有用来将由上述第2可动检测电极(22)和上述第2固定检测电极(25)构成的第2检测电容器的静电电容取出的第2固定检测焊盘(33a)；
在上述锤部(17)上，形成有用来施加一定的电压的可动检测焊盘(30a)；
在上述第1固定衰减电极(26)上，形成有用来施加与施加在上述可动检测焊盘(30a)上的电压极性不同的诊断电压的衰减焊盘(34a)；
在故障诊断时，对于上述第1固定检测焊盘(32a)和上述第2固定检测焊盘(33a)分别以规定时间施加极性不同的电压，在该电压刚施加后，对上述衰减焊盘(34a)施加上述诊断电压，将该电压施加时的上述第1检测电容器的静电电容从第1固定检测焊盘(32a)取出，将上述第2检测电容器的静电电容从第2固定检测焊盘(33a)取出。
6.一种静电电容式物理量传感器，
具有：
基板(11)，一个表面沿着由处于相互正交的关系的x方向和y方向所规定的x－y平面；
固定器(30)，固定于该基板(11)的一表面；
检测梁(20)，经由该固定器(30)连结于上述基板(11)；
锤部(17)，连结于该检测梁(20)；
可动电极(18)，形成于该锤部(17)；以及
固定电极(19)，与该可动电极(18)在与上述x－y平面正交的z方向上对置；
上述检测梁(20)在上述z方向上具有挠性；
上述可动电极(18)具有第1可动检测电极(21)、第2可动检测电极(22)和第1可动衰减电极(23)；
上述固定电极(19)具有第1固定检测电极(24)、第2固定检测电极(25)和第1固定衰减电极(26)；
上述第1固定检测电极(24)位于从上述第1可动检测电极(21)在作为上述z方向的一个方向的第1z方向上离开的位置，与上述第1可动检测电极(21)在上述第1z方向上相互对置；
上述第2固定检测电极(25)位于从上述第2可动检测电极(22)在作为上述第1z方向的反向的第2z方向上离开的位置，与上述第2可动检测电极(22)在上述第2z方向上相互对置；
多个上述第1可动衰减电极(23)分别位于对应的两个上述第1固定衰减电极(26)之间的中心，与该对应的两个上述第1固定衰减电极(26)中的一方的上述第1固定衰减电极(26)在上述第1z方向上相互对置，与该对应的两个上述第1固定衰减电极(26)中的另一方的上述第1固定衰减电极(26)在上述第2z方向上相互对置；
多个上述第1可动衰减电极(23)位于隔着上述锤部(17)的中心而点对称、或隔着沿着上述z方向穿过上述锤部(17)的中心的中心线而线对称的位置。
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