JP2001041973A

JP2001041973A - 半導体力学量センサ

Info

Publication number: JP2001041973A
Application number: JP21273499A
Authority: JP
Inventors: Yoko Yanagiya; 陽子柳谷; Mineichi Sakai; 峰一酒井; Masanori Aoyama; 正紀青山
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-07-27
Filing date: 1999-07-27
Publication date: 2001-02-16

Abstract

(57)【要約】【課題】差動容量式の半導体加速度センサにおいて、
センサの加工ばらつきにより、支持基板の開口縁部に固
定される固定電極部の配線部の寄生容量がばらついて
も、センサのオフセットを極力低減可能とする。【解決手段】センサ１００は、可動電極部３０との間
に各々第１の検出容量ＣＳ１、第２の検出容量ＣＳ２を
形成する第１の固定電極部４０、５０及び第２の固定電
極部６０、７０を備える。第１及び第２の固定電極部４
０〜７０を共に、各々が支持基板２０の開口部２１上に
て可動電極部３０に対向配置された第１及び第２の対向
電極４２、５２、６２、７２と、支持基板２０に固定さ
れて第１及び第２の対向電極４２〜７２をそれぞれ支持
する第１及び第２の配線部４１、５１、６１、７１とに
より構成し、これら両配線部４１〜７１を互いに電気的
に独立させ支持基板２０の開口縁部において互いに対向
するように配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体よりなる支
持基板の半導体層に溝を形成することにより可動電極部
及び当該可動電極部と対向する固定電極部とを形成して
なり、これら可動及び固定電極部間の容量変化に基づき
印加力学量を検出するようにした容量検出型の半導体力
学量センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば容量検出型の半導体加
速度センサとして、図１５及び図１６に示す差動容量式
のものが提案されている。ここで、図１５は平面図、図
１６は図１５のＡ−Ａ断面図である。このものは、図１
６に示す様に、第１の半導体層Ｊ１と第２の半導体層Ｊ
２との間に絶縁層Ｊ３を有する半導体基板に半導体製造
技術を利用した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。

【０００３】この半導体加速度センサは、半導体基板の
第２の半導体層Ｊ２に溝を形成することにより、錘部Ｊ
４と櫛歯状の突出部Ｊ５とが一体形成された可動電極部
Ｊ６を形成すると共に、当該突出部Ｊ５と対向する櫛歯
状の固定電極部Ｊ７、Ｊ８を形成してなる。ここで、第
１の半導体層Ｊ１及び絶縁層Ｊ３により支持基板を構成
し、この支持基板には、第２の半導体層Ｊ２側の面に開
口する開口部Ｊ９が形成されている。図示例では、当該
支持基板における第２の半導体層Ｊ２側の面からこれと
反対側の面まで貫通するように開口部Ｊ９が形成されて
いる。

【０００４】そして、可動電極部Ｊ６は、錘部Ｊ４の両
端部にて上記支持基板の開口縁部に弾性支持され、開口
部Ｊ９上にて印加加速度に応じて、図１５中の矢印Ｘ方
向に変位するようになっている。また、固定電極部Ｊ
７、Ｊ８は、開口部Ｊ９上にて可動電極部Ｊ６の突出部
Ｊ５と対向する対向電極Ｊ７ａ、Ｊ８ａと、上記支持基
板の開口縁部に固定されて対向電極Ｊ７ａ、Ｊ８ａを支
持する配線部Ｊ７ｂ、Ｊ８ｂとからなる。このように従
来の半導体加速度センサは、最低限１個の可動電極部Ｊ
６と、この可動電極部Ｊ６の両側にそれぞれ設けられた
第１の固定電極部Ｊ７及び第２の固定電極部Ｊ８とい
う、２個の固定電極部を有した構成となっている。

【０００５】ここで、第１の固定電極部Ｊ７における対
向電極Ｊ７ａと可動電極部Ｊ６における突出部Ｊ５との
間の容量を第１の検出容量ＣＳ１、第２の固定電極部Ｊ
８における対向電極Ｊ８ａと突出部Ｊ５との間の容量を
第２の検出容量ＣＳ２とする。なお、図中には、各容量
をコンデンサを示す記号にて示してある。そして、上記
の印加加速度による可動電極部Ｊ６の変位に応じて、各
検出容量ＣＳ１、ＣＳ２が変化するのであるが、これを
両検出容量ＣＳ１、ＣＳ２の差分として検出（差動検
出）することにより、印加加速度を検出することができ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、本発明者等
が上記従来の半導体加速度センサについて検討したとこ
ろ、センサの加工誤差によって、センサにおける出力誤
差即ちオフセットが大きくなるという問題が発生した。
次に、このオフセットの問題について、上記図１５及び
図１６に示した従来のセンサに基づき、本発明者等が行
った検討を示す。図４（ａ）に、差動容量式の半導体加
速度センサの検出回路図を示す。ＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ
３は寄生容量を示している。

【０００７】ここで、上記従来のセンサにおいては、Ｃ
Ｐ１は第１の固定電極部Ｊ７の配線部Ｊ７ｂと上記支持
基板との間の容量、ＣＰ２は第２の固定電極部Ｊ８の配
線部Ｊ８ｂと上記支持基板との間の容量、ＣＰ３は可動
電極部Ｊ６の配線部Ｊ６ｂと上記支持基板との間の容量
である。また、Ｊ１０はスイッチドキャパシタ回路（Ｓ
Ｃ回路）であり、このＳＣ回路Ｊ１０は、容量がＣｆで
あるコンデンサＪ１１、スイッチＪ１２及び差動増幅回
路Ｊ１３を備え、入力された容量差を電圧に変換するも
のである。

【０００８】また、図４（ａ）に示す回路に対するタイ
ミングチャートの一例を図４（ｂ）に示す。上記従来の
センサにおいては、例えば、固定電極パッドＪ７ｃから
搬送波１（周波数１００ｋＨｚ、振幅０〜５Ｖ）、固定
電極パッドＪ８ｃから搬送波１と位相が１８０°ずれた
搬送波２（周波数１００ｋＨｚ、振幅０〜５Ｖ）を入力
し、ＳＣ回路Ｊ１０のスイッチＪ１２を図に示すタイミ
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。

【０００９】

【数１】 V₀＝｛（CS1−CS2）+（CP1−CP2）・CP3｝・V／Cf ここで、Ｖは両パッドＪ７ｃ、Ｊ８ｃの間の電圧であ
る。従って、センサの出力は、寄生容量ＣＰ１、ＣＰ
２、ＣＰ３の影響を受ける。一般に、容量Ｃを構成する
２つの部材の面積をＳ、間隔をｄとすると、Ｃ＝ε・Ｓ
／ｄである。よって、加工ばらつき等により、配線部Ｊ
７ｂ、Ｊ８ｂと上記支持基板との重なり部分の面積が変
わったり、また、上記支持基板における絶縁層Ｊ３の厚
さがばらついて容量Ｃを規定する間隔ｄが変わったりす
ると、寄生容量ＣＰ１及びＣＰ２にばらつきが生じ、Ｃ
Ｐ１とＣＰ２とが等価でなくなる。即ち、加速度が０の
時でも、寄生容量ＣＰ１とＣＰ２とに差が生じ、オフセ
ットとして出力されてしまう。

【００１０】ここで、上記従来の半導体加速度センサに
おいては、通常、フォトリソグラフィ技術を用い、半導
体基板の半導体層及び上記支持基板をエッチングするこ
とにより、開口部Ｊ９を形成するとともに、可動電極部
Ｊ６及び固定電極Ｊ７、Ｊ８等がリリースされた構造体
を形成する。そのため、上記重なり部分の面積が変わる
原因としては、開口部Ｊ９のエッチング加工において、
上記支持基板に対するマスクの合わせずれ、エッチ
ング時のエッチング量の差、が考えられる。

【００１１】図１７は、これらの原因及びによる開
口部Ｊ９の加工ばらつきを示す説明図である。原因に
よれば、例えば図１７（ａ）に示す様に、開口部Ｊ９を
所定形状に形成できたとしても、破線に示すように一方
向へ位置ずれを起こしてしまう。そのため、上記重なり
部分の面積が、例えば容量ＣＰ１側では小さく、容量Ｃ
Ｐ２側では大きくなる。

【００１２】また、原因によれば、例えば図１７
（ｂ）に示す様に、狙いの開口部Ｊ９の形状に対して破
線に示す様な形状ずれを生じてしまう。そのため、上記
重なり部分の面積が、例えば容量ＣＰ１側でのみ小さく
なる。本発明者等の検討によれば、これら原因及び
によるずれは共に、±１〜５０μｍ程度であった。ま
た、上記支持基板における絶縁層Ｊ２の厚さばらつきは
±０．１μｍ程度であった。

【００１３】このように、本発明者等の検討によれば、
従来の差動容量式のセンサにおいては、センサの加工ば
らつきにより、支持基板における開口部の位置ずれや所
定形状からの形状ずれが発生したり、支持基板の絶縁層
の厚さばらつきが発生する。それによって、支持基板の
開口縁部に固定される固定電極部の配線部の寄生容量が
ばらつくため、結果として、オフセットが大きくなるこ
とがわかった。

【００１４】また、センサの感度向上化に伴い、オフセ
ットの問題について、更に検討したところ、次のような
問題が発生することもわかった。上記従来の半導体加速
度センサにおいては、図１５に示す様に、可動電極部Ｊ
６と導通する可動電極パッドＪ６ｃ、及び固定電極部Ｊ
７、Ｊ８の配線部Ｊ７ｂ、Ｊ８ｂと導通する固定電極パ
ッドＪ７ｃ、Ｊ８ｃが、上記支持基板の開口縁部の同じ
側に略一列に配置形成されている。

【００１５】そして、各パッドＪ６ｃ、Ｊ７ｃ、Ｊ８ｃ
には、Ａｌ（アルミニウム）やＡｕ（金）等により形成
されたワイヤＪ６ｄ、Ｊ７ｄ、Ｊ８ｄの一端が接続さ
れ、これら各ワイヤの他端は、上記のＳＣ回路Ｊ１０を
含む外部回路（図示せず）に接続される。ここにおい
て、ワイヤＪ６ｄとワイヤＪ７ｄとの間、ワイヤＪ６ｄ
とワイヤＪ８ｄとの間には、それぞれ、寄生容量ＣＷ
１、ＣＷ２が形成される。図４に対して、このワイヤ間
の寄生容量も含めた検出回路図を図１３に示す。印加加
速度は、下記の数式２に示す様に、電圧値Ｖ₀として出
力される。

【００１６】

【数２】V₀＝｛（CS1−CS2）+（CW1−CW2）+（CP1−CP
2）・CP3｝・V／Cf ここで、上記ワイヤにおいては、上記のパッド及び外部
回路との接続部分以外は可動であるため振動したり、ま
た、ワイヤボンディングの位置ずれ等により、寄生容量
ＣＷ１、ＣＷ２が大きく異なる。そのため、寄生容量Ｃ
Ｗ１とＣＷ２とが等価でなくなり、センサのオフセット
ばらつきが大きくなったり、オフセットが変動するとい
う問題が生じる。

【００１７】なお、このようなセンサの加工ばらつきに
よる上記固定電極部の配線部における寄生容量のばらつ
き、あるいは、ワイヤ間の寄生容量のばらつき、といっ
た問題は、差動容量式に限らず、容量検出型の半導体力
学量センサ一般において、起こるものである。つまり、
可動電極部と固定電極部との間の容量を検出する際に、
上記の寄生容量のばらつきは、検出容量に影響を及ぼ
し、同様にオフセットを発生させる。

【００１８】そこで、本発明は上記問題に鑑み、容量検
出型の半導体力学量センサにおいて、センサの加工ばら
つきにより、支持基板の開口縁部に固定される固定電極
部の配線部の寄生容量がばらついても、センサのオフセ
ットを極力低減可能とすることを第１の目的とする。ま
た、本発明は、容量検出型の半導体力学量センサにおい
て、可動電極部用のワイヤと固定電極部用のワイヤとの
間の寄生容量を低減し、センサのオフセットばらつきを
極力低減可能とすることを第２の目的とする。

【００１９】

【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〜請求項４記載の発明は、支持基板に形成
された開口部上にて変位する可動電極部との間に各々第
１の検出容量、第２の検出容量を形成する第１の固定電
極部及び第２の固定電極部を備える差動容量式の半導体
力学量センサについて、該第１の固定電極部を電気的に
独立した一対の構成とし、また、該第２の固定電極部に
ついても同じく電気的に独立した一対の構成とし、第１
及び第２の固定電極部における当該一対の電極部の配置
構成等に工夫を凝らしたものである。

【００２０】即ち、請求項１記載の発明においては、第
１及び第２の固定電極部（４０〜７０）を共に、各々が
支持基板（２０）の開口部（２１）上にて可動電極部
（３０）に対向配置された第１及び第２の対向電極（４
２、５２、６２、７２）と、該支持基板に固定されて該
第１及び第２の対向電極をそれぞれ支持する第１及び第
２の配線部（４１、５１、６１、７１）とにより構成
し、これら両配線部を互いに電気的に独立させ該支持基
板の開口縁部において互いに対向するように配置したこ
とを特徴としている。

【００２１】本発明によれば、第１及び第２の固定電極
部（４０〜７０）において、互いに電気的に独立した一
対の配線部（４１〜７１）を、支持基板（２０）の開口
縁部において対向するように配置させている。それによ
り、センサの加工ばらつきによって所定形状の開口部
（２１）の一方向への位置ずれが起こった場合に、例え
ば、各固定電極において、それぞれ、両配線部の寄生容
量の面積が第１の配線部（４１、６１）側にて増加し、
第２の配線部（５１、７１）側にて減少する。

【００２２】そして、各固定電極部においては、配線部
の寄生容量は第１及び第２の配線部の総和であるため、
上記の増加分と減少分とがキャンセルされ、開口部が位
置ずれしない場合に比べて、見かけ上、配線部の寄生容
量のばらつきを低減することができる。よって、本発明
によれば、センサの加工ばらつきによる開口部の一方向
への位置ずれに対応できるため、固定電極部の配線部の
寄生容量がばらついても、センサのオフセットを極力低
減することができる。

【００２３】また、請求項２記載の発明のように、第１
及び第２の配線部（４１、５１、６１、７１）を互いに
略同一の配線面積を有するものとすれば、上記の開口部
の位置ずれによる寄生容量の増加分と減少分とを実質的
に完全にキャンセルでき、好ましい。ここで、請求項３
及び請求項４記載の発明は、可動電極部及び第１及び第
２の固定電極部の具体的な構成を示すもので、従来の半
導体力学量センサに対して大きく構成を変えることな
く、適切に請求項１または請求項２の発明の効果を発揮
可能なセンサ構成を提供することができる。

【００２４】また、請求項５〜請求項９記載の発明は、
容量検出型の半導体力学量センサ一般に適用可能なもの
である。まず、請求項５の発明においては、支持基板
（２０）の開口縁部に固定された部分が外部に信号を取
り出すための配線部（２４１、２５１）として構成され
ている固定電極部（２４０、２５０）において、該配線
部と該支持基板とが重なり合う部分にて、該支持基板が
露出するように該配線部の一部が除去された除去部（２
６０〜２６３）を形成したことを特徴としている。

【００２５】それによって、従来の固定電極部の配線部
に比べて除去部の分だけ、配線部自体の配線面積を小さ
くできるため、上述のように、加工ばらつきによる開口
部の位置ずれや形状ずれが発生したり、支持基板の絶縁
層の厚さばらつきが発生しても、配線部における寄生容
量の変化を小さいものとできる。よって、本発明によれ
ば、センサの加工ばらつきにより固定電極部の配線部の
寄生容量がばらついても、センサのオフセットを極力低
減できる。

【００２６】ここで、請求項６の発明のように、除去部
を、配線部（２４１、２５１）の表面から支持基板（２
０）まで貫通し互いにラーメン構造形状に連結された複
数の矩形状の貫通孔（２６０）により構成すれば、除去
部を１個の大きな貫通孔にて構成するよりも、配線部の
強度を向上させることができる。

【００２７】また、請求項７の発明では、容量検出型の
半導体力学量センサにおいて、可動電極部（２３０）と
外部とを電気的に接続するためのワイヤ（Ｗ１）が接続
される可動電極パッド（２２３）を、支持基板（２０）
の開口縁部の一側部位に形成し、固定電極部（２４０、
２５０）と外部とを電気的に接続するためのワイヤ（Ｗ
２、Ｗ３）が接続される固定電極パッド（２５１ａ）
を、該支持基板の開口縁部の前記一側部位と対向する他
側部位に形成したことを特徴としている。

【００２８】上述のように、一般に容量Ｃは、Ｃ＝ε・
Ｓ／ｄである。本発明によれば、可動電極パッドと固定
電極パッドとを、支持基板の開口縁部において互いに対
向するように配置しているため、従来のように該開口縁
部における同じ側の部位に両パッドを配置した場合に比
べて、両パッドに接続されるワイヤ間の距離が大幅に大
きくなる。そのため、可動電極部用のワイヤと固定電極
部用のワイヤとの間の寄生容量を低減でき、センサのオ
フセットばらつきを極力低減することができる。

【００２９】また、本発明者等は、可動電極用及び固定
電極用のワイヤ間の距離とセンサのオフセットとの関係
について調査検討を行ったところ、図１４（ｂ）に示す
様な結果が得られた。請求項８の発明は、この結果に基
づき成されたものであり、可動電極部用の可動電極ワイ
ヤ（Ｗ１）と固定電極部用の固定電極ワイヤ（Ｗ２、Ｗ
３）とを備える容量検出型の半導体力学量センサにおい
て、該可動電極ワイヤと該固定電極ワイヤとを８０μｍ
以上の距離を持って離間させたことを特徴としている。

【００３０】本発明者等の検討によれば、センサの感度
向上に伴い、オフセット（出力誤差）は１０％以内であ
ることが実用上好ましい。ここで、可動電極ワイヤと固
定電極ワイヤとの間の距離を８０μｍ以上、好ましくは
１００μｍ以上とすれば、当該ワイヤ間の距離がばらつ
いたり、変動したりしても、オフセットを１０％以内に
とどめることが可能である。よって、本発明において
も、請求項７の発明と同様に、本発明の第２の目的を達
成することができる。

【００３１】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。

【００３２】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）本実施形態は、
容量検出型の半導体力学量センサとして、差動容量式の
半導体加速度センサについて本発明を適用したものであ
り、センサの加工ばらつきによる開口部の一方向への位
置ずれに対応可能な構成とすることで、センサのオフセ
ットを極力低減可能とすることを狙ったものである。図
１に半導体加速度センサ１００の平面構成を示し、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。

【００３３】半導体加速度センサ（以下、単にセンサと
いう）１００は、上記図１５等に示した従来のセンサと
同様、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。センサ１００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との間に絶縁層としての酸化膜１３を有する矩
形状のＳＯＩ基板１０であり、第１シリコン基板１１及
び酸化膜１３が本発明でいう支持基板２０に相当する。

【００３４】支持基板２０には、第２シリコン基板１２
側の面からこれと反対側の面まで貫通する矩形状の開口
部２１が形成されている。また、第２シリコン基板１２
には、溝を形成することにより、可動電極部３０及び固
定電極部４０、５０、６０、７０よりなる櫛歯形状を有
する梁構造体が形成されている。開口部２１は、支持基
板２０のうち上記梁構造体３０〜７０が形成される領域
を矩形状に除去した部分により構成されている。

【００３５】可動電極部３０は、支持基板２０の開口縁
部のうち対向する１組の辺の間にて開口部２１上を横断
するように配置されている。この可動電極部３０は、矩
形状の錘部３１の両端を、矩形枠を有する梁部３２を介
してアンカー部３３ａ及び３３ｂに一体に連結した構成
となっており、これらアンカー部３３ａ及び３３ｂは支
持基板２０の開口縁部における対向辺部上に支持されて
いる。これにより、錘部３１及び梁部３２は、開口部２
１に臨んだ状態となっている。

【００３６】また、矩形枠状をなす梁部３２は、その梁
の長手方向と直交する方向に変位するバネ機能を有し、
図１中の矢印Ｘ方向の成分を含む加速度を受けたときに
錘部３１を矢印Ｘ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。よって、変位する
方向（矢印Ｘ方向）における錘部３１の両端にて支持基
板２０に支持された可動電極部３０は、加速度の印加に
応じて、開口部２１上にて変位可能となっている。

【００３７】また、可動電極部３０は、上記変位する方
向（矢印Ｘ方向）と直交した方向にて、錘部３１の両側
面から互いに反対方向へ一体的に突出された第１の突出
部３４及び第２の突出部３５を備えており、これら突出
部３４及び３５も支持基板２０の開口部２１に臨んだ状
態となっている。そして、これら第１及び第２の突出部
３４及び３５は、断面矩形の梁状に形成されている。

【００３８】固定電極部４０〜７０は、支持基板２０の
開口縁部における対向辺部のうち、アンカー部３３ａ、
３３ｂが支持されていないもう１組の対向辺部（以下、
固定電極用対向辺部という）に支持されている。そし
て、固定電極用対向辺部のうち、アンカー部３３ａ寄り
（図１中、上方寄り）の部位にて互いに対向配置された
固定電極部４０及び５０が第１の固定電極部として構成
され、アンカー部３３ｂ寄り（図１中、下方寄り）の部
位にて互いに対向配置された固定電極部６０及び７０が
第２の固定電極部として構成されている。また、各固定
電極部４０〜７０は互いに電気的に独立している。

【００３９】第１の固定電極部４０、５０は、支持基板
２０の固定電極用対向辺部に固定され錘部３１と対向す
る配線部４１及び５１と、可動電極部３０の第１及び第
２の突出部３４及び３５の側面と所定の検出間隔（検出
空隙）を存して平行した状態で配置された対向電極４２
及び５２とを有した構成となっている。対向電極４２、
５２は、配線部４１、５１に片持ち状に支持された状態
となっており、支持基板２０の開口部２１に臨んだ状態
となっている。

【００４０】ここで、第１の固定電極部４０、５０は、
更に、第１の突出部３４側（図１中、左側）の固定電極
用対向辺部に位置する固定電極４０と、第２の突出部３
５側（図１中、右側）の固定電極用対向辺部に位置する
固定電極５０とより成る。固定電極４０においては、第
１の突出部３４と対向する対向電極４２が第１の対向電
極、この第１の対向電極４２を支持する配線部４１が第
１の配線部として構成され、一方、固定電極５０におい
ては、第２の突出部３５と対向する対向電極５２が第２
の対向電極、この第２の対向電極５２を支持する配線部
５１が第２の配線部として構成されている。

【００４１】また、第２の固定電極部６０、７０は、支
持基板２０の固定電極用対向辺部に固定され錘部３１と
対向する配線部６１及び７１と、可動電極部３０の第１
及び第２の突出部３４及び３５の側面と所定の検出間隔
（検出空隙）を存して平行した状態で配置された対向電
極６２及び７２とを有した構成となっている。対向電極
６２、７２は、配線部６１、７１に片持ち状に支持され
た状態となっており、支持基板２０の開口部２１に臨ん
だ状態となっている。

【００４２】ここで、第２の固定電極部６０、７０は、
更に、第１の突出部３４側（図１中、左側）の固定電極
用対向辺部に位置する固定電極６０と、第２の突出部３
５側（図１中、右側）の固定電極用対向辺部に位置する
固定電極７０とより成る。固定電極６０においては、第
１の突出部３４と対向する対向電極６２が第１の対向電
極、この第１の対向電極６２を支持する配線部６１が第
１の配線部として構成され、一方、固定電極７０におい
ては、第２の突出部３５と対向する対向電極７２が第２
の対向電極、この第２の対向電極７２を支持する配線部
７１が第２の配線部として構成されている。

【００４３】ここで、本実施形態における固定電極４０
〜７０の構成をまとめると、第１の固定電極４０、５０
は、第１の配線部４１及び第１の対向電極４２よりなる
固定電極４０と、第２の配線部５１及び第２の対向電極
５２よりなる固定電極５０と、により構成されている。
また、第２の固定電極６０、７０は、第１の配線部６１
及び第１の対向電極６２よりなる固定電極６０と、第２
の配線部７１及び第２の対向電極７２よりなる固定電極
７０と、により構成されている。

【００４４】また、第１の固定電極部４０、５０におけ
る各対向電極４２、５２は、各々対向する可動電極部３
０の突出部３４、３５との検出空隙に、容量ＣＳ４０、
ＣＳ５０を形成する。また、第２の固定電極部６０、７
０における各対向電極６２、７２は、各々対向する可動
電極部３０の突出部３４、３５との検出空隙に、容量Ｃ
Ｓ６０、ＣＳ７０を形成する。なお、図１中には、これ
ら容量ＣＳ４０〜ＣＳ７０をコンデンサを示す記号にて
示してある。

【００４５】そして、第１の固定電極部における容量Ｃ
Ｓ４０とＣＳ５０との和（ＣＳ４０＋ＣＳ５０）が第１
の検出容量、第２の固定電極部における容量ＣＳ６０と
ＣＳ７０との和（ＣＳ６０＋ＣＳ７０）が第２の検出容
量を構成する。なお、図１に示す様に、各対向電極は、
各々対向する突出部の両側面部を挟むように、断面矩形
の梁状のものが２本設けられているが、これは、センサ
の感度を向上させるべく、対向する面積を大きくして各
容量を大きくするためである。

【００４６】また、第１及び第２の固定電極部４０〜７
０において、互いに電気的に独立した第１の配線部４
１、６１と第２の配線部５１、７１とは、互いに略同一
の配線面積を有することが好ましい。本例では、４つの
配線部４１〜７１が互いに略同一形状、同一の配線面積
を有している。そして、支持基板２０上における各固定
電極の各配線部４１、５１、６１、７１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４
１ａ、５１ａ、６１ａ、７１ａが形成されている。

【００４７】また、支持基板２０上には、可動電極部３
０における一方のアンカー部３３ｂと一体に連結された
状態の可動電極用配線部２２が形成されており、この配
線部２２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２３が形成されている。上記の各電極パッ
ド２３、４１ａ〜７１ａは、例えばアルミニウムにより
形成されている。

【００４８】次に、上記構成に基づき、本実施形態に係
るセンサ１００の製造方法を説明する。図３に、上記の
ようなセンサ１００の製造工程を上記図２に対応した模
式的な断面図として示す。まず、図３（ａ）に示す様
に、上記したシリコン酸化膜１３を介して、例えば表面
の面方位が（１００）に設定された単結晶シリコンウェ
ハよりなる第１及び第２のシリコン基板１１、１２を接
合したＳＯＩ基板１０を用意する（加工されていない状
態を示す）。

【００４９】次に、図３（ｂ）に示す電極パッド形成工
程を実行する。この工程では、第２シリコン基板１２上
の全面にアルミニウムを例えば１μｍ程度の膜厚となる
ように蒸着した後に、そのアルミニウム膜をフォトリソ
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
グすることにより、上記電極パッド２３、４１ａ〜７１
ａ（図３中、パッド７１ａ以外は図示せず）を形成す
る。

【００５０】この状態から、図３（ｃ）に示す寸法調整
工程を実行する。この工程では、第１シリコン基板１１
の表面（酸化膜１３と反対側の面）側に切削・研磨加工
を施すことによって、当該基板１１の厚さ寸法が例えば
３００μｍとなるように調整し、その加工面に鏡面仕上
げを施す。このように、第１シリコン基板１１の厚さ寸
法を３００μｍまで減らすのは、後で述べるように、異
方性エッチングにより開口部２１を形成する際にそのエ
ッチング深さを低減し、以って異方性エッチングに起因
するチップ設計寸法の拡大を防止するためである。

【００５１】次に、図３（ｄ）に示すマスク形成工程を
実行する。この工程では、第１シリコン基板１１の表面
（鏡面加工面）の全面に、シリコン窒化膜を例えばプラ
ズマＣＶＤ法によて０．５μｍ程度の膜厚となるように
堆積した後、そのシリコン窒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するこ
とにより、開口部２１をエッチングによって形成する際
のマスクＭ１を形成する。

【００５２】この後、図３（ｅ）に示す溝（トレンチ）
形成工程を実行する。この工程では、第２シリコン基板
１２及び電極パッド２３、４１ａ〜７１ａ上にドライエ
ッチ耐性があるレジスト（図示せず）をマスクとして形
成し、ドライエッチング装置により異方性ドライエッチ
ングを実行することにより、第２シリコン基板１２中
に、シリコン酸化膜１３に達する溝Ｔ１を形成する。こ
のとき、第２シリコン基板１２に、図１に示したような
可動電極部３０及び固定電極部４０〜７０（固定電極部
４０、５０は図示せず）からなる梁構造体のパターンが
形成される。

【００５３】この状態から、図３（ｆ）に示す第１のエ
ッチング工程を実行する。この第１のエッチング工程で
は、第１シリコン基板１２を、マスクＭ１を使用し且つ
例えばＫＯＨ水溶液を利用して表面（シリコン酸化膜１
３と反対側の面）側から選択エッチングする。本実施形
態では、第１シリコン基板１１の膜厚が１０μｍ程度残
存することを目標にしてエッチング時間を管理する。ま
た、具体的には図示しなかったが、この第１のエッチン
グ工程の実行前には、ＳＯＩ基板１０の表面側をレジス
トにより覆っておくものであり、このレジストは、例え
ば第１のエッチング工程終了後に除去するようにしてい
る。

【００５４】次に、図３（ｇ）に示す第２のエッチング
工程を実行する。この第２のエッチング工程では、第１
シリコン基板１１の表面側から、例えばプラズマエッチ
ング装置を利用したドライエッチングを施すことによ
り、第１のエッチング工程においてシリコン酸化膜１３
との間に残した膜厚１０μｍ程度の第１シリコン基板１
１を除去し、以ってシリコン酸化膜１３の裏面（下面）
を露出させる。なお、このようなドライエッチングに伴
い、マスクＭ１も同時に除去されることになる。

【００５５】次に、第３のエッチング工程（リリース工
程）を実行する。この第３のエッチング工程では、ＨＦ
系のエッチング液によりエッチングを施すことにより、
シリコン酸化膜１３を除去する。このような第３のエッ
チング工程の実行に応じて、開口部２１が形成されると
ともに、可動電極部３０及び固定電極部４０〜７０がリ
リースされることになる。そして、ダイシングカットに
よりＳＯＩ基板１０を所定形状（本例では矩形状）のセ
ンサチップに切断し、図１及び図２に示すセンサ１００
を完成させる。

【００５６】次に、上記のように構成されたセンサ１０
０の作動について述べる。本センサ１００は加速度の印
加に応じて可動電極部３０が変位したとき、第１の検出
容量（ＣＳ４０＋ＣＳ５０）と第２の検出容量（ＣＳ６
０＋ＣＳ７０）との差分に基づいて印加加速度を検出す
る差動容量式の加速度センサである。そのため、その基
本動作は、上記した図４に基づいて説明することができ
る。

【００５７】図４（ａ）に示す差動容量式の半導体加速
度センサの検出回路において、第１の検出容量ＣＳ１及
び第２の検出容量ＣＳ２は、それぞれ、本センサ１００
における第１の検出容量（ＣＳ４０＋ＣＳ５０）及び第
２の検出容量（ＣＳ６０＋ＣＳ７０）に相当する。ま
た、図１に、本センサ１００の各寄生容量ＣＰ３、ＣＰ
４０〜ＣＰ７０が示してあるが、これら寄生容量と図４
（ａ）中の寄生容量ＣＰ１〜ＣＰ３との関係は次のよう
である。

【００５８】まず、第１の固定電極部４０及び５０にお
ける寄生容量ＣＰ１は、第１の配線部４１と支持基板２
０との間の容量ＣＰ４０、及び、第２の配線部５１と支
持基板２０との間の容量ＣＰ５０の総和（ＣＰ４０＋Ｃ
Ｐ５０）に相当する。また、第２の固定電極部６０及び
７０における寄生容量ＣＰ２は、第１の配線部６１と支
持基板２０との間の容量ＣＰ６０、及び、第２の配線部
７１と支持基板２０との間の容量ＣＰ７０の総和（ＣＰ
６０＋ＣＰ７０）に相当する。さらに、可動電極部３０
における寄生容量ＣＰ３は、可動電極用配線部２２と支
持基板２０との間の容量ＣＰ３に相当する。

【００５９】また、本センサ１００においても、図４
（ｂ）に示すタイミングチャートのような、波形動作を
示す。即ち、本センサ１００においては、例えば、固定
電極パッド４１ａ、５１ａから搬送波１（周波数１００
ｋＨｚ、振幅０〜５Ｖ）を第１の固定電極４０、５０に
対して入力し、固定電極パッド６１ａ、７１ａから搬送
波１と位相が１８０°ずれた搬送波２（周波数１００ｋ
Ｈｚ、振幅０〜５Ｖ）を第２の固定電極６０、７０に対
して入力し、ＳＣ回路Ｊ１０のスイッチＪ１２を図に示
すタイミングで開閉する。

【００６０】そして、本センサ１００においては、可動
電極部３０が検出方向の加速度を受けると、錘部３１が
図１中矢印Ｘ方向に変位し、各突出部３４及び３５と対
向電極４２、５２、６２、７２との検出間隔が変動す
る。そのため、上記各容量ＣＳ４０〜ＣＳ７０が変化す
る。この変化を、第１の検出容量ＣＳ１（つまりＣＳ４
０＋ＣＳ５０）と第２の検出容量ＣＳ２（つまりＣＳ６
０＋ＣＳ７０）との差分として、上記の数式１に示す様
に、電圧値Ｖ₀として出力する。この電圧値Ｖ₀が印加加
速度として検出される。

【００６１】ここで、本センサ１００において、例えば
上記図３におけるマスクＭ１の位置ずれ等、センサの加
工ばらつきによって開口部２１が一方向へ位置ずれした
場合の一例を図５に示す。図５（ｂ）は、矩形状の開口
部２１がその形状及び大きさを変えずに、所望の状態
（図５（ａ））から右側へ位置ずれした場合を示すもの
である。なお、図５（ｂ）中の破線で示す開口部２１
は、図５（ａ）における開口部２１の位置を示すもので
ある。

【００６２】固定電極部における配線部４１、５１、６
１、７１の各々の配線面積は、支持基板２０との接触面
積であるため、図５中のハッチング部分に示されるよう
に、それぞれ、Ｓ（４０）、Ｓ（５０）、Ｓ（６０）、
Ｓ（７０）とする。なお、本例では、４つの配線部４
１、５１、６１、７１が互いに同一形状及び大きさを有
しているため、実質的に、Ｓ（４０）〜Ｓ（７０）は各
々等しい。そして、第１の固定電極４０、５０の配線面
積をＳ１、第２の固定電極６０、７０の配線面積をＳ２
とすると、図５（ａ）に示す状態では、これら配線面積
Ｓ１、Ｓ２は下記の数式３のようになる。

【００６３】

【数３】Ｓ１＝Ｓ（４０）＋Ｓ（５０）Ｓ２＝Ｓ（６０）＋Ｓ（７０）次に、図５（ｂ）に示す様に開口部２１が位置ずれした
状態において、固定電極部における配線部４１、５１、
６１、７１の各々の配線面積を、それぞれ、Ｓ’（４
０）、Ｓ’（５０）、Ｓ’（６０）、Ｓ’（７０）とす
る。ここで、各配線面積の変化分をｄｘとすると、各
Ｓ’（４０）〜Ｓ’（７０）は下記の数式４のようにな
る。

【００６４】

【数４】Ｓ’（４０）＝Ｓ（４０）＋ｄｘＳ’（５０）＝Ｓ（５０）−ｄｘＳ’（６０）＝Ｓ（６０）＋ｄｘＳ’（７０）＝Ｓ（７０）−ｄｘそして、図５（ｂ）に示す状態においては、第１の固定
電極４０、５０の配線面積Ｓ１、第２の固定電極６０、
７０の配線面積Ｓ２は下記の数式５のようになる。

【００６５】

【数５】Ｓ１＝Ｓ’（４０）＋Ｓ’（５０）＝Ｓ（４０）＋ｄｘ＋Ｓ（５０）−ｄｘ＝Ｓ（４０）＋Ｓ（５０）Ｓ２＝Ｓ’（６０）＋Ｓ’（７０）＝Ｓ（６０）＋ｄｘ＋Ｓ（７０）−ｄｘ＝Ｓ（６０）＋Ｓ（７０）このように、本実施形態によれば、開口部２１が一方向
へ位置ずれした場合、第１及び第２の固定電極部の各々
において、例えば、寄生容量の面積が第１の配線部４
１、６１側にて増加し、第２の配線部５１、７１側にて
減少するようにキャンセルされるため、結果として、上
記開口部２１の位置ずれによる配線部の寄生容量のばら
つきを低減することができる。

【００６６】特に、第１の配線部４１、６１と第２の配
線部５１、７１とを互いに略同一の大きさ及び形状を有
するものとすれば、上記開口部２１の位置ずれによる寄
生容量の増加分と減少分とを実質的に完全にキャンセル
でき、好ましい。本例では、４つの配線部４１〜７１が
互いに同一の形状及び配線面積を有しているため、上記
の数式５に示されるように、上記開口部２１の位置ずれ
により、配線面積Ｓ１とＳ２とに面積差が生じない。

【００６７】よって、上記開口部２１の位置ずれによ
り、寄生容量ＣＰ１とＣＰ２の差（ＣＰ１−ＣＰ２）は
ばらつかないため、上記数式１からわかるように、セン
サのオフセットがばらついて大きくなるのを防止でき
る。このように、本実施形態によれば、センサの加工ば
らつきによる開口部の一方向への位置ずれに起因して、
固定電極部の配線部の寄生容量がばらついても、センサ
のオフセットを極力低減することができる。

【００６８】（第２実施形態）本実施形態は、差動容量
式の半導体加速度センサについて本発明を適用したもの
であるが、上記第１実施形態のように、センサの加工ば
らつきによる開口部の一方向への位置ずれに対応可能で
あるだけでなく、開口部の形状ずれや支持基板の絶縁層
の厚さばらつきにも対応可能な構成とすることで、セン
サのオフセットを極力低減可能とすることを狙ったもの
である。図６に半導体加速度センサ２００の平面構成を
示し、図７に図６中のＢ−Ｂ線に沿った模式的な断面構
造を示す。

【００６９】本実施形態に係る半導体加速度センサ（以
下、単にセンサという）２００は、上記第１実施形態の
センサと同様、ＳＯＩ基板１０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。また、上記第１実施
形態と同様、第２シリコン基板１２には、溝を形成する
ことにより、可動電極部２３０及び第１、第２の固定電
極部２４０、２５０よりなる櫛歯形状を有する梁構造体
が形成されており、支持基板２０のうち上記梁構造体２
３０〜２５０が形成される領域には、矩形状に除去され
た開口部２１が形成されている。

【００７０】可動電極部２３０は、支持基板２０の開口
縁部のうち対向する１組の辺の間にて開口部２１上を横
断するように配置されている。この可動電極部２３０に
おいては、上記第１実施形態の可動電極部をその基本構
造としている。即ち、可動電極部２３０は、矩形状の錘
部２３１の両端を、矩形枠を有する梁部２３２を介して
アンカー部２３３ａ及び２３３ｂに一体に連結した構成
となっており、これらアンカー部２３３ａ及び２３３ｂ
は支持基板２０の開口縁部における対向辺部上に支持さ
れている。

【００７１】ここで、梁部２３２は、上記第１実施形態
と同様のバネ機能を有し、可動電極部２３０は、加速度
の印加に応じて、開口部２１上にて図中の矢印Ｘ方向へ
変位可能となっている。また、可動電極部２３０は、上
記変位する方向と直交した方向にて、錘部２３１の両側
面から互いに反対方向へ一体的に突出された第１の突出
部２３４及び第２の突出部２３５を備えている。ここ
で、両突出部２３４、２３５は、断面矩形の梁状に形成
されている。

【００７２】第１の固定電極部２４０は、支持基板２０
の開口縁部に固定され錘部２３１と対向する配線部２４
１と、可動電極部２３０の第１の突出部２３４の一方の
側面と所定の検出間隔（検出空隙）を存して平行した状
態で配置された例えば３個の対向電極２４２とを一体に
有した構成となっている。各対向固定電極２４２は、配
線部２４１に片持ち状に支持された状態となっており、
支持基板２０の開口部２１に臨んだ状態となっている。

【００７３】また、第２の固定電極部２５０は、支持基
板２０の開口縁部に固定され錘部２３１と対向する配線
部２５１と、可動電極部２３０の第２の突出部２３５の
一方の側面と所定の検出間隔（検出空隙）を存して平行
した状態で配置された例えば３個の対向電極２５２とを
一体に有した構成となっている。各対向電極２５２は、
配線部２５１に片持ち状に支持された状態となってお
り、支持基板２０の開口部２１に臨んだ状態となってい
る。

【００７４】ここで、対向電極２４２、２５２は、断面
矩形の梁状に形成されている。また、外部に信号を取り
出すための配線部２４１及び２５１上の所定位置には、
ワイヤボンディング用の固定電極パッド２４１ａ及び２
５１ａが形成されている。また、支持基板２０上には、
可動電極部２３０における一方のアンカー部２３３ｂと
一体に連結された状態の可動電極用配線部２２２が形成
されており、この配線部２２２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２２３が形成されて
いる。上記の各電極パッド２２３、２４１ａ、２５１ａ
は、例えばアルミニウムにより形成されている。

【００７５】更に、本実施形態では、可動電極部２３０
における錘部２３１、アンカー部２３３ａ及び２３３
ｂ、第１及び第２の突出部２３４、２３５、及び固定電
極部における各対向電極２４２、２５２は、図６に示す
様なラーメン構造形状となっている。即ち、これら各部
には、開口部２１側から反対側に貫通する矩形状の貫通
孔２３６が複数形成されており、これら貫通孔２３６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。これにより可動電極部２３０及
び各対向電極２４２、２５２の軽量化、捩じり強度の向
上がなされる。

【００７６】また、配線部２４１、２５１と支持基板２
０とが重なり合う部分にも、互いにラーメン構造形状に
連結された複数の矩形状の貫通孔２６０が形成されてお
り、図６に示す様に、貫通孔２６０の一部は、配線部２
４１、２５１の表面から支持基板２０まで貫通してい
る。この配線部に形成された貫通孔２６０は本発明でい
う配線部の一部が除去された除去部として構成されてお
り、この貫通孔２６０を介して支持基板２０の酸化膜１
３が露出する。

【００７７】また、本センサ２００においては、可動電
極部２３０の第１の突出部２３４と第１の固定電極部２
４０の対向電極２４２との間に第１の検出容量（第１の
コンデンサ）ＣＳ１が形成され、また、可動電極部２３
０の第２の突出部２３５と第２の固定電極部２５０の対
向電極２５２との間に第２の検出容量（第２のコンデン
サ）ＣＳ２が形成されている。そのため、本センサ２０
０も、加速度の印加に応じて可動電極部２３０が変位し
たとき、第１の検出容量ＣＳ１と第２の検出容量ＣＳ２
との差分に基づいて印加加速度を検出することができ、
その基本動作は、上記した図４に基づいて説明すること
ができる。

【００７８】また、図４（ａ）中の寄生容量ＣＰ１〜Ｃ
Ｐ３と本センサ２００の寄生容量との関係は、次のよう
になる。第１の固定電極部２４０における寄生容量ＣＰ
１は、配線部２４１と支持基板２０との間の容量に相当
し、第２の固定電極部２５０における寄生容量ＣＰ２
は、配線部２５１と支持基板２０との間の容量に相当す
る。また、可動電極部２３０における寄生容量ＣＰ３
は、可動電極用配線部２２２と支持基板２０との間の容
量に相当する。

【００７９】そして、本センサ２００においては、上記
第１実施形態と同様、図４に示す如く、例えば、固定電
極パッド２４１ａから搬送波１（周波数１００ｋＨｚ、
振幅０〜５Ｖ）を第１の固定電極２４０に対して入力
し、固定電極パッド２５１ａから搬送波１と位相が１８
０°ずれた搬送波２（周波数１００ｋＨｚ、振幅０〜５
Ｖ）を第２の固定電極２５０に対して入力し、ＳＣ回路
Ｊ１０のスイッチＪ１２を図に示すタイミングで開閉す
る。

【００８０】そして、本センサ２００においては、可動
電極部２３０が検出方向の加速度を受けると、錘部２３
１が図６中矢印Ｘ方向に変位し、各突出部２３４及び２
３５と対向電極２４２、２５２との検出間隔が、変動す
る。この変化を、第１の検出容量ＣＳ１と第２の検出容
量ＣＳ２との差分として、上記の数式１に示す様に、電
圧値Ｖ₀として出力する。この電圧値Ｖ₀が印加加速度と
して検出される。

【００８１】ところで、本実施形態によれば、従来の固
定電極部の配線部に比べて貫通孔（除去部）２６０の分
だけ、配線部２４１、２５１自体の配線面積を小さくで
きる。そのため、上述のように、加工ばらつきによる開
口部２１の位置ずれや形状ずれが発生したり、支持基板
２０の酸化膜（絶縁層）１３の厚さばらつきが発生して
も、配線部２４１、２５１における寄生容量の変化を小
さいものとできる。よって、センサの加工ばらつきによ
り固定電極部２４０、２５０の配線部２４１、２５１の
寄生容量がばらついても、センサのオフセットを極力低
減できる。

【００８２】なお、本実施形態における除去部として
は、図８に示す様な構成（第１の変形例）であってもよ
い。図８において（ａ）は平面構成、（ｂ）は（ａ）中
のＣ−Ｃ断面図である。本例は、矩形状の貫通孔２６２
と除去領域２６３とにより除去部が構成されており、上
記の本実施形態の効果を得ることができる。更には、本
実施形態における除去部を図９に示す様な１個の大きな
貫通孔２６１により構成（第２の変形例）しても、上記
の本実施形態の効果を得ることができる。

【００８３】しかし、特に、図６に示す様に、互いにラ
ーメン構造形状に連結された複数の矩形状の貫通孔２６
０により構成すれば、配線部２４１、２５１の強度（捩
じり強度等）の向上が図れ、好ましい。また、本実施形
態のセンサ２００も、上記図３に示した製造方法より製
造することができ、各除去部２３６、２６０〜２６３
は、上記溝（トレンチ）形成工程により形成することが
できる。

【００８４】ここで、本実施形態の具体的な効果を図１
０に示しておく。これは、センサの加工ばらつきによる
狙いの位置（図１０の横軸における０μｍの位置）から
の開口部２１の位置ずれ度合との加速度が０のときの出
力（オフセット）との関係を調べたものである。図１０
中、横軸に上記位置ずれ度合（単位：μｍ）、縦軸に上
記オフセットとしての０Ｇ誤差（単位：ｍＶ）を示す。
図１０からわかるように、除去部の無い従来のセンサに
比べて、本センサ２００は、開口部の位置ずれに対し殆
どオフセットを生じないことがわかる。なお、上記第１
実施形態のセンサも、この図１０に示すのと同様な効果
が得られることを確認している。

【００８５】（第３実施形態）本実施形態は、差動容量
式の半導体加速度センサについて本発明を適用したもの
であるが、可動電極部用のワイヤと固定電極部用のワイ
ヤとの間の寄生容量を低減可能な構成とすることで、セ
ンサのオフセットばらつきを極力低減可能とすることを
狙ったものである。図１１に半導体加速度センサ３００
の平面構成を示し、図１２に図１１中のＤ−Ｄ線に沿っ
た模式的な断面構造を示す。なお、本センサ３００は、
上記図６及び図７に示すセンサの構造及び作動を基本と
したものであり、図６及び図７と同一部分には、図１１
及び図１２中、同一符号を付して説明を簡略化し、主と
して異なるところを述べる事とする。

【００８６】本センサ３００は、一面側に開口する開口
部２１が形成された半導体よりなる支持基板２０と、こ
の支持基板２０に支持され開口部２１上にて加速度の印
加に応じて図中のＸ方向へ変位する可動電極部２３０
と、支持基板２０に固定され可動電極部２３０に対向し
て配置された第１及び第２の固定電極部２４０、２５０
とを備えている。

【００８７】ここで、本センサ３００は、上記図６に示
すセンサに対して、固定電極部２４０、２５０の配線部
２４１、２５１に除去部が形成されていないものである
が、形成されていても構わない。また、本センサ３００
は、図１２に示す様に、支持基板２０の裏面側にて接着
剤３１０を介してパッケージ３２０に固定されている。
このパッケージ３２０には図示しない外部回路が収納さ
れている。

【００８８】そして、本センサ３００においては、可動
電極用配線部２２２が、可動電極部２３０における他方
のアンカー部２３３ａと一体に連結された状態に形成さ
れていることが、上記図６のセンサとは相違する。この
ような構成に伴い、可動電極部２３０と外部とを電気的
に接続するためのワイヤＷ１が接続される可動電極パッ
ド２２３と、固定電極部２４０、２５０と外部とを電気
的に接続するためのワイヤＷ２、Ｗ３が接続される固定
電極パッド２４１ａ、２５１ａとの配置関係も上記図６
とは相違する。

【００８９】即ち、支持基板の開口縁部の同じ側に配置
された従来のパッドの配置構成（図１５参照）とは異な
り、可動電極パッド２２３と固定電極パッド２４１ａ、
２５１ａとは、支持基板２０の開口縁部において、互い
に対向する部位に形成されている。そして、このような
パッドの配置とすることにより、可動電極パッド２２３
に接続されたワイヤ（可動電極ワイヤ）Ｗ１と、固定電
極パッド２４１ａ、２５１ａに接続されたワイヤ（固定
電極ワイヤ）Ｗ２及びＷ３とは、８０μｍ以上の距離を
持って離れている。

【００９０】かかる本センサ３００も、上記第２実施形
態に係るセンサと同様に、上記図３に示した製造方法よ
り製造することができる。各ワイヤＷ１〜Ｗ３は、アル
ミニウム（Ａｌ）や金（Ａｕ）等のワイヤボンディング
により、各バッド２２３、２４１ａ、２５１ａとパッケ
ージ３２０に収納された上記外部回路（図示せず）とを
結線することで形成される。各ワイヤＷ１〜Ｗ３は、そ
の線径がワイヤボンディングに用いられるφ３０μｍ、
φ５０μｍ程度のものが通常用いられ、長さは特に限定
しないが、例えば２ｍｍ程度である。

【００９１】そして、本センサ３００における第１の検
出容量ＣＳ１及び第２の検出容量ＣＳ２、各寄生容量Ｃ
Ｐ１〜ＣＰ３は、上記第２実施形態にて述べたものと同
様であり、その検出動作も同様である。本実施形態では
各ワイヤＷ１〜Ｗ３によるワイヤ寄生容量が検出動作に
影響するが、このワイヤ寄生容量を含む検出回路は、上
記図１３に示したものと同様に説明できる。

【００９２】図１３中、各容量ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＰ１
〜ＣＰ３は上記第２実施形態にかかるセンサと同様であ
り、ワイヤの寄生容量ＣＷ１は可動電極ワイヤＷ１と一
方（固定電極パッド２４１ａ側）の固定電極ワイヤＣＷ
２との間に形成されるコンデンサによるもの、ワイヤの
寄生容量ＣＷ２は可動電極ワイヤＷ１と他方（固定電極
パッド２５１ａ側）の固定電極ワイヤＣＷ３との間に形
成されるコンデンサによるものである。

【００９３】そして、本センサ３００においても、上記
図４に示す様に、例えば、固定電極パッド２４１ａから
上記搬送波１を第１の固定電極２４０に対して入力し、
固定電極パッド２５１ａから上記搬送波２を第２の固定
電極２５０に対して入力し、ＳＣ回路Ｊ１０のスイッチ
Ｊ１２を図に示すタイミングで開閉する。ここにおい
て、加速度が印加されると、ワイヤの寄生容量を含めた
場合の印加加速度は上記数式２のように求められる。

【００９４】ところで、本実施形態によれば、可動電極
パッド２２３と固定電極パッド２４１ａ、２５１ａと
を、支持基板２０の開口縁部において互いに対向するよ
うに配置しているため、従来のように該開口縁部におけ
る同じ側の部位に可動電極パッド及び固定電極パッドを
配置した場合に比べて、可動電極ワイヤＷ１と固定電極
ワイヤＷ２、Ｗ３との間の距離（ワイヤ間隔）が大幅に
大きくなる。

【００９５】そのため、ワイヤの寄生容量ＣＷ１及びＣ
Ｗ２を低減でき、ワイヤＷ１〜Ｗ３が振動したり、ワイ
ヤボンディングの際に位置ずれしたりしても、当該寄生
容量ＣＷ１、ＣＷ２の変動は検出回路全体からみて相対
的に小さくなる。よって、本実施形態によれば、センサ
のオフセットばらつきを極力低減することができる。

【００９６】ここで、本実施形態においては、可動電極
ワイヤＷ１と固定電極ワイヤＷ２及びＷ３との距離（ワ
イヤ間隔）を８０μｍ以上としている。これは、ワイヤ
の寄生容量ＣＷ１及びＣＷ２を低減すべく上記ワイヤ間
隔を大きくするという、本実施形態の着想に基づき、本
発明者等が検討した結果得られた好適な距離範囲であ
る。このような検討の一例として、各ワイヤＷ１〜Ｗ３
を線径φ３０μｍ、長さ２ｍｍのＡｌもしくはＡｕより
成るものとした場合を、図１４に示す。

【００９７】図１４（ａ）は、ワイヤ間隔とワイヤの寄
生容量ＣＷ１、ＣＷ２との関係を示すもので、ワイヤ間
隔が１００μｍより小さくなるあたりから、容量（単
位：ｐＦ）が急激に増加することがわかる。また、図１
４（ｂ）はワイヤ間隔が上記の振動や位置ずれにより１
０μｍずれた時のセンサの出力（単位：ｍＶ）とワイヤ
間隔（単位：μｍ）との関係を示している。

【００９８】ここで、本発明者等の検討によれば、セン
サの感度向上に伴い、オフセット（出力誤差）は１０％
以内であることが実用上好ましい。例えば、本検討例で
はセンサの出力が４０ｍＶ／Ｇ（加速度１Ｇ当たり４０
ｍＶの電圧値が出力される）であるため、オフセットは
４ｍＶ以下であることが好ましい。図１４（ｂ）から、
ワイヤ間隔が８０μｍ以上であれば、オフセットが４ｍ
Ｖ以下を満足していることがわかる。

【００９９】この図１４（ｂ）に示す傾向は、通常の線
径（例えばφ３０μｍ〜φ５０μｍ程度）であれば、ワ
イヤの材質や長さに関係なく成立することを確認してい
る。なお、ワイヤ間隔は上記のように８０μｍ以上が好
ましいが、このようなワイヤ間隔を設定する際の加工上
のばらつきや出力値のばらつき等を考慮すると、より好
ましくは１００μｍ以上であることが望ましい。

【０１００】（他の実施形態）なお、支持基板の一面側
に開口する開口部は、少なくとも一面側が開口していれ
ば良く、他面側が閉じたものでも良い。このような開口
部は、例えば、上記ＳＯＩ基板１０において、第２シリ
コン基板１２に溝を形成し、酸化膜１３を犠牲層として
エッチングして除去することで、支持基板２０において
第２シリコン基板１２側にのみ開口した開口部を形成す
ることが可能である。また、上記第１及び第３実施形態
において、各配線部４１、５１、６１、７１、２４１、
２５１に上記第２実施形態に示す様な除去部を形成して
も良い。

【０１０１】また、上記第２及び第３実施形態は、差動
容量式に限らず、容量検出型の半導体力学量センサ一般
に適用可能である。その場合も、各実施形態における寄
生容量のばらつきを抑制する効果によって、該ばらつき
が検出容量に与える影響を低減し、オフセットを低減さ
せることができる。また、本発明は、半導体加速度セン
サ以外にも、角速度センサや圧力センサ等の力学量を検
出する種々のセンサに適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体加速度セン
サの平面構成図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】図１に示す半導体加速度センサの製造方法を示
す工程図である。

【図４】差動容量式の半導体加速度センサの検出回路図
である。

【図５】支持基板における開口部の位置ずれの一例を示
す説明図である。

【図６】本発明の第２実施形態に係る半導体加速度セン
サの平面構成図である。

【図７】図６のＢ−Ｂ断面図である。

【図８】上記第２実施形態における除去部の第１の変形
例を示す図である。

【図９】上記第２実施形態における除去部の第２の変形
例を示す図である。

【図１０】本発明によるオフセット低減の具体的効果を
示す図である。

【図１１】本発明の第３実施形態に係る半導体加速度セ
ンサの平面構成図である。

【図１２】図１１のＤ−Ｄ断面図である。

【図１３】図４に示す回路に対してワイヤ間の寄生容量
も含めた検出回路図である。

【図１４】ワイヤ間の寄生容量の影響についての検討結
果を示す図である。

【図１５】従来の半導体加速度センサを示す平面図であ
る。

【図１６】図１５のＡ−Ａ断面図である。

【図１７】支持基板の開口部の加工ばらつきを示す説明
図である。

【符号の説明】

２０…支持基板、２１…開口部、３０、２３０…可動電
極部、３１…錘部、３４…可動電極部の第１の突出部、
３５…可動電極部の第２の突出部、４０、５０、２４０
…第１の固定電極部、４１…第１の固定電極部の第１の
配線部、４２…第１の固定電極部の第１の対向電極、５
１…第１の固定電極部の第２の配線部、５２…第１の固
定電極部の第２の対向電極、６０、７０、２５０…第２
の固定電極、６１…第２の固定電極部の第１の配線部、
６２…第２の固定電極部の第１の対向電極、７１…第２
の固定電極部の第２の配線部、７２…第２の固定電極部
の第２の対向電極、２２３…可動電極パッド、２４１…
第２の固定電極部の配線部、２４１ａ、２５１ａ…固定
電極パッド、２５１…第２の固定電極部の対向電極、２
６０、２６１、２６２…貫通孔、２６３…除去領域、Ｗ
１…可動電極ワイヤ、Ｗ２、Ｗ３…固定電極ワイヤ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者青山正紀愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内Ｆターム(参考） 4M112 AA02 BA07 CA24 CA25 CA26 CA31 CA32 CA33 CA36 DA03 DA04 DA05 DA06 DA15 DA16 EA03 FA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一面側に所定形状にて開口する開口部
（２１）が形成された半導体よりなる支持基板（２０）
と、この支持基板に支持され前記開口部上にて力学量の印加
に応じて変位する可動電極部（３０）と、前記可動電極部との間に第１の検出容量を形成する第１
の固定電極部（４０、５０）と、前記可動電極部との間に第２の検出容量を形成する第２
の固定電極部（６０、７０）とを備え、力学量の印加に応じて前記可動電極部が変位したとき、
前記第１の検出容量と前記第２の検出容量との差分に基
づいて印加力学量を検出する半導体力学量センサにおい
て、前記第１及び第２の固定電極部は共に、各々が前記開口
部上にて前記可動電極部に対向配置された第１の対向電
極（４２、６２）及び第２の対向電極（５２、７２）
と、前記支持基板に固定されて前記第１の対向電極を支持す
る第１の配線部（４１、６１）及び前記支持基板に固定
されて前記第２の対向電極を支持する第２の配線部（５
１、７１）とにより構成されており、これら第１及び第２の配線部は、互いに電気的に独立し
前記支持基板の開口縁部において対向するように配置さ
れたものであることを特徴とする半導体力学量センサ。
【請求項２】前記第１及び第２の配線部（４１、５
１、６１、７１）は、互いに略同一の配線面積を有する
ものであ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】前記開口部（２１）の開口形状は矩形状
であり、前記可動電極部（３０）は、前記支持基板（２０）の前
記開口縁部のうち対向する１組の辺の間にて前記開口部
上を横断するように配置されており、前記第１及び第２の配線部（４１、５１、６１、７１）
は、各々が互いに、前記支持基板の前記開口縁部のうち
対向する他の１組の辺に配置されたものであることを特
徴とする請求項１または２に記載の半導体力学量セン
サ。
【請求項４】前記可動電極部（３０）は、前記変位す
る方向の両端にて前記支持基板（２０）の開口縁部に支
持された錘部（３１）と、この錘部から前記変位する方
向と直交する方向にて互いに反対方向へ突出する第１及
び第２の突出部（３４、３５）とよりなり、前記第１の突出部（３４）は、前記第１の固定電極部
（４０、５０）における前記第１の対向電極（４２）に
対向するものと、前記第２の固定電極部（６０、７０）
における前記第１の対向電極（６２）に対向するものと
より成り、前記第２の突出部（３５）は、前記第１の固定電極部に
おける前記第２の対向電極（５２）に対向するものと、
前記第２の固定電極部における前記第２の対向電極（７
２）に対向するものとより成ることを特徴とする請求項
１ないし３のいずれか１つに記載の半導体力学量セン
サ。
【請求項５】一面側に開口する開口部（２１）が形成
された半導体よりなる支持基板（２０）と、この支持基板に支持され前記開口部上にて力学量の印加
に応じて変位する可動電極部（２３０）と、前記支持基板の開口縁部にて前記支持基板に固定され前
記可動電極に対向して配置された固定電極部（２４０、
２５０）とを備え、力学量の印加に応じて前記可動電極部が変位したとき、
前記可動電極部と前記固定電極部との間の容量変化に基
づいて印加力学量を検出する半導体力学量センサにおい
て、前記固定電極部における前記支持基板の開口縁部に固定
された部分は、外部に信号を取り出すための配線部（２
４１、２５１）として構成されており、この配線部と前記支持基板とが重なり合う部分にて、前
記支持基板が露出するように前記配線部の一部が除去さ
れた除去部（２６０〜２６３）が形成されていることを
特徴とする半導体力学量センサ。
【請求項６】前記除去部は、前記配線部（２４１、２
５１）の表面から前記支持基板（２０）まで貫通し、互
いにラーメン構造形状に連結された複数の矩形状の貫通
孔（２６０）により構成されていることを特徴とする請
求項５に記載の半導体力学量センサ。
【請求項７】一面側に開口する開口部（２１）が形成
された半導体よりなる支持基板（２０）と、この支持基板に支持され前記開口部上にて力学量の印加
に応じて変位する可動電極部（２３０）と、前記支持基板に固定され前記可動電極部に対向して配置
された固定電極部（２４０、２５０）と、を備え、力学量の印加に応じて前記可動電極部が変位したとき、
前記可動電極部と前記固定電極部との間の容量変化に基
づいて印加力学量を検出する半導体力学量センサにおい
て、前記可動電極部と外部とを電気的に接続するためのワイ
ヤ（Ｗ１）が接続される可動電極パッド（２２３）が、
前記支持基板の開口縁部の一側部位に形成され、前記固定電極部と外部とを電気的に接続するためのワイ
ヤ（Ｗ２、Ｗ３）が接続される固定電極パッド（２４１
ａ、２５１ａ）が、前記支持基板の開口縁部の前記一側
部位と対向する他側部位に形成されていることを特徴と
する半導体力学量センサ。
【請求項８】半導体よりなる支持基板（２０）と、この支持基板に支持されて力学量の印加に応じて変位す
る可動電極部（２３０）と、前記支持基板に固定され前記可動電極部に対向して配置
された固定電極部（２４０、２５０）と、前記可動電極部と外部とを電気的に接続する可動電極ワ
イヤ（Ｗ１）と、前記固定電極部と外部とを電気的に接続する固定電極ワ
イヤ（Ｗ２、Ｗ３）とを備え、力学量の印加に応じて前記可動電極部が変位したとき、
前記可動電極部と前記固定電極部との間の容量変化を、
前記可動電極ワイヤ及び前記固定電極ワイヤを介して前
記外部へ取り出すことにより、印加力学量を検出する半
導体力学量センサにおいて、前記可動電極ワイヤと前記固定電極ワイヤとは、８０μ
ｍ以上の距離を持って離れていることを特徴とする半導
体力学量センサ。
【請求項９】前記可動電極ワイヤ（Ｗ１）と前記固定
電極ワイヤ（Ｗ２、Ｗ３）とは、１００μｍ以上の距離
を持って離れていることを特徴とする請求項８に記載の
半導体力学量センサ。