JP2003166999A - 半導体力学量センサ - Google Patents

半導体力学量センサ

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JP2003166999A JP2001369030A JP2001369030A JP2003166999A JP 2003166999 A JP2003166999 A JP 2003166999A JP 2001369030 A JP2001369030 A JP 2001369030A JP 2001369030 A JP2001369030 A JP 2001369030A JP 2003166999 A JP2003166999 A JP 2003166999A
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峰一 酒井
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体基板に２軸方向に変位可能な可動電
極、該可動電極と検出間隔を有して対向する固定電極を
形成し、当該二つの軸方向へ発生する力学量を両電極間
の容量変化に基づいて検出するようにした半導体力学量
センサにおいて、各々の軸方向への出力における他軸感
度を低減する。 【解決手段】 櫛歯状の可動電極３０と各固定電極４０
〜７０との間に形成された各検出容量ＣＸ１１、ＣＸ２
１、ＣＸ１２、ＣＸ２２、ＣＹ１１、ＣＹ２１、ＣＹ１
２、ＣＹ２２において、可動電極３０の第１の方向Ｘま
たは第２の方向Ｙへの変位を、四つの差動出力（ＣＸ２
１−ＣＸ１１）、（ＣＸ１２−ＣＸ２２）、（ＣＹ２１
−ＣＹ１１）、（ＣＹ１２−ＣＹ２２）の総和に基づい
て検出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板に２軸
方向に変位可能な可動電極、該可動電極と検出間隔を有
して対向する固定電極を形成し、当該二つの軸方向へ発
生する力学量を両電極間の容量変化に基づいて検出可能
な半導体力学量センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、相直交する二つの軸方向へ発生す
る力学量を検出可能な半導体力学量センサ、いわゆる２
軸センサとしては、例えば、特開平５−２４９１３８号
公報に記載の加速度センサが提案されている。このよう
な２軸方向の加速度を検出可能なセンサの一般的な概略
平面構成を図８に示す。
【０００３】このセンサは周知の半導体製造技術を用い
て製造することができ、半導体よりなる半導体基板１２
に溝を形成することによって、半導体基板１２には、可
動部としての可動電極３０と、固定部としての固定電極
Ｊ４０、Ｊ５０、Ｊ６０、Ｊ７０とが区画形成されてい
る。
【０００４】可動電極３０は、加速度の印加に応じて半
導体基板１２と平行な面内にて相直交する第１の方向Ｘ
及び第２の方向Ｙへ変位可能なものである。図８におい
ては、可動電極３０は、梁部３３、３４を介して半導体
基板１２に弾性的に支持されており、第１の方向Ｘへ加
速度が発生したときには梁部３３によって第１の方向Ｘ
へ、また、第１の方向Ｘと直交する第２の方向Ｙへ加速
度が発生したときには梁部３４によって第２の方向Ｙへ
変位可能となっている。
【０００５】また、可動電極３０における第１の方向Ｘ
に沿った両端部及び第２の方向Ｙに沿った両端部は、櫛
歯状に突出する可動櫛歯部３６として構成されている。
また、固定電極Ｊ４０〜Ｊ７０は、半導体基板１２のう
ち可動電極３０における第１の方向Ｘに沿った両端部と
対向する部位及び第２の方向Ｙに沿った両端部と対向す
る部位に、それぞれ配置されている。
【０００６】各固定電極Ｊ４０〜Ｊ７０は、半導体基板
１２に固定支持されて櫛歯状をなしており、各々の固定
電極Ｊ４０〜Ｊ７０は、対向する可動櫛歯部３６の隙間
に噛み合うように配置されている。
【０００７】ここで、第２の方向Ｙに沿った可動電極３
０の両端部に対向して形成された一対の固定電極Ｊ４
０、Ｊ５０を第１の固定電極とすると、互いに対向する
第１の固定電極Ｊ４０、Ｊ５０と可動電極３０の可動櫛
歯部３６との間に第１の検出容量ＣＸ１、ＣＸ２が形成
される。
【０００８】この第１の検出容量ＣＸ１、ＣＸ２は、一
方（図８中の下側）の第１の固定電極Ｊ４０と可動櫛歯
部３６との間に形成された一方の第１の検出容量ＣＸ１
と、他方（図８中の上側）の第１の固定電極Ｊ５０と可
動櫛歯部３６との間に形成された他方の第１の検出容量
ＣＸ２とからなる。
【０００９】また、第１の方向Ｘに沿った可動電極３０
の両端部に対向して形成された一対の固定電極Ｊ６０、
Ｊ７０を第２の固定電極とすると、互いに対向する第２
の固定電極Ｊ６０、Ｊ７０と可動電極３０の可動櫛歯部
３６との間に第２の検出容量ＣＹ１、ＣＹ２が形成され
る。
【００１０】この第２の検出容量ＣＹ１、ＣＹ２は、一
方（図８中の右側）の第２の固定電極Ｊ６０と可動櫛歯
部３６との間に形成された一方の第２の検出容量ＣＹ１
と、他方（図８中の左側）の第２の固定電極Ｊ７０と可
動櫛歯部３６との間に形成された他方の第２の検出容量
ＣＹ２とからなる。
【００１１】なお、これら各検出容量ＣＸ１、ＣＸ２、
ＣＹ１、ＣＹ２は、図８中にコンデンサ記号にて示して
ある。
【００１２】また、図８に示すように、半導体基板１２
には、可動電極３０および各固定電極Ｊ４０、Ｊ５０、
Ｊ６０、Ｊ７０に対応して、アルミ等からなるパッド部
Ｐ３０、Ｐ４０、Ｐ５０、Ｐ６０、Ｐ７０が形成され、
各電極は、それぞれ対応するパッド部Ｐ３０〜Ｐ７０に
電気的に接続されている。なお、図示しないが、上記の
各パッド部は、ワイヤボンディング等により外部回路や
配線部材と結線され電気的に接続される。
【００１３】このような２軸センサにあっては、加速度
の印加に応じて可動電極３０が第１の方向Ｘへ変位した
とき、第１の検出容量ＣＸ１、ＣＸ２の変化に基づいて
印加加速度を検出するようにし、加速度の印加に応じて
可動電極３０が第２の方向Ｙへ変位したとき、第２の検
出容量ＣＹ１、ＣＹ２の変化に基づいて印加加速度を検
出するようになっている。
【００１４】具体的な検出方法について図９を参照して
述べる。図９は上記図８に示す２軸センサの等価回路図
である。この例では、各検出容量の変化を、上記外部回
路に備えられたスイッチドキャパシタ回路２００を用い
て検出するようにしている。
【００１５】ここでスイッチドキャパシタ回路２００は
Ｃ−Ｖ変換回路であり、容量がＣｆであるコンデンサ２
１０、スイッチ２２０及び差動増幅回路２３０を備え、
入力された容量を電圧に変換して出力するものである。
【００１６】この場合、図９に示すように、上記外部回
路から上記した各パッド部Ｐ３０〜Ｐ７０を介して、第
１の固定電極Ｊ４０、Ｊ５０の一方と他方とで逆相の搬
送波を印加するとともに、第２の固定電極Ｊ６０、Ｊ７
０の一方と他方とで逆相の搬送波を印加する。そして、
スイッチドキャパシタ回路２００のスイッチ２２０を所
定のタイミングで開閉する。
【００１７】検出される出力Ｓ’は、次の数式１に示す
ようになる。
【００１８】
【数１】Ｓ’＝｛（ＣＹ２−ＣＹ１）＋（ＣＸ２−ＣＸ
１）｝・Ｖｃｃ／Ｃｆ このように、従来の２軸センサにおいては、加速度の印
加に応じて可動電極３０が第１の方向Ｘまたは第２の方
向Ｙへ変位したとき、一対の第１の検出容量同士の差動
出力（ＣＸ２−ＣＸ１）と一対の第２の検出容量同士の
差動出力（ＣＹ２−ＣＹ１）との和に基づいて印加加速
度を検出する。
【００１９】そして、この従来の２軸センサにおいて
は、可動電極３０が第１の方向Ｘにおいて例えば図８中
の右方向へ変位すると、第１の固定電極Ｊ４０、Ｊ５０
と可動櫛歯部３６との距離変化が生じ、一方の第１の固
定電極Ｊ４０と可動櫛歯部３６では間隔が広がり、他方
の第１の固定電極５０と可動櫛歯部３６では間隔が狭ま
る。そのため、第１の方向Ｘへの加速度は、一対の第１
の検出容量同士の差動出力（ＣＸ２−ＣＸ１）に基づい
て検出される。
【００２０】一方、可動電極３０が第２の方向Ｙにおい
て例えば図８中の上方向へ変位すると、第２の固定電極
Ｊ６０、Ｊ７０と可動櫛歯部３６との距離変化が生じ、
例えば、一方の第２の固定電極Ｊ６０と可動櫛歯部３６
では間隔が広がり、他方の第２の固定電極Ｊ７０と可動
櫛歯部３６では間隔が狭まる。そのため、第２の方向Ｙ
への加速度は、一対の第２の検出容量同士の差動出力
（ＣＹ２−ＣＹ１）に基づいて検出される。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、厳密に
は、可動電極３０の第１の方向Ｘへの変位においては、
一対の第１の検出容量ＣＸ１、ＣＸ２の変化だけでな
く、第２の検出容量ＣＹ１、ＣＹ２を構成する第２の固
定電極Ｊ６０、Ｊ７０と可動櫛歯部３６との重なり度合
すなわち対向面積が変化する。
【００２２】可動電極３０が第１の方向Ｘにおいて例え
ば図８中の右方向へ変位すると、一方の第２の固定電極
Ｊ６０と可動櫛歯部３６では対向面積が大きくなり、他
方の第２の固定電極Ｊ７０と可動櫛歯部３６では対向面
積が小さくなる。
【００２３】つまり、第１の方向Ｘへの加速度検出にお
いて、本来の出力となる一対の第１の検出容量同士の差
動出力（ＣＸ２−ＣＸ１）以外にも、他軸すなわち第２
の方向Ｙの出力である一対の第２の検出容量同士の差動
出力（ＣＹ２−ＣＹ１）における容量変化分が加わり、
これが他軸感度としてノイズとなる。
【００２４】また、可動電極３０が第２の方向Ｙにおい
て例えば図８中の上方向へ変位した場合、一方の第１の
固定電極Ｊ４０と可動櫛歯部３６では対向面積が小さく
なり、他方の第２の固定電極Ｊ５０と可動櫛歯部３６で
は対向面積が大きくなる。
【００２５】つまり、第２の方向Ｙへの加速度検出にお
いて、本来の出力となる一対の第２の検出容量同士の差
動出力（ＣＹ２−ＣＹ１）以外にも、他軸すなわち第１
の方向Ｘの出力である一対の第１の検出容量同士の差動
出力（ＣＸ２−ＣＸ１）における容量変化分が加わり、
これが他軸感度としてノイズとなる。
【００２６】このことについて、具体的に数式を用いて
説明する。第１および第２の検出容量ＣＸ１、ＣＸ２、
ＣＹ１、ＣＹ２の値をＣ０、第１の検出容量ＣＸ１、Ｃ
Ｘ２の変化分をΔＣｘ、第２の検出容量ＣＹ１、ＣＹ２
の変化分をΔＣｙとする。つまり、加速度が印加されて
いないときには、ＣＸ１＝ＣＸ２＝ＣＹ１＝ＣＹ２＝Ｃ
０である。
【００２７】そして、可動電極３０が第１の方向Ｘ（図
８中の右方）へ変位したときは、一方の第１の検出容量
ＣＸ１では間隔が広がって容量が減少し、他方の第１の
検出容量ＣＸ２では間隔が狭まって容量が増大し、一方
の第２の検出容量ＣＹ１では対向面積が大きくなって容
量が増大し、他方の第２の検出容量ＣＹ２では対向面積
が小さくなって容量が減少する。そのため、出力Ｓ’は
次の数式２のようになる。
【００２８】
【数２】 Ｓ’＝｛（ＣＹ２−ＣＹ１）＋（ＣＸ２−ＣＸ１）｝・Ｖｃｃ／Ｃｆ ＝〔｛（Ｃ０−ΔＣｙ）−（Ｃ０＋ΔＣｙ）｝＋｛（Ｃ０＋ΔＣｘ）−（ Ｃ０−ΔＣｘ）｝〕・Ｖｃｃ／Ｃｆ ＝｛（Ｃ０−ΔＣｙ−Ｃ０−ΔＣｙ）＋（Ｃ０＋ΔＣｘ−Ｃ０＋ΔＣｘ） ｝・Ｖｃｃ／Ｃｆ ＝２（ΔＣｘ−ΔＣｙ）・Ｖｃｃ／Ｃｆ この場合、第１の方向Ｘへの加速度検出において、本来
の出力となる２ΔＣｘ以外にも、他軸方向である第２の
方向Ｙにおける容量変化分−２ΔＣｙが加わり、これが
他軸感度としてノイズとなる。
【００２９】一方、可動電極３０が第２の方向Ｙ（図８
中の上方）へ変位したときは、一方の第２の検出容量Ｃ
Ｙ１では間隔が広がって容量が減少し、他方の第２の検
出容量ＣＹ２では間隔が狭まって容量が増大し、一方の
第１の検出容量ＣＸ１では対向面積が小さくなって容量
が減少し、他方の第１の検出容量ＣＸ２では対向面積が
大きくなって容量が増大する。そのため、出力Ｓ’は次
の数式３のようになる。
【００３０】
【数３】 Ｓ’＝｛（ＣＹ２−ＣＹ１）＋（ＣＸ２−ＣＸ１）｝・Ｖｃｃ／Ｃｆ ＝〔｛（Ｃ０＋ΔＣｙ）−（Ｃ０−ΔＣｙ）｝＋｛（Ｃ０＋ΔＣｘ）−（ Ｃ０−ΔＣｘ）｝〕・Ｖｃｃ／Ｃｆ ＝｛（Ｃ０＋ΔＣｙ−Ｃ０＋ΔＣｙ）＋（Ｃ０＋ΔＣｘ−Ｃ０＋ΔＣｘ） ｝・Ｖｃｃ／Ｃｆ ＝２（ΔＣｘ＋ΔＣｙ）・Ｖｃｃ／Ｃｆ この場合、第２の方向Ｙへの加速度検出において、本来
の出力となる２ΔＣｙ以外にも、他軸方向である第１の
方向Ｘにおける容量変化分＋ΔＣｘが加わり、これが他
軸感度としてノイズとなる。
【００３１】上記したように、第１の方向Ｘへの変位お
よび第２の方向Ｙへの変位のいずれにおいても、各々の
軸方向への変位に伴う容量変化とは関係ない他の軸方向
の容量変化が、他軸感度として出力に現れてくることは
避けられない。
【００３２】そこで、本発明は上記問題に鑑み、半導体
基板に２軸方向に変位可能な可動電極、該可動電極と検
出間隔を有して対向する固定電極を形成し、当該二つの
軸方向へ発生する力学量を両電極間の容量変化に基づい
て検出するようにした半導体力学量センサにおいて、各
々の軸方向への出力における他軸感度を低減することを
目的とする。
【００３３】
【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に記載の半導体力学量センサは、次の各点
を特徴とする。まず、半導体よりなる半導体基板（１
２）と、この半導体基板に形成され力学量の印加に応じ
て半導体基板と平行な面内にて相直交する第１の方向
（Ｘ）及び第２の方向（Ｙ）へ変位可能な可動電極（３
０）とを備えること。
【００３４】次に、半導体基板（１２）のうち第２の方
向（Ｙ）に沿った可動電極（３０）の両端部と対向する
部位にそれぞれ形成され、可動電極との間に第１の検出
容量（ＣＸ１１、ＣＸ２１、ＣＸ１２、ＣＸ２２）を形
成する一対の第１の固定電極（４０、５０）と、半導体
基板（１２）のうち第１の方向（Ｘ）に沿った可動電極
（３０）の両端部と対向する部位にそれぞれ形成され、
可動電極との間に第２の検出容量（ＣＹ１１、ＣＹ２
１、ＣＹ１２、ＣＹ２２）を形成する一対の第２の固定
電極（６０、７０）とを備えること。
【００３５】さらに、一対の第１の検出容量のうち、第
２の方向（Ｙ）に沿った可動電極（３０）の一端部側に
形成された一方の第１の検出容量（ＣＸ１１、ＣＸ２
１）は、可動電極の第１の方向（Ｘ）への変位に対して
互いに増減方向が異なるとともに可動電極の第２の方向
（Ｙ）への変位に対して互いに増減方向が同じである二
つの検出容量（ＣＸ１１、ＣＸ２１）から構成されてい
ること。
【００３６】また、一対の第１の検出容量のうち、第２
の方向（Ｙ）に沿った可動電極（３０）の他端部側に形
成された他方の第１の検出容量（ＣＸ１２、ＣＸ２２）
は、可動電極の第１の方向（Ｘ）への変位に対して互い
に増減方向が異なるとともに可動電極の第２の方向
（Ｙ）への変位に対して互いに増減方向が同じである二
つの検出容量（ＣＸ１２、ＣＸ２２）から構成されてい
ること。
【００３７】また、一対の第２の検出容量のうち、第１
の方向（Ｘ）に沿った可動電極（３０）の一端部側に形
成された一方の第２の検出容量（ＣＹ１１、ＣＹ２１）
は、可動電極の第２の方向（Ｙ）への変位に対して互い
に増減方向が異なるとともに可動電極の第１の方向
（Ｘ）への変位に対して互いに増減方向が同じである二
つの検出容量（ＣＹ１１、ＣＹ２１）から構成されてい
ること。
【００３８】また、一対の第２の検出容量のうち、第１
の方向（Ｘ）に沿った可動電極（３０）の他端部側に形
成された他方の第２の検出容量（ＣＹ１２、ＣＹ２２）
は、可動電極の第２の方向（Ｙ）への変位に対して互い
に増減方向が異なるとともに可動電極の第１の方向
（Ｘ）への変位に対して互いに増減方向が同じである二
つの検出容量（ＣＹ１２、ＣＹ２２）から構成されてい
ること。
【００３９】さらに、力学量の印加に応じて可動電極
（３０）が第１の方向（Ｘ）または第２の方向（Ｙ）へ
変位したとき、二つの一方の第１の検出容量同士の差動
出力（ＣＸ２１−ＣＸ１１）と二つの他方の第１の検出
容量同士の差動出力（ＣＸ１２−ＣＸ２２）と二つの一
方の第２の検出容量同士の差動出力（ＣＹ２１−ＣＹ１
１）と二つの他方の第２の検出容量同士の差動出力（Ｃ
Ｙ１２−ＣＹ２２）との和に基づいて印加力学量を検出
するようにしたこと。以上の各点を特徴とする。
【００４０】本発明は、従来のセンサにも備えられてい
た一対の第１の検出容量の一方（ＣＸ１１、ＣＸ２１）
と他方（ＣＸ１２、ＣＸ２２）、および一対の第２の検
出容量の一方（ＣＹ１１、ＣＹ２１）と他方（ＣＹ１
２、ＣＹ２２）のそれぞれ四つの検出容量を、さらに、
本来の検出軸方向への変位に対しては互いに増減方向が
異なり且つ検出軸ではない他軸方向に対しては互いに増
減方向が同じである二つの検出容量に分割したものであ
る。
【００４１】そして、可動電極（３０）が第１の方向
（Ｘ）または第２の方向（Ｙ）へ変位したとき、上記四
つの差動出力（ＣＸ２１−ＣＸ１１）、（ＣＸ１２−Ｃ
Ｘ２２）、（ＣＹ２１−ＣＹ１１）、（ＣＹ１２−ＣＹ
２２）の総和に基づいて印加力学量を検出するようにし
ている。
【００４２】そのため、可動電極（３０）の第１の方向
（Ｘ）への変位は、二つの一方の第１の検出容量同士の
差動出力（ＣＸ２１−ＣＸ１１）と二つの他方の第１の
検出容量同士の差動出力（ＣＸ１２−ＣＸ２２）との和
に基づいて検出され、この場合の他軸である第２の方向
（Ｙ）における容量変化分は、二つの一方の第２の検出
容量同士の差動出力（ＣＹ２１−ＣＹ１１）と二つの一
方の第２の検出容量同士の差動出力（ＣＹ１２−ＣＹ２
２）との和によってキャンセルされ低減される（後述の
数式５参照）。
【００４３】また、可動電極（３０）の第２の方向
（Ｙ）への変位は、二つの一方の第２の検出容量同士の
差動出力（ＣＹ２１−ＣＹ１１）と二つの一方の第２の
検出容量同士の差動出力（ＣＹ１２−ＣＹ２２）との和
に基づいて検出され、この場合の他軸である第１の方向
（Ｘ）における容量変化分は、二つの一方の第１の検出
容量同士の差動出力（ＣＸ２１−ＣＸ１１）と二つの他
方の第１の検出容量同士の差動出力（ＣＸ１２−ＣＸ２
２）との和によってキャンセルされ低減される（後述の
数式６参照）。
【００４４】よって、本発明によれば、各々の軸方向へ
の出力における他軸感度を低減することができる。
【００４５】また、半導体基板に可動電極および各固定
電極を形成する場合、これら可動電極と各固定電極との
位置関係は、請求項２や請求項３の発明のようにするこ
とができる。
【００４６】すなわち、請求項２に記載の発明では、半
導体基板（１２）において可動電極（３０）の外周囲
に、一対の第１の固定電極（４０、５０）および一対の
第２の固定電極（６０、７０）が配置されており、一対
の第１の固定電極はそれぞれ、第２の方向（Ｙ）に沿っ
た可動電極の各外周端部に対向しており、一対の第２の
固定電極はそれぞれ、第１の方向（Ｘ）に沿った可動電
極の各外周端部に対向していることを特徴とする。
【００４７】また、請求項３に記載の発明では、半導体
基板（１２）において一対の第１の固定電極（４０、５
０）および一対の第２の固定電極（６０、７０）の外周
囲を取り囲むように、可動電極（３０）が配置されてお
り、一対の第１の固定電極はそれぞれ、第２の方向
（Ｙ）に沿った可動電極の各内周端部に対向しており、
一対の第２の固定電極はそれぞれ、第１の方向（Ｘ）に
沿った可動電極の各内周端部に対向していることを特徴
とする。
【００４８】特に、請求項３の発明によれば、固定電極
の外周囲に可動電極を配置するため、可動電極のサイズ
を大きくすることができ、可動電極の質量を大きくする
ことができる。センサの感度は可動電極の質量に比例す
るためセンサ感度の向上が図れるいう利点がある。
【００４９】また、請求項４に記載の発明では、可動電
極（３０）と第１および第２の固定電極（４０〜７０）
との対向部は、互いの電極から突出する櫛歯が噛み合っ
た形となっており、各櫛歯の間隔が各検出容量（ＣＸ１
１、ＣＸ２１、ＣＸ１２、ＣＸ２２、ＣＹ１１、ＣＹ２
１、ＣＹ１２、ＣＹ２２）を形成していることを特徴と
する。
【００５０】このような構成とすれば、櫛歯の間隔や配
置、さらには本数を適宜設計することで、上記の各検出
容量を適切に形成することができる。
【００５１】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。
【００５２】
【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１に本発明の
第１実施形態に係る半導体加速度センサＳ１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。本実施形態は、２軸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る。
【００５３】半導体加速度センサ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。本例では、センサＳ１は、図２に示す様に、第１の
半導体基板としての第１シリコン基板１１と第２の半導
体基板としての第２シリコン基板１２との間に絶縁層と
しての酸化膜１３を有する矩形板状のＳＯＩ（シリコン
−オン−インシュレータ）基板１０に形成されている。
【００５４】ここで、第２シリコン基板１２が本発明で
いう半導体基板であり、第１シリコン基板１１及び酸化
膜１３は、第２シリコン基板１２を支持する支持基板２
０として構成されている。この支持基板２０において
は、中央寄りの酸化膜１３が一部除去されて開口部２１
が形成されている。そして、第２シリコン基板１２は、
この開口部２１を覆うように支持基板２０の上に積層さ
れている。
【００５５】第２シリコン基板１２には、溝を形成する
ことにより、可動部としての可動電極３０と、この可動
電極３０と電気的に区画された各固定電極４０、５０、
６０、７０とからなる櫛歯形状を有する梁構造体が形成
されている。ここで、上記開口部２１は、本例では、上
記梁構造体３０〜７０と対応した支持基板２０の領域に
て酸化膜１３が矩形状に除去されたものとして構成され
ている。
【００５６】そして、図２に示すように、第２シリコン
基板１２のうち酸化膜１３と接して支持基板２０に支持
される矩形枠状の周辺部分は、固定部となっている。そ
して、各固定電極４０〜７０は固定部の一部として構成
されている。すなわち、本例の固定電極は、矩形枠状の
固定部の内周部が第２シリコン基板１２の中央側へ突出
したものとして構成されている。
【００５７】可動電極３０は、加速度の印加に応じて第
２シリコン基板１２と平行な面内にて、図１中の矢印
Ｘ、Ｙに示す相直交する第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙ
へ変位可能なものである。本例では、可動電極３０は、
矩形状の開口部２１の略中央部に位置し、矩形状の第１
の錘部３１と、この第１の錘部３１の四隅部から突出す
る第２の錘部３２とを備える。
【００５８】そして、可動電極３０は、第２の錘部３２
にて、支持基板２０における開口部２１の縁部に弾性的
に支持されている。本例では、開口部２１の四隅の縁部
において、各第２の錘部３２が、第１の方向Ｘに弾性変
形可能な第１の梁部３３及び第２の方向Ｙに弾性変形可
能な第２の梁部３４を介して、アンカー部３５ａ、３５
ｂ、３５ｃ、３５ｄに連結されている。
【００５９】これらアンカー部３５ａ〜３５ｄは固定部
の一部であり、開口部２１の縁部において、酸化膜１３
を介して第１シリコン基板１１に支持固定されている。
また、各アンカー部３５ａ〜３５ｄは、図１に示す様
に、各固定電極４０〜７０とは酸化膜１３に達する溝を
介して電気的に絶縁されている。
【００６０】なお、図１中、第２シリコン基板１２に対
して酸化膜１３に達するように形成された溝には、斜線
ハッチングを施してある。このようにして、アンカー部
３５ａ〜３５ｄに支持された可動電極３０及び各梁部３
３、３４は、開口部２１に臨んだ状態となっている。
【００６１】また、各梁部３３、３４は、複数の梁が折
り返し形状に連結されたものであり、連結された各梁が
梁の長手方向にたわむことにより、弾性変形するように
なっている。そして、可動電極３０は各梁部３３、３４
のバネ機能により、次のように変位可能となっている。
【００６２】即ち、可動電極３０は、第１の方向Ｘの成
分を含む加速度を受けたときに第１の方向Ｘへ変位する
とともに、加速度の消失に応じて元の状態に復元する。
一方、可動電極３０は、第２の方向Ｙの成分を含む加速
度を受けたときに第２の方向Ｙへ変位するとともに、加
速度の消失に応じて元の状態に復元する。
【００６３】ここで、各梁部３３、３４の構成上、可動
電極３０が両方向Ｘ、Ｙの両方つまり、斜め方向に変位
することは、抑制されるようになっている。つまり、可
動電極３０は、実質的に、加速度成分の大きさに応じて
実質的に第１の方向Ｘへのみ、または第２の方向Ｙへの
み変位するようになっている。このように、可動電極３
０は、第２シリコン基板１２の固定部を介して支持基板
２０に対して可動な状態で支持されている。
【００６４】また、可動電極３０における第１の方向Ｘ
の両端及び第２の方向Ｙの両端は、櫛歯状に突出する可
動櫛歯部３６として構成されている。本例では、第１の
錘部３１における四つの各外周辺において、４本ずつ突
出する可動櫛歯部３６が形成されている。
【００６５】次に、固定電極４０〜７０は、第２シリコ
ン基板１２のうち第２の方向Ｙに沿った可動電極３０の
両端部と対向する部位にそれぞれ形成された一対の第１
の固定電極４０、５０と、第２シリコン基板１２のうち
第１の方向Ｘに沿った可動電極３０の両端部と対向する
部位にそれぞれ形成された一対の第２の固定電極６０、
７０とから構成される。
【００６６】ここで、図１に示すように、ともに櫛歯状
をなす一対の第１の固定電極４０、５０および一対の第
２の固定電極６０、７０は、第２シリコン基板１２にお
いて可動電極３０の外周囲に配置されている。そして、
第１および第２の固定電極４０〜７０の各々は、本例で
は４本ずつの櫛歯を持ち、対向する可動櫛歯部３６の隙
間に噛み合うように配置されている。
【００６７】このようにして、一対の第１の固定電極４
０、５０はそれぞれ、第２の方向Ｙに沿った可動電極３
０の各外周端部に形成された可動櫛歯部３６に対向して
おり、一対の第２の固定電極６０、７０はそれぞれ、第
１の方向Ｘに沿った可動電極３０の各外周端部に形成さ
れた可動櫛歯部３６に対向している。
【００６８】そして、図１にコンデンサ記号にて示すよ
うに、一対の第１の固定電極４０、５０は、それぞれ対
向する可動電極３０の可動櫛歯部３６との間に第１の検
出容量ＣＸ１１、ＣＸ２１、ＣＸ１２、ＣＸ２２を形成
する。一方、一対の第２の固定電極６０、７０は、それ
ぞれ対向する可動電極３０の可動櫛歯部３６との間に第
２の検出容量ＣＹ１１、ＣＹ２１、ＣＹ１２、ＣＹ２２
を形成する。
【００６９】第１の検出容量ＣＸ１１、ＣＸ２１、ＣＸ
１２、ＣＸ２２は、可動電極３０の第１の方向Ｘへの変
位に伴う第１の固定電極４０、５０と可動櫛歯部３６と
の対向間隔の変化に基づいて、第１の方向Ｘへの印加加
速度を検出するための容量である。
【００７０】一方、第２の検出容量ＣＹ１１、ＣＹ２
１、ＣＹ１２、ＣＹ２２は、可動電極３０の第２の方向
Ｙへの変位に伴う第２の固定電極６０、７０と可動櫛歯
部３６との対向間隔の変化に基づいて、第２の方向Ｙへ
の印加加速度を検出するための容量である。
【００７１】ここで、第１の検出容量ＣＸ１１、ＣＸ２
１、ＣＸ１２、ＣＸ２２は、第２の方向Ｙに沿った可動
電極３０の一端部側（図１中の下側）にて一方の第１の
固定電極４０によって形成された一方の第１の検出容量
ＣＸ１１、ＣＸ２１と、第２の方向Ｙに沿った可動電極
３０の他端部側（図１中の上側）にて他方の第１の固定
電極５０によって形成された他方の第１の検出容量ＣＸ
１２、ＣＸ２２とからなる。
【００７２】また、第２の検出容量ＣＹ１１、ＣＹ２
１、ＣＹ１２、ＣＹ２２は、第１の方向Ｘに沿った可動
電極３０の一端部側（図１中の右側）にて一方の第２の
固定電極６０によって形成された一方の第２の検出容量
ＣＹ１１、ＣＹ２１と、第１の方向Ｘに沿った可動電極
３０の他端部側（図１中の左側）にて他方の第２の固定
電極７０によって形成された他方の第２の検出容量ＣＹ
１２、ＣＹ２２とからなる。
【００７３】そして、第１の方向Ｘへの加速度検出に用
いられる第１の検出容量において、図１中の下側に位置
する一方の第１の検出容量ＣＸ１１、ＣＸ２１は、可動
電極３０の第１の方向Ｘへの変位に対して互いに増減方
向が異なるとともに可動電極３０の第２の方向Ｙへの変
位に対しては互いに増減方向が同じである二つの検出容
量ＣＸ１１とＣＸ２１から構成されている。
【００７４】また、この第１の検出容量において、図１
中の上側に位置する他方の第１の検出容量ＣＸ１２、Ｃ
Ｘ２２は、可動電極３０の第１の方向Ｘへの変位に対し
て互いに増減方向が異なるとともに可動電極３０の第２
の方向Ｙへの変位に対しては互いに増減方向が同じであ
る二つの検出容量ＣＸ１２とＣＸ２２から構成されてい
る。
【００７５】また、第２の方向Ｙへの加速度検出に用い
られる第２の検出容量において、図１中の右側に位置す
る一方の第２の検出容量ＣＹ１１、ＣＹ２１は、可動電
極３０の第２の方向Ｙへの変位に対して互いに増減方向
が異なるとともに可動電極３０の第１の方向Ｘへの変位
に対しては互いに増減方向が同じである二つの検出容量
ＣＹ１１とＣＹ２１から構成されている。
【００７６】また、この第２の検出容量において、図１
中の左側に位置する他方の第２の検出容量ＣＹ１２、Ｃ
Ｙ２２は、可動電極３０の第２の方向Ｙへの変位に対し
て互いに増減方向が異なるとともに可動電極３０の第１
の方向Ｘへの変位に対しては互いに増減方向が同じであ
る二つの検出容量ＣＹ１２とＣＹ２２から構成されてい
る。
【００７７】このように、一方の第１の検出容量ＣＸ１
１、ＣＸ２１、他方の第１の検出容量ＣＸ１２、ＣＸ２
２、一方の第２の検出容量ＣＹ１１、ＣＹ２１および他
方の第２の検出容量ＣＹ１２、ＣＹ２２のそれぞれにお
いて、検出対象となる加速度方向への可動電極３０の変
位に対して増減方向を異ならせている。
【００７８】このことは、例えば、一方の第１の検出容
量ＣＸ１１、ＣＸ２１を例にとると、図１に示すよう
に、一方の第１の検出容量ＣＸ１１、ＣＸ２１を構成す
る櫛歯部分において左側半分と右側半分とで、可動櫛歯
部３６と一方の第１の固定電極４０との対向位置を反対
にすることで実現されている。このことは、他の検出容
量についても、図１に示すように同様である。
【００７９】また、上記した各可動電極３０、各固定電
極４０〜７０はそれぞれ、第２シリコン基板１２の固定
部に形成されたパッド部Ｐ１０、ＰＸ１１、ＰＸ２１、
ＰＸ１２、ＰＸ２２、ＰＹ１１、ＰＹ２１、ＰＹ１２、
ＰＹ２２に電気的に接続されている。
【００８０】可動電極用パッド部Ｐ１０は、本例では、
アンカー部３５ｂに形成されており、可動電極３０と電
気的に導通している。また、固定電極用パッド部ＰＸ１
１、ＰＸ２１、ＰＸ１２、ＰＸ２２、ＰＹ１１、ＰＹ２
１、ＰＹ１２、ＰＹ２２は、それぞれ上記した第１およ
び第２の検出容量ＣＸ１１、ＣＸ２１、ＣＸ１２、ＣＸ
２２、ＣＹ１１、ＣＹ２１、ＣＹ１２、ＣＹ２２を構成
する固定電極に電気的に導通している。
【００８１】さらに、第２シリコン基板１２の固定部に
は、上記可動電極用及び固定電極用の各パッド部とは電
気的に独立したパッド部８０が形成されており、このパ
ッド部８０は、第２シリコン基板１２のうち各電極３０
〜７０以外の部位即ち第２シリコン基板１２の固定部の
電位を固定しておくための基板電位固定用パッド部とし
て構成されている。
【００８２】なお、当然ではあるが、上記各パッド部
は、それぞれ対応する電極と電気的に導通しているとと
もに、互いの各パッド部は、図１に示す様に、第２シリ
コン基板１２に形成された酸化膜１３に到達するエアー
アイソレーションとしての溝を介して電気的に絶縁され
ている。
【００８３】そして、上記各パッド部は、例えばアルミ
ニウムよりなるものであり、また、図示しないが、上記
各パッド部は、ワイヤボンディング等により外部回路や
配線部材と結線され、電気的に接続される。
【００８４】以上述べたような半導体加速度センサＳ１
は、例えば、ＳＯＩ基板１０の第２シリコン基板１２
に、各電極３０〜７０のパターンに対応した形状を有し
且つ酸化膜１３に到達する溝を、トレンチエッチング等
にて形成するとともに、各パッド部を形成した後、その
溝を介して酸化膜１３を犠牲層エッチングにて除去し、
開口部２１を形成することにより、製造可能である。
【００８５】この半導体加速度センサＳ１における加速
度検出方法について、図３を参照して述べる。図３は、
本センサＳ１の等価回路図である。この例では、各検出
容量の変化を、上記外部回路に備えられたスイッチドキ
ャパシタ回路２００を用いて検出するようにしている。
【００８６】ここでスイッチドキャパシタ回路２００は
Ｃ−Ｖ変換回路であり、容量がＣｆであるコンデンサ２
１０、スイッチ２２０及び差動増幅回路２３０を備え、
入力された容量を電圧に変換して出力するものである。
【００８７】この場合、図３に示すように、上記外部回
路から上記した各パッド部Ｐ１０、ＰＸ１１等を介し
て、一方の第１の固定電極４０、他方の第１の固定電極
５０、一方の第２の固定電極６０、他方の第２の固定電
極７０のそれぞれにおいて、検出対象となる加速度方向
への可動電極３０の変位に対して増減方向が異なる検出
容量同士では、互いに逆相の搬送波を印加する。
【００８８】そして、スイッチドキャパシタ回路２００
のスイッチ２２０を所定のタイミングで開閉する。する
と、検出される出力Ｓは、次の数式４に示すようにな
る。
【００８９】
【数４】Ｓ＝｛（ＣＸ２１−ＣＸ１１）＋（ＣＸ１２−
ＣＸ２２）＋（ＣＹ２１−ＣＹ１１）＋（ＣＹ１２−Ｃ
Ｙ２２）｝・Ｖｃｃ／Ｃｆ つまり、本センサＳ１では、加速度の印加に応じて可動
電極３０が第１の方向Ｘまたは第２の方向Ｙへ変位した
とき、二つの一方の第１の検出容量同士の差動出力（Ｃ
Ｘ２１−ＣＸ１１）と二つの他方の第１の検出容量同士
の差動出力（ＣＸ１２−ＣＸ２２）と二つの一方の第２
の検出容量同士の差動出力（ＣＹ２１−ＣＹ１１）と二
つの他方の第２の検出容量同士の差動出力（ＣＹ１２−
ＣＹ２２）との和に基づいて印加加速度を検出する。
【００９０】ここで、各検出容量ＣＸ１１、ＣＸ２１、
ＣＸ１２、ＣＸ２２、ＣＹ１１、ＣＹ２１、ＣＹ１２、
ＣＹ２２の初期容量をそれぞれＣ０とし、第１の検出容
量ＣＸ１１、ＣＸ２１、ＣＸ１２、ＣＸ２２の変化分を
ΔＣｘ、第２の検出容量ＣＹ１１、ＣＹ２１、ＣＹ１
２、ＣＹ２２の変化分をΔＣｙとする。
【００９１】そして、図４に示すように、第１の方向Ｘ
へ加速度が印加され可動電極３０が第１の方向Ｘ（図４
中の右方）へ変位した場合、容量ＣＸ１１、ＣＸ２２で
は間隔が広がって容量が減少し、容量ＣＸ２１、ＣＸ１
２では間隔が狭まって容量が増大する。また、容量ＣＹ
１１、ＣＹ２１では対向面積が大きくなって容量が増大
し、容量ＣＹ１２、ＣＹ２２では対向面積が小さくなっ
て容量が減少する。
【００９２】この場合、各検出容量は、それぞれ、ＣＸ
１１＝Ｃ０−ΔＣｘ、ＣＸ２１＝Ｃ０＋ΔＣｘ、ＣＸ１
２＝Ｃ０＋ΔＣｘ、ＣＸ２２＝Ｃ０−ΔＣｘ、ＣＹ１１
＝Ｃ０＋ΔＣｙ、ＣＹ２１＝Ｃ０＋ΔＣｙ、ＣＹ１２＝
Ｃ０−ΔＣｙ、ＣＹ２２＝Ｃ０−ΔＣｙと変化する。こ
の変化した容量値を上記数式４に当てはめると、次の数
式５のようになる。
【００９３】
【数５】 Ｓ＝｛（ＣＸ２１−ＣＸ１１）＋（ＣＸ１２−ＣＸ２２）＋（ＣＹ２１−ＣＹ １１）＋（ＣＹ１２−ＣＹ２２）｝・Ｖｃｃ／Ｃｆ ＝｛（Ｃ０＋ΔＣｘ−Ｃ０＋ΔＣｘ）＋（Ｃ０＋ΔＣｘ−Ｃ０＋ΔＣｘ）＋ （Ｃ０＋ΔＣｙ−Ｃ０−ΔＣｙ）＋（Ｃ０−ΔＣｙ−Ｃ０＋ΔＣｙ）｝・Ｖｃｃ ／Ｃｆ ＝４・ΔＣｘ・Ｖｃｃ／Ｃｆ よって、検出対象である第１の方向Ｘへの容量変化分の
みが出力され、他軸方向である第２の方向Ｙへの容量変
化分はキャンセルされる。
【００９４】つまり、可動電極３０の第１の方向Ｘへの
変位は、二つの一方の第１の検出容量同士の差動出力
（ＣＸ２１−ＣＸ１１）と二つの他方の第１の検出容量
同士の差動出力（ＣＸ１２−ＣＸ２２）との和に基づい
て検出され、この場合の他軸である第２の方向Ｙにおけ
る容量変化分は、二つの一方の第２の検出容量同士の差
動出力（ＣＹ２１−ＣＹ１１）と二つの一方の第２の検
出容量同士の差動出力（ＣＹ１２−ＣＹ２２）との和に
よってキャンセルされ低減される。
【００９５】一方、図示しないが、第２の方向Ｙへ加速
度が印加され可動電極３０が第２の方向Ｙ（図１中の上
方）へ変位した場合、容量ＣＹ１１、ＣＹ２２では間隔
が広がって容量が減少し、容量ＣＹ２１、ＣＹ１２では
間隔が狭まって容量が増大する。また、容量ＣＸ１１、
ＣＸ２１では対向面積が小さくなって容量が減少し、容
量ＣＸ１２、ＣＸ２２では対向面積が大きくなって容量
が増大する。
【００９６】この場合、各検出容量は、それぞれ、ＣＸ
１１＝Ｃ０−ΔＣｘ、ＣＸ２１＝Ｃ０−ΔＣｘ、ＣＸ１
２＝Ｃ０＋ΔＣｘ、ＣＸ２２＝Ｃ０＋ΔＣｘ、ＣＹ１１
＝Ｃ０−ΔＣｙ、ＣＹ２１＝Ｃ０＋ΔＣｙ、ＣＹ１２＝
Ｃ０＋ΔＣｙ、ＣＹ２２＝Ｃ０−ΔＣｙと変化する。こ
の変化した容量値を上記数式４に当てはめると、次の数
式６のようになる。
【００９７】
【数６】 Ｓ＝｛（ＣＸ２１−ＣＸ１１）＋（ＣＸ１２−ＣＸ２２）＋（ＣＹ２１−ＣＹ １１）＋（ＣＹ１２−ＣＹ２２）｝・Ｖｃｃ／Ｃｆ ＝｛（Ｃ０−ΔＣｘ−Ｃ０＋ΔＣｘ）＋（Ｃ０＋ΔＣｘ−Ｃ０−ΔＣｘ）＋ （Ｃ０＋ΔＣｙ−Ｃ０＋ΔＣｙ）＋（Ｃ０＋ΔＣｙ−Ｃ０＋ΔＣｙ）｝・Ｖｃｃ ／Ｃｆ ＝４・ΔＣｙ・Ｖｃｃ／Ｃｆ よって、この場合は、検出対象である第２の方向Ｙへの
容量変化分のみが出力され、他軸方向である第１の方向
Ｘへの容量変化分はキャンセルされる。
【００９８】つまり、可動電極３０の第２の方向Ｙへの
変位は、二つの一方の第２の検出容量同士の差動出力
（ＣＹ２１−ＣＹ１１）と二つの一方の第２の検出容量
同士の差動出力（ＣＹ１２−ＣＹ２２）との和に基づい
て検出され、この場合の他軸である第１の方向Ｘにおけ
る容量変化分は、二つの一方の第１の検出容量同士の差
動出力（ＣＸ２１−ＣＸ１１）と二つの他方の第１の検
出容量同士の差動出力（ＣＸ１２−ＣＸ２２）との和に
よってキャンセルされ低減される。
【００９９】こうして、本実施形態によれば、各々の軸
方向への出力における他軸感度を低減することができ
る。
【０１００】ちなみに、可動電極３０が第１および第２
の方向ＸおよびＹと直交する軸回りに、反時計回りに回
転したときの出力Ｓは、次の数式７にて示される。
【０１０１】
【数７】 Ｓ＝｛（ＣＸ２１−ＣＸ１１）＋（ＣＸ１２−ＣＸ２２）＋（ＣＹ２１−ＣＹ １１）＋（ＣＹ１２−ＣＹ２２）｝・Ｖｃｃ／Ｃｆ ＝｛（Ｃ０＋ΔＣｘ−Ｃ０＋ΔＣｘ）＋（Ｃ０−ΔＣｘ−Ｃ０−ΔＣｘ）＋ （Ｃ０＋ΔＣｙ−Ｃ０＋ΔＣｙ）＋（Ｃ０−ΔＣｙ−Ｃ０−ΔＣｙ）｝・Ｖｃｃ ／Ｃｆ ＝０ この場合は出力Ｓが０であり、出力しない。
【０１０２】なお、本実施形態の検出方法は、上記図１
に示す半導体加速度センサＳ１の検出容量の構成におい
て、可動電極３０の第１の方向Ｘまたは第２の方向Ｙへ
の変位を、上記四つの差動出力（ＣＸ２１−ＣＸ１
１）、（ＣＸ１２−ＣＸ２２）、（ＣＹ２１−ＣＹ１
１）、（ＣＹ１２−ＣＹ２２）の総和に基づいて検出す
るものであれば良く、上記スイッチドキャパシタ回路以
外の検出方法でも良い。
【０１０３】（第２実施形態）図５は、本発明の第２実
施形態に係る半導体加速度センサＳ２の平面構成を示す
図である。
【０１０４】上記第１実施形態に示したように、可動電
極３０と第１および第２の固定電極４０〜７０との対向
部は、互いの電極から突出する櫛歯が噛み合った形とな
っており、各櫛歯の間隔が各検出容量ＣＸ１１、ＣＸ２
１、ＣＸ１２、ＣＸ２２、ＣＹ１１、ＣＹ２１、ＣＹ１
２、ＣＹ２２を形成している。
【０１０５】このような構成とすれば、櫛歯の間隔や配
置、さらには本数を適宜設計することで、上記の各検出
容量を適切に形成することができる。本第２実施形態
は、上記第１実施形態に比べて、櫛歯の数すなわち各電
極の本数を変えたものであり、他の部分は同様である。
【０１０６】すなわち、図５に示すように、可動電極３
０における第１の方向Ｘの両端及び第２の方向Ｙの両端
は、櫛歯状に突出する可動櫛歯部３６として構成されて
いるが、本第２実施形態では、第１の錘部３１における
四つの各外周辺において、１本ずつの可動櫛歯部３６と
している。
【０１０７】そして、一方の第１の固定電極４０、他方
の第１の固定電極５０、一方の第２の固定電極５０およ
び他方の第２の固定電極７０はそれぞれ、この第１の錘
部３１における各外周辺の１本の可動櫛歯部３６の両側
に１本ずつ、計２本配置されたものとなっている。
【０１０８】そして、当該２本の固定電極と１本の可動
櫛歯部との間に、図５に示すように、各検出容量ＣＸ１
１、ＣＸ２１、ＣＸ１２、ＣＸ２２、ＣＹ１１、ＣＹ２
１、ＣＹ１２、ＣＹ２２が形成されている。
【０１０９】そのため、各固定電極４０、５０、６０お
よび７０において、検出対象となる加速度方向へ可動電
極３０が変位したとき、当該１本の可動櫛歯部３６の一
側に形成された検出容量は増加し、他側に形成された検
出容量は減少する。
【０１１０】つまり、本第２実施形態においても、上記
第１実施形態と同様の検出容量構成とすることができ、
その作用効果も、上記第１実施形態と同様のものにする
ことができる。
【０１１１】（第３実施形態）図６は、本発明の第３実
施形態に係る半導体加速度センサＳ３の平面構成を示
し、図７は図６中のＢ−Ｂ線に沿った模式的な断面構造
を示すものである。
【０１１２】上記第１実施形態では、一対の第１の固定
電極４０、５０および一対の第２の固定電極６０、７０
は、第２シリコン基板１２において可動電極３０の外周
囲に配置されていた。本第３実施形態は、第２シリコン
基板１２において一対の第１の固定電極４０、５０およ
び一対の第２の固定電極６０、７０の外周囲を取り囲む
ように、可動電極３０が配置された点が、第１実施形態
との相違点である。
【０１１３】この場合、図６、図７に示すように、第２
シリコン基板１２の中央部が、支持基板２０に支持され
た固定部であり、酸化膜１３を介して第１シリコン基板
１１に固定支持されている。この固定部の回りでは、酸
化膜１３は除去されており、固定部回りの矩形枠状の第
２シリコン基板１２が、可動部としての可動電極３０と
して形成されている。
【０１１４】そのため、図６と上記図１とで平面形状を
比較して見た場合、図１における第２の錘部３２が図６
におけるアンカー部３５ａ〜３５ｄとなり、図１におけ
るアンカー部３５ａ〜３５ｄが図６における第２の錘部
３２となる。つまり、図６に示す可動部３０では、第２
シリコン基板１２の矩形枠部が第１の錘部３１を構成
し、第２の錘部３２は、第１の錘部３１の内周の四隅か
ら固定部側へ突出したものとなっている。
【０１１５】そして、図６に示すように、各固定電極４
０〜７０は、中央部の固定部から外方に突出する櫛歯形
状をなしており、可動電極３０の可動櫛歯部３６は、第
１の錘部３１における各内周辺において、固定部側へ４
本ずつ突出して形成されている。
【０１１６】こうして、本第３実施形態では、一対の第
１の固定電極４０、５０はそれぞれ、第２の方向Ｙに沿
った可動電極３０の各内周端部に形成された可動櫛歯部
３６に対向しており、一対の第２の固定電極５０、６０
はそれぞれ、第１の方向Ｘに沿った可動電極３０の各内
周端部に形成された可動櫛歯部３６に対向した形とな
る。
【０１１７】そして、本実施形態においても、一方の第
１の検出容量ＣＸ１１、ＣＸ２１、他方の第１の検出容
量ＣＸ１２、ＣＸ２２、一方の第２の検出容量ＣＹ１
１、ＣＹ２１および他方の第２の検出容量ＣＹ１２、Ｃ
Ｙ２２のそれぞれにおいて、検出対象となる加速度方向
への可動電極３０の変位に対して増減方向を異ならせて
いる。
【０１１８】つまり、各検出容量ＣＸ１１、ＣＸ２１、
ＣＸ１２、ＣＸ２２、ＣＹ１１、ＣＹ２１、ＣＹ１２、
ＣＹ２２の関係は、上記第１実施形態と同様である。そ
して、上記した各可動電極３０、各固定電極４０〜７０
はそれぞれ、第２シリコン基板１２の固定部に形成され
各々電気的に独立したパッド部Ｐ１０、ＰＸ１１、ＰＸ
２１、ＰＸ１２、ＰＸ２２、ＰＹ１１、ＰＹ２１、ＰＹ
１２、ＰＹ２２に電気的に接続されている。
【０１１９】このような本第３実施形態によっても、上
記第１実施形態と同様の作用効果を奏し、各々の軸方向
への出力における他軸感度を低減することができる。
【０１２０】特に、本第３実施形態によれば、上記第１
実施形態とは逆に、固定電極４０〜７０の外周囲に可動
電極３０を配置するため、可動電極３０のサイズを大き
くすることができ、可動電極３０の質量を大きくするこ
とができる。センサの感度は可動電極の質量に比例する
ためセンサ感度の向上が図れるいう利点がある。
【０１２１】（他の実施形態）なお、可動電極と固定電
極との対向部は、上記した櫛歯が噛み合った形状でなく
ても良い。
【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に示すセンサの等価回路図である。
【図４】図１に示すセンサにおいて可動電極が第１の方
向Ｘへ変位した状態を示す平面図である。
【図５】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６】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７】図６中のＢ−Ｂ線に沿った模式的断面図であ
る。
【図８】従来の一般的な２軸方向の加速度を検出可能な
半導体加速度センサの概略平面構成を示す図である。
【図９】図８に示すセンサの等価回路図である。
【符号の説明】
１２…第２シリコン基板、３０…可動電極、４０、５０
…第１の固定電極、６０、７０…第２の固定電極、ＣＸ
１１、ＣＸ２１…一方の第１の検出容量、ＣＸ１２、Ｃ
Ｘ２２…他方の第１の検出容量、ＣＹ１１、ＣＹ２１…
一方の第２の検出容量、ＣＹ１２、ＣＹ２２…他方の第
２の検出容量、ＣＸ２１−ＣＸ１１…二つの一方の第１
の検出容量同士の差動出力、ＣＸ１２−ＣＸ２２…二つ
の他方の第１の検出容量同士の差動出力、ＣＹ２１−Ｃ
Ｙ１１…二つの一方の第２の検出容量同士の差動出力、
ＣＹ１２−ＣＹ２２…二つの他方の第２の検出容量同士
の差動出力、Ｘ…第１の方向、Ｙ…第２の方向。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体よりなる半導体基板（１２）と、 この半導体基板に形成され力学量の印加に応じて前記半
    導体基板と平行な面内にて相直交する第１の方向（Ｘ）
    及び第２の方向（Ｙ）へ変位可能な可動電極（３０）
    と、 前記半導体基板のうち前記第２の方向（Ｙ）に沿った前
    記可動電極の両端部と対向する部位にそれぞれ形成さ
    れ、前記可動電極との間に第１の検出容量（ＣＸ１１、
    ＣＸ２１、ＣＸ１２、ＣＸ２２）を形成する一対の第１
    の固定電極（４０、５０）と、 前記半導体基板のうち前記第１の方向（Ｘ）に沿った前
    記可動電極の両端部と対向する部位にそれぞれ形成さ
    れ、前記可動電極との間に第２の検出容量（ＣＹ１１、
    ＣＹ２１、ＣＹ１２、ＣＹ２２）を形成する一対の第２
    の固定電極（６０、７０）とを備え、 前記第２の方向（Ｙ）に沿った前記可動電極の一端部側
    に形成された一方の第１の検出容量（ＣＸ１１、ＣＸ２
    １）は、前記可動電極の第１の方向（Ｘ）への変位に対
    して互いに増減方向が異なるとともに、前記可動電極の
    第２の方向（Ｙ）への変位に対して互いに増減方向が同
    じである二つの検出容量（ＣＸ１１、ＣＸ２１）から構
    成されており、 前記第２の方向（Ｙ）に沿った前記可動電極の他端部側
    に形成された他方の第１の検出容量（ＣＸ１２、ＣＸ２
    ２）は、前記可動電極の第１の方向（Ｘ）への変位に対
    して互いに増減方向が異なるとともに、前記可動電極の
    第２の方向（Ｙ）への変位に対して互いに増減方向が同
    じである二つの検出容量（ＣＸ１２、ＣＸ２２）から構
    成されており、 前記第１の方向（Ｘ）に沿った前記可動電極の一端部側
    に形成された一方の第２の検出容量（ＣＹ１１、ＣＹ２
    １）は、前記可動電極の第２の方向（Ｙ）への変位に対
    して互いに増減方向が異なるとともに、前記可動電極の
    第１の方向（Ｘ）への変位に対して互いに増減方向が同
    じである二つの検出容量（ＣＹ１１、ＣＹ２１）から構
    成されており、 前記第１の方向（Ｘ）に沿った前記可動電極の他端部側
    に形成された他方の第２の検出容量（ＣＹ１２、ＣＹ２
    ２）は、前記可動電極の第２の方向（Ｙ）への変位に対
    して互いに増減方向が異なるとともに、前記可動電極の
    第１の方向（Ｘ）への変位に対して互いに増減方向が同
    じである二つの検出容量（ＣＹ１２、ＣＹ２２）から構
    成されており、 力学量の印加に応じて前記可動電極が前記第１の方向
    （Ｘ）または前記第２の方向（Ｙ）へ変位したとき、前
    記二つの一方の第１の検出容量同士の差動出力（ＣＸ２
    １−ＣＸ１１）と前記二つの他方の第１の検出容量同士
    の差動出力（ＣＸ１２−ＣＸ２２）と前記二つの一方の
    第２の検出容量同士の差動出力（ＣＹ２１−ＣＹ１１）
    と前記二つの他方の第２の検出容量同士の差動出力（Ｃ
    Ｙ１２−ＣＹ２２）との和に基づいて印加力学量を検出
    するようにしたことを特徴とする半導体力学量センサ。
  2. 【請求項２】 前記半導体基板（１２）において前記可
    動電極（３０）の外周囲に、前記一対の第１の固定電極
    （４０、５０）および前記一対の第２の固定電極（６
    ０、７０）が配置されており、 前記一対の第１の固定電極はそれぞれ、前記第２の方向
    （Ｙ）に沿った前記可動電極の各外周端部に対向してお
    り、 前記一対の第２の固定電極はそれぞれ、前記第１の方向
    （Ｘ）に沿った前記可動電極の各外周端部に対向してい
    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。
  3. 【請求項３】 前記半導体基板（１２）において前記一
    対の第１の固定電極（４０、５０）および前記一対の第
    ２の固定電極（６０、７０）の外周囲を取り囲むよう
    に、前記可動電極（３０）が配置されており、 前記一対の第１の固定電極はそれぞれ、前記第２の方向
    （Ｙ）に沿った前記可動電極の各内周端部に対向してお
    り、 前記一対の第２の固定電極はそれぞれ、前記第１の方向
    （Ｘ）に沿った前記可動電極の各内周端部に対向してい
    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。
  4. 【請求項４】 前記可動電極（３０）と前記第１および
    第２の固定電極（４０〜７０）との対向部は、互いの電
    極から突出する櫛歯が噛み合った形となっており、 各櫛歯の間隔が前記各検出容量（ＣＸ１１、ＣＸ２１、
    ＣＸ１２、ＣＸ２２、ＣＹ１１、ＣＹ２１、ＣＹ１２、
    ＣＹ２２）を形成していることを特徴とする請求項１な
    いし３のいずれか一つに記載の半導体力学量センサ。
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