JP2004170260A - 容量式加速度センサ - Google Patents
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Abstract
【課題】微小な加速度に対するセンサ感度を向上させた容量式加速度センサを提供すること。
【解決手段】ばね部１２と、錘部１１と、当該錘部１１に一体に形成された可動電極１ａ，１ｂとからなる可動部８と、当該可動電極１ａ，１ｂと対向するように半導体基板３に支持される固定電極２ａ，２ｂとを備え、加速度の印加により、可動電極１ａ，１ｂが当該電極面に沿う方向に変位したときの、両電極間の静電容量の変化から加速度を検出する容量式加速度センサであって、両電極の対向面に複数の凹凸部１９，２０を形成し、検出すべき加速度の振動周波数において、可動部８が共振するように可動部８を形成した。
従って、複数の凸部１９ａ，２０ａ間における容量変化と、共振現象による可動部８の変位増幅により、センサ感度を向上させることができる。
【選択図】 図３
【解決手段】ばね部１２と、錘部１１と、当該錘部１１に一体に形成された可動電極１ａ，１ｂとからなる可動部８と、当該可動電極１ａ，１ｂと対向するように半導体基板３に支持される固定電極２ａ，２ｂとを備え、加速度の印加により、可動電極１ａ，１ｂが当該電極面に沿う方向に変位したときの、両電極間の静電容量の変化から加速度を検出する容量式加速度センサであって、両電極の対向面に複数の凹凸部１９，２０を形成し、検出すべき加速度の振動周波数において、可動部８が共振するように可動部８を形成した。
従って、複数の凸部１９ａ，２０ａ間における容量変化と、共振現象による可動部８の変位増幅により、センサ感度を向上させることができる。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は容量式の加速度センサに関し、センサ感度を向上させるセンサ構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
容量式加速度センサとして、例えば特許文献１に開示されたものがある。この容量式加速度センサは、可動電極及び固定電極が櫛歯状に形成され、加速度が印加された際、錘部と当該錘部に一体成形された可動電極とからなる可動部が変位し、可動電極と対向する固定電極との間に生じる静電容量の変化を測定する。このとき、可動電極の変位方向は可動電極と固定電極との対向面に対して垂直方向であり、電極間距離が小さくなれば静電容量は大きくなり、電極間距離が大きくなれば静電容量は小さくなる。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３２６３６５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載される容量式加速度センサにおいては、可動電極が変位する際、両電極間に存在する気体の粘性により、可動電極と固定電極との対向面にスクイーズダンピングが働く。このため、可動部の共振周波数付近でこのセンサを使用した場合、可動電極の変位量及びそれに応じた容量変化が小さくなり、微小な加速度を検出しにくいという問題がある。
【０００５】
そこで本発明は上記問題点に鑑み、微小な加速度に対するセンサ感度を向上させた容量式加速度センサを提供することを目的とした。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する為に、請求項１に記載の容量式力学量センサは、ばね部を介して半導体基板に支持され、検出対象となる加速度の印加に応じて変位する錘部と、当該錘部から延伸しつつ一体に形成された可動電極とからなる可動部と、可動電極と対向するように半導体基板に支持される固定電極とを備え、加速度の印加に応じて、可動部が可動電極と固定電極との対向面に沿う方向に変位したときの、可動電極と固定電極間の静電容量の変化から加速度を検出する容量式加速度センサであって、可動電極と固定電極との対向面において、両電極に複数の凹凸部を形成するとともに、検出すべき加速度の振動周波数において、可動部が共振するように可動部を形成することにより、静電容量の変化量を増大させたことを特徴とする。
【０００７】
上述の容量式加速度センサは、加速度の印加に応じて、可動部が可動電極と固定電極との対向面に沿う方向に変位するので、可動電極と固定電極との対向面には、主にスクイーズダンピングではなくスライドダンピングが働く。通常、スライドダンピングは、スクイーズダンピングよりも小さいので、ダンピングの影響を抑えることができる。
【０００８】
また、容量を形成する可動電極と固定電極との対向面に複数の凹凸部を形成すると、両電極の凸部を電極として凸部間に静電容量が形成される。従って、両電極において対となっている凸部の個数分、静電容量の変化が増大することとなるので、センサ感度が向上できる。
【０００９】
さらに、可動部が、検出すべき加速度の振動周波数において共振するように形成されていれば、検出すべき加速度が印加された際に、可動部の変位が共振現象により増幅されるので、特定の振動周波数を有する加速度に対してセンサ感度を向上させることができる。
【００１０】
請求項２に記載の容量式加速度センサでは、可動部は、異なる加速度の振動周波数において、それぞれ共振する複数の可動部を備え、所定の周波数領域に属する振動周波数を持った加速度を検出することを特徴とする。例えば、検出すべき加速度が所定の周波数領域に渡る場合、その周波数領域内の異なる加速度の振動周波数に対して、夫々共振する可動部を形成しておけば、所定の周波数全域に渡って、好適に加速度を検出することができる。
【００１１】
ここで、両電極の配置としては、請求項３に記載のように、加速度が印加されない状態で、可動電極と固定電極との凹凸部における凸部同士が対向するように配置しても良い。
【００１２】
このように両電極の凸部同士が対向配置される場合、請求項４に記載のように、凸部における変位方向の長さが、凹部における変位方向の長さ以上であることが好ましい。このようにすれば、両電極の変位方向における対向面の長さを一定とすると、ある程度の初期容量を確保することができ、その対向面により多くの凸部が形成されることとなるので、容量変化が増大することとなる。
【００１３】
また、請求項５に記載のように、変位方向における凹部の長さが、可動部の最大変位量の２倍以上であることが好ましい。これにより、可動部が最大量変位した場合であっても、可動電極の凸部は固定電極の凹部の中間点を超えることは無い。従って、可動部の変位量と可動電極と固定電極との間の凸部間に形成される容量変化との関係を、単調増加或いは単調減少とすることができる。
【００１４】
さらに、請求項６に記載のように、凹部の深さは、対向する凸部間の距離以上の長さであることが好ましい。この場合、可動電極と固定電極との間の対向する凸部間の長さが、可動電極の凸部と固定電極の凹部との間の長さの半分以下となるため、両電極の凸部間に形成される容量に対して両電極の凸部と凹部間に形成される容量が小さくなる。従って、容量変化が大きくなるので、センサ感度が向上する。
【００１５】
また、別の電極の配置として、請求項７に記載のように、加速度が印加されない状態で、可動電極の凸部に対して、固定電極の凸部の一部が対向するように配置されても良い。加速度が印加された際、可動電極の凸部に対して固定電極の凸部の一部のみが対向配置されているため、印加方向によって、容量の増減が異なることとなる。従って、容量変化の増減から、加速度の向きを特定することができる。
【００１６】
請求項８に記載のように、可動電極の凸部に対して、固定電極の凸部の略半分が対向するように配置されることが好ましい。対抗する部分が略半分であると、加速度の印加されない初期状態の容量を中心とし、増加と減少がほぼ対称的に現れる。さらに、請求項９に記載のように、変位方向における凸部の長さの半分が、可動部の最大変位量以上であると、可動部が一方向に変位した際に、増加或いは減少のみを示すこととなる。従って、可動部の変位に対して容量が単調増加となるか、或いは単調減少となり好ましい。
【００１７】
また、別の電極の配置として、請求項１０に記載のように、加速度が印加されない状態で、両電極の一方の凸部に対して、他方の凹部が対向し、且つ当該凸部の一方の側面の延長線上に他方の凸部の一方の側面が重なるように配置されても良い。この場合も、加速度が印加されると、その変位方向によって、容量の増減が異なることとなるので、容量の増減から、加速度の向きを特定することができる。
【００１８】
その際、請求項１１に記載のように、変位方向において、凹部の長さから凸部の長さを引いた長さが、可動部の最大変位量の２倍以上であっても良いし、請求項１２に記載のように、変位方向において、凹部の長さから凸部の２倍の長さを引いた長さが、可動部の最大変位量の２倍以上であっても良い。いずれの場合であっても、可動部の変位と容量変化との関係は、ほぼ単調増加或いは単調減少となる。
【００１９】
請求項１３に記載のように、凹凸部は、矩形、半円、及び三角形のいずれかの形状からなり、且つ両電極において同一ピッチで形成されることを特徴とする。両電極の対向面において、凹凸部がいずれかの形状を有し、且つ、同一ピッチで形成されていれば、加速度が印加された際、両電極において対となっている凸部の個数分、容量変化を増大することができる。
【００２０】
請求項１４に記載のように、ばね部を介して半導体基板に支持され、検出対象となる加速度の印加に応じて変位する錘部と、当該錘部に一体に形成された可動電極とからなる可動部と、可動電極と対向するように半導体基板に支持される固定電極とを備え、加速度の印加に応じて、可動部が可動電極と固定電極との対向面に対して垂直方向に変位したときの、可動電極と固定電極間の静電容量の変化から加速度を検出する容量式加速度センサであって、可動電極は、半導体基板表面と直交する錘部の側面から延伸し、可動電極の高さは、錘部の高さと略同一であり、且つ、可動電極と固定電極との対向面における可動電極の延伸方向の長さが、当該対向面における高さよりも短く設定されており、さらに検出すべき加速度の振動周波数において、可動部が共振するように可動部を形成することにより、静電容量の変化量を増大させたことを特徴とする。
【００２１】
可動部が可動電極と固定電極との対向面に対して垂直方向に変位する場合、両電極の対向面には、スクイーズダンピングが働くため、可動部の変位量が減少するという問題がある。
【００２２】
そこで、上述のように、可動部が可動電極と固定電極との対向面に対して垂直方向に変位する共振型の容量式加速度センサにおいて、可動電極と固定電極との対向面における錘部の側面から延伸する方向の長さを、対向面の高さよりも短くなるように設定した。すると、上述の長さを２辺とした対向面の形状が長方形となり、２辺の長さが等しい正方形の場合よりもダンピングを小さく抑えることができた。さらに、対向面における高さ方向の長さを長くすることにより、錘部の高さも高くなるので、錘部の質量が増加した。従って、当該錘部の質量増加により、共振倍率が増加するので、共振型センサにおける可動部の変位量が増幅され、それに伴って容量変化が増大し、センサ感度が向上できる。
【００２３】
請求項１５に記載のように、ばね部を介して半導体基板に支持され、検出対象となる加速度の印加に応じて変位する錘部と、当該錘部から延伸しつつ一体に形成された可動電極とからなる可動部と、可動電極と対向するように半導体基板に支持される固定電極とを備え、加速度の印加に応じて、可動部が変位したときの可動電極と固定電極間の静電容量の変化から、加速度を検出する容量式加速度センサであって、可動電極と固定電極との対向面が、加速度の印加方向に対して０°より大きく、且つ９０°より小さい範囲内において所定の角度をもつように可動電極及び固定電極が形成されることを特徴とする。
【００２４】
請求項１４においても述べたように、可動部が可動電極と固定電極との対向面に対して垂直方向に変位する場合、両電極の対向面には、スクイーズダンピングが働くため、可動部の変位量が減少するという問題がある。
【００２５】
そこで、上述の容量式加速度センサにおいては、可動電極と固定電極との対向面が、加速度の印加方向に対して０°より大きく、且つ９０°より小さい範囲内において所定の角度（以下変位角度という）を有するように、可動電極と固定電極を形成した。これにより、加速度の印加に伴って、両電極の電極間距離が短くなると共に、錘部からの可動電極の延伸方向における対向部分の長さが増加するか、或いは、両電極の電極間距離が長くなると共に、錘部からの可動電極の延伸方向における対向部分の長さが減少することとなる。従って、可動部が両電極の対向面に対して垂直方向へ変位する場合、及び、可動部が両電極の対向面に沿った方向へ変位する場合よりも、所定の変位角度において容量変化が大きくなる。すなわち、可動電極と固定電極との対向面が所定の変位角度を有するように両電極を形成することで、センサ感度を向上させることができる。
【００２６】
このとき、請求項１６に記載のように、加速度が印加されない状態で、両電極の対向面間には、対向面間の距離と、対向面における可動電極の延伸方向の長さとを２辺とした略正方形が形成され、さらに請求項１７に記載のように、可動電極と固定電極との対向面が、加速度の印加方向に対して略４５度の角度をもって形成されていると良い。上述の構造を有すると、従来の変位方向（可動部が両電極の対向面に対して垂直、或いは対向面に沿った方向に変位）への変位による容量変化の値に対する容量変化差が最も大きくなる。従って、センサ感度をより向上させることができる。
【００２７】
また、請求項１８に記載のように、可動電極及び固定電極の両対向面に、所定のピッチをもった複数の凹凸部が形成され、可動電極及び固定電極における凹凸部の凸部同士が対向するように配置されると良い。この場合、可動電極と固定電極との両凸部を電極として両凸部間に静電容量が形成される。従って、両電極において対となっている凸部の個数分、静電容量変化が増大することとなるので、センサ感度が向上できる。
【００２８】
請求項１９に記載のように、加速度が印加されない状態で、可動電極の凸部に対し、固定電極の凸部の一部が対向するように配置されると良い。両電極の凸部が一部のみ対向していれば、加速度の印加を受けて可動部が変位する際、凸部の対向面が増加する方向に変位すると容量は増加し、対向面が減少する方向に変位すると容量は減少する。従って、初期容量に対する容量の増減から加速度の印加方向を特定することができる。
【００２９】
また、可動電極の凸部と固定電極の凸部の対向面においても、請求項２０に記載のように、加速度が印加されない状態で、対向面間の距離と対向面における可動電極の錘部からの延伸方向の長さとを２辺とした略正方形が形成されることが好ましく、また請求項２１に記載のように、対向面が加速度の印加方向に対して略４５度の角度をもって形成されると良い。その作用効果は、請求項１６及び請求項１７に記載の可動電極と固定電極との対向面の場合と同様であるため、説明は省略する。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。本実施の形態は容量式加速度センサにおいて、センサ感度の向上を目的としたものである。
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態における容量式加速度センサは、共振現象を利用することにより、例えば１Ｇ以下の微小な加速度を検出することを目的として形成されるものである。具体的には、骨伝導音を検出する振動センサやジャイロに適用することができる。
【００３１】
先ず、本実施の形態における共振現象を利用した容量式加速度センサの基本的な考えを図１、及び図２を用いて説明する。本実施の形態における容量式加速度センサは、計測対象となる加速度の振動周波数領域内にセンサの共振周波数を設定し、共振現象による可動部の変位増幅を利用する。
【００３２】
このとき、変位増幅には可動部のダンピングが関与している。図１に示すように容量式加速度センサの可動電極１と固定電極２の対向面には、当該対向面間に存在する気体の粘性によりダンピングが働く。可動電極１が対向面に対して垂直方向に変位するとスクイーズダンピングが働き、可動電極が対向面に沿う方向に変位するとスライドダンピングが働く。通常、容量式加速度センサは、両電極の対向面の長さに対して両電極の対向面間の距離が短いので、所定の変位量でより大きな容量変化の効果が得られるように、可動電極１が可動電極１と固定電極２との対向面に対して垂直方向に変位する構造を有している。しかしながら、上述の構造を有するセンサでは、対向面間の距離が短いほど、両電極の対向面間に生じるスクイーズダンピングが可動電極１の変位に対して大きく作用することとなり、微小な加速度を検出することが困難であった。そこで、可動部をダンピングの小さなスライド方向（可動電極が対向面に沿う方向）に変位させ、その際、共振現象により可動部の変位を増幅させることにより、微小な加速度が印加されても大きな容量変化を得ることが可能な容量式加速度センサとすることができる。
【００３３】
次に、数式を用いて詳細に説明する。
【００３４】
【数１】
【００３５】
【数２】
【００３６】
【数３】
【００３７】
【数４】
【００３８】
【数５】
【００３９】
ここで、ΔＣ：静電容量変化、ε：誘電率、ｈ：可動電極と固定電極の対向面の高さ、ｄ：電極間距離、ｘ：変位量、ｍ：錘部質量、ｃ：ダンピング係数、ｋ：ばね定数、Ｆ：可振力振幅、ω：振動周波数、δｓｔ：静的変位、ｆ：共振周波数、Ｑ：共振倍率（Ｑ値）、β：位相遅れ、α：加速度である。
【００４０】
数式１は、容量式加速度センサの感度に対応する静電容量変化ΔＣと、可動電極の変位量ｘとの関係を示す式であり、可動電極が可動電極と固定電極との対向面に沿う方向に変位する場合の容量変化である。数式２は、容量式加速度センサの可動部の運動方程式であり、この方程式を解いたものが、数式３である。数式４は共振倍率Ｑの定義式であり、数式５は検出目的の加速度αと静的変位δｓｔとの関係を表す式である。
【００４１】
ここで、数式３から、可動部の最大振幅δは、以下の数式６によって示される。
【００４２】
【数６】
【００４３】
この最大振幅δと周波数比ω／ｆの関係を図２に示す。このように、振動周波数ωが共振周波数ｆと一致する共振点（ω＝ｆ）において、上記数式６は
【００４４】
【数７】δ＝Ｑδｓｔ
のように表される。従って、共振点において、振幅δすなわち変化量ｘは静的変位δｓｔのＱ倍（図２ではｎ倍）の変位量を示すこととなる。ここで、共振倍率Ｑは、ダンピング係数ｃと数式４の関係にある。従って、可動電極１が可動電極１と固定電極２との対向面に沿う方向に変位すれば、対向面にはスライドダンピングが生じるため、ダンピング係数ｃが小さくなり、共振倍率Ｑを大きくすることができる。そして、数式３に示される変位量ｘが増大し、数式１に示される容量変化ΔＣを大きくすることができるので、センサ感度を向上できる。
【００４５】
次に、本実施の形態の容量式加速度センサの構造について、図３を用いて説明する。尚、図３（ａ）は、センサ部の平面図、図３（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面における断面図、図３（ｃ）は（ａ）の破線で囲まれた部分の拡大図である。
【００４６】
容量式加速度センサは、図３（ａ），（ｂ）に示すように、例えば単結晶シリコンからなる第１半導体層３と第２半導体層４との間に、犠牲層としての例えば酸化シリコンからなる絶縁層５が形成されてなるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ＯｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）基板６に対して、半導体製造技術を利用した周知のマイクロマシニング技術を用いて、センサ部７を形成することにより構成される。尚、本発明における半導体基板とは第１半導体層３を意味する。
【００４７】
センサ部７は、第２半導体層４から形成された可動部８と一対の固定部９，１０から構成されており、可動部８、及び固定部９，１０の間には所定の間隙が設けられ、相互に絶縁されている。
【００４８】
可動部８は、可動電極１ａ，１ｂ、錘部１１、ばね部１２、可動部アンカ１３、及び可動電極用パッド１４から構成されている。可動電極１ａ，１ｂは、図３（ａ）の矢印で示される加速度の印加方向に沿うように錘部１１の両側面から突出して一体形成され、例えば図３（ａ）で示すように、夫々の側面に１０個ずつ設けられる。ばね部１２は、加速度が作用する質量部としての錘部１１と第１半導体層３と絶縁層５を介して接続する可動部アンカ１３とを連結する両端固定梁であり、加速度の印加方向に対して垂直方向に形成されている。尚、本実施の形態においては、４本のばね部１２が形成されている。
【００４９】
ここで、可動電極１ａ，１ｂ、錘部１１、及びばね部１２が形成される領域は、第１半導体層３及び絶縁層５が選択的エッチングにより除去され、第２半導体層４の裏面が露出した状態となっている。また、錘部１１に連結したばね部１２は、加速度の印加方向に沿って変位するばね機能を有しているため、容量式加速度センサが図３（ａ）中の矢印方向の成分を含む加速度を受けると、錘部１１及び可動電極１ａ，１ｂを矢印方向に変位させると共に、加速度の消失により元の位置に戻すことができる。
【００５０】
また、可動部８は、印加される加速度の振動周波数を受けて、共振するように形成されている。可動部８の共振周波数ｆＨ（半導体基板１に水平方向）は次式で示される。
【００５１】
【数８】
【００５２】
ここで、Ｅ：ヤング率（１７０ＧＰａ）、ｂ：ばね部１２の幅、Ｓ：錘部１１の半導体基板１に水平方向の面積（上面の面積）、ρ：密度（２３３０ｋｇ／ｍ３）、ｌ：ばね部１２の長さである。従って、可動部８の共振周波数ｆＨが、印加される加速度の振動周波数とほぼ一致するように、数式８の関係を満たした可動部８を形成することにより、可動部８の変位を共振現象により増幅することができる。
【００５３】
また、可動部８における一方の可動部アンカ１３の所定の位置に、Ｃ−Ｖ変換回路に接続される可動電極用パッド１４が連結形成されている。
【００５４】
固定部９，１０は、固定電極２ａ，２ｂ、及び固定電極用パッド１５ａ、１５ｂをその表面の所定の位置に形成したアンカ部１６ａ，１６ｂからなる。固定部アンカ１６ａ，１６ｂは錘部１１と平行に配置され、当該固定部アンカ１６ａ，１６ｂから延びる固定電極２ａ，２ｂは、錘部１１の両側面から略垂直に突出する可動電極１ａ，１ｂに対して、夫々所定の検出間隔（間隙）を有し平行した状態で対向配置される。また、固定部アンカ１６ａ，１６ｂは、絶縁層５を介して第１半導体層３上に固定されている。そして、固定電極２ａ，２ｂは例えば可動電極１ａ，１ｂ同様、選択的エッチングにより第２半導体層４の裏面が露出し、固定部アンカ１６ａ，１６ｂに片持ち支持されている。尚、本実施の形態では、図３（ａ）で示すように可動電極１ａ，１ｂと同数の片側１０本ずつの固定電極２ａ，２ｂが設けられており、可動電極１ａと固定電極２ａにより構成される部位を第１検出部１７、可動電極１ｂと固定電極２ｂとにより構成される部位を第２検出部１８とする。
【００５５】
また、固定部アンカ１６ａ，１６ｂの所定の位置には、Ｃ−Ｖ変換回路に接続される固定電極用パッド１５ａ，１５ｂが形成されている。尚、本実施の形態において、可動電極１ａ，１ｂ、及び固定電極２ａ，２ｂの本数が第１検出部１７、及び第２検出部１８において各１０本の例を示したが、１０本に限定されるものではない。
【００５６】
上記のように構成された容量式加速度センサにおいて、可動電極１ａ，固定電極２ａからなる第１検出部１７の静電容量の総和をＣＳ１とし、可動電極１ｂ，固定電極２ｂからなる第２検出部１８の静電容量の総和をＣＳ２とすると、加速度が印加されていない状態で静電容量の差ΔＣ（＝ＣＳ１−ＣＳ２）が略０となるように、各電極１ａ，２ａ、及び１ｂ，２ｂが配置されている。可動部８が検出方向である矢印方向の加速度を受けると、錘部１１が矢印方向に変位し、それに伴って可動電極１ａ，１ｂも変位する。
【００５７】
ここで、図３（ｃ）に示されるように、両電極１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂの対向面には対向面の略垂直方向に凹凸部１９，２０が形成されている。そして、可動電極１ａ，１ｂの凸部１９ａに対して固定電極２ａ，２ｂの凸部２０ａが対向配置されている。従って、可動電極１ａ，１ｂが変位すると、両凸部１９ａ，２０ａ間に生じている静電容量も変化することとなる。従って、第１検出部１７おける静電容量の変化ΔＣＳ１と、第２検出部１８における静電容量の変化ΔＣＳ２との両値の絶対値の和をＣ−Ｖ変換回路にて電圧の変化として検出することで、印加された加速度を検出することができる。尚、凹凸部１９，２０の詳細については後述する。また、図３（ａ）においては、便宜上、凹凸部１９，２０の記載が省略されている。
【００５８】
次に、本実施の形態における容量式加速度センサの製造方法の概略を、図４（ａ）〜（ｄ）に示す工程別断面図を用いて説明する。尚、図４は図３のＢ−Ｂ断面における断面図であるが、便宜上、可動電極１ｂ、及び固定電極２ｂを一本の電極として示す。
【００５９】
図４（ａ）に示すように、ＳＯＩ基板６の表面にシリコン酸化膜２１を形成し、固定電極用パッド１５ｂを形成するためのコンタクトホール２２を形成する。
【００６０】
コンタクトホール２２形成後、図４（ｂ）に示すように、コンタクトホール２２に対してＡｌを成膜し、固定電極用パッド１５ｂを形成する。
【００６１】
次いで、図４（ｃ）に示すように、固定電極用パッド１５ｂを含めたＳＯＩ基板６表面に、所定パターンを有するシリコン酸化膜２３を形成し、当該シリコン酸化膜２３をマスクとしてＳＯＩ基板６表面から絶縁層５表面（第２半導体層４側）までエッチングを行う。尚、図４（ｃ），（ｄ）においては、便宜上、固定部アンカ１６ｂと可動電極１ｂ、固定電極２ｂの両端との境界部分のみエッチングされた構造を示すが、実際には、可動電極１ｂと固定電極２ｂ間もエッチングされる。また、ＳＯＩ基板６の裏面側に、所定パターンのシリコン酸化膜２４を形成する。
【００６２】
そして、裏面のシリコン酸化膜２４をマスクにして、アルカリ性の例えばＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）溶液により、ＳＯＩ基板６の絶縁層５表面（第１半導体層３側）まで異方性エッチングを行う。続いて、ＨＦ（フッ酸）水溶液により、絶縁層５の除去と、ＳＯＩ基板６表面のシリコン酸化膜２１，２３，２４の除去を行い、上述の構造を有する容量式加速度センサが形成される。
【００６３】
次に、図５を用い、両電極１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂの凹凸部１９，２０と、当該凹凸部１９，２０の配置構造について説明する。尚、図５（ａ）〜（ｃ）は、図３（ａ）の破線で囲まれた部分に対応している。
【００６４】
図５（ａ）に示されるように、可動電極１ｂ、及び固定電極２ｂには、対向面から略垂直方向に夫々凹凸部１９，２０が形成されている。尚、図５（ａ）においては、各電極に付き８個の凸部が形成される例を示す。このとき、加速度が印加されない状態で、可動電極１ｂの凸部１９ａ，凹部１９ｂに対して、固定電極２ｂの凸部２０ａ，凹部２０ｂが対向するように配置されている。すなわち、可動電極１ｂの凸部１９ａと固定電極２ｂの凸部２０ａとを電極として容量が形成されることとなる。従って、加速度が白抜き矢印方向に印加されると、可動電極１ｂが両電極１ｂ，２ｂの対向面に沿って変位し、夫々の対向する凸部１９ａ，２０ａ間において、容量変化が生じる。１対の凸部１９ａ，２０ａにつき、容量がΔＣ変化するとすると、図５（ａ）においては、８×ΔＣの容量変化が生じることとなる。
【００６５】
従って、可動電極１ｂと固定電極２ｂとの対向面に、複数の凹凸部１９，２０を形成すると、可動電極１ｂの変位によって、対向する凸部１９ａ，２０ａの個数分、容量変化が増幅されることとなり、センサ感度を向上することができる。尚、第１検出部１７側の可動電極１ａ，固定電極２ａにおいても、上述と同様の凹凸部１９，２０が形成される。また、凸部１９ａ，２０ａの個数は、８個に限定されないことは言うまでも無い。
【００６６】
次に、上述の凹凸部１９，２０が形成される容量式加速度センサにおいて、両電極１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂの配置（凸部１９ａ，２０ａの配置）を、図５（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。
【００６７】
先ず、図５（ａ）に示されるように、加速度が印加されない状態で、可動電極１ｂの凸部１９ａと固定電極の凸部２０ａとが、完全に対向配置される場合を考える。
【００６８】
この場合、図５（ａ）に示すように、凸部１９ａ，２０ａの対向面の変位方向（図５（ａ）の白抜き矢印方向）の長さをＬ１、凹部１９ｂ，２０ｂの変位方向の長さをＬ２、対向する凸部１９ａ，２０ａ間の距離をｄ、凹部１９ｂ，２０ｂの深さをｇ、加速度の印加による可動部８の最大変位量をＸｍａｘとすると、次式に示される関係を満たすように、凹凸部１９，２０が形成されると良い。
【００６９】
【数９】Ｌ１≧Ｌ２
【００７０】
【数１０】Ｌ２≧２Ｘｍａｘ
【００７１】
【数１１】ｇ≧ｄ
凹凸部１９，２０が数式９の関係を満たすと、凸部１９ａ，２０ａの長さＬ１を一定としたときに、可動電極１ｂと固定電極２ｂにおける対向面に、より多くの凸部１９ａ，２０ａを設けることができる。すなわち、凸部１９ａ，２０ａ間の初期容量をある程度確保した状態で、より大きな容量変化を得ることができる。
【００７２】
凹凸部１９，２０が数式１０の関係を満たすと、可動部８が最大変位量Ｘｍａｘ変位したとしても、可動電極１ｂの凸部１９ａが、初期状態で対向していた固定電極２ｂの凸部２０ａに隣接する凹部２０ｂの中間点を超えることは無い。従って、容量変化と可動部８の変位量との関係を、単調増加若しくは単調減少とすることができる。
【００７３】
凹凸部１９，２０が数式１１の関係を満たすと、可動電極１ｂの凸部１９ａと固定電極２ｂの凹部２０ｂとの対向面間の距離が、可動電極１ｂの凸部１９ａと固定電極２ｂの凸部２０ａとの間の対向面間の距離の２倍以上の長さとなる。このとき、凸部間１９ａ，２０ａに形成される容量に対して、凸部１９ａ及び凹部２０ｂ間に形成される容量が微小なものとなる。従って、可動電極１ｂが変位しても、凸部１９ａ及び凹部２０ｂ間に形成される容量の影響をほぼ無視できるので、容量変化が大きくなり、センサ感度が向上する。
【００７４】
次に、図５（ｂ）を用いて、加速度が印加されていない状態で、可動電極１ｂの凸部１９ａに対し、固定電極２ｂの凸部２０ａの一部が対向するように配置される場合を説明する。
【００７５】
加速度が印加されていない初期状態から可動電極１ｂが変位（白抜き矢印の方向）すると、図５（ａ）の場合、どちらの方向に変位が起こっても凸部１９ａ，２０ａの対向面が減少するため容量が減少する。ここで、加速度が印加されない状態において、図５（ｂ）に示すように、可動電極１ｂの凸部１９ａに対し、固定電極２ｂの凸部２０ａの一部のみが対向するように配置した。この場合、初期状態に対して、凸部１９ａ，２０ａの対向面が増加する方向に変位すれば容量が増加し、凸部１９ａ，２０ａの対向面が減少する方向に変位すれば容量が減少する。従って、初期状態からの容量の増減により、加速度の向きを特定することができる。
【００７６】
また、変位方向における凸部１９ａ，２０ａの対向面の長さは、変位方向における凸部１９ａ，２０ａの長さＬ１の略半分であることが好ましい。この場合、可動部８がどちらの方向に変位しても、初期状態を中心として同程度の変位量の間、容量変化は単調減少、或いは単調増加となる。従って、振動の検出に適している。
【００７７】
さらに、この際、可動電極１ｂの最大変位量Ｘｍａｘが、凸部１９ａ，２０ａの略半分の長さ以下であると良い。この場合、凸部１９ａ，２０ａの対向面が増加する方向に可動部８が最大変位した状態で、可動電極１ｂの凸部１９ａと固定電極２ｂの２０ａが完全に対向した状態となる。従って、可動部８の変位に対して、容量変化を単調減少或いは単調増加とすることができる。
【００７８】
最後に、図５（ｃ）を用いて、加速度が印加されていない状態で、可動電極１ｂの凸部１９ａに対し、固定電極２ｂの凸部２０ａが対向しないように配置される場合の説明する。
【００７９】
この場合、図５（ｃ）に示すように、可動電極１ｂの凸部１９ａに対して、固定電極２ｂの凹部２０ｂが対向するように配置され、且つ、当該凸部１９ａの一方の側面の延長線上に、固定電極１ｂの凸部２０ａの一方の側面が重なるように形成されると良い。このとき、加速度が印加されていない初期状態に対し、凸部１９ａ，２０ａ同士が対向する方向（対向面が増加する方向）に可動部８が変位すれば容量が増加し、可動電極１ｂの凸部１９ａが固定電極２ｂの凸部２０ａから離れる方向に可動部８が変位すれば僅かながら容量が減少する。従って、初期状態に対する容量の変化から、加速度の向きを特定することができる。
【００８０】
さらに、このとき、図５（ｃ）に示すように、変位方向おける凹部１９ｂ，２０ｂの長さＬ２から変位方向における凸部１９ａ，２０ａの長さＬ１を引いた長さが、可動部８の最大変位量Ｘｍａｘの２倍以上であると良い。そうすれば、容量変化がほぼ単調増加或いは単調減少となる。しかしながら、上述の場合、可動電極１ｂの凸部１９ａが固定電極２ｂの凸部２０ａから離れる方向へＸｍａｘ変位すると、可動電極１ｂの凸部の中間点と、固定電極２ｂの凹部の中間点がほぼ同一線上に重なるように配置されることとなる。従って、可動電極１ｂの凸部１９ａは、初期状態において近接していた固定電極２ｂの凸部２０ａに隣接する凸部２０ａからも僅かながら影響を受けることとなる。
【００８１】
従って、より好ましくは、凸部１９ａ，２０ａの長さＬ１に可動部８の最大変位量Ｘｍａｘを足した長さが、凹部１９ｂ，２０ｂの長さＬ２の半分以下の長さとなるように構成されると良い。この場合、可動部８が最大量変位しても、可動電極１ｂの凸部１９ａは固定電極２ｂの凹部２０ｂの中間点を超えることが無い。従って、容量変化と可動部８の変位との関係がほぼ単調増加或いは単調減少となる。尚、図５（ａ）〜（ｃ）の凹凸部１９，２０の配置の説明において、第２検出部１８側のみ用いたが、第１検出部１７についても同様である。
【００８２】
以上、本実施の形態における容量式加速度センサは、可動部８が検出すべき加速度の振動周波数において共振するように形成されており、当該可動部８はスライドダンピングの影響を受ける方向に変位する。従って、共振倍率Ｑが増大することで可動部８の変位量が増大するので、容量変化が増大しセンサ感度を向上できる。
【００８３】
また、可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂとの対向面に複数の凹凸部１８，１９を設けたので、当該凹凸部１９，２０において対となる凸部１９ａ，２０ａの個数分、容量変化が増大し、センサ感度を向上できる。
【００８４】
また、凹凸部１９，２０の形状については、可動電極１ａ，１ｂ及び固定電極２ａ，２ｂにおいて同一ピッチで形成されればどのような形状でも良く、例えば矩形、半円、及び三角形のいずれかの形状から形成されると良い。従って、同一ピッチで形成されていれば、凸部１９ａ，２０ａ、及び凹部１９ｂ，２０ｂの１個毎に形状を変えても良い。しかしながら、より大きな容量変化を得るという点と加工の容易さの点から、全ての電極１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂにおいて、同一形状を有する複数の凹凸部１９，２０が、同一ピッチで形成されることが好ましい。
【００８５】
また、異なる加速度の振動周波数に対して、夫々共振するような複数の可動部８を備えるセンサ部７を、１つの半導体基板３上に形成しても良い。これにより、例えば、検出すべき加速度が、所定の周波数領域に渡る場合、その周波数領域内の異なる加速度の振動周波数に対して、夫々共振する可動部８を形成しておけば、所定の周波数領域の全域に渡って、好適に加速度を検出することができる。
【００８６】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態を図６、及び図７に基づいて説明する。
【００８７】
第２の実施の形態における容量式加速度センサは、第１の実施の形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。
【００８８】
第２の実施の形態において、第１の実施の形態と異なる点は、可動部８が可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂとの対向面に対して垂直方向に変位する構造の共振型の容量式加速度センサにおいて、センサ感度の向上を図った点である。
【００８９】
可動部８が可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂとの対向面に対して垂直な方向に変位する場合、第１の実施の形態において記載したように、対向面間にはスクイーズダンピングが働く。しかしながら、可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂとの対向面の長さが対向面の高さよりも長いような従来構造の容量式加速度センサにおいては、スクイーズダンピングの影響により、微小な加速度の検出が困難であった。そこで、下記のレイノルズ方程式を用い、１本の可動電極１ａ，１ｂに対して、１本の固定電極２ａ，２ｂを対向配置させた平行平板モデルにおいて、対向面の形状とスクイーズダンピング係数Ｃｓｑとの関係について検討した。
【００９０】
【数１２】
【００９１】
尚、数式１２におけるβ、μｅｆｆ、Ａ、ｃは次式の通りである。
【００９２】
【数１３】
【００９３】
【数１４】
【００９４】
【数１５】Ａ＝Ｌｈ
【００９５】
【数１６】ｃ＝Ｌ／ｈ
ここで、ｐｏ：圧力（大気圧１．０１３Ｅ＋５Ｐａ）、μ：粘性係数（１．８２Ｅ−５Ｐａ・ｓ）、λ：平均自由工程（６．５１５Ｅ−８ｍ）、ｄ：電極間距離（４μｍ）、Ｌ：可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂとの対向面の長さ（錘部１１からの可動電極１ａ，１ｂの延伸方向の長さ）、ｈ：可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂとの対向面の高さ、ω：振動周波数である。尚、一例として、振動周波数ωは、可動部８の共振周波数２ｋＨｚとした。
【００９６】
図６は、対向面形状（対向面長さＬ／対向面厚さｈ）に対するダンピング係数Ｃｓｑの変化を示す図であり、対向面形状に対する容量変化ΔＣも併せて記載した。尚、図６において、対向面の面積は一定とした。
【００９７】
図６に示されるように、ダンピング係数Ｃｓｑは、対向面における長さＬと高さｈがほぼ等しい略正方形の際に最大となる。そして、対向面の形状が、長さＬ及び高さｈの一方が長く、他方が短くなるにつれてダンピング係数Ｃｓｑは減少する。すなわち、同じ初期容量（電極面積）を有す対向面の形状であるのなら、対向面の周囲の長さを長くした方がスクイーズダンピングが小さくなる。
【００９８】
ここで、対向面の高さｈが増大する方向に対向面の形状を変化させると、容量変化ΔＣが増大した。可動電極１ａ，１ｂは、半導体基板３表面に直交する錘部１１の側面から延伸しており、可動電極１ａ，１ｂの高さは錘部１１の高さ（側面の長さ）と略同等に形成される。従って、対向面の形状が縦長（高さが長い）の形状、換言すれば可動電極１ａ，１ｂの高さが高くなると、それに対応して錘部１１の高さも高くなる。錘部１１の高さが増すと、それに応じて錘部１１の質量ｍが増加するので、第１の実施の形態の数式４に記載した関係から、共振倍率Ｑが増大し、可動部８の変位量ｘが増大するので、容量変化ΔＣが増大するのである。
【００９９】
以上より、本実施の形態における容量式加速度センサについて、センサ部７の斜視図を図７に示す。本実施の形態における容量式加速度センサは、矢印方向の加速度の印加を受けて、可動部８が可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂとの対向面に対して垂直方向に変位する。しかしながら、可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂとの対向面の形状が縦長の四角形状、換言すれば、可動電極１ａ，１ｂ及び固定電極２ａ，２ｂの高さが高く、長さが短く形成されているので、スクイーズダンピング係数Ｃｓｑを低く抑えることができる。また、錘部１１の高さが、可動電極１ａ，１ｂの高さと同等であるため、錘部１１の質量が増加する。
【０１００】
従って、以上の２点により、共振倍率Ｑが増大し、共振点における可動部８の変位量が増幅されるので、本実施の形態における容量式加速度センサは、大きな容量変化ΔＣを得ることができ、微小な加速度を検出することができる。
【０１０１】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態を図８〜図１０に基づいて説明する。
【０１０２】
第３の実施の形態における容量式加速度センサは、第１の実施の形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。
【０１０３】
第３の実施の形態において、第１の実施の形態と異なる点は、可動電極と固定電極との対向面を、加速度の印加方向に対して０°より大きく９０°より小さい範囲内の所定の角度をもって形成した点である。
【０１０４】
従来、容量式加速度センサにおいては、可動部８の変位方向は、可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂとの対向面に対して垂直方向か、或いは対向面に沿う方向への変位であった。換言すれば、可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂとの対向面が、加速度の印加方向に対して垂直か、或いは印加方向に沿う方向に形成されていた。
【０１０５】
ここで、加速度の印加方向に対する可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂとの対向面の配置を変えたときの、容量変化の比較を図８（ａ）〜（ｃ）に示す。尚、図８（ａ）〜（ｃ）は、一対の可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂとの対向面間における容量形成域を示したものである。尚、ここで言う容量形成域とは、可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂとの対向面における可動電極１ａ，１ｂの錘部１１からの延伸方向の長さ（以下対向面の長さと言う）と、対向面間の距離を２辺として形成される四角形の部分を言う。また、図８（ａ）〜（ｃ）において、加速度が印加されない初期状態は、可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂとの対向面の長さと、対向面間の距離を共にＬとし、その際の初期容量をＣとした。そして、初期状態から夫々白抜き矢印で示される方向に可動電極１ａ，１ｂが０．１Ｌ変位するものとした。
【０１０６】
先ず、図８（ａ）に示すように、加速度の印加方向に対して可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂとの対向面が垂直となるように形成された場合、可動電極１ａ，１ｂが白抜き矢印方向に０．１Ｌ変位する。従って、可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂの電極間距離が０．９Ｌとなり、変位後の容量は１．１１１Ｃとなる。
【０１０７】
次いで、図８（ｂ）に示すように、加速度の印加方向に対して可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂとの対向面が沿うように形成された場合、可動電極１ａ，１ｂは白抜き矢印方向に０．１Ｌ変位する。従って、可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂの対向面の長さが１．１Ｌとなるので、変位後の容量は１．１Ｃとなる。
【０１０８】
さらに、図８（ｃ）に示すように、加速度の印加方向に対して可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂとの対向面が４５°傾いて変位するように形成される場合を考えてみる。このとき、可動電極１ａ，１ｂが矢印方向に０．１Ｌ変位すると、可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂの電極間距離が０．９３Ｌとなり、可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂの対向面の長さが１．０７Ｌとなる。従って、変位後の容量は１．１５Ｃとなる。
【０１０９】
以上より、可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂとの対向面が、加速度の印加方向に沿う方向、或いは垂直な方向に形成されるのではなく、図９に示されるように、加速度の印加方向（白抜き矢印）に対して０°より大きく９０°より小さい範囲内の所定の角度（以下傾斜角度という）を持つように、可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂとが形成されると良いことが判明した。尚、図９は、本実施の形態における容量式加速度センサのセンサ部７の平面図である。
【０１１０】
次に、加速度の印加方向に対する対向面の傾斜角度と容量変化との関係より詳細に検討することとした。具体的には、加速度が印加されない状態における容量形成域の形状を、２辺がともに長さＬの正方形、対向面の長さを１／２Ｌ、対向面間の距離をＬとした長方形（以下１／２Ｌ×Ｌ長方形）、及び対向面の長さを２Ｌ、対向面間の距離をＬとした長方形（以下２Ｌ×Ｌ長方形）の３水準とし、可動部８が傾斜角度θ方向に０．１Ｌ変位した際の容量変化を図１０に示した。尚、図１０における３本の破線は、可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂとの対向面が、上述の３つの容量形成域を有した場合において、可動部８が対向面に沿う方向及び垂直な方向に０．１Ｌ変位した際の大きい方の値を示したものである。容量変化値が大きい側から、２Ｌ×Ｌ長方形において対向面に垂直方向に０．１Ｌ変位した値、正方形において対向面に垂直方向に０．１Ｌ変位した値、１／２Ｌ×Ｌ長方形において対向面に沿った方向に０．１Ｌ変位した値を示す。
【０１１１】
図１０に示すように、いずれの容量形成域形状においても、従来構造の容量式加速度センサにおける容量変化値を示す破線よりも容量変化が増加する傾斜角度θが存在した。容量形成域が長方形の場合は、長方形を構成する２辺の長さの内、短い辺方向への変位ができるだけ大きくなるような傾斜角度において、容量変化が従来よりも増加した。特に、容量形成域が略正方形からなる場合には、傾斜角度のほぼ全域で従来よりも容量変化が増加し、さらに略４５°の傾斜角度において従来構造との容量変化差が極大となった。
【０１１２】
以上より、可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂとの対向面が、加速度の印加方向に対して０°〜９０°の範囲内における所定の角度をもつように、可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂとを形成すると、従来よりも容量変化を大きくすることができる。従ってセンサ感度を向上させることができる。
【０１１３】
さらに、可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂの容量形成域の形状が略正方形であると、傾斜角度を幅広く設定できる。さらに、その角度が略４５°であると容量変化を最も大きくすることができるので、よりセンサ感度を向上できる。
【０１１４】
また、本実施の形態においても、両電極１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂの容量形成域を構成する対向面に、凹凸部１９，２０を形成すると良い。一定のピッチを有する複数の凹凸部１９，２０が両電極１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂの対向面に形成されれば、対となる凸部１９ａ，２０ａの個数分、容量変化が増大することとなり、センサ感度を向上できる。
【０１１５】
その際、加速度が印加されない初期状態において、可動電極１ａ，１ｂの凸部１９ａと固定電極２ａ，２ｂの凸部２０ａとは、一部のみが対向するように配置されると良い。このように配置されると、加速度が印加された際、対向面が増加する方向に可動部８が変位すると、容量が増加し、対向面が減少する方向に変位すると容量が減少することとなる。従って、初期容量に対する容量の増減から加速度の向きを特定することができる。
【０１１６】
さらに、可動電極１ａ，１ｂの凸部１９ａと固定電極２ａ，２ｂの凸部２０ａとの間の対向面においても、上述の可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂとの対向面で述べた特徴を利用できる。すなわち、加速度の印加方向に対して両凸部１９ａ，２０ａの対向面が０°より大きく９０°より小さい範囲内の所定の傾斜角度を有すと、従来よりも容量変化を増加させることができる。さらに、両凸部１９ａ，２０ａの対向面間の容量形成域が略正方形であり、さらに加速度の印加方向に対する対向面の傾斜角度が４５°であると、より大きな容量変化を得ることができる。特に、凹凸部１９，２０の場合は、容量を形成する対となる凸部１９ａ，２０ａの個数分、容量変化の増大が見込めるのでより好ましい。
【０１１７】
尚、第３の実施の形態における容量式加速度センサは、共振現象を利用する共振型の容量式加速度センサに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】ダンピングを説明補足図である。
【図２】共振現象の説明補足図である。
【図３】第１実施形態における容量式加速度センサのセンサ部を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面における断面図、（ｃ）は（ａ）の破線で囲まれた部分の拡大図である。
【図４】容量式加速度センサの製造工程を示す工程別断面図である。
【図５】図３（ａ）の破線で囲まれた部分を拡大図であり、両電極の凹凸部の配置の説明補足図である。
【図６】第２の実施の形態において、対向面形状とダンピング係数、及び容量変化の関係を示す図である。
【図７】容量式加速度センサのセンサ部の斜視図である。
【図８】第３の実施の形態の説明補足図である。
【図９】容量式加速度センサのセンサ部の平面図である。
【図１０】容量形成域の形状による変位角度と容量変化の関係を示す図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ・・・可動電極、２，２ａ，２ｂ・・・固定電極、８・・・可動部、１１・・錘部、１２・・・ばね部、１９ａ・・・凸部（可動電極）、１９ｂ・・・凹部（可動電極）、２０ａ・・・凸部（可動電極）、２０ｂ・・・凹部（固定電極）
【発明の属する技術分野】
本発明は容量式の加速度センサに関し、センサ感度を向上させるセンサ構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
容量式加速度センサとして、例えば特許文献１に開示されたものがある。この容量式加速度センサは、可動電極及び固定電極が櫛歯状に形成され、加速度が印加された際、錘部と当該錘部に一体成形された可動電極とからなる可動部が変位し、可動電極と対向する固定電極との間に生じる静電容量の変化を測定する。このとき、可動電極の変位方向は可動電極と固定電極との対向面に対して垂直方向であり、電極間距離が小さくなれば静電容量は大きくなり、電極間距離が大きくなれば静電容量は小さくなる。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３２６３６５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載される容量式加速度センサにおいては、可動電極が変位する際、両電極間に存在する気体の粘性により、可動電極と固定電極との対向面にスクイーズダンピングが働く。このため、可動部の共振周波数付近でこのセンサを使用した場合、可動電極の変位量及びそれに応じた容量変化が小さくなり、微小な加速度を検出しにくいという問題がある。
【０００５】
そこで本発明は上記問題点に鑑み、微小な加速度に対するセンサ感度を向上させた容量式加速度センサを提供することを目的とした。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する為に、請求項１に記載の容量式力学量センサは、ばね部を介して半導体基板に支持され、検出対象となる加速度の印加に応じて変位する錘部と、当該錘部から延伸しつつ一体に形成された可動電極とからなる可動部と、可動電極と対向するように半導体基板に支持される固定電極とを備え、加速度の印加に応じて、可動部が可動電極と固定電極との対向面に沿う方向に変位したときの、可動電極と固定電極間の静電容量の変化から加速度を検出する容量式加速度センサであって、可動電極と固定電極との対向面において、両電極に複数の凹凸部を形成するとともに、検出すべき加速度の振動周波数において、可動部が共振するように可動部を形成することにより、静電容量の変化量を増大させたことを特徴とする。
【０００７】
上述の容量式加速度センサは、加速度の印加に応じて、可動部が可動電極と固定電極との対向面に沿う方向に変位するので、可動電極と固定電極との対向面には、主にスクイーズダンピングではなくスライドダンピングが働く。通常、スライドダンピングは、スクイーズダンピングよりも小さいので、ダンピングの影響を抑えることができる。
【０００８】
また、容量を形成する可動電極と固定電極との対向面に複数の凹凸部を形成すると、両電極の凸部を電極として凸部間に静電容量が形成される。従って、両電極において対となっている凸部の個数分、静電容量の変化が増大することとなるので、センサ感度が向上できる。
【０００９】
さらに、可動部が、検出すべき加速度の振動周波数において共振するように形成されていれば、検出すべき加速度が印加された際に、可動部の変位が共振現象により増幅されるので、特定の振動周波数を有する加速度に対してセンサ感度を向上させることができる。
【００１０】
請求項２に記載の容量式加速度センサでは、可動部は、異なる加速度の振動周波数において、それぞれ共振する複数の可動部を備え、所定の周波数領域に属する振動周波数を持った加速度を検出することを特徴とする。例えば、検出すべき加速度が所定の周波数領域に渡る場合、その周波数領域内の異なる加速度の振動周波数に対して、夫々共振する可動部を形成しておけば、所定の周波数全域に渡って、好適に加速度を検出することができる。
【００１１】
ここで、両電極の配置としては、請求項３に記載のように、加速度が印加されない状態で、可動電極と固定電極との凹凸部における凸部同士が対向するように配置しても良い。
【００１２】
このように両電極の凸部同士が対向配置される場合、請求項４に記載のように、凸部における変位方向の長さが、凹部における変位方向の長さ以上であることが好ましい。このようにすれば、両電極の変位方向における対向面の長さを一定とすると、ある程度の初期容量を確保することができ、その対向面により多くの凸部が形成されることとなるので、容量変化が増大することとなる。
【００１３】
また、請求項５に記載のように、変位方向における凹部の長さが、可動部の最大変位量の２倍以上であることが好ましい。これにより、可動部が最大量変位した場合であっても、可動電極の凸部は固定電極の凹部の中間点を超えることは無い。従って、可動部の変位量と可動電極と固定電極との間の凸部間に形成される容量変化との関係を、単調増加或いは単調減少とすることができる。
【００１４】
さらに、請求項６に記載のように、凹部の深さは、対向する凸部間の距離以上の長さであることが好ましい。この場合、可動電極と固定電極との間の対向する凸部間の長さが、可動電極の凸部と固定電極の凹部との間の長さの半分以下となるため、両電極の凸部間に形成される容量に対して両電極の凸部と凹部間に形成される容量が小さくなる。従って、容量変化が大きくなるので、センサ感度が向上する。
【００１５】
また、別の電極の配置として、請求項７に記載のように、加速度が印加されない状態で、可動電極の凸部に対して、固定電極の凸部の一部が対向するように配置されても良い。加速度が印加された際、可動電極の凸部に対して固定電極の凸部の一部のみが対向配置されているため、印加方向によって、容量の増減が異なることとなる。従って、容量変化の増減から、加速度の向きを特定することができる。
【００１６】
請求項８に記載のように、可動電極の凸部に対して、固定電極の凸部の略半分が対向するように配置されることが好ましい。対抗する部分が略半分であると、加速度の印加されない初期状態の容量を中心とし、増加と減少がほぼ対称的に現れる。さらに、請求項９に記載のように、変位方向における凸部の長さの半分が、可動部の最大変位量以上であると、可動部が一方向に変位した際に、増加或いは減少のみを示すこととなる。従って、可動部の変位に対して容量が単調増加となるか、或いは単調減少となり好ましい。
【００１７】
また、別の電極の配置として、請求項１０に記載のように、加速度が印加されない状態で、両電極の一方の凸部に対して、他方の凹部が対向し、且つ当該凸部の一方の側面の延長線上に他方の凸部の一方の側面が重なるように配置されても良い。この場合も、加速度が印加されると、その変位方向によって、容量の増減が異なることとなるので、容量の増減から、加速度の向きを特定することができる。
【００１８】
その際、請求項１１に記載のように、変位方向において、凹部の長さから凸部の長さを引いた長さが、可動部の最大変位量の２倍以上であっても良いし、請求項１２に記載のように、変位方向において、凹部の長さから凸部の２倍の長さを引いた長さが、可動部の最大変位量の２倍以上であっても良い。いずれの場合であっても、可動部の変位と容量変化との関係は、ほぼ単調増加或いは単調減少となる。
【００１９】
請求項１３に記載のように、凹凸部は、矩形、半円、及び三角形のいずれかの形状からなり、且つ両電極において同一ピッチで形成されることを特徴とする。両電極の対向面において、凹凸部がいずれかの形状を有し、且つ、同一ピッチで形成されていれば、加速度が印加された際、両電極において対となっている凸部の個数分、容量変化を増大することができる。
【００２０】
請求項１４に記載のように、ばね部を介して半導体基板に支持され、検出対象となる加速度の印加に応じて変位する錘部と、当該錘部に一体に形成された可動電極とからなる可動部と、可動電極と対向するように半導体基板に支持される固定電極とを備え、加速度の印加に応じて、可動部が可動電極と固定電極との対向面に対して垂直方向に変位したときの、可動電極と固定電極間の静電容量の変化から加速度を検出する容量式加速度センサであって、可動電極は、半導体基板表面と直交する錘部の側面から延伸し、可動電極の高さは、錘部の高さと略同一であり、且つ、可動電極と固定電極との対向面における可動電極の延伸方向の長さが、当該対向面における高さよりも短く設定されており、さらに検出すべき加速度の振動周波数において、可動部が共振するように可動部を形成することにより、静電容量の変化量を増大させたことを特徴とする。
【００２１】
可動部が可動電極と固定電極との対向面に対して垂直方向に変位する場合、両電極の対向面には、スクイーズダンピングが働くため、可動部の変位量が減少するという問題がある。
【００２２】
そこで、上述のように、可動部が可動電極と固定電極との対向面に対して垂直方向に変位する共振型の容量式加速度センサにおいて、可動電極と固定電極との対向面における錘部の側面から延伸する方向の長さを、対向面の高さよりも短くなるように設定した。すると、上述の長さを２辺とした対向面の形状が長方形となり、２辺の長さが等しい正方形の場合よりもダンピングを小さく抑えることができた。さらに、対向面における高さ方向の長さを長くすることにより、錘部の高さも高くなるので、錘部の質量が増加した。従って、当該錘部の質量増加により、共振倍率が増加するので、共振型センサにおける可動部の変位量が増幅され、それに伴って容量変化が増大し、センサ感度が向上できる。
【００２３】
請求項１５に記載のように、ばね部を介して半導体基板に支持され、検出対象となる加速度の印加に応じて変位する錘部と、当該錘部から延伸しつつ一体に形成された可動電極とからなる可動部と、可動電極と対向するように半導体基板に支持される固定電極とを備え、加速度の印加に応じて、可動部が変位したときの可動電極と固定電極間の静電容量の変化から、加速度を検出する容量式加速度センサであって、可動電極と固定電極との対向面が、加速度の印加方向に対して０°より大きく、且つ９０°より小さい範囲内において所定の角度をもつように可動電極及び固定電極が形成されることを特徴とする。
【００２４】
請求項１４においても述べたように、可動部が可動電極と固定電極との対向面に対して垂直方向に変位する場合、両電極の対向面には、スクイーズダンピングが働くため、可動部の変位量が減少するという問題がある。
【００２５】
そこで、上述の容量式加速度センサにおいては、可動電極と固定電極との対向面が、加速度の印加方向に対して０°より大きく、且つ９０°より小さい範囲内において所定の角度（以下変位角度という）を有するように、可動電極と固定電極を形成した。これにより、加速度の印加に伴って、両電極の電極間距離が短くなると共に、錘部からの可動電極の延伸方向における対向部分の長さが増加するか、或いは、両電極の電極間距離が長くなると共に、錘部からの可動電極の延伸方向における対向部分の長さが減少することとなる。従って、可動部が両電極の対向面に対して垂直方向へ変位する場合、及び、可動部が両電極の対向面に沿った方向へ変位する場合よりも、所定の変位角度において容量変化が大きくなる。すなわち、可動電極と固定電極との対向面が所定の変位角度を有するように両電極を形成することで、センサ感度を向上させることができる。
【００２６】
このとき、請求項１６に記載のように、加速度が印加されない状態で、両電極の対向面間には、対向面間の距離と、対向面における可動電極の延伸方向の長さとを２辺とした略正方形が形成され、さらに請求項１７に記載のように、可動電極と固定電極との対向面が、加速度の印加方向に対して略４５度の角度をもって形成されていると良い。上述の構造を有すると、従来の変位方向（可動部が両電極の対向面に対して垂直、或いは対向面に沿った方向に変位）への変位による容量変化の値に対する容量変化差が最も大きくなる。従って、センサ感度をより向上させることができる。
【００２７】
また、請求項１８に記載のように、可動電極及び固定電極の両対向面に、所定のピッチをもった複数の凹凸部が形成され、可動電極及び固定電極における凹凸部の凸部同士が対向するように配置されると良い。この場合、可動電極と固定電極との両凸部を電極として両凸部間に静電容量が形成される。従って、両電極において対となっている凸部の個数分、静電容量変化が増大することとなるので、センサ感度が向上できる。
【００２８】
請求項１９に記載のように、加速度が印加されない状態で、可動電極の凸部に対し、固定電極の凸部の一部が対向するように配置されると良い。両電極の凸部が一部のみ対向していれば、加速度の印加を受けて可動部が変位する際、凸部の対向面が増加する方向に変位すると容量は増加し、対向面が減少する方向に変位すると容量は減少する。従って、初期容量に対する容量の増減から加速度の印加方向を特定することができる。
【００２９】
また、可動電極の凸部と固定電極の凸部の対向面においても、請求項２０に記載のように、加速度が印加されない状態で、対向面間の距離と対向面における可動電極の錘部からの延伸方向の長さとを２辺とした略正方形が形成されることが好ましく、また請求項２１に記載のように、対向面が加速度の印加方向に対して略４５度の角度をもって形成されると良い。その作用効果は、請求項１６及び請求項１７に記載の可動電極と固定電極との対向面の場合と同様であるため、説明は省略する。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。本実施の形態は容量式加速度センサにおいて、センサ感度の向上を目的としたものである。
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態における容量式加速度センサは、共振現象を利用することにより、例えば１Ｇ以下の微小な加速度を検出することを目的として形成されるものである。具体的には、骨伝導音を検出する振動センサやジャイロに適用することができる。
【００３１】
先ず、本実施の形態における共振現象を利用した容量式加速度センサの基本的な考えを図１、及び図２を用いて説明する。本実施の形態における容量式加速度センサは、計測対象となる加速度の振動周波数領域内にセンサの共振周波数を設定し、共振現象による可動部の変位増幅を利用する。
【００３２】
このとき、変位増幅には可動部のダンピングが関与している。図１に示すように容量式加速度センサの可動電極１と固定電極２の対向面には、当該対向面間に存在する気体の粘性によりダンピングが働く。可動電極１が対向面に対して垂直方向に変位するとスクイーズダンピングが働き、可動電極が対向面に沿う方向に変位するとスライドダンピングが働く。通常、容量式加速度センサは、両電極の対向面の長さに対して両電極の対向面間の距離が短いので、所定の変位量でより大きな容量変化の効果が得られるように、可動電極１が可動電極１と固定電極２との対向面に対して垂直方向に変位する構造を有している。しかしながら、上述の構造を有するセンサでは、対向面間の距離が短いほど、両電極の対向面間に生じるスクイーズダンピングが可動電極１の変位に対して大きく作用することとなり、微小な加速度を検出することが困難であった。そこで、可動部をダンピングの小さなスライド方向（可動電極が対向面に沿う方向）に変位させ、その際、共振現象により可動部の変位を増幅させることにより、微小な加速度が印加されても大きな容量変化を得ることが可能な容量式加速度センサとすることができる。
【００３３】
次に、数式を用いて詳細に説明する。
【００３４】
【数１】
【数２】
【数３】
【数４】
【数５】
ここで、ΔＣ：静電容量変化、ε：誘電率、ｈ：可動電極と固定電極の対向面の高さ、ｄ：電極間距離、ｘ：変位量、ｍ：錘部質量、ｃ：ダンピング係数、ｋ：ばね定数、Ｆ：可振力振幅、ω：振動周波数、δｓｔ：静的変位、ｆ：共振周波数、Ｑ：共振倍率（Ｑ値）、β：位相遅れ、α：加速度である。
【００４０】
数式１は、容量式加速度センサの感度に対応する静電容量変化ΔＣと、可動電極の変位量ｘとの関係を示す式であり、可動電極が可動電極と固定電極との対向面に沿う方向に変位する場合の容量変化である。数式２は、容量式加速度センサの可動部の運動方程式であり、この方程式を解いたものが、数式３である。数式４は共振倍率Ｑの定義式であり、数式５は検出目的の加速度αと静的変位δｓｔとの関係を表す式である。
【００４１】
ここで、数式３から、可動部の最大振幅δは、以下の数式６によって示される。
【００４２】
【数６】
この最大振幅δと周波数比ω／ｆの関係を図２に示す。このように、振動周波数ωが共振周波数ｆと一致する共振点（ω＝ｆ）において、上記数式６は
【００４４】
【数７】δ＝Ｑδｓｔ
のように表される。従って、共振点において、振幅δすなわち変化量ｘは静的変位δｓｔのＱ倍（図２ではｎ倍）の変位量を示すこととなる。ここで、共振倍率Ｑは、ダンピング係数ｃと数式４の関係にある。従って、可動電極１が可動電極１と固定電極２との対向面に沿う方向に変位すれば、対向面にはスライドダンピングが生じるため、ダンピング係数ｃが小さくなり、共振倍率Ｑを大きくすることができる。そして、数式３に示される変位量ｘが増大し、数式１に示される容量変化ΔＣを大きくすることができるので、センサ感度を向上できる。
【００４５】
次に、本実施の形態の容量式加速度センサの構造について、図３を用いて説明する。尚、図３（ａ）は、センサ部の平面図、図３（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面における断面図、図３（ｃ）は（ａ）の破線で囲まれた部分の拡大図である。
【００４６】
容量式加速度センサは、図３（ａ），（ｂ）に示すように、例えば単結晶シリコンからなる第１半導体層３と第２半導体層４との間に、犠牲層としての例えば酸化シリコンからなる絶縁層５が形成されてなるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ＯｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）基板６に対して、半導体製造技術を利用した周知のマイクロマシニング技術を用いて、センサ部７を形成することにより構成される。尚、本発明における半導体基板とは第１半導体層３を意味する。
【００４７】
センサ部７は、第２半導体層４から形成された可動部８と一対の固定部９，１０から構成されており、可動部８、及び固定部９，１０の間には所定の間隙が設けられ、相互に絶縁されている。
【００４８】
可動部８は、可動電極１ａ，１ｂ、錘部１１、ばね部１２、可動部アンカ１３、及び可動電極用パッド１４から構成されている。可動電極１ａ，１ｂは、図３（ａ）の矢印で示される加速度の印加方向に沿うように錘部１１の両側面から突出して一体形成され、例えば図３（ａ）で示すように、夫々の側面に１０個ずつ設けられる。ばね部１２は、加速度が作用する質量部としての錘部１１と第１半導体層３と絶縁層５を介して接続する可動部アンカ１３とを連結する両端固定梁であり、加速度の印加方向に対して垂直方向に形成されている。尚、本実施の形態においては、４本のばね部１２が形成されている。
【００４９】
ここで、可動電極１ａ，１ｂ、錘部１１、及びばね部１２が形成される領域は、第１半導体層３及び絶縁層５が選択的エッチングにより除去され、第２半導体層４の裏面が露出した状態となっている。また、錘部１１に連結したばね部１２は、加速度の印加方向に沿って変位するばね機能を有しているため、容量式加速度センサが図３（ａ）中の矢印方向の成分を含む加速度を受けると、錘部１１及び可動電極１ａ，１ｂを矢印方向に変位させると共に、加速度の消失により元の位置に戻すことができる。
【００５０】
また、可動部８は、印加される加速度の振動周波数を受けて、共振するように形成されている。可動部８の共振周波数ｆＨ（半導体基板１に水平方向）は次式で示される。
【００５１】
【数８】
ここで、Ｅ：ヤング率（１７０ＧＰａ）、ｂ：ばね部１２の幅、Ｓ：錘部１１の半導体基板１に水平方向の面積（上面の面積）、ρ：密度（２３３０ｋｇ／ｍ３）、ｌ：ばね部１２の長さである。従って、可動部８の共振周波数ｆＨが、印加される加速度の振動周波数とほぼ一致するように、数式８の関係を満たした可動部８を形成することにより、可動部８の変位を共振現象により増幅することができる。
【００５３】
また、可動部８における一方の可動部アンカ１３の所定の位置に、Ｃ−Ｖ変換回路に接続される可動電極用パッド１４が連結形成されている。
【００５４】
固定部９，１０は、固定電極２ａ，２ｂ、及び固定電極用パッド１５ａ、１５ｂをその表面の所定の位置に形成したアンカ部１６ａ，１６ｂからなる。固定部アンカ１６ａ，１６ｂは錘部１１と平行に配置され、当該固定部アンカ１６ａ，１６ｂから延びる固定電極２ａ，２ｂは、錘部１１の両側面から略垂直に突出する可動電極１ａ，１ｂに対して、夫々所定の検出間隔（間隙）を有し平行した状態で対向配置される。また、固定部アンカ１６ａ，１６ｂは、絶縁層５を介して第１半導体層３上に固定されている。そして、固定電極２ａ，２ｂは例えば可動電極１ａ，１ｂ同様、選択的エッチングにより第２半導体層４の裏面が露出し、固定部アンカ１６ａ，１６ｂに片持ち支持されている。尚、本実施の形態では、図３（ａ）で示すように可動電極１ａ，１ｂと同数の片側１０本ずつの固定電極２ａ，２ｂが設けられており、可動電極１ａと固定電極２ａにより構成される部位を第１検出部１７、可動電極１ｂと固定電極２ｂとにより構成される部位を第２検出部１８とする。
【００５５】
また、固定部アンカ１６ａ，１６ｂの所定の位置には、Ｃ−Ｖ変換回路に接続される固定電極用パッド１５ａ，１５ｂが形成されている。尚、本実施の形態において、可動電極１ａ，１ｂ、及び固定電極２ａ，２ｂの本数が第１検出部１７、及び第２検出部１８において各１０本の例を示したが、１０本に限定されるものではない。
【００５６】
上記のように構成された容量式加速度センサにおいて、可動電極１ａ，固定電極２ａからなる第１検出部１７の静電容量の総和をＣＳ１とし、可動電極１ｂ，固定電極２ｂからなる第２検出部１８の静電容量の総和をＣＳ２とすると、加速度が印加されていない状態で静電容量の差ΔＣ（＝ＣＳ１−ＣＳ２）が略０となるように、各電極１ａ，２ａ、及び１ｂ，２ｂが配置されている。可動部８が検出方向である矢印方向の加速度を受けると、錘部１１が矢印方向に変位し、それに伴って可動電極１ａ，１ｂも変位する。
【００５７】
ここで、図３（ｃ）に示されるように、両電極１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂの対向面には対向面の略垂直方向に凹凸部１９，２０が形成されている。そして、可動電極１ａ，１ｂの凸部１９ａに対して固定電極２ａ，２ｂの凸部２０ａが対向配置されている。従って、可動電極１ａ，１ｂが変位すると、両凸部１９ａ，２０ａ間に生じている静電容量も変化することとなる。従って、第１検出部１７おける静電容量の変化ΔＣＳ１と、第２検出部１８における静電容量の変化ΔＣＳ２との両値の絶対値の和をＣ−Ｖ変換回路にて電圧の変化として検出することで、印加された加速度を検出することができる。尚、凹凸部１９，２０の詳細については後述する。また、図３（ａ）においては、便宜上、凹凸部１９，２０の記載が省略されている。
【００５８】
次に、本実施の形態における容量式加速度センサの製造方法の概略を、図４（ａ）〜（ｄ）に示す工程別断面図を用いて説明する。尚、図４は図３のＢ−Ｂ断面における断面図であるが、便宜上、可動電極１ｂ、及び固定電極２ｂを一本の電極として示す。
【００５９】
図４（ａ）に示すように、ＳＯＩ基板６の表面にシリコン酸化膜２１を形成し、固定電極用パッド１５ｂを形成するためのコンタクトホール２２を形成する。
【００６０】
コンタクトホール２２形成後、図４（ｂ）に示すように、コンタクトホール２２に対してＡｌを成膜し、固定電極用パッド１５ｂを形成する。
【００６１】
次いで、図４（ｃ）に示すように、固定電極用パッド１５ｂを含めたＳＯＩ基板６表面に、所定パターンを有するシリコン酸化膜２３を形成し、当該シリコン酸化膜２３をマスクとしてＳＯＩ基板６表面から絶縁層５表面（第２半導体層４側）までエッチングを行う。尚、図４（ｃ），（ｄ）においては、便宜上、固定部アンカ１６ｂと可動電極１ｂ、固定電極２ｂの両端との境界部分のみエッチングされた構造を示すが、実際には、可動電極１ｂと固定電極２ｂ間もエッチングされる。また、ＳＯＩ基板６の裏面側に、所定パターンのシリコン酸化膜２４を形成する。
【００６２】
そして、裏面のシリコン酸化膜２４をマスクにして、アルカリ性の例えばＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）溶液により、ＳＯＩ基板６の絶縁層５表面（第１半導体層３側）まで異方性エッチングを行う。続いて、ＨＦ（フッ酸）水溶液により、絶縁層５の除去と、ＳＯＩ基板６表面のシリコン酸化膜２１，２３，２４の除去を行い、上述の構造を有する容量式加速度センサが形成される。
【００６３】
次に、図５を用い、両電極１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂの凹凸部１９，２０と、当該凹凸部１９，２０の配置構造について説明する。尚、図５（ａ）〜（ｃ）は、図３（ａ）の破線で囲まれた部分に対応している。
【００６４】
図５（ａ）に示されるように、可動電極１ｂ、及び固定電極２ｂには、対向面から略垂直方向に夫々凹凸部１９，２０が形成されている。尚、図５（ａ）においては、各電極に付き８個の凸部が形成される例を示す。このとき、加速度が印加されない状態で、可動電極１ｂの凸部１９ａ，凹部１９ｂに対して、固定電極２ｂの凸部２０ａ，凹部２０ｂが対向するように配置されている。すなわち、可動電極１ｂの凸部１９ａと固定電極２ｂの凸部２０ａとを電極として容量が形成されることとなる。従って、加速度が白抜き矢印方向に印加されると、可動電極１ｂが両電極１ｂ，２ｂの対向面に沿って変位し、夫々の対向する凸部１９ａ，２０ａ間において、容量変化が生じる。１対の凸部１９ａ，２０ａにつき、容量がΔＣ変化するとすると、図５（ａ）においては、８×ΔＣの容量変化が生じることとなる。
【００６５】
従って、可動電極１ｂと固定電極２ｂとの対向面に、複数の凹凸部１９，２０を形成すると、可動電極１ｂの変位によって、対向する凸部１９ａ，２０ａの個数分、容量変化が増幅されることとなり、センサ感度を向上することができる。尚、第１検出部１７側の可動電極１ａ，固定電極２ａにおいても、上述と同様の凹凸部１９，２０が形成される。また、凸部１９ａ，２０ａの個数は、８個に限定されないことは言うまでも無い。
【００６６】
次に、上述の凹凸部１９，２０が形成される容量式加速度センサにおいて、両電極１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂの配置（凸部１９ａ，２０ａの配置）を、図５（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。
【００６７】
先ず、図５（ａ）に示されるように、加速度が印加されない状態で、可動電極１ｂの凸部１９ａと固定電極の凸部２０ａとが、完全に対向配置される場合を考える。
【００６８】
この場合、図５（ａ）に示すように、凸部１９ａ，２０ａの対向面の変位方向（図５（ａ）の白抜き矢印方向）の長さをＬ１、凹部１９ｂ，２０ｂの変位方向の長さをＬ２、対向する凸部１９ａ，２０ａ間の距離をｄ、凹部１９ｂ，２０ｂの深さをｇ、加速度の印加による可動部８の最大変位量をＸｍａｘとすると、次式に示される関係を満たすように、凹凸部１９，２０が形成されると良い。
【００６９】
【数９】Ｌ１≧Ｌ２
【００７０】
【数１０】Ｌ２≧２Ｘｍａｘ
【００７１】
【数１１】ｇ≧ｄ
凹凸部１９，２０が数式９の関係を満たすと、凸部１９ａ，２０ａの長さＬ１を一定としたときに、可動電極１ｂと固定電極２ｂにおける対向面に、より多くの凸部１９ａ，２０ａを設けることができる。すなわち、凸部１９ａ，２０ａ間の初期容量をある程度確保した状態で、より大きな容量変化を得ることができる。
【００７２】
凹凸部１９，２０が数式１０の関係を満たすと、可動部８が最大変位量Ｘｍａｘ変位したとしても、可動電極１ｂの凸部１９ａが、初期状態で対向していた固定電極２ｂの凸部２０ａに隣接する凹部２０ｂの中間点を超えることは無い。従って、容量変化と可動部８の変位量との関係を、単調増加若しくは単調減少とすることができる。
【００７３】
凹凸部１９，２０が数式１１の関係を満たすと、可動電極１ｂの凸部１９ａと固定電極２ｂの凹部２０ｂとの対向面間の距離が、可動電極１ｂの凸部１９ａと固定電極２ｂの凸部２０ａとの間の対向面間の距離の２倍以上の長さとなる。このとき、凸部間１９ａ，２０ａに形成される容量に対して、凸部１９ａ及び凹部２０ｂ間に形成される容量が微小なものとなる。従って、可動電極１ｂが変位しても、凸部１９ａ及び凹部２０ｂ間に形成される容量の影響をほぼ無視できるので、容量変化が大きくなり、センサ感度が向上する。
【００７４】
次に、図５（ｂ）を用いて、加速度が印加されていない状態で、可動電極１ｂの凸部１９ａに対し、固定電極２ｂの凸部２０ａの一部が対向するように配置される場合を説明する。
【００７５】
加速度が印加されていない初期状態から可動電極１ｂが変位（白抜き矢印の方向）すると、図５（ａ）の場合、どちらの方向に変位が起こっても凸部１９ａ，２０ａの対向面が減少するため容量が減少する。ここで、加速度が印加されない状態において、図５（ｂ）に示すように、可動電極１ｂの凸部１９ａに対し、固定電極２ｂの凸部２０ａの一部のみが対向するように配置した。この場合、初期状態に対して、凸部１９ａ，２０ａの対向面が増加する方向に変位すれば容量が増加し、凸部１９ａ，２０ａの対向面が減少する方向に変位すれば容量が減少する。従って、初期状態からの容量の増減により、加速度の向きを特定することができる。
【００７６】
また、変位方向における凸部１９ａ，２０ａの対向面の長さは、変位方向における凸部１９ａ，２０ａの長さＬ１の略半分であることが好ましい。この場合、可動部８がどちらの方向に変位しても、初期状態を中心として同程度の変位量の間、容量変化は単調減少、或いは単調増加となる。従って、振動の検出に適している。
【００７７】
さらに、この際、可動電極１ｂの最大変位量Ｘｍａｘが、凸部１９ａ，２０ａの略半分の長さ以下であると良い。この場合、凸部１９ａ，２０ａの対向面が増加する方向に可動部８が最大変位した状態で、可動電極１ｂの凸部１９ａと固定電極２ｂの２０ａが完全に対向した状態となる。従って、可動部８の変位に対して、容量変化を単調減少或いは単調増加とすることができる。
【００７８】
最後に、図５（ｃ）を用いて、加速度が印加されていない状態で、可動電極１ｂの凸部１９ａに対し、固定電極２ｂの凸部２０ａが対向しないように配置される場合の説明する。
【００７９】
この場合、図５（ｃ）に示すように、可動電極１ｂの凸部１９ａに対して、固定電極２ｂの凹部２０ｂが対向するように配置され、且つ、当該凸部１９ａの一方の側面の延長線上に、固定電極１ｂの凸部２０ａの一方の側面が重なるように形成されると良い。このとき、加速度が印加されていない初期状態に対し、凸部１９ａ，２０ａ同士が対向する方向（対向面が増加する方向）に可動部８が変位すれば容量が増加し、可動電極１ｂの凸部１９ａが固定電極２ｂの凸部２０ａから離れる方向に可動部８が変位すれば僅かながら容量が減少する。従って、初期状態に対する容量の変化から、加速度の向きを特定することができる。
【００８０】
さらに、このとき、図５（ｃ）に示すように、変位方向おける凹部１９ｂ，２０ｂの長さＬ２から変位方向における凸部１９ａ，２０ａの長さＬ１を引いた長さが、可動部８の最大変位量Ｘｍａｘの２倍以上であると良い。そうすれば、容量変化がほぼ単調増加或いは単調減少となる。しかしながら、上述の場合、可動電極１ｂの凸部１９ａが固定電極２ｂの凸部２０ａから離れる方向へＸｍａｘ変位すると、可動電極１ｂの凸部の中間点と、固定電極２ｂの凹部の中間点がほぼ同一線上に重なるように配置されることとなる。従って、可動電極１ｂの凸部１９ａは、初期状態において近接していた固定電極２ｂの凸部２０ａに隣接する凸部２０ａからも僅かながら影響を受けることとなる。
【００８１】
従って、より好ましくは、凸部１９ａ，２０ａの長さＬ１に可動部８の最大変位量Ｘｍａｘを足した長さが、凹部１９ｂ，２０ｂの長さＬ２の半分以下の長さとなるように構成されると良い。この場合、可動部８が最大量変位しても、可動電極１ｂの凸部１９ａは固定電極２ｂの凹部２０ｂの中間点を超えることが無い。従って、容量変化と可動部８の変位との関係がほぼ単調増加或いは単調減少となる。尚、図５（ａ）〜（ｃ）の凹凸部１９，２０の配置の説明において、第２検出部１８側のみ用いたが、第１検出部１７についても同様である。
【００８２】
以上、本実施の形態における容量式加速度センサは、可動部８が検出すべき加速度の振動周波数において共振するように形成されており、当該可動部８はスライドダンピングの影響を受ける方向に変位する。従って、共振倍率Ｑが増大することで可動部８の変位量が増大するので、容量変化が増大しセンサ感度を向上できる。
【００８３】
また、可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂとの対向面に複数の凹凸部１８，１９を設けたので、当該凹凸部１９，２０において対となる凸部１９ａ，２０ａの個数分、容量変化が増大し、センサ感度を向上できる。
【００８４】
また、凹凸部１９，２０の形状については、可動電極１ａ，１ｂ及び固定電極２ａ，２ｂにおいて同一ピッチで形成されればどのような形状でも良く、例えば矩形、半円、及び三角形のいずれかの形状から形成されると良い。従って、同一ピッチで形成されていれば、凸部１９ａ，２０ａ、及び凹部１９ｂ，２０ｂの１個毎に形状を変えても良い。しかしながら、より大きな容量変化を得るという点と加工の容易さの点から、全ての電極１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂにおいて、同一形状を有する複数の凹凸部１９，２０が、同一ピッチで形成されることが好ましい。
【００８５】
また、異なる加速度の振動周波数に対して、夫々共振するような複数の可動部８を備えるセンサ部７を、１つの半導体基板３上に形成しても良い。これにより、例えば、検出すべき加速度が、所定の周波数領域に渡る場合、その周波数領域内の異なる加速度の振動周波数に対して、夫々共振する可動部８を形成しておけば、所定の周波数領域の全域に渡って、好適に加速度を検出することができる。
【００８６】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態を図６、及び図７に基づいて説明する。
【００８７】
第２の実施の形態における容量式加速度センサは、第１の実施の形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。
【００８８】
第２の実施の形態において、第１の実施の形態と異なる点は、可動部８が可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂとの対向面に対して垂直方向に変位する構造の共振型の容量式加速度センサにおいて、センサ感度の向上を図った点である。
【００８９】
可動部８が可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂとの対向面に対して垂直な方向に変位する場合、第１の実施の形態において記載したように、対向面間にはスクイーズダンピングが働く。しかしながら、可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂとの対向面の長さが対向面の高さよりも長いような従来構造の容量式加速度センサにおいては、スクイーズダンピングの影響により、微小な加速度の検出が困難であった。そこで、下記のレイノルズ方程式を用い、１本の可動電極１ａ，１ｂに対して、１本の固定電極２ａ，２ｂを対向配置させた平行平板モデルにおいて、対向面の形状とスクイーズダンピング係数Ｃｓｑとの関係について検討した。
【００９０】
【数１２】
尚、数式１２におけるβ、μｅｆｆ、Ａ、ｃは次式の通りである。
【００９２】
【数１３】
【数１４】
【数１５】Ａ＝Ｌｈ
【００９５】
【数１６】ｃ＝Ｌ／ｈ
ここで、ｐｏ：圧力（大気圧１．０１３Ｅ＋５Ｐａ）、μ：粘性係数（１．８２Ｅ−５Ｐａ・ｓ）、λ：平均自由工程（６．５１５Ｅ−８ｍ）、ｄ：電極間距離（４μｍ）、Ｌ：可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂとの対向面の長さ（錘部１１からの可動電極１ａ，１ｂの延伸方向の長さ）、ｈ：可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂとの対向面の高さ、ω：振動周波数である。尚、一例として、振動周波数ωは、可動部８の共振周波数２ｋＨｚとした。
【００９６】
図６は、対向面形状（対向面長さＬ／対向面厚さｈ）に対するダンピング係数Ｃｓｑの変化を示す図であり、対向面形状に対する容量変化ΔＣも併せて記載した。尚、図６において、対向面の面積は一定とした。
【００９７】
図６に示されるように、ダンピング係数Ｃｓｑは、対向面における長さＬと高さｈがほぼ等しい略正方形の際に最大となる。そして、対向面の形状が、長さＬ及び高さｈの一方が長く、他方が短くなるにつれてダンピング係数Ｃｓｑは減少する。すなわち、同じ初期容量（電極面積）を有す対向面の形状であるのなら、対向面の周囲の長さを長くした方がスクイーズダンピングが小さくなる。
【００９８】
ここで、対向面の高さｈが増大する方向に対向面の形状を変化させると、容量変化ΔＣが増大した。可動電極１ａ，１ｂは、半導体基板３表面に直交する錘部１１の側面から延伸しており、可動電極１ａ，１ｂの高さは錘部１１の高さ（側面の長さ）と略同等に形成される。従って、対向面の形状が縦長（高さが長い）の形状、換言すれば可動電極１ａ，１ｂの高さが高くなると、それに対応して錘部１１の高さも高くなる。錘部１１の高さが増すと、それに応じて錘部１１の質量ｍが増加するので、第１の実施の形態の数式４に記載した関係から、共振倍率Ｑが増大し、可動部８の変位量ｘが増大するので、容量変化ΔＣが増大するのである。
【００９９】
以上より、本実施の形態における容量式加速度センサについて、センサ部７の斜視図を図７に示す。本実施の形態における容量式加速度センサは、矢印方向の加速度の印加を受けて、可動部８が可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂとの対向面に対して垂直方向に変位する。しかしながら、可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂとの対向面の形状が縦長の四角形状、換言すれば、可動電極１ａ，１ｂ及び固定電極２ａ，２ｂの高さが高く、長さが短く形成されているので、スクイーズダンピング係数Ｃｓｑを低く抑えることができる。また、錘部１１の高さが、可動電極１ａ，１ｂの高さと同等であるため、錘部１１の質量が増加する。
【０１００】
従って、以上の２点により、共振倍率Ｑが増大し、共振点における可動部８の変位量が増幅されるので、本実施の形態における容量式加速度センサは、大きな容量変化ΔＣを得ることができ、微小な加速度を検出することができる。
【０１０１】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態を図８〜図１０に基づいて説明する。
【０１０２】
第３の実施の形態における容量式加速度センサは、第１の実施の形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。
【０１０３】
第３の実施の形態において、第１の実施の形態と異なる点は、可動電極と固定電極との対向面を、加速度の印加方向に対して０°より大きく９０°より小さい範囲内の所定の角度をもって形成した点である。
【０１０４】
従来、容量式加速度センサにおいては、可動部８の変位方向は、可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂとの対向面に対して垂直方向か、或いは対向面に沿う方向への変位であった。換言すれば、可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂとの対向面が、加速度の印加方向に対して垂直か、或いは印加方向に沿う方向に形成されていた。
【０１０５】
ここで、加速度の印加方向に対する可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂとの対向面の配置を変えたときの、容量変化の比較を図８（ａ）〜（ｃ）に示す。尚、図８（ａ）〜（ｃ）は、一対の可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂとの対向面間における容量形成域を示したものである。尚、ここで言う容量形成域とは、可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂとの対向面における可動電極１ａ，１ｂの錘部１１からの延伸方向の長さ（以下対向面の長さと言う）と、対向面間の距離を２辺として形成される四角形の部分を言う。また、図８（ａ）〜（ｃ）において、加速度が印加されない初期状態は、可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂとの対向面の長さと、対向面間の距離を共にＬとし、その際の初期容量をＣとした。そして、初期状態から夫々白抜き矢印で示される方向に可動電極１ａ，１ｂが０．１Ｌ変位するものとした。
【０１０６】
先ず、図８（ａ）に示すように、加速度の印加方向に対して可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂとの対向面が垂直となるように形成された場合、可動電極１ａ，１ｂが白抜き矢印方向に０．１Ｌ変位する。従って、可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂの電極間距離が０．９Ｌとなり、変位後の容量は１．１１１Ｃとなる。
【０１０７】
次いで、図８（ｂ）に示すように、加速度の印加方向に対して可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂとの対向面が沿うように形成された場合、可動電極１ａ，１ｂは白抜き矢印方向に０．１Ｌ変位する。従って、可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂの対向面の長さが１．１Ｌとなるので、変位後の容量は１．１Ｃとなる。
【０１０８】
さらに、図８（ｃ）に示すように、加速度の印加方向に対して可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂとの対向面が４５°傾いて変位するように形成される場合を考えてみる。このとき、可動電極１ａ，１ｂが矢印方向に０．１Ｌ変位すると、可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂの電極間距離が０．９３Ｌとなり、可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂの対向面の長さが１．０７Ｌとなる。従って、変位後の容量は１．１５Ｃとなる。
【０１０９】
以上より、可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂとの対向面が、加速度の印加方向に沿う方向、或いは垂直な方向に形成されるのではなく、図９に示されるように、加速度の印加方向（白抜き矢印）に対して０°より大きく９０°より小さい範囲内の所定の角度（以下傾斜角度という）を持つように、可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂとが形成されると良いことが判明した。尚、図９は、本実施の形態における容量式加速度センサのセンサ部７の平面図である。
【０１１０】
次に、加速度の印加方向に対する対向面の傾斜角度と容量変化との関係より詳細に検討することとした。具体的には、加速度が印加されない状態における容量形成域の形状を、２辺がともに長さＬの正方形、対向面の長さを１／２Ｌ、対向面間の距離をＬとした長方形（以下１／２Ｌ×Ｌ長方形）、及び対向面の長さを２Ｌ、対向面間の距離をＬとした長方形（以下２Ｌ×Ｌ長方形）の３水準とし、可動部８が傾斜角度θ方向に０．１Ｌ変位した際の容量変化を図１０に示した。尚、図１０における３本の破線は、可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂとの対向面が、上述の３つの容量形成域を有した場合において、可動部８が対向面に沿う方向及び垂直な方向に０．１Ｌ変位した際の大きい方の値を示したものである。容量変化値が大きい側から、２Ｌ×Ｌ長方形において対向面に垂直方向に０．１Ｌ変位した値、正方形において対向面に垂直方向に０．１Ｌ変位した値、１／２Ｌ×Ｌ長方形において対向面に沿った方向に０．１Ｌ変位した値を示す。
【０１１１】
図１０に示すように、いずれの容量形成域形状においても、従来構造の容量式加速度センサにおける容量変化値を示す破線よりも容量変化が増加する傾斜角度θが存在した。容量形成域が長方形の場合は、長方形を構成する２辺の長さの内、短い辺方向への変位ができるだけ大きくなるような傾斜角度において、容量変化が従来よりも増加した。特に、容量形成域が略正方形からなる場合には、傾斜角度のほぼ全域で従来よりも容量変化が増加し、さらに略４５°の傾斜角度において従来構造との容量変化差が極大となった。
【０１１２】
以上より、可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂとの対向面が、加速度の印加方向に対して０°〜９０°の範囲内における所定の角度をもつように、可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂとを形成すると、従来よりも容量変化を大きくすることができる。従ってセンサ感度を向上させることができる。
【０１１３】
さらに、可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂの容量形成域の形状が略正方形であると、傾斜角度を幅広く設定できる。さらに、その角度が略４５°であると容量変化を最も大きくすることができるので、よりセンサ感度を向上できる。
【０１１４】
また、本実施の形態においても、両電極１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂの容量形成域を構成する対向面に、凹凸部１９，２０を形成すると良い。一定のピッチを有する複数の凹凸部１９，２０が両電極１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂの対向面に形成されれば、対となる凸部１９ａ，２０ａの個数分、容量変化が増大することとなり、センサ感度を向上できる。
【０１１５】
その際、加速度が印加されない初期状態において、可動電極１ａ，１ｂの凸部１９ａと固定電極２ａ，２ｂの凸部２０ａとは、一部のみが対向するように配置されると良い。このように配置されると、加速度が印加された際、対向面が増加する方向に可動部８が変位すると、容量が増加し、対向面が減少する方向に変位すると容量が減少することとなる。従って、初期容量に対する容量の増減から加速度の向きを特定することができる。
【０１１６】
さらに、可動電極１ａ，１ｂの凸部１９ａと固定電極２ａ，２ｂの凸部２０ａとの間の対向面においても、上述の可動電極１ａ，１ｂと固定電極２ａ，２ｂとの対向面で述べた特徴を利用できる。すなわち、加速度の印加方向に対して両凸部１９ａ，２０ａの対向面が０°より大きく９０°より小さい範囲内の所定の傾斜角度を有すと、従来よりも容量変化を増加させることができる。さらに、両凸部１９ａ，２０ａの対向面間の容量形成域が略正方形であり、さらに加速度の印加方向に対する対向面の傾斜角度が４５°であると、より大きな容量変化を得ることができる。特に、凹凸部１９，２０の場合は、容量を形成する対となる凸部１９ａ，２０ａの個数分、容量変化の増大が見込めるのでより好ましい。
【０１１７】
尚、第３の実施の形態における容量式加速度センサは、共振現象を利用する共振型の容量式加速度センサに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】ダンピングを説明補足図である。
【図２】共振現象の説明補足図である。
【図３】第１実施形態における容量式加速度センサのセンサ部を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面における断面図、（ｃ）は（ａ）の破線で囲まれた部分の拡大図である。
【図４】容量式加速度センサの製造工程を示す工程別断面図である。
【図５】図３（ａ）の破線で囲まれた部分を拡大図であり、両電極の凹凸部の配置の説明補足図である。
【図６】第２の実施の形態において、対向面形状とダンピング係数、及び容量変化の関係を示す図である。
【図７】容量式加速度センサのセンサ部の斜視図である。
【図８】第３の実施の形態の説明補足図である。
【図９】容量式加速度センサのセンサ部の平面図である。
【図１０】容量形成域の形状による変位角度と容量変化の関係を示す図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ・・・可動電極、２，２ａ，２ｂ・・・固定電極、８・・・可動部、１１・・錘部、１２・・・ばね部、１９ａ・・・凸部（可動電極）、１９ｂ・・・凹部（可動電極）、２０ａ・・・凸部（可動電極）、２０ｂ・・・凹部（固定電極）
Claims (21)
- ばね部を介して半導体基板に支持され、検出対象となる加速度の印加に応じて変位する錘部と、当該錘部と一体に形成された可動電極とからなる可動部と、前記可動電極と対向するように前記半導体基板に支持される固定電極とを備え、
前記加速度の印加に応じて、前記可動部が前記可動電極と前記固定電極との対向面に沿う方向に変位したときの、前記可動電極と前記固定電極間の静電容量の変化から前記加速度を検出する容量式加速度センサであって、
前記可動電極と前記固定電極との対向面において、両電極に複数の凹凸部を形成するとともに、検出すべき加速度の振動周波数において、前記可動部が共振するように前記可動部を形成することにより、前記静電容量の変化量を増大させたことを特徴とする容量式加速度センサ。 - 前記可動部は、異なる加速度の振動周波数において、それぞれ共振する複数の可動部を備え、所定の周波数領域に属する振動周波数を持った加速度を検出することを特徴とする請求項１に記載の容量式加速度センサ。
- 前記加速度が印加されない状態で、前記可動電極と前記固定電極との前記凹凸部における凸部同士が対向するように配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の容量式加速度センサ。
- 前記凹凸部において、前記凸部における前記変位方向の長さが、前記凹部における前記変位方向の長さ以上であることを特徴とする請求項３に記載の容量式加速度センサ。
- 前記凹凸部において、前記凹部における前記変位方向の長さは、前記可動部の最大変位量の２倍以上であることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の容量式加速度センサ。
- 前記凹部の深さは、対向する前記凸部間の距離以上の長さであることを特徴とする請求項３〜５いずれか１項に記載の容量式加速度センサ。
- 前記加速度が印加されない状態で、前記可動電極の凸部に対して、前記固定電極の凸部の一部が対向するように配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の容量式加速度センサ。
- 前記可動電極の凸部に対して、前記固定電極の凸部の略半分が対向するように配置されることを特徴とする請求項７に記載の容量式加速度センサ。
- 前記凸部の前記変位方向における長さの半分が、前記可動部の最大変位量以上であることを特徴とする請求項８に記載の容量式力学量センサ。
- 前記加速度が印加されていない状態で、前記両電極の一方の凸部に対して、他方の凹部が対向し、且つ当該凸部の一方の側面の延長線上に他方の凸部の一方の側面が重なるように配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の容量式加速度センサ。
- 前記変位方向において、前記凹部の長さから前記凸部の長さを引いた長さが、前記可動部の最大変位量の２倍以上であることを特徴とする請求項１０に記載の容量式加速度センサ。
- 前記変位方向において、前記凹部の長さから前記凸部の２倍の長さを引いた長さが、前記可動部の最大変位量の２倍以上であることを特徴とする請求項１０に記載の容量式加速度センサ。
- 前記凹凸部は、矩形、半円、及び三角形のいずれかの形状からなり、且つ、前記両電極において同一ピッチで形成されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の容量式加速度センサ。
- ばね部を介して半導体基板に支持され、検出対象となる加速度の印加に応じて変位する錘部と、当該錘部と一体に形成された可動電極とからなる可動部と、前記可動電極と対向するように前記半導体基板に支持される固定電極とを備え、
前記加速度の印加に応じて、前記可動部が前記可動電極と前記固定電極との対向面に対して垂直方向に変位したときの、前記可動電極と前記固定電極間の静電容量の変化から前記加速度を検出する容量式加速度センサであって、
前記可動電極は、前記半導体基板表面と直交する前記錘部の側面から延伸し、前記可動電極の高さは、前記錘部の高さと略同一であり、且つ、前記可動電極と前記固定電極との対向面における前記可動電極の延伸方向の長さが、当該対向面における高さよりも短く設定されており、さらに検出すべき加速度の振動周波数において、前記可動部が共振するように前記可動部を形成することにより、前記静電容量の変化量を増大させたことを特徴とする容量式加速度センサ。 - ばね部を介して半導体基板に支持され、検出対象となる加速度の印加に応じて変位する錘部と、当該錘部から延伸しつつ一体に形成された可動電極とからなる可動部と、前記可動電極と対向するように前記半導体基板に支持される固定電極とを備え、
前記加速度の印加に応じて、前記可動部が変位したときの前記可動電極と前記固定電極間の静電容量の変化から、前記加速度を検出する容量式加速度センサであって、
前記可動電極と前記固定電極との対向面が、前記加速度の印加方向に対して０°よりも大きく、且つ９０°よりも小さい範囲内において所定の角度を持つように前記可動電極及び前記固定電極が形成されることを特徴とする容量式加速度センサ。 - 前記加速度が印加されない状態で、前記両電極の対向面間には、前記対向面間の距離と前記対向面における前記可動電極の延伸方向の長さとを２辺とした略正方形が形成されることを特徴とする請求項１５に記載の容量式加速度センサ。
- 前記可動電極と前記固定電極との対向面が、前記加速度の印加方向に対して略４５度の角度をもって形成されることを特徴とする請求項１６に記載の容量式加速度センサ。
- 前記可動電極及び前記固定電極の両対向面に、所定のピッチをもった複数の凹凸部が形成され、前記可動電極及び前記固定電極における前記凹凸部の凸部同士が対向するように配置されることを特徴とする請求項１５〜１７いずれか１項に記載の容量式力学量センサ。
- 前記加速度が印加されない状態で、前記可動電極の凸部に対し、前記固定電極の凸部の一部が対向するように配置されることを特徴とする請求項１８に記載の容量式加速度センサ。
- 前記加速度が印加されない状態で、前記可動電極の凸部と前記固定電極の凸部との対向面間には、前記対向面間の距離と前記対向面における前記可動電極の前記錘部からの延伸方向の長さとを２辺とした略正方形が形成されることを特徴とする請求項１８又は請求項１９に記載の容量式力学量センサ。
- 前記可動電極の凸部と前記固定電極の凸部との対向面が、前記加速度の印加方向に対して略４５度の角度をもって形成されることを特徴とする請求項２０に記載の容量式加速度センサ。
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