JP2010122028A - 物理量センサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 特に、従来に比べて簡単な構成で検知精度を向上させることが可能な物理量センサ及びその製造方法を提供することを目的としている。
【解決手段】 高さ方向に移動可能に支持された可動部と、前記可動部の変位を静電容量変化に基づき検知するための第１検知部及び第２検知部と、を有しており、前記第１検知部及び第２検知部は共に平面的に交互に並設された可動電極と固定電極とで構成され、前記可動電極は前記可動部に一体に形成され、前記固定電極は前記可動電極とは分離して形成されており、例えば、前記第１検知部を構成する第１可動電極４７ａが、前記第１検知部を構成する第１固定電極５１ａに対して、及び、前記第２検知部を構成する第２固定電極５３ａが、前記第２検知部を構成する第２可動電極４７ｂに対して、共に、上方向に反らされている。
【選択図】図４

Description

本発明は、ＭＥＭＳ（微小電気機械システム：Micro ElectroMechanical System）技術を用いて形成された加速度センサ等の物理量センサに関する。

ＳＯＩ基板を用いて形成された例えば加速度センサは、一方の基板に、加速度を受けて変位する可動部、及び可動部の変位を測定するための検知部等が設けられる。

下記の特許文献には、高さ方向への加速度の検知を可能とするために、前記検知部を構成する可動電極自体及び固定電極自体の膜厚（高さ方向への長さ）を異ならせた構成が開示されている（例えば特許文献１の図２や、特許文献２の図３参照）。

これら特許文献では、可動電極及び固定電極の電極幅を異ならせ、エッチング速度差等を利用して、可動電極及び固定電極の膜厚を異ならせている。

しかしながら、一方の電極幅を他方に比べて大きくすれば、検知部の形成領域が広がり、センサの小型化に寄与できない。また、電極幅の差が小さければ、それだけ電極自体の膜厚差も小さくなり検知精度を向上させることができない。しかも、特許文献のように、電極幅を可動電極と固定電極とで変え、エッチング速度差等を利用する製造方法では、例えば特許文献１の図１２Ｂから図１２Ｃに至るリリース工程の精度を出すのが非常に難しいものと思われる。すなわち特許文献の製造方法では、所望の形状の可動電極及び固定電極を高精度に製造できないものと推測される。
特開２００６−２６６８７３号公報 特開２００３−０１４７７８号公報

そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、従来に比べて簡単な構成で検知精度を向上させることが可能な物理量センサ及びその製造方法を提供することを目的としている。

本発明の物理量センサは、
高さ方向に移動可能に支持された可動部と、前記可動部の変位を静電容量変化に基づき検知するための第１検知部及び第２検知部と、を有しており、
前記第１検知部及び第２検知部は共に平面的に交互に並設された可動電極と固定電極とで構成され、前記可動電極は前記可動部に一体に形成され、前記固定電極は前記可動電極とは分離して形成されており、
前記第１検知部を構成する第１可動電極が、前記第１検知部を構成する第１固定電極に対して、及び、前記第２検知部を構成する第２固定電極が、前記第２検知部を構成する第２可動電極に対して、共に、下方向あるいは上方向に反らされていることを特徴とするものである。

これにより本発明では、可動部が高さ方向に移動する構造の物理量センサにおいて、従来に比べて簡単な構成で、高い検知精度を安定して得ることが出来る。しかも本発明では全ての電極幅を細く形成でき、よって、センサの小型化に寄与できる。

また本発明では、前記第１可動電極、及び、前記第２固定電極には、夫々、各電極に対して引張応力あるいは圧縮応力を付与するための応力付与膜が重ねて形成されていることが好ましい。これにより、簡単且つ適切に、前記第１可動電極、及び、前記第２固定電極を所望の方向へ反らせることができる。

また本発明の物理量センサは、
高さ方向に移動可能に支持された可動部と、前記可動部の変位を静電容量変化に基づき検知するための第１検知部及び第２検知部と、を有しており、
前記第１検知部及び第２検知部は共に平面的に交互に並設された可動電極と固定電極とで構成され、前記可動電極は前記可動部に一体に形成され、前記固定電極は前記可動電極とは分離して形成されており、
前記第１検知部を構成する第１可動電極には、前記第１検知部を構成する第１固定電極よりも高さ方向に向けて突出し、第２検知部を構成する第２固定電極には、前記第２検知部を構成する第２可動電極よりも高さ方向に向けて突出する突出膜が夫々、重ねて形成されていることを特徴とするものである。

これにより本発明では、可動部が高さ方向に移動する構造の物理量センサにおいて、従来に比べて簡単な構成で高い検知精度を安定して得ることができる。しかも本発明では全ての電極幅を細く形成でき、よって、センサの小型化に寄与できる。

また本発明は、上下移動可能に支持された可動部と、前記可動部の変位を静電容量変化に基づき検知するための可動電極及び固定電極とが平面的に交互に並設して成る第１検知部及び第２検知部と、を有して成る物理量センサの製造方法において、
第１基板に、応力付与膜を重ねて形成する工程と、
前記応力付与膜を、前記第１検知部を構成する可動電極、及び前記第２検知部を構成する固定電極に対して残す工程と、
下面に絶縁層を介して第２基板が接合された状態の前記第１基板をエッチングして前記第１基板から前記可動部、前記検知部及び、前記可動部と前記固定電極の夫々のアンカ部を形成する工程と、
前記アンカ部と前記第２基板間の前記絶縁層を残し、前記可動部及び各検知部と前記第２基板間に位置する前記絶縁層を除去して、前記第１検知部を構成する可動電極、及び前記第２検知部を構成する固定電極を、共に、前記応力付与膜からの引張応力あるいは圧縮応力により、下方向あるいは上方向に反らせる工程と、
を有することを特徴とするものである。

上記の製造方法によれば、簡単且つ適切に、前記第１検知部を構成する前記可動電極、及び、前記第２検知部を構成する前記固定電極を反らせることができる。また本発明では、全ての電極幅を細く形成できるので、センサの小型化を促進できる。

また本発明は、上下移動可能に支持された可動部と、前記可動部の変位を静電容量変化に基づき検知するための可動電極及び固定電極とが平面的に交互に並設して成る第１検知部及び第２検知部と、を有して成る物理量センサの製造方法において、
第１基板に、突出膜を重ねて形成する工程と、
前記突出膜を、前記第１検知部を構成する前記可動電極、及び前記第２検知部を構成する前記固定電極に対して残す工程と、
下面に絶縁層を介して第２基板が接合された状態の前記第１基板をエッチングして前記第１基板から前記可動部、前記検知部及び、前記可動部と前記固定電極の夫々のアンカ部を形成する工程と、
前記アンカ部と前記第２基板間の前記絶縁層を残し、前記可動部及び各検知部と前記第２基板間に位置する前記絶縁層を除去する工程と、
を有することを特徴とするものである。

上記の製造方法によれば、簡単な方法で可動電極及び固定電極の高さを異ならせることができる。また本発明では、全ての電極幅を細く形成できるので、センサの小型化を促進できる。

本発明では、可動部が高さ方向に移動する構造の物理量センサにおいて、従来に比べて簡単な構成で高い検知精度を安定して得ることができる。また本発明では、全ての電極幅を細く形成でき、よって、センサの小型化に寄与することが出来る。

図１（ａ）は、本実施形態における加速度センサの平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）の加速度センサ１をＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向から見た断面図、図２は図１のＩＩの部分を拡大した部分拡大平面図、図３は図１のＩＩＩの部分を拡大した部分拡大平面図、である。

加速度センサ１は、例えば、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板２を用いて形成される。ＳＯＩ基板２は、第１基板３と、第２基板（支持基板）４と、前記第１基板３と前記第２基板４との間に介在する絶縁層５との積層構造で形成される。第１基板３及び第２基板４はシリコンで形成され、絶縁層５はＳｉＯ₂で形成される。

図１に示すように、第１基板３には、可動部４１が設けられている。可動部４１には、中心線Ｏ１よりもＸ１側に右質量部４１ＡがＸ２側に左質量部４１Ｂがそれぞれ一体に形成され、右質量部４１Ａと左質量部４１Ｂとの間に連結部４１Ｃが一体に形成されている。中心線Ｏ１は連結部４１Ｃに位置している。

可動部４１の連結部４１ＣのＹ１側とＹ２側に隣接する位置に、アンカ部４２，４２が設けられている。また、可動部４１の右質量部４１Ａの外側にはコの字形状の右リンク部４３Ａが設けられ、左質量部４１Ｂの外側には左リンク部４３Ｂが設けられている。アンカ部４２，４２と右リンク部４３Ａおよび左リンク部４３Ｂは、可動部４１と共に、第１基板３から分離されて形成されている。

図１に示すように、右リンク部４３ＡのＸ２側の２箇所の端部は、それぞれヒンジ部４４Ａ，４４Ａを介して前記アンカ部４２，４２に回動自在に連結されており、左リンク部４３ＢのＸ１側の２箇所の端部は、それぞれヒンジ部４４Ｂ，４４Ｂを介して前記アンカ部４２，４２に回動自在に連結されている。さらに、右リンク部４３ＡのＸ２側の２箇所の端部と、左リンク部４３ＢのＸ１側の２箇所の端部は、連結ヒンジ部４５，４５によって互いに回動自在に連結されている。可動部４１の右質量部４１ＡのＸ１側の端部と、右リンク部４３Ａは、ヒンジ部４６Ａ，４６Ａを介して回動自在に連結されており、左質量部４１ＢのＸ２側の端部と左リンク部４３Ｂは、ヒンジ部４６Ｂ，４６Ｂを介して回動自在に連結されている。

ヒンジ部４４Ａ，４４Ｂ，４５，４６Ａ，４６Ｂは、例えば、円柱状または角柱状に形成されており、弾性的に捻り変形可能であり、外力が作用しないときは、弾性力によって捻りの無い状態に復元する。

図１（ｂ）に示すように、アンカ部４２，４２と、第２基板４の間には絶縁層５が介在し、前記アンカ部４２，４２が前記第２基板４に固定支持されている。

一方、可動部４１と、右リンク部４３Ａおよび左リンク部４３Ｂは、第２基板４と絶縁層５のそれぞれの表面から離れている。よって、右リンク部４３Ａがヒンジ部４４Ａを支点として例えば反時計方向へ回動すると、左リンク部４３Ｂがヒンジ部４４Ｂを支点として時計方向へ回動する。これにより、可動部４１をＺ１方向へ移動させることが可能である。逆に、前記ヒンジ部４４Ａとヒンジ部４４Ｂが上記とは反対方向へ回動することで、第１の可動部４１はＺ２方向へ移動することが可能となっている。

また、高さ方向（Ｚ方向）への外力が作用していないときは、それぞれのヒンジ部がねじり変形しない状態に復元するため、可動部４１は、Ｚ１方向とＺ２方向へ移動しない中立位置にある。

図２に拡大して示すように、可動部４１の右質量部４１Ａには、Ｙ１側の側部からＹ２方向へ直線的に延びる複数の第１可動電極４７ａが一体に形成されている。同様に、右質量部４１Ａには、Ｙ２側の側部からＹ１方向へ直線的に延びる複数の第１可動電極４７ａが一体に形成されている。

また図３に拡大して示すように、可動部４１の左質量部４１Ｂには、Ｙ１側の側部からＹ２方向へ直線的に延びる複数の第２可動電極４７ｂが一体に形成されている。同様に、左質量部４１Ｂには、Ｙ２側の側部からＹ１方向へ向けて直線的に延びる複数の第２可動電極４７ｂが一体に形成されている。

図１に示すように、可動部４１の内部には、右固定部５１と左固定部５３が可動部４１から分離されて形成されている。右固定部５１は中心線Ｏ１よりも右側に位置し、左固定部５３は中心線Ｏ１よりも左側に位置している。右固定部５１には、中心線Ｏ１に接近する位置に四角形のアンカ部５２が一体に形成されており、左固定部５３には、中心線Ｏ１に接近する位置に四角形のアンカ部５４が一体に形成されている。

図１（ｂ）に示すように、アンカ部５２とアンカ部５４は、それぞれ絶縁層５を介して第２基板４に固定支持されている。なお、右固定部５１と左固定部５３は、アンカ部５２，５４以外の部分が第２基板４と絶縁層５から離れている。

図２に示すように、右固定部５１には、Ｙ１方向とＹ２方向の双方に延びる複数の第１固定電極５１ａが一体に形成されている。図２に示す第１可動電極４７ａと第１固定電極５１ａとで第１検知部５５が構成される。

また、図３に示すように、左固定部５３には、Ｙ１方向とＹ２方向の双方に延びる複数の第２固定電極５３ａが一体に形成されている。図２に示す第２可動電極４７ｂと第２固定電極５３ａとで第２検知部５６が構成される。

本実施形態の特徴的部分について説明する。
図４は、本実施形態における第１検知部５５を構成する第１可動電極４７ａ及び第１固定電極５１ａ、第２検知部５６を構成する第２可動電極４７ｂ及び第２固定電極５３ａを側面方向から見た（図２、図３に示すＸ方向から見た）側面図、である。

図４（ａ）は、初期状態、すなわち可動部４１に高さ方向（Ｚ方向）への外力が作用していない状態の図、である。

図４（ａ）に示すように、第１可動電極４７ａ及び第２固定電極５３ａの上面には応力付与膜５８が形成されている。図４の実施形態では、応力付与膜５８から第１可動電極４７ａ及び第２固定電極５３ａに圧縮応力が付与されて、第１可動電極４７ａ及び第２固定電極５３ａが上方向（Ｚ１方向）に反らされている。なお、以下において、特に断らない限り、第１可動電極４７ａ及び第２固定電極５３ａの上面４７ｄ，５３ｄとは、応力付与膜５８の上面を指すこととする。

一方、第１固定電極５１ａ及び第２可動電極４７ｂは、高さ方向（Ｚ１−Ｚ２方向）に直交するＹ１−Ｙ２方向に平行に延びている。

図４（ａ）に示すように初期状態では、第１可動電極４７ａの支持端４７ａ１側の下面４７ｃ１は、第１固定電極５１ａの下面５１ｃと一致している。また、前記支持端４７ａ１側の上面４７ｄ１は、前記応力付与膜５８の膜厚分だけ、第１固定電極５１ａの上面５１ｄよりも高い位置にある。

一方、第１可動電極４７ａの自由端４７ａ２側の下面４７ｃ２は、前記第１固定電極５１ａの下面５１ｃよりも高い位置にあり、また、前記自由端４７ａ２側の上面４７ｄ２は、第１固定電極５１ａの上面５１ｄよりも高い位置にあるとともに、支持端４７ａ１側の上面４７ｄ１よりも高い位置にある。

また、図４（ａ）に示すように初期状態では、第２固定電極５３ａの支持端５３ａ１側の下面５３ｃ１は、第２可動電極４７ｂの下面４７ｃと一致している。また、前記支持端５３ａ１側の上面５３ｄ１は、前記応力付与膜５８の膜厚分だけ、第２可動電極４７ｂの上面４７ｄよりも高い位置にある。

一方、第２固定電極５３ａの自由端５３ａ２側の下面５３ｃ２は、前記第２可動電極４７ｂの下面４７ｃよりも高い位置にあり、また、前記自由端５３ａ２側の上面５３ｄ２は、第２可動電極４７ｂの上面４７ｄよりも高い位置にあるとともに、支持端４７ａ１側の上面５３ｄ１よりも高い位置にある。

ここで図４（ａ）には第１検知部５５の第１可動電極４７ａと第１固定電極５１ａとの対向領域、及び第２検知部５６の第２可動電極４７ｂと第２固定電極５３ａとの対向領域が斜線で示されている。

例えば、可動部４１が上方向（Ｚ１方向）に移動したとする。その状態が図４（ｂ）に示されている。また図５（ａ）には第１検知部５５の容量変化、図５（ｂ）には第２検知部５６の容量変化が示されている。

図４（ｂ）に示すように、可動部４１が上方向に移動すると、第１検知部５５を構成する第１可動電極４７ａが上方向に移動する。その結果、図４（ｂ）の斜線で示すように、第１可動電極４７ａと第１固定電極５１ａとの対向面積が図４（ａ）の初期状態に比べて減少する。よって図５（ａ）に示すように、第１検知部５５の静電容量は初期状態から減少する。

一方、図４（ｂ）に示すように、可動部４１が上方向に移動すると、第２検知部５６を構成する第２可動電極４７ｂが上方向に移動する。このとき、図４（ｂ）の斜線で示すように、第２可動電極４７ｂと第２固定電極５３ａとの対向面積は図４（ａ）の初期状態から多少増加した後、ほぼ一定となる。よって図５（ｂ）に示すように、第１検知部５５の静電容量は、初期状態から多少増加した後、ほぼ一定になる。

また、可動部４１が下方向に移動した場合は、図５（ａ）に示すように、第１検知部５５の静電容量は、初期状態から多少増加した後、ほぼ一定になる。また図５（ｂ）に示すように、第２検知部５６の静電容量は初期状態から減少する。

図５（ｃ）は第１検知部５５の静電容量変化及び第２検知部５６の静電容量変化の差動容量変化を示している。この差動出力に基づき、可動部４１の移動距離及び移動方向を知ることができる。

図４の実施形態では、第１検知部５５を構成する第１可動電極４７ａ、及び第２検知部５６を構成する第２固定電極５３ａを上方向に反らせたが、図６のように下方向に反らせてもよい。

図６（ａ）に示すように、第１可動電極４７ａ及び第２固定電極５３ａの上面には応力付与膜５９が形成されている。図６の実施形態では、応力付与膜５９から第１可動電極４７ａ及び第２固定電極５３ａに引張応力が付与されて、第１可動電極４７ａ及び第２固定電極５３ａが下方向（Ｚ２方向）に反らされている。なお、以下において、特に断らない限り、第１可動電極４７ａ及び第２固定電極５３ａの上面４７ｄ，５３ｄとは、応力付与膜５９の上面を指すこととする。

一方、第１固定電極５１ａ及び第２可動電極４７ｂは、高さ方向（Ｚ１−Ｚ２方向）に直交するＹ１−Ｙ２方向に平行に延びている。

図６（ａ）に示すように初期状態では、第１可動電極４７ａの支持端４７ａ１側の下面４７ｃ１は、第１固定電極５１ａの下面５１ｃと一致している。また、前記支持端４７ａ１側の上面４７ｄ１は、前記応力付与膜５９の膜厚分だけ、第１固定電極５１ａの上面５１ｄよりも高い位置にある。

一方、第１可動電極４７ａの自由端４７ａ２側の下面４７ｃ２は、前記第１固定電極５１ａの下面５１ｃよりも低い位置にあり、また、前記自由端４７ａ２側の上面４７ｄ２は、第１固定電極５１ａの上面５１ｄよりも低い位置にあるとともに、支持端４７ａ１側の上面４７ｄ１よりも低い位置にある。なお、反り量によっては、前記自由端４７ａ２側の上面４７ｄ２が、第１固定電極５１ａの上面５１ｄとほぼ同程度の高さであってもよい。

また、図６（ａ）に示すように初期状態では、第２固定電極５３ａの支持端５３ａ１側の下面５３ｃ１は、第２可動電極４７ｂの下面４７ｃと一致している。また、前記支持端５３ａ１側の上面５３ｄ１は、前記応力付与膜５９の膜厚分だけ、第２可動電極４７ｂの上面４７ｄよりも高い位置にある。

一方、第２固定電極５３ａの自由端５３ａ２側の下面５３ｃ２は、前記第２可動電極４７ｂの下面４７ｃよりも低い位置にあり、また、前記自由端５３ａ２側の上面５３ｄ２は、第２可動電極４７ｂの上面４７ｄよりも低い位置にあるとともに、支持端４７ａ１側の上面５３ｄ１よりも低い位置にある。なお、反り量によっては、前記自由端５３ａ２側の上面５３ｄ２が、第２可動電極４７ｂの上面４７ｄとほぼ同程度の高さであってもよい。

ここで図６（ａ）には、第１検知部５５の第１可動電極４７ａと第１固定電極５１ａとの対向領域、及び第２検知部５６の第２可動電極４７ｂと第２固定電極５３ａとの対向領域が斜線で示されている。

ここで、例えば、可動部４１が下方向（Ｚ２方向）に移動したとする。その状態が図６（ｂ）に示されている。また図７（ａ）には第１検知部５５の容量変化、図７（ｂ）には第２検知部５６の容量変化が示されている。

図６（ｂ）に示すように、可動部４１が下方向に移動すると、第１検知部５５を構成する第１可動電極４７ａが下方向に移動する。その結果、図６（ｂ）の斜線で示すように、第１可動電極４７ａと第１固定電極５１ａとの対向面積が図６（ａ）の初期状態に比べて減少する。よって図７（ａ）に示すように、第１検知部５５の静電容量は初期状態から下方向への移動により減少する。

一方、図６（ｂ）に示すように、可動部４１が下方向に移動すると、第２検知部５６を構成する第２可動電極４７ｂが下方向に移動する。このとき、図６（ｂ）の斜線で示すように、第２可動電極４７ｂと第２固定電極５３ａとの対向面積は図６（ａ）の初期状態から多少増加した後、ほぼ一定となる。よって図７（ｂ）に示すように、第１検知部５５の静電容量は、初期状態から多少増加した後、ほぼ一定になる。

また、可動部４１が上方向に移動した場合は、図７（ａ）に示すように、第１検知部５５の静電容量は、初期状態から多少増加した後、ほぼ一定になる。また図７（ｂ）に示すように、第２検知部５６の静電容量は初期状態から減少する。

図７（ｃ）は第１検知部５５の静電容量変化及び第２検知部５６の静電容量変化の差動容量変化を示している。この差動出力に基づき、可動部４１の移動距離及び移動方向を知ることができる。

また図示しないが、応力付与膜５８，５９を第１可動電極４７ａの下面及び第２固定電極５３ａの下面に設けてもよい。

上記のように、本実施形態では、第１可動電極４７ａ及び第２固定電極５３ａに重ねて応力付与膜５８，５９を形成して、前記第１可動電極４７ａ及び第２固定電極５３ａを上方向あるいは下方向に反らせることで、従来に比べて簡単な構成で高い検知精度を安定して得ることが出来る。しかも本実施形態では全ての電極幅を同等に細く形成でき、よって、センサの小型化に寄与できる。

続いて、応力付与膜５８，５９について説明する。まず、材質は導電性でも絶縁性でもどちらでもよい。応力付与膜５８，５９を金属で形成する場合、例えば、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、タンタル（Ｔａ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）を例示できる。また応力付与膜５８，５９を合金で形成する場合、アルミ銅合金（ＡｌＣｕ）、アルミスカンジウム銅合金（ＡｌＳｃＣｕ）を例示できる。また、応力付与膜５８，５９を絶縁物で形成する場合、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）、酸化窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、パイレックス（登録商標）ガラスを例示できる。

また、例えばＣＶＤ法による成膜の場合、成膜時のガス圧、流量等の一般的な成膜条件を調整することで応力付与膜５８，５９の膜応力をコントロールできる。

図８は、Ｓｉ₃Ｎ₄膜をＣＶＤ法で成膜したときの圧力と膜応力との関係を示すグラフである。

図８に示すように、圧力を大きく上昇させると引張応力になることがわかった。これは、ガスの脱離反応は、熱やプラズマによりラジカル化した原子によって促進されるが、圧力が高い条件では、ラジカル化されていないＨ原子がＮ−Ｈ結合として残り、この結合力により引張応力が増大するため等と考えられる。

一方、図８に示すように、圧力を下げていくと、圧縮応力になることがわかった。これは、Ｎを共有し合うことで純粋なＳｉ₃Ｎ₄膜の密度が密になるため等と考えられる。

図９は別の実施形態を示す櫛歯状構造の可動電極と固定電極の図である。図９は、各電極を図３、図４に示すＸ１−Ｘ２方向に沿って高さ方向（Ｚ１−Ｚ２方向）に切断したときの断面図、である。ただし、見やすくするため、固定電極側には斜線を図示していない。なお図１０は、例えば第１検知部５５を側面方向から見た側面図、である。

図９、図１０では、第１検知部５５の第１可動電極４７ａの上面、及び第２検知部５６の第２固定電極５３ａの上面に突出膜（嵩上げ膜）６０が形成されている。この突出膜６０の膜応力はほぼ０（ＭＰａ）である。よって前記第１可動電極４７ａ、及び第２固定電極５３ａは、図４、図６のように反っておらず、水平方向に平行に延びている。上記したように膜応力を０（ＭＰａ）にするには図８にも示すように、例えばＣＶＤ法にて成膜するときの圧力の調整により得ることが可能である。

図９、図１０に示す実施形態では、初期状態（加速度が作用していない状態）では、第１可動電極４７ａ、第１固定電極５１ａ、第２可動電極４７ｂ、第２固定電極５３ａの下面は同位置（点線で示す基準位置）である。第１可動電極４７ａと第２固定電極５３ａは突出膜６０の膜厚分だけ、第１固定電極５１ａ及び第２可動電極４７ｂよりも高さが高い。

図９（ａ）に示すように、可動電極４７ａ、４７ｂが下方向に移動すると、第１検知部５５では、第１可動電極４７ａと第１固定電極５１ａとの対向面積は変化しないため、静電容量は変化しない。一方、第２検知部５６では、第２可動電極４７ｂと第２固定電極５３ａとの対向面積が減少するため、静電容量が減少する。

次に、図９（ｂ）に示すように、可動電極４７ａ、４７ｂが上方向に移動すると、第１検知部５５では、第１可動電極４７ａと第１固定電極５１ａとの対向面積は減少するため、静電容量は減少する。一方、第２検知部５６では、第２可動電極４７ｂと第２固定電極５３ａとの対向面積が変化しないため、静電容量は変化しない。

そして、第１検知部５５及び第２検知部５６の静電容量の差動出力を得ることで、可動部４１の移動距離及び移動方向を知ることができる。

なお、突出膜６０を第１可動電極４７ａの下面及び第２固定電極５３ａの下面に形成してもよい。

上記のように、本実施形態では、第１可動電極４７ａ及び第２固定電極５３ａに重ねて突出膜６０を形成することで、従来に比べて簡単な構成で、高い検知精度を安定して得ることが出来る。しかも本実施形態では全ての電極幅を同等に細く形成でき、よって、センサの小型化に寄与できる。

図１１ないし図１８は、本実施形態の加速度センサの特に櫛歯状構造の電極の製造方法を示す断面図である。

まず図１１に示す工程では、シリコンで形成された第１基板３とシリコンで形成された第２基板４と前記第１基板３と第２基板４との間に介在するＳｉＯ₂で形成された絶縁層５とを備えるＳＯＩ基板２を用意する。

続いて、第１基板３の上面３ａ全体に、応力付与膜５９を形成する。このとき応力付与膜５９を例えばＣＶＤ法で成膜するとき、図８に示すように、圧力を調整して膜応力をコントロールする。例えばこの実施形態では、応力付与膜５９の膜応力が引張応力となるように、成膜時の圧力を調整している。

次に図１２に示す工程では、応力付与膜５９の上面５９ａに第１可動電極形状及び第２固定電極形状のレジストパターン７０を形成する。

次に図１３の工程では、レジストパターン７０に覆われていない応力付与膜５９を例えばＲＩＥ（リアクティブ・イオン・エッチング）で除去する。

次に図１４の工程では、レジストパターン７０を除去する。
次に図１５の工程では、検知部５５，５６、可動部４１、アンカ部４２、５２、５４、右リンク部４３Ａ、左リンク部４３Ｂ、及び各ヒンジ部の形状のレジストパターン７１を第１基板３上及び応力付与膜５９上に形成する。

続いて図１６の工程では、レジストパターン７１に覆われていない第１基板３をディープＲＩＥ（Deep RIE）を用いて除去する。これにより、検知部５５，５６、可動部４１、アンカ部４２、５２、５４、右リンク部４３Ａ、左リンク部４３Ｂ、及び各ヒンジ部を形成できる。なお図１６ないし図１８では、第１検知部５５の第１可動電極４７ａ及び第１固定電極５１ａの部分を図示している。

次に図１７に示す工程では、レジストパターン７１を除去する。
次に図１８に示す工程では、検知部５５，５６、可動部４１、右リンク部４３Ａ、左リンク部４３Ｂ、及び各ヒンジ部と、第２基板４との間にある絶縁層５を、ウエットエッチングやドライエッチングによる等方性エッチング工程にて除去する。なお面積が大きくて絶縁層５を除去しにくい箇所には、絶縁層５の除去工程前に、絶縁層５にまで通じる多数の微細孔を第１基板３に形成しておき、微細孔を介して絶縁層５を等方性エッチングで除去できるようにしておく。

またこの工程では、各アンカ部４２、５２、５４の下にある絶縁層５は残され、各アンカ部４２、５２、５４は、第２基板４上に固定支持された状態を保っている。

図１８に示すように絶縁層５を除去することで、応力付与膜５９から第１可動電極４７ａ及び第２固定電極５３ａに引張応力が付与されて、第１可動電極４７ａ及び第２固定電極５３ａは下方向に反らされる（図６も参照）。

なお図１１の応力付与膜の成膜時に膜応力が圧縮応力となるように調整すれば、図１８の工程で、第１可動電極４７ａ及び第２固定電極５３ａは上方向に反らされる（図４も参照）。

また、図１１の工程時に、膜応力がほぼ０（ＭＰａ）となるように成膜すれば、図９で説明した突出膜（嵩上げ膜）として形成することが出来る。

上記の製造方法によれば、簡単且つ適切に、前記第１可動電極４７ａ、及び、前記第２固定電極５３ａを所定の方向に反らせることができる。また反り量も、成膜時の条件の調整により簡単に調整できる。あるいは、本実施形態の製造方法によれば、簡単な方法で、可動電極及び固定電極の高さを異ならせることができる。また本実施形態では、全ての電極幅を細く形成できるので、センサの小型化を促進できる。

なお上記した製造方法では、ＳＯＩ基板２を用いたが、例えば第１基板３と第２基板４とを別々に用意し、後の工程で、第１基板３と第２基板４とを絶縁層５を介して接合するようにしてもよい。かかる場合、第１基板３の下面（第２基板４との対向面）側に応力付与膜や突出膜の形成が可能である。

また上記では応力付与膜や突出膜は、電極のみならず可動部の部分とも重なるように形成されてもよい。これにより可動部の質量をより効果的に大きくできる。

また上記の構成では、第１検知部５５の第１可動電極４７ａ及び第２検知部５６の第２固定電極５３ａが高さ方向に反っており、一方、第１検知部５５の第１固定電極５１ａ及び第２検知部５６の第２可動電極４７ｂは水平方向に延びている。ただし、第１検知部５５の第１固定電極５１ａ及び第２検知部５６の第２可動電極４７ｂも多少、高さ方向に反っていてもよいし、あるいは、第１検知部５５の第１可動電極４７ａ及び第２検知部５６の第２固定電極５３ａと逆方向に反っていてもよい。本実施形態では、第１検知部５５の第１可動電極４７ａが、第１固定電極５１ａに対して（第１固定電極５１ａの延び方向を基準としたとき、その基準に対して）、及び、第２検知部５６の第２固定電極５３ａが、第２可動電極４７ｂに対して（第２可動電極４７ｂの延び方向を基準としたとき、その基準に対して）共に、下方向あるいは上方向に反っていればよい。
本実施形態は加速度センサのみならず角速度センサ等にも適用可能である。

図１（ａ）は、本実施形態における加速度センサの平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）の加速度センサ１をＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向から見た断面図、 図１のＩＩの部分を拡大した部分拡大平面図、 図１のＩＩＩの部分を拡大した部分拡大平面図、 本実施形態における第１検知部を構成する第１可動電極及び第１固定電極、第２検知部を構成する第２可動電極及び第２固定電極を側面方向から見た側面図、 （ａ）は、図４の形態での第１検知部の静電容量変化を示すグラフ、（ｂ）は、図４の形態での第２検知部の静電容量変化を示すグラフ、（ｃ）は、差動容量のグラフ、 図４とは別の実施形態での第１検知部を構成する第１可動電極及び第１固定電極、第２検知部を構成する第２可動電極及び第２固定電極を側面方向から見た側面図、 （ａ）は、図６の形態での第１検知部の静電容量変化を示すグラフ、（ｂ）は、図６の形態での第２検知部の静電容量変化を示すグラフ、（ｃ）は、差動容量のグラフ、 Ｓｉ₃Ｎ₄膜をＣＶＤ法で成膜したときの圧力と膜応力との関係を示すグラフ、 別の実施形態を示す櫛歯状構造の可動電極と固定電極の断面図、 図９の実施形態での第１検知部を側面方向から見た側面図、 本実施形態の加速度センサのうち、特に櫛歯状の電極構造の部分の製造方法を示す工程図（断面図）、 図１１の次に行われる工程図（断面図）、 図１２の次に行われる工程図（断面図）、 図１３の次に行われる工程図（断面図）、 図１４の次に行われる工程図（断面図）、 図１５の次に行われる工程図（断面図）、 図１６の次に行われる工程図（断面図）、 図１７の次に行われる工程図（断面図）、

符号の説明

１ 加速度センサ
２ ＳＯＩ基板
３ 第１基板
４ 第２基板
５ 絶縁層
４１ 可動部
４２、５２、５４ アンカ部
４７ａ 第１可動電極
４７ｂ 第２可動電極
５１ａ 第１固定電極
５３ａ 第２固定電極
５５ 第１検知部
５６ 第２検知部
５８、５９ 応力付与膜
６０ 突出膜（嵩上げ膜）
７０、７１ レジストパターン

Claims (5)

1. 高さ方向に移動可能に支持された可動部と、前記可動部の変位を静電容量変化に基づき検知するための第１検知部及び第２検知部と、を有しており、
   前記第１検知部及び第２検知部は共に平面的に交互に並設された可動電極と固定電極とで構成され、前記可動電極は前記可動部に一体に形成され、前記固定電極は前記可動電極とは分離して形成されており、
   前記第１検知部を構成する第１可動電極が、前記第１検知部を構成する第１固定電極に対して、及び、前記第２検知部を構成する第２固定電極が、前記第２検知部を構成する第２可動電極に対して、共に、下方向あるいは上方向に反らされていることを特徴とする物理量センサ。
2. 前記第１可動電極、及び、前記第２固定電極には、夫々、各電極に対して引張応力あるいは圧縮応力を付与するための応力付与膜が重ねて形成されている請求項１記載の物理量センサ。
3. 高さ方向に移動可能に支持された可動部と、前記可動部の変位を静電容量変化に基づき検知するための第１検知部及び第２検知部と、を有しており、
   前記第１検知部及び第２検知部は共に平面的に交互に並設された可動電極と固定電極とで構成され、前記可動電極は前記可動部に一体に形成され、前記固定電極は前記可動電極とは分離して形成されており、
   前記第１検知部を構成する第１可動電極には、前記第１検知部を構成する第１固定電極よりも高さ方向に向けて突出し、第２検知部を構成する第２固定電極には、前記第２検知部を構成する第２可動電極よりも高さ方向に向けて突出する突出膜が夫々、重ねて形成されていることを特徴とする物理量センサ。
4. 上下移動可能に支持された可動部と、前記可動部の変位を静電容量変化に基づき検知するための可動電極及び固定電極とが平面的に交互に並設して成る第１検知部及び第２検知部と、を有して成る物理量センサの製造方法において、
   第１基板に、応力付与膜を重ねて形成する工程と、
   前記応力付与膜を、前記第１検知部を構成する可動電極、及び前記第２検知部を構成する固定電極に対して残す工程と、
   下面に絶縁層を介して第２基板が接合された状態の前記第１基板をエッチングして前記第１基板から前記可動部、前記検知部及び、前記可動部と前記固定電極の夫々のアンカ部を形成する工程と、
   前記アンカ部と前記第２基板間の前記絶縁層を残し、前記可動部及び各検知部と前記第２基板間に位置する前記絶縁層を除去して、前記第１検知部を構成する可動電極、及び前記第２検知部を構成する固定電極を、共に、前記応力付与膜からの引張応力あるいは圧縮応力により、下方向あるいは上方向に反らせる工程と、
   を有することを特徴とする物理量センサの製造方法。
5. 上下移動可能に支持された可動部と、前記可動部の変位を静電容量変化に基づき検知するための可動電極及び固定電極とが平面的に交互に並設して成る第１検知部及び第２検知部と、を有して成る物理量センサの製造方法において、
   第１基板に、突出膜を重ねて形成する工程と、
   前記突出膜を、前記第１検知部を構成する前記可動電極、及び前記第２検知部を構成する前記固定電極に対して残す工程と、
   下面に絶縁層を介して第２基板が接合された状態の前記第１基板をエッチングして前記第１基板から前記可動部、前記検知部及び、前記可動部と前記固定電極の夫々のアンカ部を形成する工程と、
   前記アンカ部と前記第２基板間の前記絶縁層を残し、前記可動部及び各検知部と前記第２基板間に位置する前記絶縁層を除去する工程と、
   を有することを特徴とする物理量センサの製造方法。

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