JP2011095007A - 静電容量型加速度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を図りつつ高感度化を図れる静電容量型加速度センサを提供する。
【解決手段】フレーム部１１、錘部１３、一対のトーションビーム１２，１２、２つの可動電極１５，１５が設けられたセンサ本体１と、センサ本体１に接合された第１のカバー基板２および第２のカバー基板３と、第１のカバー基板２において各可動電極１５，１５それぞれに対向して設けられた固定電極２５，２５とを備えている。各固定電極２５，２５それぞれが、第１のカバー基板２におけるセンサ本体１側に形成され各固定電極２５，２５それぞれに対応付けられた接続配線２６とセンサ本体１の錘部１３の開口窓１４内に配置された島部１６とを介して当該島部１６における第１のカバー基板２側の第１の外部接続用電極であるパッド１８と電気的に接続され、各可動電極１５，１５が第１のカバー基板２側の第２の外部接続用電極であるパッド１８，１８と電気的に接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロマシニング技術などを利用して形成される静電容量型加速度センサに関するものである。

従来から、マイクロマシニング技術などを利用して形成される加速度センサとして、静電容量型加速度センサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ここにおいて、上記特許文献１に記載された静電容量型加速度センサは、図１２に示すように、半導体基板１０’を用いて形成された矩形枠状のフレーム部１１’と、第１のガラス基板２０’を用いて形成されフレーム部１１’の厚み方向の一面側において周部が全周に亘ってフレーム部１１’に固着された矩形板状の第１のカバー基板２’と、第２のガラス基板３０’を用いて形成されフレーム部１１’の厚み方向の他面側において周部が全周に亘ってフレーム部１１’に固着された矩形板状の第２のカバー基板３’とを備え、上述の半導体基板１０’を用いて形成された平面視形状が細長の矩形状である２つの可動電極１５Ａ’，１５Ｂ’がフレーム部１１’の内側において第１のカバー基板２’の一表面に沿って並設されるとともに、第１のカバー基板２’に、各可動電極１５Ａ’，１５Ｂ’それぞれに対向する固定電極２５Ａ’，２５Ｂ’が形成されている。ここにおいて、２つの可動電極１５Ａ’，１５Ｂ’は、長手方向の一端部同士、他端部同士それぞれが連結部１０ｄ’，１０ｄ’を介して連続一体に連結されている（要するに、各連結部１０ｄ’，１０ｄ’も、上述の半導体基板１０’を用いて形成されている）。

また、上述の静電容量型加速度センサは、２つの可動電極１５Ａ’，１５Ｂ’の互いの対向面それぞれとの間に、上述の半導体基板１０’を用いて形成された平面視正方形状のアンカー部１０ｅ’が配置され、当該アンカー部１０ｅ’が第１のカバー基板３’に接合されて固定されている。また、上述の静電容量型加速度センサは、アンカー部１０ｅ’と各連結部１０ｄ’，１０ｄ’とがそれぞれ細長のビーム１２’，１２’を介して連続一体に連結されている。ここで、アンカー部１０ｅ’と各可動電極１５Ａ’，１５Ｂ’との間には平面視コ字状のスリット１０ａ’が形成され、各ビーム１２’，１２’と各可動電極１５Ａ’，１５Ｂ’との間には直線状のスリット１０ｂ’が形成されている。

また、上述の静電容量型加速度センサは、一対のビーム１２’，１２’の並設方向の両側において、各カバー基板２，３に接合された島部１６’，１６’が配置されている。ここにおいて、各島部１６’，１６’は、上述の半導体基板１０’を用いて形成されており、各島部１６’，１６’の周囲には、各可動電極１５Ａ’，１５Ｂ’と各連結部１０ｄ’，１０ｄ’とで構成される錘部１３’と、フレーム部１１’との間に隙間を形成するスリット１０ｃ’が形成されている。

なお、上述の説明から分かるように、フレーム部１１’、各可動電極１５Ａ’，１５Ｂ’、各連結部１０ｄ’，１０ｄ’、アンカー部１０ｅ’、各ビーム１２’，１２’および各島部１６’，１６’は、１枚の半導体基板１０’を用いて形成されており、各可動電極１５Ａ’，１５Ｂ’とアンカー部１０ｅ’とは同電位となる。

また、上述の静電容量型加速度センサは、２つの可動電極１５Ａ’，１５Ｂ’の平面サイズを異ならせることで一方の可動電極１５Ａ’の質量を他方の可動電極１５Ｂ’の質量よりも大きくしてあり、第１のカバー基板２’の厚み方向における各ビーム１２’，１２’の寸法が両可動電極１５Ａ’，１５Ｂ’の並設方向における寸法よりも大きくなっており、各ビーム１２’，１２’が、ねじれ変形が可能なトーションビームを構成している。したがって、第１のカバー基板２’の厚み方向の加速度がかかると、一対のビーム１２’，１２’を中心として錘部１３’が揺動するから、一方の可動電極１５Ａ’と一方の固定電極２５Ａ’との対で構成される可変容量コンデンサおよび他方の可動電極１５Ｂ’と他方の固定電極２５Ｂ’との対で構成される可変容量コンデンサそれぞれの静電容量が変化する。

ここにおいて、上述の静電容量型加速度センサでは、錘部１３’の揺動空間を確保するために、錘部１３’および各ビーム１２’，１２’それぞれにおける第１のカバー基板２’側の表面をアンカー部１０ｅ’の表面よりも後退させるとともに、第２のカバー基板３’における錘部１３’側の一表面に凹所３１’を形成してある。なお、第１のカバー基板２’は、フレーム部１１’およびアンカー部１０ｅ’と陽極接合により接合され、第２のカバー基板３’は、フレーム部１１’および各島部１６’，１６’と陽極接合により接合されている。

また、第１のカバー基板２’は、第１のガラス基板２０’における錘部１３’側である一表面側に上述の固定電極２５Ａ’，２５Ｂ’が形成されるとともに、アンカー部１０ｅ’、各島部１６’，１６’それぞれにおける第１のカバー基板２’側の表面の一部を露出させる３つのテーパ状の貫通孔２４’，２４’，２４’が貫設されており、アンカー部１０ｅ’、各島部１６’，１６’それぞれに電気的に接続され外部接続用電極となる導電層２３’，２３’，２３’が第１のガラス基板２０’の他表面と各貫通孔２４’，２４’，２４’の内周面とに跨って形成されている。

また、第１のカバー基板２’は、上記一方の固定電極２５Ａ’に電気的に接続された配線パターンからなる接続配線２６’が第１のガラス基板２０’の上記一表面側において一方の島部１６’上まで延長されており、当該接続配線２６’が金属材料からなる接続電極１７’を介して上記一方の島部１６’と電気的に接続され、上記他方の固定電極２５Ｂ’に電気的に接続された配線パターンからなる接続配線２６’が第１のガラス基板２０’の上記一表面側において他方の島部１６’上まで延長されており、当該接続配線２６’が金属材料からなる接続電極１７’を介して上記他方の島部１６’と電気的に接続されている。

また、上述の静電容量型加速度センサは、各可動電極１５Ａ’，１５Ｂ’における第１のカバー基板２’との対向面に、各可動電極１５Ａ’，１５Ｂ’が第１のカバー基板２’に接触するのを防止するストッパ１３ａ’が形成され、各可動電極１５Ａ’，１５Ｂ’における第２のカバー基板３’との対向面に各可動電極１５Ａ’，１５Ｂ’が第２のカバー基板３’に接触するのを防止するストッパ（図示せず）が形成されている。

特開２００７−２９８４０５号公報

ところで、図１２に示した構成の静電容量型加速度センサでは、各固定電極２５Ａ’，２５Ｂ’が第１のカバー基板２’に形成された接続配線２６’および島部１６’を介して外部接続用電極である導電層２３’と電気的に接続されているので、寄生容量を低減することができ、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。要するに、図１２に示した構成の静電容量型加速度センサでは、可動電極１５Ａ’，１５Ｂ’と同電位の構成物（以下、第１の同電位構成物と称する）と、固定電極２５Ａ’，２５Ｂ’それぞれと同電位の構成物（以下、第２の同電位構成物、第３の同電位構成物と称する）との間には寄生容量が存在するが、第１の同電位構成物と第２の同電位構成物、第３の同電位構成物との間の中間介在物の大部分を空間とすることができるので、同電位構成物間の寄生容量を低減することができ、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。

しかしながら、図１２に示した構成の静電容量型加速度センサでは、島部１６’が、錘部１３’とフレーム部１１’との間に配置されているので、平面サイズの小型化を図る場合に、錘部１３’の質量および各可動電極１５Ａ’，１５Ｂ’の面積の減少に起因して感度が低下してしまう。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、小型化を図りつつ高感度化を図れる静電容量型加速度センサを提供することにある。

請求項１の発明は、半導体基板を用いて形成されて、枠状のフレーム部、当該フレーム部の内側に配置される錘部、およびフレーム部の内側で錘部を挟む形で配置されてフレーム部と錘部とを連結しねじれ変形が可能な一対のトーションビームを有し、錘部において当該一対のトーションビームの並設方向とは直交する方向の両端部それぞれに可動電極が設けられたセンサ本体と、センサ本体の一表面側に配置され周部がフレーム部に接合された第１のカバー基板と、センサ本体の他表面側に配置され周部がフレーム部に接合された第２のカバー基板と、第１のカバー基板においてセンサ本体の各可動電極それぞれに対向して設けられた固定電極とを備え、センサ本体の錘部にセンサ本体の厚み方向に貫通する開口窓が形成され、各固定電極それぞれが、第１のカバー基板におけるセンサ本体側に形成され各固定電極それぞれに対応付けられた接続配線とセンサ本体の錘部の開口窓内に配置された島部とを介して当該島部における第１のカバー基板側の第１の外部接続用電極と電気的に接続され、各可動電極が第１のカバー基板側の第２の外部接続用電極と電気的に接続されてなることを特徴とする。

この発明によれば、センサ本体の錘部にセンサ本体の厚み方向に貫通する開口窓が形成され、各固定電極それぞれが、第１のカバー基板におけるセンサ本体側に形成され各固定電極それぞれに対応付けられた接続配線とセンサ本体の錘部の開口窓内に配置された島部とを介して当該島部における第１のカバー基板側の第１の外部接続用電極と電気的に接続され、各可動電極が第１のカバー基板側の第２の外部接続用電極と電気的に接続されているので、平面サイズの小型化を図りながらも、トーションビームと錘部に設けられた各可動電極との間の距離を長くすることができ、加速度に対する各可動電極の変位量が増大し、高感度化を図れる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記錘部の重心が、平面視において前記一対のトーションビームを結ぶ直線から横方向にずれていることを特徴とする。

この発明によれば、前記センサ本体の厚み方向の加速度を高感度で検出することが可能となる。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記各可動電極が前記第１のカバー基板における前記センサ本体側に形成され前記各可動電極に対応付けられた別の接続配線と前記センサ本体の前記錘部の前記開口窓内に配置された別の島部とを介して１つの前記第２の外部接続用電極に共通接続されてなり、前記各第１の外部接続用電極と前記第２の外部接続用電極とが平面視で一直線上に並ばないように配置されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記各第１の外部接続用電極と前記第２の外部接続用電極とが平面視で一直線上に並ぶ場合に比べて、平面サイズの小型化を図れる。

請求項４の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記センサ本体は、前記フレーム部の内側に前記錘部が２つ並設されるとともに、前記フレーム部の内側空間を２つの前記錘部が各別に配置される空間に分ける中間フレーム部を一体に備え、当該中間フレーム部に前記各可動電極が共通接続される１つの前記第２の外部接続用電極が形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、複数軸の加速度を各別に検出可能とした構成において、小型化を図りつつ高感度化を図れる。

請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記半導体基板が、シリコン基板からなる支持基板上にシリコン酸化膜からなる絶縁層を介してシリコン層が形成されたＳＯＩ基板であって、前記センサ本体は、ＳＯＩ基板のシリコン層の表面側が前記一表面側であり、前記島部は、平面視において前記支持基板の一部からなる部分の外周線が前記シリコン層の一部からなる部分の外周線の内側にあることを特徴とする。

この発明によれば、前記島部のうちＳＯＩ基板の支持基板の一部からなる部分間の距離を長くすることができ、当該部分間での寄生容量を小さくすることができ、高感度化を図れる。

請求項１の発明では、小型化を図りつつ高感度化を図れるという効果がある。

実施形態１の静電容量型加速度センサを示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’概略断面図、（ｄ）は（ａ）のＣ−Ｃ’概略断面図である。 同上の静電容量型加速度センサの概略平面図である。 同上の静電容量型加速度センサの動作説明図である。 同上の静電容量型加速度センサの別の構成例を示す概略断面図である。 実施形態２の静電容量型加速度センサを示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図である。 同上の静電容量型加速度センサの動作説明図である。 同上の静電容量型加速度センサを２つ用いたセンサ装置の動作説明図である。 同上の静電容量型加速度センサを２つ用いたセンサ装置の動作説明図である。 実施形態３の静電容量型加速度センサを示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図である。 実施形態４の静電容量型加速度センサを示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図である。 同上の静電容量型加速度センサを用いたセンサ装置の概略平面図である。 従来例の静電容量型加速度センサを示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’概略断面図である。

（実施形態１）
本実施形態の静電容量型加速度センサは、図１に示すように、半導体基板１０を用いて形成されて、枠状（ここでは、矩形枠状）のフレーム部１１、当該フレーム部１１の内側に配置される錘部１３、およびフレーム部１１の内側で錘部１３を挟む形で配置されてフレーム部１１と錘部１３とを連結しねじれ変形が可能な一対のビームであるトーションビーム１２，１２を有し、錘部１３において当該一対のトーションビーム１２，１２の並設方向とは直交する方向（図１（ａ）の左右方向）の両端部それぞれに可動電極１５，１５が設けられたセンサ本体１と、第１のガラス基板２０を用いて形成されて、センサ本体１の一表面側（図１（ｂ）における上面側）に配置され周部がフレーム部１１に接合された第１のカバー基板２と、第２のガラス基板３０を用いて形成されて、センサ本体１の他表面側（図１（ｂ）における下面側）に配置され周部がフレーム部１１に接合された第２のカバー基板３と、第１のカバー基板２においてセンサ本体１の各可動電極１５，１５それぞれに対向して設けられた固定電極２５，２５とを備えている。

以下、図１（ａ）の右上に示した直交座標系のように、一対のトーションビーム１２，１２が並ぶ方向をｙ軸方向、センサ本体１の上記一表面に沿う面内でｙ軸方向に直交する方向をｘ軸方向、ｘ軸方向とｙ軸方向とに直交する方向（つまり、センサ本体１の厚み方向）をｚ軸方向として説明する。

センサ本体１および各カバー基板２，３の外周形状は矩形状（ここでは、長手方向がｘ軸方向に一致し短手方向がｙ軸方向に一致する長方形状）であり、各カバー基板２，３はセンサ本体１と同じ外形寸法に形成されている。なお、本実施形態の静電容量型加速度センサは、フレーム部１１の周部が全周に亘って各カバー基板２，３の周部と接合されており、フレーム部１１と各カバー基板２，３とで、チップサイズパッケージが構成されている。

また、半導体基板１０としては、シリコン基板からなる支持基板１０１上のシリコン酸化膜からなる絶縁層（埋込酸化膜）１０２上にｎ形のシリコン層（活性層）１０３を有するＳＯＩ基板を用いているが、ＳＯＩ基板に限らず、例えば、シリコン基板を用いてもよい。なお、ＳＯＩ基板については、支持基板１０１の厚さは５０μｍ〜５００μｍ程度、絶縁層１０２の厚さは０．５μｍ〜３μｍ程度、シリコン層１０３の厚さは５μｍ〜５０μｍ程度としてあるが、これらの数値は特に限定するものではない。半導体基板１０は、シリコン層１０３の表面からなる一表面を（１００）面としてある。

また、第１のカバー基板２が、第１のガラス基板２０を用いて形成してあるが、これに限らず、誘電体により形成することが好ましい。なお、本実施形態では、第１のカバー基板２の厚さを１００〜６００μｍ程度、第２のカバー基板３の厚さを１００〜６００μｍ程度としてあるが、これらの数値も一例であり、特に限定するものではない。

ここにおいて、センサ本体１と第１のカバー基板２および第２のカバー基板３との接合方法としては、陽極接合法を採用しており、センサ本体１のフレーム部１１と第１のカバー基板２および第２のカバー基板３それぞれの周部とを接合している。これに対して、本実施形態の静電容量型加速度センサでは、錘部１３および各トーションビーム１２，１２と、各カバー基板２，３との間に所定のギャップが形成されている。

しかして、本実施形態では、可動電極１５，１５が設けられた錘部１３やトーションビーム１２，１２や固定電極２５，２５などの機能部が、フレーム部１１と各カバー基板２，３とで囲まれた気密空間内に配置されるので、可動電極１５，１５と固定電極２５，２５との間の間隙に異物や水分が侵入するのを防止することができる。

本実施形態の静電容量型加速度センサでは、センサ本体１がマイクロマシニング（バルクマイクロマシニング）技術などを利用して形成されており、トーションビーム１２，１２が、フレーム部１１および錘部１３に比べて薄肉に形成されており、錘部１３が、フレーム部１１に対して一対のトーションビーム１２，１２の回りで変位可能となっている（ｙ軸方向の軸回りで回動可能となっている）。つまり、一対のトーションビーム１２，１２は、フレーム部１１に対して錘部１３が揺動自在となるようにフレーム部１１と錘部１３とを連結している。言い換えれば、フレーム部１１の内側に配置される錘部１３は、当該錘部１３から相反する２方向へ連続一体に延長された２つのトーションビーム１２，１２を介してフレーム部１１に揺動自在に支持されている。

ここにおいて、フレーム部１１は、半導体基板１０であるＳＯＩ基板の支持基板１０１、絶縁層１０２、シリコン層１０３それぞれを利用して形成してあり（図１（ｂ）参照）、幅寸法が略一定の矩形枠状としてある。これに対して、トーションビーム１２，１２は、ＳＯＩ基板におけるシリコン層１０３のみを利用して形成してあり（図１（ｂ）参照）、フレーム部１１よりも薄肉となっている。また、錘部１３は、上述のＳＯＩ基板の支持基板１０１、絶縁層１０２、シリコン層１０３それぞれを利用して形成してある。本実施形態では、上述のように、半導体基板１０としてＳＯＩ基板を用いているので、半導体基板１０としてシリコン基板を用いる場合に比べて、各トーションビーム１２，１２の厚み寸法の精度を高めることができる。

ここで、本実施形態の静電容量型加速度センサは、センサ本体１の上記一表面側に接合される第１のカバー基板２側への錘部１３の変位空間を確保するために、錘部１３および各トーションビーム１２，１２それぞれに対応する各部位におけるシリコン層１０３の厚みを薄くしてあるが、これら各部位の厚みを薄くせずに、第１のカバー基板２の基礎となる第１のガラス基板２０におけるセンサ本体１との対向面に錘部１３の変位空間形成用凹部を形成し、当該変位空間形成用凹部の内底面に固定電極２５，２５を形成するようにしてもよい。なお、本実施形態では、錘部１３および各トーションビーム１２，１２それぞれに対応する各部位におけるシリコン層１０３の厚みを薄くするにあたっては、シリコン層１０３を例えばアルカリ系溶液を用いたウェットエッチングなどにより第１の所定深さだけエッチングすればよく、第１の所定深さを０．５μｍ〜５μｍ程度の範囲で適宜設定しているが、この数値範囲に限定するものではない。上述の説明から分かるように、各トーションビーム１２，１２の厚さ寸法は、もともとのシリコン層１０３の厚さ寸法から第１の所定深さの寸法を減算した寸法となるが、各トーションビーム１２，１２の厚さ寸法は、１μｍ〜５０μｍ程度の範囲で適宜設定すればよい。

また、本実施形態の静電容量型加速度センサは、センサ本体１の上記他表面側に接合される第２のカバー基板３側への錘部１３の変位空間を確保するために、錘部１３において支持基板１０１により形成されている部位の厚みを薄くしてあるが、当該部位の厚みを薄くせずに、第２の固定基板３の基礎となる第２のガラス基板３０におけるセンサ本体１との対向面に錘部１３の変位空間形成用凹部を形成するようにしてもよい。なお、本実施形態では、錘部１３において支持基板１０１により形成されている部位の厚みを薄くするにあたっては、支持基板１０１を例えばアルカリ系溶液を用いたウェットエッチングなどにより第２の所定深さだけエッチングすればよく、第２の所定深さを０．５μｍ〜５μｍ程度の範囲で適宜設定しているが、この数値範囲に限定するものではない。

また、センサ本体１の上記一表面側および上記他表面側には、錘部１３の過度の変位を規制する複数の微小なストッパ（突起部）１３ａ，１３ｂ（図１（ｂ）参照）が錘部１３における各カバー基板２，３それぞれとの対向面から突設されている。しかして、本実施形態の静電容量型加速度センサでは、錘部１３の過度の変位によるトーションビーム１２，１２の破損や各カバー基板２，３の破損などを防止することができる。ここで、ストッパ１３ａ，１３ｂは、半導体基板１０の一部により構成してもよいし、半導体基板１０に形成したシリコン酸化膜や金属膜（例えば、アルミニウム膜など）をパターニングすることにより構成してもよい。なお、このようなストッパ１３ａ，１ｂは、センサ本体１に設けずに、各カバー基板２，３それぞれにおける錘部１３との対向面に設けてもよい。

また、本実施形態の静電容量型加速度センサは、センサ本体１の錘部１３にセンサ本体１の厚み方向に貫通する平面視矩形状（ここでは、ｘ軸方向を長手方向、ｙ軸方向を短手方向とする長方形状）の開口窓１４が形成されており、当該開口窓１４内（矩形枠状の錘部１３の内側）には、３つの島部１６が、センサ本体１の上記一表面において一対のトーションビーム１２，１２の並設方向に直交する方向（ｘ軸方向）に並設されている。

各島部１６，１６，１６は、錘部１３の開口窓１４の内周面との間、および隣り合う島部１６との間に隙間が形成されており、互いに分離独立して電気的に絶縁されている。また、センサ本体１の上記一表面側において、各島部１６，１６，１６上には、金属薄膜（例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜など）からなる円形状のパッド１８が形成され、各島部１６，１６，１６それぞれにおいてシリコン層１０３の一部により構成された導体部とパッド１８とが電気的に接続されている。ここにおいて、各パッド１８は、一般的な半導体製造プロセスで採用される薄膜形成技術、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用して形成されている。

各島部１６，１６，１６は、半導体基板１０であるＳＯＩ基板の支持基板１０１、絶縁層１０２、シリコン層１０３それぞれを利用して形成してあり、ＳＯＩ基板に適宜加工を施してから当該ＳＯＩ基板を第２のカバー基板３に陽極接合により接合した後に、錘部１３から分離されている。

ここで、３つの島部１６，１６，１６のうち、真ん中の島部１６上のパッド１８が、第１のカバー基板２におけるセンサ本体１に対向する表面側においてｙ軸方向に沿って形成された接続配線２６を介してフレーム部１１と電気的に接続されて各可動電極１５，１５と同電位となり、３つの島部１６，１６，１６のうち両側の島部１６，１６が、第１のカバー基板２におけるセンサ本体１に対向する表面側においてｘ軸方向に沿って形成された接続配線２６，２６を介して互いに異なる固定電極２５，２５と電気的に接続されて当該接続された固定電極２５，２５と同電位となっている。

更に説明すれば、本実施形態の静電容量型加速度センサでは、錘部１３のうちシリコン層１０３により形成された部位によって上述の可動電極１５，１５が構成されており、可動電極１５，１５とトーションビーム１２，１２のうちシリコン層１０３により形成された部位とフレーム部１１のうちシリコン層１０３により形成された部位とが同電位となっており、第１のカバー基板２におけるセンサ本体１に対向する表面側においてｘ軸方向に沿って形成された接続配線２６を介してフレーム部１１においてシリコン層１０３により形成された導体部と真ん中の島部１６においてシリコン層１０３により形成された導体部とが電気的に接続されている。ここで、本実施形態の静電容量型加速度センサでは、接続配線２６とフレーム部１１および島部１６とを電気的に接続するために、フレーム部１１における錘部１３側の部位におけるシリコン層１０３の厚みを薄くするとともに島部１６における錘部１３側の部位の一部におけるシリコン層１０３の厚みを薄くしてあり、当該薄くした各部位からなる段差部１１ａ，１６ａ上に、接続配線２６を接続する接続電極１７が形成されている。

一方、フレーム部１１と真ん中の島部１６とを電気的に接続する接続配線２６は、平面視においてフレーム部１１上の接続電極１７と真ん中の島部１６上の接続電極１７とに跨る形で形成されている。また、固定電極２５，２５と両側の島部１６，１６とを電気的に接続する接続配線２６，２６は、各一端部それぞれが固定電極２５，２５と連続一体に形成されて固定電極２５，２５と電気的に接続され、各他端部それぞれが各島部１６，１６においてシリコン層１０３の厚みを薄くした段差部１６ａ，１６ａ上の接続電極１７，１７に重なる形で形成され接続電極１７，１７と電気的に接続されている。

上述の各接続電極１７は、シリコン層１０３とのオーミック接触が可能な金属膜（例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜など）により構成してある。ここにおいて、各接続電極１７は、一般的な半導体製造プロセスで採用される薄膜形成技術、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用して形成されている。なお、シリコン層１０３の抵抗率が比較的高くて可動電極１５，１５とフレーム部１１との間に電位差が生じるような場合には、シリコン層１０３に適宜の不純物をドープしてシリコン層１０３の抵抗率を低くすればよい。

また、第１のカバー基板２の各固定電極２５，２５および各接続配線２６，２６，２６は、スパッタ法のような薄膜形成技術、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用して形成されている。ここで、各固定電極２５，２５および各接続配線２６，２６，２６は、金属膜（例えば、Ａｌ膜、Ａｌ−Ｔｉ膜など）により構成してあるが、金属膜に限らず、例えば、導電性ポリシリコン膜などにより構成してもよい。

本実施形態では、第１のカバー基板２の各固定電極２５，２５および各接続配線２６，２６，２６の厚みは、０．０５μｍ〜１μｍ程度の範囲で設定してあるが、特に限定するものではない。ただし、上述のようにセンサ本体１と第１のカバー基板２とを陽極接合などにより接合する場合には、厚み方向において重ねる接続配線２６の厚み寸法と接続電極１７の厚み寸法との合計寸法が、第１のガラス基板２０と接続電極１７の下地表面（上述の各段差部１１ａ，１６ａの表面）との間の寸法よりも僅かに大きくなるように設定することで、陽極接合時に接続配線２６と接続電極１７とが圧接され、接続配線２６と接続電極１７との電気的接続を安定して得ることができる（電気的接続の信頼性を高めることができるとともに接触抵抗を小さくすることができる）。ただし、センサ本体１と第１のカバー基板２との接合方法は陽極接合に限らず、他の周知の接合方法でもよく、例えば、周知の直接接合法のうち陽極接合法以外の接合方法である常温接合法などの接合方法を採用する場合には、厚み方向において重ねる接続配線２６の厚み寸法と接続電極１７の厚み寸法との合計寸法を、第１のガラス基板２０と接続電極１７の下地表面（上述の各段差部１１ａ，１６ａの表面）との間の寸法と略同一とすることで、センサ本体１と第１のガラス基板２０との接合が阻害されるのを防止する必要がある。また、所望の感度を得るために必要な各固定電極２５，２５と各可動電極１５，１５との間のギャップ長に応じて、各固定電極２５，２５の厚さ寸法と、上述の第１の所定深さ（シリコン層１０３の厚みを薄くする部位の深さ）の寸法とを適宜設定すればよい。

また、第１のカバー基板２には、各パッド１８を各別に露出させる複数（ここでは、３つ）のテーパ状の貫通孔２４が第１のガラス基板２０の厚み方向に貫設されている。ここで、第１のカバー基板２は、各貫通孔２４を、センサ本体１から離れるにつれて開口面積が徐々に大きくなるテーパ状に形成してあり、センサ本体１において各パッド１８それぞれの外周縁から離れた各部位に各貫通孔２４の周部が接合されるように開口面積を設定してある。ここで、第１のカバー基板２の各貫通孔２４は、サンドブラスト法により形成してあるが、サンドブラスト法に限定するものではなく、貫通孔２４の形状や第１のカバー基板２の基板材料によってはドリル加工法やエッチング法などを適宜採用してもよい。

本実施形態の静電容量型加速度センサでは、３つの島部１６，１６，１６のうち真ん中の島部１６に形成されたパッド１８が第１の外部接続用電極を構成し、両側の島部１６に形成されたパッド１８が第２の外部接続用電極を構成している。したがって、本実施形態の静電容量型加速度センサをプリント基板などの配線基板（回路基板）に実装して用いる場合には、各パッド１８と配線基板の導体パターンとをボンディングワイヤにより電気的に接続して用いればよい。ただし、各外部接続用電極は、上述の各パッド１８に限らず、例えば、第１のカバー基板２に厚み方向に貫通する貫通孔配線を設けて第１のカバー基板２におけるセンサ本体１側とは反対の表面側で貫通孔配線に電気的に接続される形で設けてもよい。

以下、本実施形態の静電容量型加速度センサの製造方法について簡単に説明する。

まず、センサ本体１の基礎となる半導体基板１０を当該半導体基板１０の他表面側（図１（ｂ）の下面側）からエッチング加工する１次加工工程を行い、その後、半導体基板１０と第２のカバー基板３とを陽極接合などにより接合する第１の接合工程を行った後に、半導体基板１０の上記一表面側から半導体基板１０の適宜部位（フレーム部１１のうち上記段差部１１ａを形成する部分以外と、各島部１６のうち上記段差部１６ａを形成する部分以外とを除いた部分）を上記第１の所定深さまでアルカリ系溶液などを用いてエッチング加工する２次加工工程を行ってから、上述の各パッド１８を形成するパッド形成工程、各接続電極１７を形成する接続電極形成工程を順次行い、その後、半導体基板１０を当該半導体基板１０の上記一表面側からエッチング加工することでフレーム部１１、トーションビーム１２，１２、錘部１３、開口窓１４、島部１６，１６，１６を形成する３次加工工程を行い、その後、センサ本体１と第１のカバー基板２とを陽極接合法などにより接合する第２の接合工程を行う。なお、パッド形成工程と接続電極形成工程とは同時に行ってもよいし、順序を逆にしてもよい。また、パッド形成工程は２次加工工程よりも前に行ってもよい。

上述の１次加工工程では、支持基板１０１および絶縁層１０２の適宜部位をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用してエッチング加工する。より具体的には、１次加工工程では、支持基板１０１においてフレーム部１１および各島部１６，１６，１６それぞれに対応する部位以外の部位を上記第２の所定深さまでアルカリ系溶液を用いてエッチング加工し、その後、支持基板１０１および絶縁層１０２のうちフレーム部１１および各島部１６，１６，１６および錘部１３以外に対応する部分をエッチング除去している。ここで、反応性イオンエッチングなどのドライエッチングによって支持基板１０１をエッチングする際に絶縁層１０２をエッチングストッパ層としており、支持基板１０１のエッチング後に、フッ酸系溶液を用いたウェットエッチングやＳｉＯ_２用のエッチングガスを用いた反応性イオンエッチングなどのドライエッチングによって絶縁層１０２を選択的にエッチングしているので、トーションビーム１２，１２の厚さ寸法（上述のｚ軸方向の寸法）の精度を高めることができる。また、上述の３次加工工程を行うことによって、錘部１３と各島部１６，１６，１６との間に開口窓１４の一部からなる第１の空隙が形成されるとともに錘部１３とフレーム部１１との間に各トーションビーム１２，１２との連結部位を除いて第２の空隙が形成される。

また、上述の第２の接合工程においてセンサ本体１と第１のカバー基板２とを陽極接合法により接合する場合、錘部１３から分離された３つの島部１６，１６，１６のうち両側の２つの島部１６，１６については、フレーム部１１と同じグランド電位にできず浮遊電位となってしまう。そこで、第２の接合工程において半導体基板１０を用いて形成したセンサ本体１と第１のガラス基板２０を用いて形成した第１のカバー基板２とを陽極接合法により接合する場合には、センサ本体１の両側の島部１６，１６それぞれとフレーム部１１とを電気的に接続するための接合用仮配線２７，２７を第１のカバー基板２に形成するとともに、両側の島部１６，１６の上記段差部１６ａ，１６ａとフレーム部１１の上記段差部１１ａとに接合用仮配線２７，２７が電気的に接続される接続電極１７，１７を形成しておき、第２の接合工程の後で、第１のガラス基板２０を通して接合用仮配線２７，２７にレーザビームを照射して切断するレーザリペアのような仮配線切断工程を行えばよい。

また、本実施形態の静電容量型加速度センサの製造方法では、仮配線切断工程が終了する（仮配線切断工程を行わない場合は第２の接合工程が終了する）までの全工程をセンサ本体１および各カバー基板２，３それぞれについてウェハレベルで行うことで静電容量型加速度センサを複数備えたウェハレベルパッケージ構造体を形成するようにし、当該ウェハレベルパッケージ構造体から個々の静電容量型加速度センサに分割する分割工程を備えるようにすれば、上記チップサイズパッケージの平面サイズをセンサ本体１の外形サイズに合わせることができるから、より小型の静電容量型加速度センサを提供でき、また、量産性を高めることができる。

ところで、本実施形態の静電容量型加速度センサは、上述の説明から分かるように、錘部１３がｙ軸方向に沿って延長された一対のトーションビーム１２，１２を介してフレーム部１１に連結され、第１のカバー基板２において各可動電極１５，１５それぞれに対向する部位ごとにｘ軸方向に沿って金属薄膜（例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜など）からなる２つの固定電極２５，２５が並設されるとともに、錘部１３におけるｘ軸方向の両端部それぞれに可動電極１５、１５が設けられており、ｚ軸方向において対向して対をなす可動電極１５と固定電極２５との対の間にギャップが形成されている。ここで、一対のトーションビーム１２，１２は、平面視における錘部１３のｙ軸方向に沿った中心線の延長線上に形成されている。

しかして、本実施形態の静電容量型加速度センサは、センサ本体１に設けられた可動電極１５と第１のカバー基板２に設けられた固定電極２５との対を２対有しており、可動電極１５と固定電極２５との対ごとに可変容量コンデンサが構成されている。要するに、本実施形態の静電容量型加速度センサは、錘部１３が振動することにより、対をなす固定電極２５と可動電極１５とのギャップ長が変化し、可変容量コンデンサの静電容量が変化する。ここにおいて、本実施形態の静電容量型加速度センサでは、各固定電極２５，２５が第１のカバー基板２に形成された接続配線２６，２６および島部１６，１６を介して第１の外部接続用電極であるパッド１８，１８と電気的に接続されているので、寄生容量を低減することができ、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。要するに、本実施形態の静電容量型加速度センサでは、可動電極１５，１５と同電位の構成物（以下、第１の同電位構成物と称する）と、固定電極２５，２５それぞれと同電位の構成物（以下、第２の同電位構成物、第３の同電位構成物と称する）との間には寄生容量が存在するが、第１の同電位構成物と第２の同電位構成物、第３の同電位構成物との間の中間介在物の大部分を空間とすることができるので、同電位構成物間の寄生容量を低減することができ、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。

以下では、説明の便宜上、２個の固定電極２５，２５について、図１（ａ）における左側の固定電極２５の符号を２５Ａ、右側の固定電極２５の符号を２５Ｂとし、２個の可動電極１５，１５について、図１（ａ）における左側の可動電極１５の符号を１５Ａ、右側の可動電極１５の符号を１５Ｂとして説明する。

ここにおいて、図１（ａ）において３つの島部１６それぞれに形成された３つのパッド１８は、左側のパッド１８が、第２のカバー基板２において固定電極２５Ａと連続一体に形成された接続配線２６を介して固定電極２５Ａと電気的に接続されて略同電位となり、真ん中のパッド１８が、第２のカバー基板２において各固定電極２５Ａ，２５Ｂから分離して形成された接続配線２６およびフレーム部１１およびトーションビーム１２，１２を介して両可動電極１５Ａ，１５Ｂと電気的に接続されて略同電位となり、右側のパッド１８が、第２のカバー基板２において固定電極２５Ｂと連続一体に形成された接続配線２６を介して固定電極２５Ｂと電気的に接続されて略同電位となっている。

ここで、本実施形態の静電容量型加速度センサの基本的な動作例について図３を参照しながら説明する。

いま、静電容量型加速度センサにｘ軸方向（図３中に太線で示した右向きの矢印の方向であるｘ軸の正方向）の加速度がかかると、錘部１３には、同図中に太線で示した左向きの矢印の方向であるｘ軸の負方向に慣性力が発生する。なお、ｘ軸方向の単独の加速度のみでなく、ｘ軸方向の成分をもつあらゆる加速度や、遠心力がｘ軸の負方向の成分をもつ円運動の遠心力が作用した場合にも同様に慣性力が発生する。

上述の慣性力が発生すると、錘部１３が一対のトーションビーム１２，１２を回動軸として回動（回転変位）して可動電極１５Ａ，１５Ｂと固定電極２５Ａ，２５Ｂとの間のギャップ長ｇＡ，ｇＢが変化し、各可変容量コンデンサの静電容量が変化する。図３に示した例では、可動電極１５Ａと固定電極２５Ａとの間のギャップ長ｇＡが、慣性力が０の場合に比べて小さくなるように変化し、可動電極１５Ｂと固定電極２５Ｂとの間のギャップ長ｇＢが、慣性力が０の場合に比べて大きくなるように変化する。

ここにおいて、静電容量型加速度センサに加速度がかかっていない状態での各可変容量コンデンサの静電容量をＣ０とし、ｘ軸方向の加速度がかかったときの、各可変容量コンデンサの静電容量の変化分をΔＣ、可動電極１５Ａと固定電極２５Ａとで構成される可変容量コンデンサの静電容量をＣＡ、可動電極１５Ｂと固定電極２５Ｂとで構成される可変容量コンデンサの静電容量をＣＢとすれば、
ＣＡ＝Ｃ０＋ΔＣ
ＣＢ＝Ｃ０−ΔＣ
となる。ここで、２個の可変容量コンデンサの静電容量の差分値（＝ＣＡ−ＣＢ）は２ΔＣとなる。しかして、本実施形態の静電容量型加速度センサでは、（ＣＡ−ＣＢ）の静電容量の変化に基づいて、ｘ軸方向に作用した加速度を検出することができる。したがって、両可動電極１５Ａ，１５Ｂに電気的に接続されたパッド１８と固定電極２５Ａ，２５Ｂに電気的に接続されたパッド１８，１８との間に直流バイアス電圧を印加しておけば、対となるパッド１８，１８間には静電容量の変化に応じて微小な電圧変化が生じるから、この電圧変化に基づいてｘ軸方向に作用した加速度を検出することができる。

そこで、上述の静電容量型加速度センサを用いたセンサ装置の一例として、例えば、静電容量型加速度センサの出力信号を信号処理する信号処理回路が形成されたＩＣチップを、静電容量型加速度センサとともにパッケージに収納したものが考えられる。上記ＩＣチップとしては、例えば、シリコン基板などを用いて形成されたＡＳＩＣ（Application Specific ＩＣ）などを用いればよい。なお、上記ＩＣチップの機能は、静電容量型加速度センサの機能に応じて適宜設計すればよく、静電容量型加速度センサと協働するものであればよい。また、上記ＩＣチップＢは、必ずしも、静電容量型加速度センサと同一のパッケージに収納する必要はないが、上記ＩＣチップを静電容量型加速度センサと同じパッケージに収納した場合のほうが、異なるパッケージに収納する場合に比べて、センサ装置全体の小型化および低コスト化を図れるとともに加速度の検出精度の向上を図れる。

以上説明した本実施形態の静電容量型加速度センサでは、各固定電極２５，２５それぞれが、第１のカバー基板２におけるセンサ本体１側に形成され各固定電極２５，２５それぞれに対応付けられた接続配線２６とセンサ本体１の錘部１３の開口窓１４内に配置された島部１６とを介して当該島部１６における第１のカバー基板２側の第１の外部接続用電極であるパッド１８と電気的に接続され、各可動電極１５，１５が第１のカバー基板２側の第２の外部接続用電極であるパッド１８，１８と電気的に接続されているので、平面サイズの小型化を図りながらも、トーションビーム１２，１２と錘部１３に設けられた各可動電極１５，１５との間の距離を長くすることができ、加速度に対する各可動電極１５，１５の変位量が増大し、高感度化を図れる。

ところで、上述の静電容量型加速度センサでは、半導体基板１０として、シリコン基板からなる支持基板１０１上にシリコン酸化膜からなる絶縁層１０２を介してシリコン層１０３が形成されたＳＯＩ基板を用いているので、半導体基板１０としてシリコン基板を用いる場合に比べて、各固定電極２５，２５それぞれに電気的に接続される両側の島部１６，１６と両可動電極１５，１５に電気的に接続される真ん中の島部１６との対向面積を小さくできて寄生容量を低減できる。しかしながら、各島部１６それぞれにおいてシリコン層１０３により形成された導体部とシリコン基板からなる支持基板１０１により形成された部分とが絶縁層１０２を介して容量結合するので、隣り合う島部１６，１６間で支持基板１０１により形成された部分間の寄生容量が発生する。

そこで、図４に示すように、島部１６について、平面視において支持基板１０１の一部からなる部分の外周線がシリコン層１０３の一部からなる部分の外周線の内側にあるようにすることで、隣り合う島部１６，１６間のギャップ長に関して、シリコン層１０３により形成された部分間のギャップ長に比べて支持基板１０１により形成された部分間のギャップ長を長くすれば、島部１６，１６，１６のうちＳＯＩ基板の支持基板１０１の一部からなる部分間の距離（ギャップ長）を長くすることができ、当該部分間での寄生容量を小さくすることができ、Ｓ／Ｎ比の向上による高感度化を図れる。

ところで、本実施形態の静電容量型加速度センサでは、各可動電極１５が第１のカバー基板２におけるセンサ本体１側に形成され各可動電極１５に対応付けられた接続配線２６とセンサ本体１の錘部１３の開口窓１４内に配置された島部１６とを介して１つの第２の外部接続用電極であるパッド１８に共通接続されてなり、各第１の外部接続用電極となるパッド１８と第２の外部接続用電極となるパッド１８とが平面視で一直線上に並ばないように配置されているので、３つのテーパ状の貫通孔２４，２４，２４の中心が一直線上に並ばないようにできるので、３つのパッド１８が平面視で一直線上に並ぶ場合に比べて、平面サイズの小型化を図れる。

（実施形態２）
本実施形態の静電容量型加速度センサの基本構成は実施形態１と略同じであり、図５に示すように、錘部１３において同図の右側の可動電極１５（１５Ｂ）が設けられた部分に矩形状に開口された凹部１３ｃが形成されている点が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

錘部１３の凹部１３ｃは、半導体基板１０であるＳＯＩ基板の支持基板１０１により形成される部分の一部を絶縁層１０２により形成される部分をエッチングストッパ層として半導体基板１０の上記他表面側からエッチングすることにより形成されている。

しかして、本実施形態の静電容量型加速度センサのセンサ本体１の錘部１３は、センサ本体１の上記他表面側において錘部１３のｙ軸方向の中心線（ここでは、一対のトーションビーム１２，１２を結ぶ直線に一致する）におけるｘ軸方向の一方側に、矩形状に開口された凹部１３ｃが形成されており、ｘ軸方向の上記一方側と他方側とで互いに質量が異なっている。

ここで、本実施形態の静電容量型加速度センサの基本的な動作例について図６を参照しながら説明する。

いま、静電容量型加速度センサにｘ軸の正方向の加速度がかかると、実施形態１と同様、錘部１３には、図６中に太線で示した左向きの矢印の方向であるｘ軸の負方向に慣性力が発生する。

上述のようにｘ軸の負方向に慣性力が発生すると、実施形態１と同様、錘部１３が一対のトーションビーム１２，１２を回動軸として回動（回転変位）して可動電極１５Ａ，１５Ｂと固定電極２５Ａ，２５Ｂとの間のギャップ長ｇＡ，ｇＢが変化し、各可変容量コンデンサの静電容量が変化する。

また、錘部１３に関してｘ軸方向の上記一方側と他方側とで互いに質量が上述のように異なっているので、静電容量型加速度センサにｚ軸の負方向の加速度がかかると、錘部１３には、図６中に太線で示した上向きの矢印の方向であるｚ軸の正方向に慣性力が発生する。

上述のようにｚ軸の正方向に慣性力が発生すると、錘部１３が一対のトーションビーム１２，１２を回動軸として回動（回転変位）して可動電極１５Ａ，１５Ｂと固定電極２５Ａ，２５Ｂとの間のギャップ長ｇＡ，ｇＢが変化し、各可変容量コンデンサの静電容量が変化する。

ここにおいて、静電容量型加速度センサに加速度がかかっていない状態での各可変容量コンデンサの静電容量をＣ０とし、ｘ軸の正方向もしくはｚ軸の負方向の加速度がかかったときの、各可変容量コンデンサの静電容量の変化分をΔＣ、可動電極１５Ａと固定電極２５Ａとで構成される可変容量コンデンサの静電容量をＣＡ、可動電極１５Ｂと固定電極２５Ｂとで構成される可変容量コンデンサの静電容量をＣＢとすれば、
ＣＡ＝Ｃ０＋ΔＣ
ＣＢ＝Ｃ０−ΔＣ
となる。ここで、２個の可変容量コンデンサの静電容量の差分値（＝ＣＡ−ＣＢ）は２ΔＣとなる。

本実施形態の静電容量型加速度センサでは、（ＣＡ−ＣＢ）の静電容量の変化に基づいて、ｘ軸方向もしくはｚ軸方向に作用した加速度を検出することができる。ここで、予め加速度のかかる方向が分かっていれば、その方向にｘ軸方向もしくはｚ軸方向が沿うように静電容量型加速度センサを配置して用いればよい。したがって、本実施形態の静電容量型加速度センサでは、錘部１３の重心が、平面視において一対のトーションビーム１２，１２を結ぶ直線から横方向（ｘ軸方向）にずれているので、センサ本体１の厚み方向（ｚ軸方向）の加速度を高感度で検出することが可能となる。

ところで、上述の静電容量型加速度センサを２つ用意してｘ軸方向に沿って並設するようにし、平面視において一方の静電容量型加速度センサを他方の静電容量型加速度センサに対して１８０°回転して配置してセンサ装置を構成するようにすれば、ｘ軸方向の加速度とｚ軸方向の加速度とを各別に検出することが可能となる。

この場合のセンサ装置の動作について図７および図８を参照しながら説明するが、以下では、説明の便宜上、図７（ａ）および図８（ａ）に示す上記一方の静電容量型加速度センサにおける左側の固定電極２５の符号を２５Ａ、右側の固定電極２５の符号を２５Ｂ、左側の可動電極１５の符号を１５Ａ、右側の可動電極１５の符号を１５Ｂとし、図７（ｂ）および図８（ｂ）に示す上記他方の静電容量型加速度センサの左側の固定電極２５の符号を２５Ｃ、右側の固定電極２５の符号を２５Ｄ、左側の可動電極１５の符号を１５Ｃ、右側の可動電極１５の符号を１５Ｄとして説明する。

図７（ａ），（ｂ）は、各静電容量型加速度センサそれぞれについて、ｘ軸の正方向へ加速度がかかってｘ軸の負方向（左向きの太線の矢印の方向）へ慣性力が働いた場合を示し、図８（ａ），（ｂ）は、各静電容量型加速度センサそれぞれについて、ｚ軸の負方向へ加速度がかかってｚ軸の正方向（上向きの太線の矢印の方向）へ慣性力が働いた場合を示しており、可動電極１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄと固定電極２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄとの間のギャップ長をｇＡ，ｇＢ，ｇＣ，ｇＤとしてある。ここで、可動電極１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄと固定電極２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄとで構成される各可変容量コンデンサの静電容量をＣＡ，ＣＢ，ＣＣ，ＣＤとすれば、各可変容量コンデンサの静電容量は下記表１に示すように変化する。なお、下記表１では、加速度がかかっていない状態での各可変容量コンデンサの静電容量ＣＡ，ＣＢ，ＣＣ，ＣＤをＣ０とし、加速度がかかってＣ０から増加する場合には「＋」、静電容量Ｃ０から減少する場合には「−」を記してある。

上記表１から分かるように、ｘ軸方向に加速度がかかった場合とｚ軸方向に加速度がかかった場合とで、各可変容量コンデンサの静電容量ＣＡ，ＣＢ，ＣＣ，ＣＤの変化方向の組み合わせが異なる（一義的に決まる）ので、｛（ＣＡ−ＣＢ）＋（ＣＣ−ＣＤ）｝の静電容量の変化に基づいて、センサ装置のｘ軸方向に作用した加速度を検出することができ、｛（ＣＡ−ＣＢ）＋（ＣＤ−ＣＣ）｝の静電容量の変化に基づいて、センサ装置のｚ軸方向に作用した加速度を検出することができる。ここで、ｘ軸方向の加速度およびｚ軸方向の加速度を各別に検出する場合には、実施形態１で説明したＩＣチップにｘ軸方向の加速度を求める演算機能とｚ軸方向の加速度を求める演算機能とを設ければよい。

なお、本実施形態においても、実施形態１で説明した図４の構成例と同様に、島部１６について、平面視において支持基板１０１の一部からなる部分の外周線がシリコン層１０３の一部からなる部分の外周線の内側にあるようにしてもよい。

（実施形態３）
本実施形態の静電容量型加速度センサの基本構成は実施形態２と略同じであって、図９に示すように、錘部１３に対して実施形態２で説明した凹部１３ｃ（図５参照）を形成することで錘部１３の重心を横方向（ここでは、ｘ軸の負方向）にずらす代わりに、錘部１３に対して付加錘部１３ｅを付加することで錘部１３の重心を横方向（ここでは、ｘ軸の負方向）にずらしている点が相違する。ここで、付加錘部１３ｅは、半導体基板１０であるＳＯＩ基板の一部を用いて形成されたものであり、錘部１３と一体に形成されている。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

しかして、本実施形態の静電容量型加速度センサのセンサ本体１の錘部１３は、センサ本体１の上記他表面側において錘部１３のｙ軸方向の中心線（ここでは、一対のトーションビーム１２，１２を結ぶ直線に一致する）におけるｘ軸方向の上記他方側に、付加錘部１３ｅが形成されており、ｘ軸方向の上記一方側と上記他方側とで互いに質量が異なっている。なお、本実施形態の静電容量型加速度センサの動作は実施形態２と同じなので説明を省略するが、実施形態２の方が平面サイズを小さくする点では有利である。また、実施形態２で説明したセンサ装置と同様に、２つの静電容量型加速度センサを並設してｘ軸方向およびｚ軸方向それぞれの加速度を各別に検出するようにしてもよい。また、錘部１３の重心を横方向にずらすための構造は、本実施形態や実施形態２の構造に限定するものではなく、例えば、実施形態２で説明した凹部１３ｃ内に支持基板１０１とは密度の異なる材料を充実させたり、凹部１３ｃ内に支持基板１０１の一部からなる補強壁を設けてもよい。

なお、本実施形態においても、実施形態１で説明した図４の構成例と同様に、島部１６について、平面視において支持基板１０１の一部からなる部分の外周線がシリコン層１０３の一部からなる部分の外周線の内側にあるようにしてもよい。

（実施形態４）
本実施形態の静電容量型加速度センサの基本構成は実施形態２と略同じであって、図１０に示すように、センサ本体１に関して、フレーム部１１の内側に錘部１３が２つ並設されるとともに、フレーム部１１の内側空間を２つの錘部１３，１３が各別に配置される空間に分ける中間フレーム部１９を一体に備え、当該中間フレーム部１９に４つの可動電極１５，１５，１５，１５が共通接続される１つの第２の外部接続用電極であるパッド１８が形成されている点に特徴がある。要するに、本実施形態の静電容量型加速度センサは、錘部１３、一対のトーションビーム１２，１２、２つの可動電極１５，１５、２つの固定電極２５，２５、２つの島部１６，１６およびフレーム部１１の一部などにより構成されるセンサエレメントがセンサ本体１の長手方向に並設されたセンサユニットを構成している。なお、実施形態２と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態におけるセンサ本体１は、２つの錘部１３，１３がｘ軸方向に並設されているが、具体的には、２つの錘部１３，１３それぞれに凹部１３ｃ，１３ｃが形成されおり、２つの錘部１３，１３に関して、当該センサ本体１の上記一表面に沿った面内において一方の錘部１３が他方の錘部１３を１８０°回転させた形で配置されている。要するに、２つの錘部１３，１３が、中間フレーム部１９を基準として線対称となっている。なお、本実施形態では、左側の錘部１３の重心が当該錘部１３に連結されている一対のトーションビーム１２，１２を結ぶ直線から左側にずれ、右側の錘部１３の重心が当該錘部１３に連結されている一対のトーションビーム１２，１２を結ぶ直線から右側にずれているが、左側の錘部１３の重心が当該錘部１３に連結されている一対のトーションビーム１２，１２を結ぶ直線から右側にずらし、右側の錘部１３の重心が当該錘部１３に連結されている一対のトーションビーム１２，１２を結ぶ直線から左側にずらすようにしてもよい。なお、本実施形態の静電容量型加速度センサは、実施形態１の静電容量型加速度センサの製造方法に準じて製造することができるので、製造方法の説明は省略する。

以上説明した本実施形態の静電容量型加速度センサによれば、実施形態２のセンサ装置と同様に複数軸（ここでは、ｘ軸とｚ軸との２軸）の加速度を各別に検出可能とした構成において、小型化を図りつつ高感度化を図れる。

なお、本実施形態においても、実施形態１で説明した図４の構成例と同様に、島部１６について、平面視において支持基板１０１の一部からなる部分の外周線がシリコン層１０３の一部からなる部分の外周線の内側にあるようにしてもよい。

ところで、本実施形態の静電容量型加速度センサを実装する配線基板上において、図１１に示すように、当該静電容量型加速度センサ（センサユニット）と実施形態２の静電容量型加速度センサ（センサエレメント）とを互いの長手方向が直交し、且つ、本実施形態の静電容量型加速度センサの長手方向の一端部の側方に実施形態２の静電容量型加速度センサが位置するように隣接配置し、両静電容量型加速度センサの出力信号を信号処理する矩形板状のＩＣチップ４の長手方向に沿った一側縁が本実施形態の静電容量型加速度センサに対向し、ＩＣチップ４の短手方向に沿った一側縁が実施形態２の静電容量型加速度センサに対向するように配置し、ＩＣチップ４のパッド４１と各静電容量型加速度センサのパッド１８，１８とをボンディングワイヤを介して適宜接続したセンサ装置を構成してもよい。この図１１に示した構成のセンサ装置では、同図の左上に示したように、ｙ軸方向をセンサユニットの一対のトーションビーム１２，１２を結ぶ直線に平行な方向から４５°だけ回転させて、ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向それぞれを規定し、可動電極１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ，１５Ｅ，１５Ｆと固定電極２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄ，２５Ｅ，２５Ｆとで構成される各可変容量コンデンサの静電容量をＣＡ，ＣＢ，ＣＣ，ＣＤ，ＣＥ，ＣＦとすれば、各可変容量コンデンサの静電容量は下記表２に示すように変化する。なお、下記表２では、加速度がかかっていない状態での各可変容量コンデンサの静電容量ＣＡ，ＣＢ，ＣＣ，ＣＤ，ＣＥ，ＣＦをＣ０とし、加速度がかかってＣ０から増加する場合には「＋」、静電容量Ｃ０から減少する場合には「−」を記してある。

上記表２から分かるように、ｘ軸方向に加速度がかかった場合とｙ軸方向に加速度がかかった場合とｚ軸方向に加速度がかかった場合とで、各可変容量コンデンサの静電容量ＣＡ，ＣＢ，ＣＣ，ＣＤ，ＣＥ，ＣＦの変化方向の組み合わせが異なる（一義的に決まる）ので、センサ装置のｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向それぞれに作用した加速度（あるいは加速度成分）を各別に検出することができる。ここで、ｘ軸方向の加速度およびｚ軸方向の加速度を各別に検出する場合には、ＩＣチップ４１にｘ軸方向の加速度を求める演算機能とｙ軸方向の加速度を求める演算機能とｚ軸方向の加速度を求める演算機能とを設ければよい。

１ センサ本体
２ 第１のカバー基板
３ 第２のカバー基板
１０ 半導体基板（ＳＯＩ基板）
１１ フレーム部
１２ トーションビーム
１３ 錘部
１４ 開口窓
１５（１５Ａ） 可動電極
１５（１５Ｂ） 可動電極
１６ 島部
１８ パッド（外部接続用電極）
１９ 中間フレーム部
２５（２５Ａ） 固定電極
２５（２５Ｂ） 固定電極
２６ 接続配線
１０１ 支持基板
１０２ 絶縁層
１０３ シリコン層

Claims (5)

1. 半導体基板を用いて形成されて、枠状のフレーム部、当該フレーム部の内側に配置される錘部、およびフレーム部の内側で錘部を挟む形で配置されてフレーム部と錘部とを連結しねじれ変形が可能な一対のトーションビームを有し、錘部において当該一対のトーションビームの並設方向とは直交する方向の両端部それぞれに可動電極が設けられたセンサ本体と、センサ本体の一表面側に配置され周部がフレーム部に接合された第１のカバー基板と、センサ本体の他表面側に配置され周部がフレーム部に接合された第２のカバー基板と、第１のカバー基板においてセンサ本体の各可動電極それぞれに対向して設けられた固定電極とを備え、センサ本体の錘部にセンサ本体の厚み方向に貫通する開口窓が形成され、各固定電極それぞれが、第１のカバー基板におけるセンサ本体側に形成され各固定電極それぞれに対応付けられた接続配線とセンサ本体の錘部の開口窓内に配置された島部とを介して当該島部における第１のカバー基板側の第１の外部接続用電極と電気的に接続され、各可動電極が第１のカバー基板側の第２の外部接続用電極と電気的に接続されてなることを特徴とする静電容量型加速度センサ。
2. 前記錘部の重心が、平面視において前記一対のトーションビームを結ぶ直線から横方向にずれていることを特徴とする請求項１記載の静電容量型加速度センサ。
3. 前記各可動電極が前記第１のカバー基板における前記センサ本体側に形成され前記各可動電極に対応付けられた別の接続配線と前記センサ本体の前記錘部の前記開口窓内に配置された別の島部とを介して１つの前記第２の外部接続用電極に共通接続されてなり、前記各第１の外部接続用電極と前記第２の外部接続用電極とが平面視で一直線上に並ばないように配置されてなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の静電容量型加速度センサ。
4. 前記センサ本体は、前記フレーム部の内側に前記錘部が２つ並設されるとともに、前記フレーム部の内側空間を２つの前記錘部が各別に配置される空間に分ける中間フレーム部を一体に備え、当該中間フレーム部に前記各可動電極が共通接続される１つの前記第２の外部接続用電極が形成されてなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の静電容量型加速度センサ。
5. 前記半導体基板が、シリコン基板からなる支持基板上にシリコン酸化膜からなる絶縁層を介してシリコン層が形成されたＳＯＩ基板であって、前記センサ本体は、ＳＯＩ基板のシリコン層の表面側が前記一表面側であり、前記島部は、平面視において前記支持基板の一部からなる部分の外周線が前記シリコン層の一部からなる部分の外周線の内側にあることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の静電容量型加速度センサ。

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