JP2012088083A

JP2012088083A - Capacitance type acceleration sensor

Info

Publication number: JP2012088083A
Application number: JP2010232910A
Authority: JP
Inventors: Goro Nakaya; 吾郎仲谷
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2010-10-15
Filing date: 2010-10-15
Publication date: 2012-05-10
Anticipated expiration: 2030-10-15
Also published as: JP5662100B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a capacitance type acceleration sensor having a simple structure and an excellent detection sensitivity.SOLUTION: Stationary Z electrodes 61 and movable Z electrodes 62 meshing at a mutual interval are formed on a surface part (an upper wall 11) of a semi-conductor substrate 2 having an inside cavity 10. Next, a dielectric layer 70 is embedded in an electrode part 66 of each movable Z electrode 62 from the surface of the semi-conductor substrate 2 to a midway part in the thickness direction of the cavity 10. Thus, by adding a capacitance based on an inter-electrode distance d1 and a capacitance based on an inter-electrode distance d2 to a capacitor constituted by electrode parts 64 of the stationary Z electrodes 61 and the electrode parts 66 of the movable Z electrodes 62 facing each other, a difference in capacitance can be provided in the same capacitor.

Description

本発明は、静電容量型加速度センサに関する。 The present invention relates to a capacitive acceleration sensor.

静電容量型加速度センサは、互いに対向する電極間（固定電極−可動電極間）の静電容量の変化量を検出することにより、加速度を検出する。
特許文献１の図１ａ〜図１ｇに開示された加速度センサ（１００）は、たとえば、絶縁層（１３２）を介して順に積層されたＳｉ電極（１１２）およびメタル電極（１２２）の２層からなる固定部（４００）と、固定部（４００）のＳｉ電極（１１２）と同一形状をなし、基準姿勢（特許文献１の図１ｄ）において当該Ｓｉ電極（１１２）に完全に向かい合うＳｉ電極（１１６）の単層からなる可動部（３００）とを備えている。この加速度センサ（１００）は、加速度の作用により上下に振動する可動部（３００）のＳｉ電極（１１６）と、固定部（４００）のＳｉ電極（１１２）との間の静電容量の変化量を検出することにより、Ｚ軸方向の加速度を検出する。 The capacitive acceleration sensor detects acceleration by detecting the amount of change in capacitance between the electrodes facing each other (between the fixed electrode and the movable electrode).
The acceleration sensor (100) disclosed in FIGS. 1a to 1g of Patent Document 1 includes, for example, two layers of an Si electrode (112) and a metal electrode (122) that are sequentially stacked via an insulating layer (132). The fixed portion (400) and the Si electrode (116) having the same shape as the Si electrode (112) of the fixed portion (400) and completely facing the Si electrode (112) in the reference posture (FIG. 1d of Patent Document 1) The movable part (300) which consists of a single layer. This acceleration sensor (100) is an amount of change in capacitance between the Si electrode (116) of the movable part (300) that vibrates up and down by the action of acceleration and the Si electrode (112) of the fixed part (400). By detecting this, the acceleration in the Z-axis direction is detected.

米国特許第６７９２８０４号公報U.S. Pat. No. 6,792,804

ところで、上下に振動する可動電極とそれに噛み合う固定電極との間の静電容量の変化量に基づいて加速度を検出する手法において、加速度ベクトルを正確に検出するには、静電容量の変化量だけでなく、可動電極の変位方向を検出する必要がある。より具体的には、可動電極が、固定電極に対して上側に振れているか下側に振れているかを検出する必要がある。このような検出を行うことにより、加速度がＺ軸方向の上側および下側のいずれに作用しているか確実に検出できる。 By the way, in the method of detecting acceleration based on the amount of change in capacitance between the movable electrode that vibrates up and down and the fixed electrode that meshes with it, only the amount of change in capacitance is required to accurately detect the acceleration vector. Instead, it is necessary to detect the displacement direction of the movable electrode. More specifically, it is necessary to detect whether the movable electrode is swung upward or downward with respect to the fixed electrode. By performing such detection, it can be reliably detected whether the acceleration acts on the upper side or the lower side in the Z-axis direction.

特許文献１の加速度センサ（１００）では、可動部（３００）のＳｉ電極（１１６）と、固定部（４００）のＳｉ電極（１１２）およびメタル電極（１２２）とがそれぞれ独立したキャパシタを構成している。そして、当該加速度センサ（１００）は、Ｓｉ電極（１１６）とメタル電極（１２２）とにより構成されるキャパシタ（１４２）の静電容量が、可動部（３００）が上昇するに従って増加し（特許文献１の図１ｂ）、可動部（３００）が下降するに従って減少する（特許文献１の図１ｆ）という原理を利用して、可動部（３００）の変位方向を検出している。 In the acceleration sensor (100) of Patent Document 1, the Si electrode (116) of the movable part (300) and the Si electrode (112) and the metal electrode (122) of the fixed part (400) constitute independent capacitors. ing. In the acceleration sensor (100), the capacitance of the capacitor (142) composed of the Si electrode (116) and the metal electrode (122) increases as the movable part (300) rises (Patent Literature). 1b), the displacement direction of the movable part (300) is detected using the principle that the movable part (300) decreases as the movable part (300) descends (FIG. 1f of Patent Document 1).

しかしながら、１つの固定部（４００）に独立したキャパシタ構造を複数設ける必要があるので、センサ構造が複雑になるという不具合がある。
本発明の目的は、簡単な構造で、かつ検出感度に優れる静電容量型加速度センサを提供することである。 However, since it is necessary to provide a plurality of independent capacitor structures in one fixed part (400), there is a problem that the sensor structure becomes complicated.
An object of the present invention is to provide a capacitive acceleration sensor having a simple structure and excellent detection sensitivity.

上記目的を達成するための請求項１記載の発明は、内部に上壁および底壁が形成された空洞を有し、当該空洞の前記上壁を形成する表面部および前記底壁を形成する裏面部を有する半導体基板と、前記半導体基板の前記表面部を加工して形成され、互いに間隔を空けて噛み合う櫛歯状の第１電極および第２電極とを含み、前記第１電極または前記第２電極が他方に対して上下したときの加速度を、前記第１電極と前記第２電極との間の静電容量の変化を検出することにより検出する静電容量型加速度センサであって、前記第１電極は、前記第２電極との対向方向に直交する厚さ方向に沿って、その表面または裏面から途中部に至る所定厚さを有し、前記対向方向に沿って所定幅を有する誘電層と、当該誘電層を除く残余の部分からなる導電層とを含む、静電容量型加速度センサである。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 has a cavity in which an upper wall and a bottom wall are formed, and a surface portion that forms the upper wall of the cavity and a back surface that forms the bottom wall. A semiconductor substrate having a portion, and a comb-shaped first electrode and a second electrode which are formed by processing the surface portion of the semiconductor substrate and mesh with each other with a gap therebetween, the first electrode or the second electrode A capacitance-type acceleration sensor that detects acceleration when an electrode moves up and down relative to the other by detecting a change in capacitance between the first electrode and the second electrode. The one electrode has a predetermined thickness from the front surface or the back surface to the middle along the thickness direction orthogonal to the facing direction to the second electrode, and has a predetermined width along the facing direction. And a conductive layer composed of the remaining portion excluding the dielectric layer Including a capacitive acceleration sensor.

この構成によれば、加速度を検出するためのキャパシタは、第１電極と第２電極とが互いに対向することによって構成されている。当該キャパシタは、第１電極または第２電極の振動によって変化する静電容量の変化量に基づいて、加速度を検出する。
当該キャパシタにおいて、第１電極の一部は、第１電極と第２電極との対向方向に直交する厚さ方向に沿って所定厚さを有し、当該対向方向に沿って所定幅を有する誘電層により構成されている。 According to this configuration, the capacitor for detecting acceleration is configured by the first electrode and the second electrode facing each other. The capacitor detects acceleration based on the amount of change in capacitance that changes due to vibration of the first electrode or the second electrode.
In the capacitor, a part of the first electrode has a predetermined thickness along a thickness direction orthogonal to the opposing direction of the first electrode and the second electrode, and a dielectric having a predetermined width along the opposing direction. It is composed of layers.

これにより、当該キャパシタにおいて、誘電層と第２電極とが対向する部分では、キャパシタの電極間距離ｄ１が、当該キャパシタ本来の電極間距離ｄ２（第１電極と第２電極との距離）よりも、誘電層の幅Ｗ分大きくなる（つまり、ｄ１＝ｄ２＋Ｗ）。そのため、同一のキャパシタ内において、静電容量の差を設けることができる。
たとえば、第１電極がＺ軸方向に沿って振動する可動電極であって、その可動電極（第１電極）の表面から途中部に誘電層が埋め込まれている場合の加速度を検出する方法について説明する。 As a result, in the capacitor, in the portion where the dielectric layer and the second electrode face each other, the inter-electrode distance d1 of the capacitor is larger than the original inter-electrode distance d2 (the distance between the first electrode and the second electrode). The dielectric layer becomes larger by the width W (that is, d1 = d2 + W). Therefore, a difference in capacitance can be provided in the same capacitor.
For example, a description will be given of a method of detecting acceleration when the first electrode is a movable electrode that vibrates along the Z-axis direction and a dielectric layer is embedded midway from the surface of the movable electrode (first electrode). To do.

センサにＺ軸方向の加速度が作用すると、櫛歯状の第１電極（可動電極）が振り子であるかのように、同じく櫛歯状の第２電極（固定電極）を振動の中心として、第２電極に対してＺ軸方向に沿って上下に振動する。
この際、第１電極が、第２電極に対して最初に空洞から離れる側（上側）へ振れると、キャパシタの静電容量は、誘電層が第２電極と対向している間、電極間距離ｄ１に基づく減少率Ｄ１（Ｄ１≧０）で減少する。その後、誘電層が第２電極の上方に完全に食み出し、導電層のみが第２電極と対向する状態になると、その時点からの静電容量は、本来の電極間距離ｄ２に基づく減少率Ｄ２（Ｄ２≧０）で減少する。この静電容量の減少率Ｄ２は、電極間距離ｄ２が電極間距離ｄ１よりも小さく、単位時間当たりに減少する静電容量が大きくなるので、減少率Ｄ１よりも大きくなる。すなわち、第１電極が上側へ振れ始める場合、キャパシタの静電容量は、第１の減少率Ｄ１で減少した後、第１の減少率Ｄ１よりも大きな第２の減少率Ｄ２で減少する。 When acceleration in the Z-axis direction acts on the sensor, the comb-shaped second electrode (fixed electrode) is also used as the center of vibration as if the comb-shaped first electrode (movable electrode) is a pendulum. The two electrodes vibrate up and down along the Z-axis direction.
At this time, if the first electrode swings to the side (upper side) that is first away from the cavity with respect to the second electrode, the capacitance of the capacitor is the distance between the electrodes while the dielectric layer faces the second electrode. Decrease at a decrease rate D1 (D1 ≧ 0) based on d1. Thereafter, when the dielectric layer completely protrudes above the second electrode and only the conductive layer faces the second electrode, the capacitance from that point is reduced by the original inter-electrode distance d2. Decrease at D2 (D2 ≧ 0). The capacitance reduction rate D2 is larger than the reduction rate D1 because the interelectrode distance d2 is smaller than the interelectrode distance d1 and the capacitance that decreases per unit time increases. That is, when the first electrode starts to swing upward, the capacitance of the capacitor decreases at the first decrease rate D1, and then decreases at the second decrease rate D2 that is greater than the first decrease rate D1.

これに対し、第１電極が、第２電極に対して最初に空洞に近づく側（下側）へ振れると、キャパシタの静電容量は、誘電層の一部が第２電極よりも下方に食み出し始めるまでの間、電極間距離ｄ２に基づく減少率Ｄ２で減少する。その後、誘電層の一部が第２電極よりも下方に食み出し始めると、その時点からの静電容量は、電極間距離ｄ１に基づく減少率Ｄ１で減少する。この静電容量の減少率Ｄ１は、電極間距離ｄ１が電極間距離ｄ２よりも大きく、単位時間当たりに減少する静電容量が小さくなるので、減少率Ｄ２よりも小さくなる。すなわち、第１電極が下側へ振れ始める場合、キャパシタの静電容量は、第２の減少率Ｄ２で減少した後、第２の減少率Ｄ２よりも小さな第１の減少率Ｄ１で減少する。 On the other hand, when the first electrode swings toward the side closer to the cavity (lower side) with respect to the second electrode, the capacitance of the capacitor is such that a part of the dielectric layer erodes below the second electrode. Until it begins to protrude, it decreases at a decrease rate D2 based on the interelectrode distance d2. Thereafter, when a part of the dielectric layer starts to protrude below the second electrode, the capacitance from that point decreases at a decrease rate D1 based on the interelectrode distance d1. The capacitance decrease rate D1 is smaller than the decrease rate D2 because the interelectrode distance d1 is greater than the interelectrode distance d2 and the capacitance that decreases per unit time is reduced. That is, when the first electrode starts to swing downward, the capacitance of the capacitor decreases at the first decrease rate D1 that is smaller than the second decrease rate D2 after decreasing at the second decrease rate D2.

したがって、当該キャパシタの静電容量が、相対的に小さな減少率Ｄ１で減少した後、相対的に大きな減少率Ｄ２で減少するのか（Ｄ１→Ｄ２）、または、相対的に大きな減少率Ｄ２で減少した後、相対的に小さな減少率Ｄ１で減少するのか（Ｄ２→Ｄ１）を検出することにより、第１電極が最初に振れた方向（空洞から離れる方向または空洞に近づく方向）を容易に把握することができる。その結果、加速度ベクトルの方向を正確に検出できるので、検出感度を向上させることができる。 Therefore, whether the capacitance of the capacitor decreases at a relatively small decrease rate D1 and then decreases at a relatively large decrease rate D2 (D1 → D2), or decreases at a relatively large decrease rate D2. After that, by detecting whether it decreases at a relatively small reduction rate D1 (D2 → D1), it is possible to easily grasp the direction in which the first electrode first swings (the direction away from the cavity or the direction approaching the cavity). be able to. As a result, since the direction of the acceleration vector can be accurately detected, the detection sensitivity can be improved.

しかも、このような検出感度の向上が、キャパシタを構成する第１電極に誘電層を埋め込むことによって発現されるので、センサ構造の複雑化を防止することができる。
また、請求項２記載の発明は、前記誘電層が、前記第１電極の幅方向一端側に片寄って形成されており、前記導電層は、前記誘電層に対して前記幅方向他端側に隣接して形成された第１部分と、前記誘電層の下方に形成され、前記第１部分よりも大きな幅を有する第２部分とを含む、請求項１に記載の静電容量型加速度センサである。 Moreover, such an improvement in detection sensitivity is manifested by embedding a dielectric layer in the first electrode constituting the capacitor, so that the sensor structure can be prevented from becoming complicated.
According to a second aspect of the present invention, the dielectric layer is formed so as to be offset toward one end side in the width direction of the first electrode, and the conductive layer is located on the other end side in the width direction with respect to the dielectric layer. 2. The capacitive acceleration sensor according to claim 1, comprising: a first portion formed adjacently; and a second portion formed below the dielectric layer and having a width larger than the first portion. is there.

この構成によれば、導電層が、第１電極の表面から裏面に至るまで厚さ方向全域にわたって形成されている。
そのため、たとえば、前述のように第１電極がＺ軸方向に沿って振動する可動電極である場合、第２電極に対する第１電極の振れる方向（上側方向または下側方向）に関わらず、第１電極の導電層と第２電極との対向面積が、必ず減少する。具体的には、第１電極が、最初に上側に振れると、導電層の第１部分と第２電極との対向面積が減少し、一方、最初に下側に振れると、導電層の第２部分と第２電極との対向面積が減少する。すなわち、この構成は、前述の検出方法において、Ｄ１＞０およびＤ２＞０の場合を表している。 According to this configuration, the conductive layer is formed over the entire thickness direction from the front surface to the back surface of the first electrode.
Therefore, for example, when the first electrode is a movable electrode that vibrates along the Z-axis direction as described above, the first electrode regardless of the direction (upward or downward direction) of the first electrode relative to the second electrode. The opposing area between the conductive layer of the electrode and the second electrode necessarily decreases. Specifically, when the first electrode first swings upward, the facing area between the first portion of the conductive layer and the second electrode decreases, while when the first electrode swings downward first, the second of the conductive layer The facing area between the portion and the second electrode is reduced. That is, this configuration represents the case where D1> 0 and D2> 0 in the detection method described above.

これにより、第１電極の振れ始め直後に静電容量の変化を検出できるので、振れ始め直後の加速度ベクトルの大きさも検出することができる。
また、請求項３記載の発明は、前記誘電層が、前記第１電極の幅方向一端から他端に至るまで形成され、前記第１電極と同じ幅を有しており、前記第１電極が、当該誘電層と、当該誘電層の下方に形成された前記導電層との積層構造を有している、請求項１に記載の静電容量型加速度センサ。 As a result, the change in capacitance can be detected immediately after the first electrode starts swinging, so that the magnitude of the acceleration vector immediately after the start of swinging can also be detected.
According to a third aspect of the present invention, the dielectric layer is formed from one end to the other end in the width direction of the first electrode, and has the same width as the first electrode. The capacitive acceleration sensor according to claim 1, wherein the capacitive acceleration sensor has a laminated structure of the dielectric layer and the conductive layer formed below the dielectric layer.

この構成によれば、第１電極の表面または裏面から途中部までの部分が、全て誘電層で構成されている。この場合、誘電層と第２電極とが対向する部分においては、第２電極に対向する導電層が存在しないので、静電容量が０（ゼロ）となる。
そのため、たとえば、前述のように第１電極がＺ軸方向に沿って振動する可動電極である場合、第１電極が最初に上側へ振れると、キャパシタの静電容量は、誘電層が第２電極と対向している間、変化しない（つまり、Ｄ１＝０）。その後、誘電層が第２電極の上方に完全に食み出し、導電層のみが第２電極と対向する状態になると、その時点からの静電容量は、本来の電極間距離ｄ２に基づく減少率Ｄ２（Ｄ２＞０）で減少する。 According to this configuration, the portion from the front surface or the back surface of the first electrode to the middle portion thereof is configured by the dielectric layer. In this case, in the portion where the dielectric layer and the second electrode face each other, there is no conductive layer facing the second electrode, so that the capacitance is 0 (zero).
Therefore, for example, when the first electrode is a movable electrode that vibrates along the Z-axis direction as described above, when the first electrode first swings upward, the capacitance of the capacitor is such that the dielectric layer is the second electrode. Does not change (ie, D1 = 0). Thereafter, when the dielectric layer completely protrudes above the second electrode and only the conductive layer faces the second electrode, the capacitance from that point is reduced by the original inter-electrode distance d2. Decrease with D2 (D2> 0).

これに対し、第１電極が最初に下側へ振れると、キャパシタの静電容量は、誘電層が第２電極よりも下方に食み出し始めるまでの間、電極間距離ｄ２に基づく減少率Ｄ２（Ｄ＞０）で減少する。その後、誘電層が第２電極よりも下方に食み出し始めると、その時点からの静電容量は、変化しない（つまり、Ｄ１＝０）。
したがって、この構成によれば、加速度ベクトルの方向を、静電容量の減少率が０か０でないか、つまり、静電容量の変化の有無に基づいて判断することができる。よって、加速度検出を簡易に行うことができる。 On the other hand, when the first electrode first swings downward, the capacitance of the capacitor decreases by a rate D2 based on the inter-electrode distance d2 until the dielectric layer begins to protrude below the second electrode. Decrease with (D> 0). Thereafter, when the dielectric layer starts to protrude below the second electrode, the capacitance from that point does not change (that is, D1 = 0).
Therefore, according to this configuration, the direction of the acceleration vector can be determined based on whether the rate of decrease in capacitance is 0 or 0, that is, whether or not there is a change in capacitance. Therefore, acceleration detection can be easily performed.

また、前記第１電極および前記第２電極は、請求項４に記載のように、前記第１電極が可動電極であり、前記第２電極が固定電極であってもよい。また、請求項５記載のように、前記第１電極が固定電極であり、前記第２電極が可動電極であってもよい。
また、請求項６記載の発明は、前記半導体基板が、導電性シリコン基板である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の静電容量型加速度センサである。 The first electrode and the second electrode may be configured such that the first electrode is a movable electrode and the second electrode is a fixed electrode. According to a fifth aspect of the present invention, the first electrode may be a fixed electrode and the second electrode may be a movable electrode.
The invention according to claim 6 is the capacitive acceleration sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein the semiconductor substrate is a conductive silicon substrate.

半導体基板が導電性シリコン基板であれば、所定の形状に成形された第１電極および第２電極に対して導電性を付与するための特別な処理を施さなくても、成形後の構造をそのまま電極として利用することができる。また、電極として利用される部分を除く部分を、配線として利用することができる。 If the semiconductor substrate is a conductive silicon substrate, the structure after molding can be left as it is without performing any special treatment for imparting conductivity to the first electrode and the second electrode molded into a predetermined shape. It can be used as an electrode. Moreover, the part except the part utilized as an electrode can be utilized as wiring.

本発明の一実施形態に係る加速度センサの模式平面図である。1 is a schematic plan view of an acceleration sensor according to an embodiment of the present invention. 図１に示すセンサ部の模式平面図である。It is a schematic plan view of the sensor part shown in FIG. 図２に示すＸ軸センサの要部平面図である。It is a principal part top view of the X-axis sensor shown in FIG. 図２に示すＸ軸センサの要部断面図であって、図３の切断面ＩＶ−ＩＶにおける断面を示す。It is principal part sectional drawing of the X-axis sensor shown in FIG. 2, Comprising: The cross section in the cut surface IV-IV of FIG. 3 is shown. 図２に示すＺ軸センサの要部平面図である。It is a principal part top view of the Z-axis sensor shown in FIG. 図２に示すＺ軸センサの要部断面図であって、図５の切断面ＶＩ−ＶＩにおける断面を示す。It is principal part sectional drawing of the Z-axis sensor shown in FIG. 2, Comprising: The cross section in the cut surface VI-VI of FIG. 5 is shown. 本発明の一実施形態に係る加速度センサの製造工程の一部を示す断面図であって、図６と同じ位置での切断面を示す。It is sectional drawing which shows a part of manufacturing process of the acceleration sensor which concerns on one Embodiment of this invention, Comprising: The cut surface in the same position as FIG. 6 is shown. 図７Ａの次の工程を示す図である。It is a figure which shows the next process of FIG. 7A. 図７Ｂの次の工程を示す図である。It is a figure which shows the next process of FIG. 7B. 図７Ｃの次の工程を示す図である。It is a figure which shows the next process of FIG. 7C. 図７Ｄの次の工程を示す図である。It is a figure which shows the next process of FIG. 7D. 図７Ｅの次の工程を示す図である。It is a figure which shows the next process of FIG. 7E. 図７Ｆの次の工程を示す図である。It is a figure which shows the next process of FIG. 7F. 図６に示すＺ可動電極の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of Z movable electrode shown in FIG. 図６に示す誘電層の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the dielectric layer shown in FIG. 図８に示す誘電層の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the dielectric layer shown in FIG.

以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
＜加速度センサの全体構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る加速度センサの模式平面図である。
加速度センサ１は、平面視四角形状の半導体基板２と、半導体基板２の中央部に配置されたセンサ部３と、半導体基板２におけるセンサ部３の側方に配置され、センサ部３に電力を供給するための電極パッド４とを含んでいる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
<Overall configuration of acceleration sensor>
FIG. 1 is a schematic plan view of an acceleration sensor according to an embodiment of the present invention.
The acceleration sensor 1 is disposed on a semiconductor substrate 2 having a rectangular shape in plan view, a sensor unit 3 disposed in the center of the semiconductor substrate 2, and on the side of the sensor unit 3 in the semiconductor substrate 2. And electrode pads 4 for supply.

センサ部３は、三次元空間において直交する３つの軸に沿う方向に作用する加速度をそれぞれ検出するセンサとして、Ｘ軸センサ５、Ｙ軸センサ６およびＺ軸センサ７を有している。この実施形態では、半導体基板２の表面に沿って直交する２方向をＸ軸方向およびＹ軸方向とし、これらＸ軸およびＹ軸方向に直交する半導体基板２の厚さ方向に沿う方向をＺ軸とする。 The sensor unit 3 includes an X-axis sensor 5, a Y-axis sensor 6, and a Z-axis sensor 7 as sensors that detect accelerations acting in directions along three orthogonal axes in a three-dimensional space. In this embodiment, two directions orthogonal to the surface of the semiconductor substrate 2 are defined as an X-axis direction and a Y-axis direction, and a direction along the thickness direction of the semiconductor substrate 2 orthogonal to the X-axis and Y-axis directions is defined as a Z-axis. And

これら３つのセンサ５〜７は、たとえばシリコン基板からなる蓋基板８が半導体基板２の表面に接合されることにより、蓋基板８により覆われて密閉されている。
電極パッド４は、互いに等しい間隔を空けて複数（図１では、５つ）設けられている。
＜Ｘ軸センサおよびＹ軸センサの構成＞
次に、図２〜図４を参照して、Ｘ軸センサおよびＹ軸センサの構成を説明する。 These three sensors 5 to 7 are covered and sealed with the lid substrate 8 by bonding a lid substrate 8 made of, for example, a silicon substrate to the surface of the semiconductor substrate 2.
A plurality (five in FIG. 1) of electrode pads 4 are provided at equal intervals.
<Configuration of X-axis sensor and Y-axis sensor>
Next, the configuration of the X-axis sensor and the Y-axis sensor will be described with reference to FIGS.

図２は、図１に示すセンサ部の模式平面図である。図３は、図２に示すＸ軸センサの要部平面図である。図４は、図２に示すＸ軸センサの要部断面図であって、図３の切断面ＩＶ−ＩＶにおける断面を示す。
半導体基板２は、導電性シリコン基板（たとえば、５Ω・ｍ〜５００Ω・ｍの抵抗率を有する低抵抗基板）からなる。この半導体基板２は、内部に空洞１０を有しており、当該空洞１０を表面側から区画する天面を有する半導体基板２の上壁１１（表面部）にＸ軸センサ５、Ｙ軸センサ６およびＺ軸センサ７が形成されている。つまり、Ｘ軸センサ５、Ｙ軸センサ６およびＺ軸センサ７は半導体基板２の一部からなり、空洞１０を裏面側から区画する底面を有する半導体基板２の底壁１２（裏面部）に対して浮いた状態で支持されている。 FIG. 2 is a schematic plan view of the sensor unit shown in FIG. FIG. 3 is a plan view of an essential part of the X-axis sensor shown in FIG. 4 is a cross-sectional view of the main part of the X-axis sensor shown in FIG. 2 and shows a cross section taken along a section IV-IV in FIG.
The semiconductor substrate 2 is made of a conductive silicon substrate (for example, a low resistance substrate having a resistivity of 5Ω · m to 500Ω · m). The semiconductor substrate 2 has a cavity 10 inside, and an X-axis sensor 5 and a Y-axis sensor 6 are provided on an upper wall 11 (surface portion) of the semiconductor substrate 2 having a top surface that partitions the cavity 10 from the surface side. And the Z-axis sensor 7 is formed. That is, the X-axis sensor 5, the Y-axis sensor 6, and the Z-axis sensor 7 are part of the semiconductor substrate 2. It is supported in a floating state.

Ｘ軸センサ５およびＹ軸センサ６は、間隔を空けて互いに隣接して配置されており、これらＸ軸センサ５およびＹ軸センサ６のそれぞれを取り囲むようにＺ軸センサ７が配置されている。この実施形態では、Ｙ軸センサ６は、Ｘ軸センサ５を平面視で９０°回転させたものとほぼ同様の構成を有している。したがって、以下では、Ｙ軸センサ６の構成については、Ｘ軸センサ５の各部の説明の際に、当該各部に対応する部分を括弧書きで併記して、具体的な説明に代える。 The X-axis sensor 5 and the Y-axis sensor 6 are disposed adjacent to each other with a space therebetween, and the Z-axis sensor 7 is disposed so as to surround each of the X-axis sensor 5 and the Y-axis sensor 6. In this embodiment, the Y-axis sensor 6 has substantially the same configuration as that obtained by rotating the X-axis sensor 5 by 90 ° in plan view. Therefore, in the following, the configuration of the Y-axis sensor 6 will be replaced with a specific description by describing the portions corresponding to the respective portions in parentheses when describing the respective portions of the X-axis sensor 5.

Ｘ軸センサ５とＺ軸センサ７との間およびＹ軸センサ６とＺ軸センサ７との間には、これらを浮いた状態で支持するための支持部１４が形成されている。支持部１４は、半導体基板２の空洞１０を横側から区画する側面を有する一側壁１５から、Ｚ軸センサ７を横切ってＸ軸センサ５およびＹ軸センサ６へ向かって延びる直線部１６と、Ｘ軸センサ５およびＹ軸センサ６を取り囲む環状部１７とを一体的に含んでいる。 A support portion 14 is formed between the X-axis sensor 5 and the Z-axis sensor 7 and between the Y-axis sensor 6 and the Z-axis sensor 7 for supporting them in a floating state. The support part 14 extends from one side wall 15 having a side surface that divides the cavity 10 of the semiconductor substrate 2 from the side to the X-axis sensor 5 and the Y-axis sensor 6 across the Z-axis sensor 7, and An annular portion 17 surrounding the X-axis sensor 5 and the Y-axis sensor 6 is integrally included.

Ｘ軸センサ５およびＹ軸センサ６は、個々の環状部１７の内側に配置され、環状部１７の内側壁における相対する２箇所において両持ち支持されている。Ｚ軸センサ７は、直線部１６の両側壁において両持ち支持されている。
Ｘ軸センサ５（Ｙ軸センサ６）は、空洞１０内に設けられた支持部１４に固定されたＸ固定電極２１（Ｙ固定電極４１）と、Ｘ固定電極２１に対して振動可能に保持されたＸ可動電極２２（Ｙ可動電極４２）とを有している。Ｘ固定電極２１およびＸ可動電極２２は、同じ厚さで形成されている。 The X-axis sensor 5 and the Y-axis sensor 6 are disposed inside the individual annular portions 17 and are supported at two opposite positions on the inner wall of the annular portion 17. The Z-axis sensor 7 is supported on both side walls of the linear portion 16.
The X-axis sensor 5 (Y-axis sensor 6) is held so as to be capable of vibrating with respect to the X fixed electrode 21 (Y fixed electrode 41) fixed to the support portion 14 provided in the cavity 10 and the X fixed electrode 21. X movable electrode 22 (Y movable electrode 42). The X fixed electrode 21 and the X movable electrode 22 are formed with the same thickness.

Ｘ固定電極２１（Ｙ固定電極４１）は、支持部１４に固定された平面視四角環状のベース部２３（Ｙ固定電極４１のベース部４３）と、ベース部２３の内壁に沿って等しい間隔を空けて櫛歯状に配列された複数組の電極部２４（Ｙ固定電極４１の電極部４４）とを含んでいる。
Ｘ可動電極２２（Ｙ可動電極４２）は、Ｘ固定電極２１の電極部２４を横切る方向に延び、その両端が、当該方向に沿って伸縮自在なビーム部２５（Ｙ軸センサ６のビーム部４５）を介してＸ固定電極２１のベース部２３に接続されたベース部２６（Ｙ可動電極４２のベース部４６）と、当該ベース部２６から、互いに隣接するＸ固定電極２１の電極部２４間に向かって両側に延び、Ｘ固定電極２１の電極部２４に接触しないように噛み合う櫛歯状に配列された電極部２７（Ｙ可動電極４２の電極部４７）とを含んでいる。 The X fixed electrode 21 (Y fixed electrode 41) is spaced from the base portion 23 (base portion 43 of the Y fixed electrode 41) having a square shape in plan view fixed to the support portion 14, along the inner wall of the base portion 23. And a plurality of sets of electrode portions 24 (electrode portions 44 of the Y fixed electrode 41) arranged in a comb-like shape.
The X movable electrode 22 (Y movable electrode 42) extends in a direction crossing the electrode portion 24 of the X fixed electrode 21, and both ends of the X movable electrode 22 (the beam portion 45 of the Y-axis sensor 6) can be expanded and contracted along the direction. ) Between the base portion 26 (the base portion 46 of the Y movable electrode 42) connected to the base portion 23 of the X fixed electrode 21 and the electrode portions 24 of the X fixed electrode 21 adjacent to each other from the base portion 26. And an electrode part 27 (electrode part 47 of the Y movable electrode 42) arranged in a comb-teeth shape that extends to both sides and meshes so as not to contact the electrode part 24 of the X fixed electrode 21.

Ｘ軸センサ５では、ビーム部２５が伸縮してＸ可動電極２２のベース部２６が半導体基板２の表面に沿って振動（振動Ｕｘ）することによって、Ｘ固定電極２１の電極部２４に櫛歯状に噛み合ったＸ可動電極２２の個々の電極部２７が、Ｘ固定電極２１の電極部２４に対して近づく方向および離れる方向に交互に振動する。
Ｘ固定電極２１のベース部２３は、互いに平行に延びる直線状の主フレームを有しており、当該主フレームに沿って三角形の空間が繰り返されるように、主フレームに対して補強フレームが組み合わされたトラス状の骨組み構造を有している。 In the X-axis sensor 5, the beam portion 25 expands and contracts and the base portion 26 of the X movable electrode 22 vibrates (vibrates Ux) along the surface of the semiconductor substrate 2, so that the electrode portion 24 of the X fixed electrode 21 has comb teeth. The individual electrode portions 27 of the X movable electrode 22 that are meshed with each other vibrate alternately in a direction toward and away from the electrode portion 24 of the X fixed electrode 21.
The base portion 23 of the X fixed electrode 21 has a linear main frame extending in parallel with each other, and a reinforcing frame is combined with the main frame so that a triangular space is repeated along the main frame. It has a truss-like frame structure.

また、Ｘ固定電極２１の電極部２４は、個々の基端部がベース部２３に接続され、それらの先端部が互いに対向する平面視直線状の２つの電極部を１組として、それらが等しい間隔を空けて複数設けられている。個々の電極部２４は、互いに平行に延びる直線状の主フレームと、当該主フレーム間に架設された複数の横フレームとを含む平面視梯子状の骨組み構造を有している。 The electrode portions 24 of the X fixed electrode 21 are equal to each other, with each base end portion connected to the base portion 23 and a pair of two electrode portions in a straight line in plan view whose front ends face each other. A plurality are provided at intervals. Each electrode part 24 has a frame structure in a ladder shape in plan view including a linear main frame extending in parallel with each other and a plurality of horizontal frames constructed between the main frames.

Ｘ可動電極２２のベース部２６は、互いに平行に延びる複数（この実施形態では、６本）の直線状のフレームからなり、その両端がビーム部２５に接続されている。ビーム部２５は、Ｘ可動電極２２のベース部２６の両端に２つずつ設けられている。
また、Ｘ可動電極２２の電極部２７は、ベース部２６の各フレームを横切って互いに平行に延びる直線状の主フレームと、当該主フレーム間に架設された複数の横フレームとを含む平面視梯子状の骨組み構造を有している。 The base portion 26 of the X movable electrode 22 includes a plurality of (six in this embodiment) linear frames extending in parallel with each other, and both ends thereof are connected to the beam portion 25. Two beam portions 25 are provided at both ends of the base portion 26 of the X movable electrode 22.
The electrode portion 27 of the X movable electrode 22 is a planar view ladder including a linear main frame extending in parallel with each other across each frame of the base portion 26 and a plurality of horizontal frames constructed between the main frames. It has a frame structure.

また、Ｘ可動電極２２では、個々の電極部２７を振動方向Ｕｘに直交する方向に沿って２分割するライン上に、その表面から空洞１０に至るまで、横フレームを横切る絶縁層２８（この実施形態では、酸化シリコン）が埋め込まれている。この絶縁層２８により、個々の電極部２７が、振動方向Ｕｘに沿って一方側および他方側の２つに絶縁分離されている。これにより、分離されたＸ可動電極２２の電極部２７が、Ｘ可動電極２２において、それぞれ独立した電極として機能する。 Further, in the X movable electrode 22, the insulating layer 28 that crosses the horizontal frame from the surface to the cavity 10 on a line that divides each electrode portion 27 into two along the direction orthogonal to the vibration direction Ux (this implementation) In the form, silicon oxide) is embedded. By this insulating layer 28, each electrode part 27 is insulated and separated into two on one side and the other side along the vibration direction Ux. Thereby, the separated electrode portions 27 of the X movable electrode 22 function as independent electrodes in the X movable electrode 22.

Ｘ固定電極２１およびＸ可動電極２２を含む半導体基板２の表面には、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる第１絶縁膜３３および第２絶縁膜３４が順に積層されている。
この第２絶縁膜３４上に、Ｘ第１センサ配線２９（Ｙ第１センサ配線４９）およびＸ第２センサ配線３０（Ｙ第２センサ配線５０）が形成されている。
Ｘ第１センサ配線２９は、２つに絶縁分離された個々の電極部２７の一方側（この実施形態では、図３の紙面左側）に駆動電圧を供給するとともに、当該電極部２７から静電容量の変化に伴う電圧の変化を検出する。これに対し、Ｘ第２センサ配線３０は、２つに絶縁分離された個々の電極部２７の他方側（この実施形態では、図３の紙面右側）に駆動電圧を供給するとともに、当該電極部２７から静電容量の変化に伴う電圧の変化を検出する。 A first insulating film 33 and a second insulating film 34 made of silicon oxide (SiO ₂ ) are sequentially stacked on the surface of the semiconductor substrate 2 including the X fixed electrode 21 and the X movable electrode 22.
An X first sensor wiring 29 (Y first sensor wiring 49) and an X second sensor wiring 30 (Y second sensor wiring 50) are formed on the second insulating film.
The X first sensor wiring 29 supplies a driving voltage to one side (in this embodiment, the left side in FIG. 3) of each of the electrode parts 27 insulated and separated from each other, and electrostatically flows from the electrode part 27. Detects changes in voltage that accompany changes in capacitance. On the other hand, the X second sensor wiring 30 supplies a driving voltage to the other side (in this embodiment, the right side of FIG. 3) of each electrode part 27 that is insulated and separated into two, and the electrode part 27, a change in voltage due to a change in capacitance is detected.

Ｘ第１および第２センサ配線２９，３０は、この実施形態では、アルミニウム（Ａｌ）からなる。Ｘ第１および第２センサ配線２９，３０は、第１および第２絶縁膜３３，３４を貫通して個々の電極部２７に電気的に接続されている。
そして、Ｘ第１および第２センサ配線２９，３０は、Ｘ可動電極２２のビーム部２５、Ｘ固定電極２１のベース部２３を介して支持部１４上に引き回され、その一部が電極パッド４として露出している。なお、Ｘ第１および第２センサ配線２９，３０は、それぞれＸ可動電極２２のビーム部２５を通過する区間においては、導電性の半導体基板２の一部からなるビーム部２５自体を電流路として利用している。ビーム部２５上にアルミニウム配線を設けないので、ビーム部２５の伸縮性を保持することができる。 X 1st and 2nd sensor wiring 29 and 30 consists of aluminum (Al) in this embodiment. The X first and second sensor wires 29 and 30 penetrate the first and second insulating films 33 and 34 and are electrically connected to the individual electrode portions 27.
The X first and second sensor wires 29 and 30 are routed on the support portion 14 via the beam portion 25 of the X movable electrode 22 and the base portion 23 of the X fixed electrode 21, and a part thereof is an electrode pad. 4 is exposed. Note that the X first and second sensor wires 29 and 30 each have a beam path 25 formed of a part of the conductive semiconductor substrate 2 as a current path in a section passing through the beam section 25 of the X movable electrode 22. We are using. Since no aluminum wiring is provided on the beam portion 25, the stretchability of the beam portion 25 can be maintained.

また、支持部１４には、Ｘ固定電極２１の電極部２４から静電容量の変化に伴う電圧の変化を検出するＸ第３センサ配線３２が引き回されており、このＸ第３センサ配線３２も他の配線２９，３０と同様に、その一部が電極パッド４として露出している（図示せず）。
半導体基板２において、Ｘ固定電極２１およびＸ可動電極２２の上面および側面は、第１絶縁膜３３および第２絶縁膜３４とともに、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる保護薄膜３５で被覆されている。 Further, an X third sensor wiring 32 for detecting a change in voltage accompanying a change in capacitance is routed from the electrode portion 24 of the X fixed electrode 21 to the support portion 14. As with the other wirings 29 and 30, a part thereof is exposed as an electrode pad 4 (not shown).
In the semiconductor substrate 2, the upper surfaces and side surfaces of the X fixed electrode 21 and the X movable electrode 22 are covered with a protective thin film 35 made of silicon oxide (SiO ₂ ) together with the first insulating film 33 and the second insulating film 34.

また、半導体基板２の表面における空洞１０外の部分では、第２絶縁膜３４上に、第３絶縁膜３６、第４絶縁膜３７、第５絶縁膜３８および表面保護膜３９が順に積層されている。
上記の構造のＸ軸センサ６では、Ｘ可動電極２２に対してＸ軸方向の加速度が作用すると、ビーム部２５が伸縮してＸ可動電極２２のベース部２６が半導体基板２の表面に沿って振動することによって、Ｘ固定電極２１の電極部２４に櫛歯状に噛み合ったＸ可動電極２２の個々の電極部２７が、Ｘ固定電極２１の電極部２４に対して近づく方向および離れる方向に交互に振動する。これにより、互いに隣接するＸ固定電極２１の電極部２４と、Ｘ可動電極２２の電極部２７との対向距離ｄｘが変化する。そして、当該対向距離ｄｘの変化に起因するＸ可動電極２２−Ｘ固定電極２１間の静電容量の変化を検出することによって、Ｘ軸方向の加速度ａｘが検出される。 In addition, a third insulating film 36, a fourth insulating film 37, a fifth insulating film 38, and a surface protective film 39 are sequentially stacked on the second insulating film 34 in a portion outside the cavity 10 on the surface of the semiconductor substrate 2. Yes.
In the X-axis sensor 6 having the structure described above, when acceleration in the X-axis direction acts on the X movable electrode 22, the beam portion 25 expands and contracts and the base portion 26 of the X movable electrode 22 extends along the surface of the semiconductor substrate 2. By vibrating, the individual electrode portions 27 of the X movable electrode 22 meshed with the electrode portions 24 of the X fixed electrode 21 alternately in the direction approaching and separating from the electrode portion 24 of the X fixed electrode 21. Vibrate. Thereby, the facing distance dx between the electrode portion 24 of the X fixed electrode 21 and the electrode portion 27 of the X movable electrode 22 adjacent to each other changes. The acceleration ax in the X-axis direction is detected by detecting a change in capacitance between the X movable electrode 22 and the X fixed electrode 21 due to the change in the facing distance dx.

なお、この実施形態では、Ｘ軸方向の加速度ａｘは、絶縁分離されたＸ可動電極２２の一方および他方それぞれの電極部の検出値の差分をとることにより求められる。
また、Ｙ軸センサ７では、Ｙ可動電極４２に対してＹ軸方向の加速度が作用すると、ビーム部４５が伸縮してＹ可動電極４２のベース部４６が半導体基板２の表面に沿って振動することによって、Ｙ固定電極４１の電極部４４に櫛歯状に噛み合ったＹ可動電極４２の個々の電極部４７が、Ｙ固定電極４１の電極部４４に対して近づく方向および離れる方向に交互に振動する。これにより、互いに隣接するＹ固定電極４１の電極部４４と、Ｙ可動電極４２の電極部４７との対向距離が変化する。そして、当該対向距離の変化に起因するＹ可動電極４２−Ｙ固定電極４１間の静電容量の変化を検出することによって、Ｙ軸方向の加速度ａｙが検出される。
＜Ｚ軸センサの構成＞
次に、図２および図５〜図６を参照して、Ｚ軸センサの構成を説明する。 In this embodiment, the acceleration ax in the X-axis direction is obtained by taking a difference between detection values of one and the other electrode portions of the X movable electrode 22 that is insulated and separated.
In the Y-axis sensor 7, when acceleration in the Y-axis direction acts on the Y movable electrode 42, the beam portion 45 expands and contracts and the base portion 46 of the Y movable electrode 42 vibrates along the surface of the semiconductor substrate 2. As a result, the individual electrode portions 47 of the Y movable electrode 42 meshed with the electrode portions 44 of the Y fixed electrode 41 alternately vibrate in a direction toward and away from the electrode portion 44 of the Y fixed electrode 41. To do. Thereby, the facing distance between the electrode portion 44 of the Y fixed electrode 41 and the electrode portion 47 of the Y movable electrode 42 adjacent to each other changes. The acceleration ay in the Y-axis direction is detected by detecting the change in capacitance between the Y movable electrode 42 and the Y fixed electrode 41 due to the change in the facing distance.
<Configuration of Z-axis sensor>
Next, the configuration of the Z-axis sensor will be described with reference to FIGS. 2 and 5 to 6.

図５は、図２に示すＺ軸センサの要部平面図である。図６は、図２に示すＺ軸センサの要部断面図であって、図５の切断面ＶＩ−ＶＩにおける断面を示す。
図２を参照して、導電性シリコンからなる半導体基板２は、上述したように、内部に空洞１０を有している。半導体基板２の上壁１１（表面部）には、Ｘ軸センサ５およびＹ軸センサ６のそれぞれを取り囲むように、半導体基板２の底壁１２に対して浮いた状態で支持部１４に支持されたＺ軸センサ７が配置されている。 FIG. 5 is a plan view of the main part of the Z-axis sensor shown in FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view of the main part of the Z-axis sensor shown in FIG. 2 and shows a cross section taken along the cutting plane VI-VI in FIG.
Referring to FIG. 2, semiconductor substrate 2 made of conductive silicon has a cavity 10 inside as described above. The upper surface 11 (surface portion) of the semiconductor substrate 2 is supported by the support portion 14 so as to float with respect to the bottom wall 12 of the semiconductor substrate 2 so as to surround each of the X-axis sensor 5 and the Y-axis sensor 6. A Z-axis sensor 7 is arranged.

Ｚ軸センサ７は、空洞１０内に設けられた支持部１４（直線部１６）に固定された第２電極としてのＺ固定電極６１と、Ｚ固定電極６１に対して振動可能に保持された第１電極としてのＺ可動電極６２とを有している。Ｚ固定電極６１およびＺ可動電極６２は、同じ厚さで形成されている。
このＺ軸センサ７では、２つのＺ軸センサ７のうち一方のＺ軸センサ７は、Ｚ可動電極６２が支持部１４の環状部１７を取り囲むように配置されており、このＺ可動電極６２をさらに取り囲むように、Ｚ固定電極６１が配置されている。他方のＺ軸センサ７は、Ｚ固定電極６１が支持部１４の環状部１７を取り囲むように配置されており、このＺ固定電極６１をさらに取り囲むように、Ｚ可動電極６２が配置されている。Ｚ固定電極６１およびＺ可動電極６２は、支持部１４の直線部１６の両側壁に一体的に接続されている。 The Z-axis sensor 7 includes a Z-fixed electrode 61 as a second electrode fixed to a support portion 14 (straight line portion 16) provided in the cavity 10, and a Z-axis sensor 7 held so as to be capable of vibrating with respect to the Z-fixed electrode 61. It has a Z movable electrode 62 as one electrode. The Z fixed electrode 61 and the Z movable electrode 62 are formed with the same thickness.
In this Z-axis sensor 7, one of the two Z-axis sensors 7 is arranged such that the Z movable electrode 62 surrounds the annular portion 17 of the support portion 14. Further, a Z fixed electrode 61 is arranged so as to surround it. In the other Z-axis sensor 7, the Z fixed electrode 61 is disposed so as to surround the annular portion 17 of the support portion 14, and the Z movable electrode 62 is disposed so as to further surround the Z fixed electrode 61. The Z fixed electrode 61 and the Z movable electrode 62 are integrally connected to both side walls of the linear portion 16 of the support portion 14.

Ｚ固定電極６１は、支持部１４に固定された平面視四角環状のベース部６３と、当該ベース部６３における、Ｘ軸センサ５（Ｙ軸センサ６）に対して直線部１６とは反対側の部分に設けられ、櫛歯状に配列された電極部６４とを含んでいる。
Ｚ可動電極６２は、平面視四角環状のベース部６５と、当該ベース部６５から、互いに隣接するＺ固定電極６１の櫛歯状の電極部６４の各間に向かって延び、Ｚ固定電極６１の電極部６４に接触しないように噛み合うように櫛歯状に配列された電極部６６とを含んでいる。このＺ可動電極６２のベース部６５は、互いに平行に延びる直線状の主フレームを有しており、当該主フレームに沿って三角形の空間が繰り返されるように、主フレームに対して補強フレームが組み合わされたトラス状の骨組み構造を有している。かかる構造のＺ可動電極６２のベース部６５は、電極部６６が配置される側とは反対側の部分において、補強フレームが省略されている区間を有しており、当該区間の主フレームがＺ可動電極６２を上下動可能にするためのビーム部６７として機能する。 The Z fixed electrode 61 includes a base portion 63 having a square ring shape in plan view fixed to the support portion 14, and the base portion 63 on the opposite side of the linear portion 16 with respect to the X axis sensor 5 (Y axis sensor 6). The electrode part 64 provided in the part and arranged in the comb-tooth shape is included.
The Z movable electrode 62 extends from the base portion 65 having a square ring shape in plan view and between the comb-like electrode portions 64 of the Z fixed electrodes 61 adjacent to each other. And an electrode portion 66 arranged in a comb-teeth shape so as to mesh with each other so as not to contact the electrode portion 64. The base portion 65 of the Z movable electrode 62 has a linear main frame extending in parallel with each other, and the reinforcing frame is combined with the main frame so that a triangular space is repeated along the main frame. It has a truss-like frame structure. The base portion 65 of the Z movable electrode 62 having such a structure has a section in which the reinforcing frame is omitted in a portion opposite to the side where the electrode section 66 is disposed, and the main frame of the section is the Z frame. It functions as a beam portion 67 for enabling the movable electrode 62 to move up and down.

すなわち、このＺ軸センサ７では、ビーム部６７が弾性的に歪み、Ｚ可動電極６２のベース部６５があたかも振り子であるかのように、ビーム部６７を支点として空洞１０に対して近づく方向および離れる方向に回動（振動Ｕｚ）することによって、Ｚ固定電極６１の電極部６４に櫛歯状に噛み合ったＺ可動電極６２の電極部６６が上下に振動する。
Ｚ固定電極６１のベース部６３は、互いに平行に延びる直線状の主フレームを有しており、当該主フレームに沿って三角形の空間が繰り返されるように、主フレームに対して補強フレームが組み合わされたトラス状の骨組み構造を有している。 That is, in the Z-axis sensor 7, the beam portion 67 is elastically distorted, and the base portion 65 of the Z movable electrode 62 is as if it is a pendulum. By rotating (vibrating Uz) in the away direction, the electrode portion 66 of the Z movable electrode 62 meshed with the electrode portion 64 of the Z fixed electrode 61 in a comb-like shape vibrates up and down.
The base portion 63 of the Z fixed electrode 61 has a linear main frame extending in parallel with each other, and a reinforcing frame is combined with the main frame so that a triangular space is repeated along the main frame. It has a truss-like frame structure.

Ｚ固定電極６１の個々の電極部６４は、基端部がＺ固定電極６１のベース部６３に接続され、先端部がＺ可動電極６２へ向かって延び、ベース部６３の内壁に沿って等しい間隔を空けて櫛歯状に配列されている。また、個々の電極部６４の基端部寄りの部分には、電極部６４を幅方向に横切るように、その表面から空洞１０に至るまで絶縁層６８（この実施形態では、酸化シリコン）が埋め込まれている。この絶縁層６８により、Ｚ固定電極６１の個々の電極部６４が、Ｚ固定電極６１の他の部分から絶縁されている。 The individual electrode portions 64 of the Z fixed electrode 61 have base ends connected to the base portion 63 of the Z fixed electrode 61, tip portions extending toward the Z movable electrode 62, and equal intervals along the inner wall of the base portion 63. Are arranged in a comb-like shape with a gap. In addition, an insulating layer 68 (silicon oxide in this embodiment) is embedded from the surface to the cavity 10 so as to cross the electrode portion 64 in the width direction in a portion near the base end portion of each electrode portion 64. It is. With this insulating layer 68, the individual electrode portions 64 of the Z fixed electrode 61 are insulated from the other portions of the Z fixed electrode 61.

Ｚ可動電極６２の個々の電極部６６は、基端部がＺ可動電極６２のベース部６５に接続され、先端部がＺ固定電極６１の電極部６４の各間へ向かって延び、Ｚ固定電極６１の電極部６４に接触しないように噛み合う櫛歯状に配列されている。これにより、各電極部６６の幅方向一方側および他方側には、電極部６４が一つずつ配置されている。
Ｚ可動電極６２の個々の電極部６６の基端部寄りの部分には、電極部６６を幅方向に横切るように、半導体基板２の表面から空洞１０に至るまで絶縁層７４（この実施形態では、酸化シリコン）が埋め込まれている。この絶縁層７４により、Ｚ可動電極６２の個々の電極部６６が、Ｚ可動電極６２の他の部分から絶縁されている。 The individual electrode portions 66 of the Z movable electrode 62 have base ends connected to the base portion 65 of the Z movable electrode 62, and tip portions extending between the electrode portions 64 of the Z fixed electrode 61. The electrodes 61 are arranged in a comb-teeth shape so as not to contact the electrode portions 64. Thus, one electrode portion 64 is arranged on each side of the electrode portion 66 in the width direction.
An insulating layer 74 (in this embodiment) extends from the surface of the semiconductor substrate 2 to the cavity 10 so as to cross the electrode portion 66 in the width direction so as to cross the electrode portion 66 in the width direction. Embedded with silicon oxide). By this insulating layer 74, the individual electrode portions 66 of the Z movable electrode 62 are insulated from the other parts of the Z movable electrode 62.

各電極部６６には、半導体基板２の表面から空洞１０へ向かう厚さ方向途中部まで、誘電層７０（この実施形態では、酸化シリコン）が埋め込まれている。
各誘電層７０は、電極部６６の幅方向一端側（各電極部６６の基端部から先端部へ向かう方向に対して右側）に片寄って設けられている。これにより、電極部６６は、平面視において、幅方向一端側に設けられた誘電層７０と、当該誘電層７０に対して他端側（各電極部６６の基端部から先端部へ向かう方向に対して左側）に設けられた導電層８０とに区画されている。 Each electrode part 66 is embedded with a dielectric layer 70 (silicon oxide in this embodiment) from the surface of the semiconductor substrate 2 to the middle part in the thickness direction toward the cavity 10.
Each dielectric layer 70 is provided so as to be offset toward one end side in the width direction of the electrode portion 66 (right side with respect to the direction from the base end portion to the tip end portion of each electrode portion 66). Thereby, the electrode part 66 has a dielectric layer 70 provided on one end side in the width direction in a plan view, and the other end side with respect to the dielectric layer 70 (a direction from the base end part to the tip end part of each electrode part 66). And a conductive layer 80 provided on the left side).

導電層８０は、電極部６６において半導体基板２の一部を利用して構成された部分である。導電層８０は、誘電層７０に対して幅方向他端側に隣接して形成された第１部分７６と、誘電層７０に対して厚さ方向空洞１０側に隣接して形成された第２部分７８とを一体的に有している。
Ｚ固定電極６１およびＺ可動電極６２を含む半導体基板２の表面には、上述したように、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる第１絶縁膜３３および第２絶縁膜３４が順に積層されている。 The conductive layer 80 is a portion configured by using a part of the semiconductor substrate 2 in the electrode portion 66. The conductive layer 80 includes a first portion 76 formed adjacent to the dielectric layer 70 on the other side in the width direction, and a second portion formed adjacent to the dielectric layer 70 on the thickness direction cavity 10 side. A portion 78 is integrally formed.
As described above, the first insulating film 33 and the second insulating film 34 made of silicon oxide (SiO ₂ ) are sequentially stacked on the surface of the semiconductor substrate 2 including the Z fixed electrode 61 and the Z movable electrode 62.

第２絶縁膜３４上には、Ｚ第１センサ配線７５およびＺ第２センサ配線７７が形成されている。Ｚ第１センサ配線７５およびＺ第２センサ配線７７は、互いに隣接するＺ固定電極６１の電極部６４およびＺ可動電極６２の電極部６６（導電層８０）にそれぞれ接続されている。
具体的には、Ｚ第１センサ配線７５は、Ｚ固定電極６１のベース部６３に沿って形成され、Ｚ固定電極６１の個々の電極部６４の絶縁層６８を跨って電極部６４の先端部へ向かって分岐するアルミニウム配線を含んでいる。その分岐されたアルミニウム配線は、個々の電極部６４における絶縁層６８よりも先端側に、第１絶縁膜３３および第２絶縁膜３４を貫通して電気的に接続されている。また、図２に示すように、Ｚ第１センサ配線７５は、Ｚ固定電極６１のベース部６３を介して支持部１４上に引き回され、その一部が電極パッド４として露出している。 On the second insulating film 34, a Z first sensor wiring 75 and a Z second sensor wiring 77 are formed. The Z first sensor wiring 75 and the Z second sensor wiring 77 are respectively connected to the electrode portion 64 of the Z fixed electrode 61 and the electrode portion 66 (conductive layer 80) of the Z movable electrode 62 that are adjacent to each other.
Specifically, the Z first sensor wiring 75 is formed along the base portion 63 of the Z fixed electrode 61, and straddles the insulating layer 68 of each electrode portion 64 of the Z fixed electrode 61. It contains aluminum wiring that branches off. The branched aluminum wiring is electrically connected through the first insulating film 33 and the second insulating film 34 on the tip side of the insulating layer 68 in each electrode part 64. As shown in FIG. 2, the Z first sensor wiring 75 is routed on the support portion 14 via the base portion 63 of the Z fixed electrode 61, and a part thereof is exposed as the electrode pad 4.

Ｚ第２センサ配線７７は、Ｚ可動電極６２のベース部６５に沿って形成され、Ｚ可動電極６２の個々の電極部６６の基端部寄りの絶縁層７４を跨って電極部６６へ向かって分岐するアルミニウム配線を含んでいる。その分岐されたアルミニウム配線は、個々の電極部６６に、第１絶縁膜３３および第２絶縁膜３４を貫通して電気的に接続されている。また、図２に示すように、Ｚ第２センサ配線７７は、Ｚ可動電極６２のベース部６５を介して支持部１４上に引き回され、その一部が電極パッド４として露出している。 The Z second sensor wiring 77 is formed along the base portion 65 of the Z movable electrode 62, and extends toward the electrode portion 66 across the insulating layer 74 near the base end portion of each electrode portion 66 of the Z movable electrode 62. Includes branched aluminum wiring. The branched aluminum wiring is electrically connected to the individual electrode portions 66 through the first insulating film 33 and the second insulating film 34. As shown in FIG. 2, the Z second sensor wiring 77 is routed on the support portion 14 via the base portion 65 of the Z movable electrode 62, and a part thereof is exposed as the electrode pad 4.

半導体基板２において、Ｚ固定電極６１およびＺ可動電極６２の上面および側面は、第１絶縁膜３３および第２絶縁膜３４とともに、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる保護薄膜３５で被覆されている。
また、半導体基板２の表面における空洞１０外の部分では、第２絶縁膜３４上に、第３絶縁膜３６、第４絶縁膜３７、第５絶縁膜３８および表面保護膜３９が順に積層されている。 In the semiconductor substrate 2, the upper surfaces and side surfaces of the Z fixed electrode 61 and the Z movable electrode 62 are covered with a protective thin film 35 made of silicon oxide (SiO ₂ ) together with the first insulating film 33 and the second insulating film 34.
In addition, a third insulating film 36, a fourth insulating film 37, a fifth insulating film 38, and a surface protective film 39 are sequentially stacked on the second insulating film 34 in a portion outside the cavity 10 on the surface of the semiconductor substrate 2. Yes.

そして、このＺ軸センサ７では、Ｚ第１センサ配線７５が接続された電極部６４と、Ｚ第２センサ配線７７が接続された電極部６６の導電層８０とが、互いに対向し、これらの間に一定電圧が印加され、その対向面積Ｓの変化により静電容量が変化する容量素子（キャパシタ）の電極を構成している。
Ｚ可動電極６２に対してＺ軸方向の加速度が作用すると、櫛歯状のＺ可動電極６２が振り子であるかのように、同じく櫛歯状のＺ固定電極６１を振動の中心として、Ｚ固定電極６１に対してＺ軸方向に沿って上下に振動する。これにより、互いに隣接するＺ固定電極６１の電極部６４と、Ｚ可動電極６２の電極部６６との対向面積Ｓが変化する。そして、当該対向面積Ｓの変化に起因するＺ可動電極６２−Ｚ固定電極６１間の静電容量の変化を検出することによって、Ｚ軸方向の加速度ａｚが検出される。 In the Z-axis sensor 7, the electrode part 64 to which the Z first sensor wiring 75 is connected and the conductive layer 80 of the electrode part 66 to which the Z second sensor wiring 77 is connected face each other, and these A constant voltage is applied between the electrodes, and an electrode of a capacitive element (capacitor) whose electrostatic capacity changes due to a change in the facing area S is configured.
When acceleration in the Z-axis direction is applied to the Z movable electrode 62, the Z fixed electrode 61 is also used with the comb fixed Z fixed electrode 61 as the center of vibration as if the comb movable Z movable electrode 62 is a pendulum. It vibrates up and down along the Z-axis direction with respect to the electrode 61. Thereby, the facing area S between the electrode part 64 of the Z fixed electrode 61 and the electrode part 66 of the Z movable electrode 62 adjacent to each other changes. Then, by detecting a change in capacitance between the Z movable electrode 62 and the Z fixed electrode 61 due to the change in the facing area S, the acceleration az in the Z-axis direction is detected.

この実施形態では、電極部６６の導電層８０が、誘電層７０を介してＺ固定電極６１の電極部６４に対向する第１部分７６と、誘電層７０を介さずに電極部６４に対向する第２部分７８とを有している。
したがって、Ｚ固定電極６１の電極部６４とＺ可動電極６２の電極部６６とが対向することによって構成されるキャパシタにおいて、導電層８０の第１部分７６と電極部６４ととが対向する部分では、キャパシタの電極間距離ｄ１が、当該キャパシタ本来の電極間距離ｄ２（導電層８０の第２部分７８とＺ固定電極６１の電極部６４との距離）よりも、誘電層７０の幅Ｗ分大きくなる（つまり、ｄ１＝ｄ２＋Ｗ）。そのため、同一のキャパシタ内において、静電容量の差を設けることができる。 In this embodiment, the conductive layer 80 of the electrode portion 66 is opposed to the first portion 76 facing the electrode portion 64 of the Z fixed electrode 61 via the dielectric layer 70 and the electrode portion 64 not via the dielectric layer 70. And a second portion 78.
Therefore, in the capacitor configured by the electrode portion 64 of the Z fixed electrode 61 and the electrode portion 66 of the Z movable electrode 62 facing each other, the portion where the first portion 76 of the conductive layer 80 and the electrode portion 64 are opposed to each other. The inter-electrode distance d1 of the capacitor is larger by the width W of the dielectric layer 70 than the original inter-electrode distance d2 (the distance between the second portion 78 of the conductive layer 80 and the electrode portion 64 of the Z fixed electrode 61). (That is, d1 = d2 + W). Therefore, a difference in capacitance can be provided in the same capacitor.

そのため、Ｚ可動電極６２が、Ｚ固定電極６１に対して最初に空洞１０から離れる側（上側）へ振れると、キャパシタの静電容量は、導電層８０の第１部分７６がＺ固定電極６１の電極部６４と対向している間、電極間距離ｄ１に基づく減少率Ｄ１（Ｄ１＞０）で減少する。その後、第１部分７６がＺ固定電極６１の上方に完全に食み出し、導電層８０の第２部分７８のみがＺ固定電極６１の電極部６４と対向する状態になると、その時点からの静電容量は、本来の電極間距離ｄ２に基づく減少率Ｄ２（Ｄ２＞０）で減少する。 Therefore, when the Z movable electrode 62 first swings away from the cavity 10 (upward) with respect to the Z fixed electrode 61, the capacitance of the capacitor is such that the first portion 76 of the conductive layer 80 has the Z fixed electrode 61. While facing the electrode part 64, the rate of decrease is D1 (D1> 0) based on the interelectrode distance d1. Thereafter, when the first portion 76 completely protrudes above the Z fixed electrode 61 and only the second portion 78 of the conductive layer 80 faces the electrode portion 64 of the Z fixed electrode 61, The capacitance decreases at a reduction rate D2 (D2> 0) based on the original interelectrode distance d2.

この静電容量の減少率Ｄ２は、電極間距離ｄ２が電極間距離ｄ１よりも小さく、単位時間当たりに減少する静電容量が大きくなるので、減少率Ｄ１よりも大きくなる。すなわち、Ｚ可動電極６２が上側へ振れ始める場合、キャパシタの静電容量は、第１の減少率Ｄ１で減少した後、第１の減少率Ｄ１よりも大きな第２の減少率Ｄ２で減少する。
これに対し、Ｚ可動電極６２が、Ｚ固定電極６１に対して最初に空洞１０に近づく側（下側）へ振れると、キャパシタの静電容量は、第２部分７８がＺ固定電極６１よりも下方に完全に食み出すまでの間、電極間距離ｄ２に基づく減少率Ｄ２で減少する。その後、第２部分７８がＺ固定電極６１よりも下方に完全に食み出し、第１部分７６のみがＺ固定電極６１の電極部６４と対向する状態になると、その時点からの静電容量は、電極間距離ｄ１に基づく減少率Ｄ１で減少する。この静電容量の減少率Ｄ１は、電極間距離ｄ１が電極間距離ｄ２よりも大きく、単位時間当たりに減少する静電容量が小さくなるので、減少率Ｄ２よりも小さくなる。すなわち、Ｚ可動電極６２が下側へ振れ始める場合、キャパシタの静電容量は、第２の減少率Ｄ２で減少した後、第２の減少率Ｄ２よりも小さな第１の減少率Ｄ１で減少する。 The capacitance reduction rate D2 is larger than the reduction rate D1 because the interelectrode distance d2 is smaller than the interelectrode distance d1 and the capacitance that decreases per unit time increases. That is, when the Z movable electrode 62 starts to swing upward, the capacitance of the capacitor decreases at the first decrease rate D1, and then decreases at the second decrease rate D2 that is greater than the first decrease rate D1.
On the other hand, when the Z movable electrode 62 first swings toward the side closer to the cavity 10 (downward) with respect to the Z fixed electrode 61, the capacitance of the capacitor is such that the second portion 78 is more than the Z fixed electrode 61. It decreases at a decrease rate D2 based on the interelectrode distance d2 until it completely protrudes downward. Thereafter, when the second portion 78 protrudes completely below the Z fixed electrode 61 and only the first portion 76 faces the electrode portion 64 of the Z fixed electrode 61, the capacitance from that point is , And decreases at a decrease rate D1 based on the interelectrode distance d1. The capacitance decrease rate D1 is smaller than the decrease rate D2 because the interelectrode distance d1 is greater than the interelectrode distance d2 and the capacitance that decreases per unit time is reduced. That is, when the Z movable electrode 62 starts to swing downward, the capacitance of the capacitor decreases at the first decrease rate D1 that is smaller than the second decrease rate D2, after decreasing at the second decrease rate D2. .

したがって、当該キャパシタの静電容量が、相対的に小さな減少率Ｄ１で減少した後、相対的に大きな減少率Ｄ２で減少するのか（Ｄ１→Ｄ２）、または、相対的に大きな減少率Ｄ２で減少した後、相対的に小さな減少率Ｄ１で減少するのか（Ｄ２→Ｄ１）を検出することにより、Ｚ可動電極６２が最初に振れた方向（空洞１０から離れる方向または空洞１０に近づく方向）を容易に把握することができる。その結果、加速度ベクトルの方向を正確に検出できるので、検出感度を向上させることができる。 Therefore, whether the capacitance of the capacitor decreases at a relatively small decrease rate D1 and then decreases at a relatively large decrease rate D2 (D1 → D2), or decreases at a relatively large decrease rate D2. After that, it is easy to detect the direction in which the Z movable electrode 62 first swings (the direction away from the cavity 10 or the direction approaching the cavity 10) by detecting whether it decreases at a relatively small reduction rate D1 (D2 → D1). Can grasp. As a result, since the direction of the acceleration vector can be accurately detected, the detection sensitivity can be improved.

しかも、この実施形態では、導電層８０が、第１部分７６および第２部分７８を一体的に有することによって、Ｚ可動電極６２の表面から裏面に至るまで厚さ方向全域にわたって形成されている。そのため、Ｚ固定電極６１に対するＺ可動電極６２の振れる方向（上側方向または下側方向）に関わらず、Ｚ可動電極６２の導電層８０とＺ固定電極６１との対向面積Ｓが、必ず減少する。具体的には、Ｚ可動電極６２が、最初に上側に振れると、導電層８０の第１部分７６とＺ固定電極６１の電極部６４との対向面積が減少し、一方、最初に下側に振れると、導電層８０の第２部分７８とＺ固定電極６１の電極部６４との対向面積が減少する。 Moreover, in this embodiment, the conductive layer 80 is formed over the entire thickness direction from the front surface to the back surface of the Z movable electrode 62 by integrally including the first portion 76 and the second portion 78. For this reason, the facing area S between the conductive layer 80 of the Z movable electrode 62 and the Z fixed electrode 61 is always reduced regardless of the direction (upward or downward direction) of the Z movable electrode 62 with respect to the Z fixed electrode 61. Specifically, when the Z movable electrode 62 first swings upward, the facing area between the first portion 76 of the conductive layer 80 and the electrode portion 64 of the Z fixed electrode 61 decreases, while on the other hand, When it swings, the facing area between the second portion 78 of the conductive layer 80 and the electrode portion 64 of the Z fixed electrode 61 decreases.

これにより、Ｚ可動電極６２の振れ始め直後に静電容量の変化を検出できるので、振れ始め直後の加速度ベクトルの大きさも検出することができる。
また、このような検出感度の向上が、キャパシタを構成するＺ可動電極６２の電極部６６に誘電層７０を埋め込むことによって発現されるので、センサ構造の複雑化を防止することができる。 Thereby, since the change in capacitance can be detected immediately after the start of the swing of the Z movable electrode 62, the magnitude of the acceleration vector immediately after the start of the swing can also be detected.
Further, such an improvement in detection sensitivity is manifested by embedding the dielectric layer 70 in the electrode portion 66 of the Z movable electrode 62 constituting the capacitor, so that the sensor structure can be prevented from becoming complicated.

さらに、半導体基板２が導電性シリコン基板であるので、所定の形状に成形されたＸ固定電極２１，Ｙ固定電極４１およびＺ固定電極６１、ならびにＸ可動電極２２，Ｙ可動電極４２およびＺ可動電極６２に対して導電性を付与するための特別な処理を施さなくても、成形後の構造をそのまま電極として利用することができる。また、電極として利用される部分を除く部分を、配線（Ｚ第１センサ配線７５、Ｚ第２センサ配線７７など）として利用することができる。 Further, since the semiconductor substrate 2 is a conductive silicon substrate, the X fixed electrode 21, the Y fixed electrode 41, the Z fixed electrode 61, the X movable electrode 22, the Y movable electrode 42, and the Z movable electrode formed in a predetermined shape. Even if a special treatment for imparting conductivity to 62 is not performed, the structure after molding can be used as it is as an electrode. In addition, a portion excluding a portion used as an electrode can be used as a wiring (Z first sensor wiring 75, Z second sensor wiring 77, etc.).

なお、この実施形態では、Ｚ軸方向の加速度ａｚは、Ｘ軸センサ６を取り囲むＺ軸センサ７の検出値と、Ｙ軸センサ７を取り囲むＺ軸センサ７の検出値との差分をとることにより求められる。差分は、たとえば、図２に示すように、Ｘ軸センサ５を取り囲むＺ軸センサ７の固定電極および可動電極と、Ｙ軸センサ６を取り囲むＺ軸センサ７の固定電極および可動電極との位置関係を反対にすることによって得ることができる。これにより、１対のＺ軸センサ７間において、Ｚ可動電極６２の揺れ方が異なるので、差分が生じることとなる。
＜加速度センサ１の製造方法＞
次に、図７Ａ〜図７Ｇを参照して、上述したジャイロセンサの製造工程を工程順に説明する。なお、この項では、Ｚ軸センサの製造工程のみを図示し、Ｘ軸センサおよびＹ軸センサの製造工程は省略するが、Ｘ軸センサおよびＹ軸センサの製造工程は、Ｚ軸センサの製造工程と同様にして、Ｚ軸センサの製造工程と並行して実行される。 In this embodiment, the acceleration az in the Z-axis direction is obtained by taking the difference between the detection value of the Z-axis sensor 7 surrounding the X-axis sensor 6 and the detection value of the Z-axis sensor 7 surrounding the Y-axis sensor 7. Desired. For example, as shown in FIG. 2, the difference is the positional relationship between the fixed electrode and the movable electrode of the Z-axis sensor 7 surrounding the X-axis sensor 5 and the fixed electrode and the movable electrode of the Z-axis sensor 7 surrounding the Y-axis sensor 6. Can be obtained by reversing. As a result, since the Z movable electrode 62 swings differently between the pair of Z-axis sensors 7, a difference is generated.
<Method for Manufacturing Acceleration Sensor 1>
Next, with reference to FIGS. 7A to 7G, the manufacturing process of the above-described gyro sensor will be described in the order of steps. In this section, only the manufacturing process of the Z-axis sensor is illustrated and the manufacturing process of the X-axis sensor and the Y-axis sensor is omitted, but the manufacturing process of the X-axis sensor and the Y-axis sensor is the manufacturing process of the Z-axis sensor. In the same manner as described above, it is executed in parallel with the manufacturing process of the Z-axis sensor.

図７Ａ〜図７Ｇは、本発明の一実施形態に係る加速度センサ１の製造工程の一部を工程順に示す模式的な断面図であって、図６と同じ位置での切断面を示す。
この加速度センサ１を製造するには、まず、図７Ａに示すように、導電性シリコンからなる半導体基板２の表面が熱酸化（たとえば、温度１１００〜１２００℃、膜厚５０００Å）される。これにより、半導体基板２の表面に第１絶縁膜３３が形成される。次いで、公知のパターニング技術により、第１絶縁膜３３がパターニングされ、誘電層７０および絶縁層６８，７４を埋め込むべき領域に開口が形成される。次いで、第１絶縁膜３３をハードマスクとする異方性のディープＲＩＥ（Reactive Ion Etching：反応性イオンエッチング）により、具体的にはボッシュプロセスにより、半導体基板２が掘り下げられる。これにより、半導体基板２にトレンチが形成される。ボッシュプロセスでは、ＳＦ_６（六フッ化硫黄）を使用して半導体基板２をエッチングする工程と、Ｃ_４Ｆ_８（パーフルオロシクロブタン）を使用してエッチング面に保護膜を形成する工程とが交互に繰り返される。これにより、高いアスペクト比で半導体基板２をエッチングすることができるが、エッチング面（トレンチの内周面）にスキャロップと呼ばれる波状の凹凸が形成される。続いて、半導体基板２に形成されたトレンチ内部および半導体基板２の表面が熱酸化され（たとえば、温度１１００〜１２００℃）、その後、酸化膜の表面がエッチバックされる（たとえば、エッチバック後の膜厚が２１８００Å）。これにより、トレンチを埋め尽くす誘電層７０および絶縁層６８，７４が同時に形成される（誘電層７０および絶縁層７４のみ図示）。 7A to 7G are schematic cross-sectional views showing a part of the manufacturing process of the acceleration sensor 1 according to the embodiment of the present invention in the order of steps, and show a cut surface at the same position as FIG. 6.
In order to manufacture the acceleration sensor 1, first, as shown in FIG. 7A, the surface of the semiconductor substrate 2 made of conductive silicon is thermally oxidized (for example, temperature 1100 to 1200 ° C., film thickness 5000 mm). Thereby, the first insulating film 33 is formed on the surface of the semiconductor substrate 2. Next, the first insulating film 33 is patterned by a known patterning technique, and an opening is formed in a region where the dielectric layer 70 and the insulating layers 68 and 74 are to be embedded. Next, the semiconductor substrate 2 is dug down by anisotropic deep RIE (reactive ion etching) using the first insulating film 33 as a hard mask, specifically, by a Bosch process. Thereby, a trench is formed in the semiconductor substrate 2. In the Bosch process, the process of etching the semiconductor substrate 2 using SF ₆ (sulfur hexafluoride) and the process of forming a protective film on the etched surface using C ₄ F ₈ (perfluorocyclobutane) are alternated. Repeated. As a result, the semiconductor substrate 2 can be etched with a high aspect ratio, but wavy irregularities called scallops are formed on the etched surface (inner peripheral surface of the trench). Subsequently, the inside of the trench formed in the semiconductor substrate 2 and the surface of the semiconductor substrate 2 are thermally oxidized (for example, temperature 1100 to 1200 ° C.), and then the surface of the oxide film is etched back (for example, after the etch back) The film thickness is 21800 mm). As a result, the dielectric layer 70 and the insulating layers 68 and 74 filling the trench are simultaneously formed (only the dielectric layer 70 and the insulating layer 74 are shown).

次いで、図７Ｂに示すように、ＣＶＤ法により、半導体基板２上に、酸化シリコンからなる第２絶縁膜３４が積層される。次いで、第２絶縁膜３４および第１絶縁膜３３が連続してエッチングされる。これにより、第２絶縁膜３４および第１絶縁膜３３にコンタクトホールが形成される。次いで、当該コンタクトホールを埋め尽くすコンタクトプラグが形成された後、スパッタ法により、第２絶縁膜３４上にアルミニウムが堆積（たとえば、７０００Å）され、そのアルミニウム堆積層がパターニングされる。これにより、第２絶縁膜３４上に、配線７５，７７が形成される。 Next, as shown in FIG. 7B, a second insulating film 34 made of silicon oxide is stacked on the semiconductor substrate 2 by a CVD method. Next, the second insulating film 34 and the first insulating film 33 are continuously etched. As a result, contact holes are formed in the second insulating film 34 and the first insulating film 33. Next, after a contact plug filling the contact hole is formed, aluminum is deposited (for example, 7000 mm) on the second insulating film 34 by sputtering, and the aluminum deposited layer is patterned. As a result, wirings 75 and 77 are formed on the second insulating film 34.

次いで、図７Ｃに示すように、ＣＶＤ法により、第２絶縁膜３４上に、第３絶縁膜３６第４絶縁膜３７、第５絶縁膜３８および表面保護膜３９が順に積層される。次いで、半導体基板２の空洞１０を形成すべき領域上の第３〜第５絶縁膜３６〜３８および表面保護膜３９が、エッチングにより除去される。
次いで、図７Ｄに示すように、Ｚ固定電極６１およびＺ可動電極６２を形成すべき領域以外の領域に開口を有するレジストが、第２絶縁膜３４上に形成される。続いて、当該レジストをマスクとする異方性のディープＲＩＥにより、具体的にはボッシュプロセスにより、半導体基板２が掘り下げられる。これにより、半導体基板２の表面部が、Ｚ固定電極６１およびＺ可動電極６２の形状に成形されるとともに、それらの間にトレンチ６０が形成される。ボッシュプロセスでは、ＳＦ_６（六フッ化硫黄）を使用して半導体基板２をエッチングする工程と、Ｃ_４Ｆ_８（パーフルオロシクロブタン）を使用してエッチング面に保護膜を形成する工程とが交互に繰り返される。ディープＲＩＥ後、レジストが剥離される。 Next, as shown in FIG. 7C, a third insulating film 36, a fourth insulating film 37, a fifth insulating film 38, and a surface protective film 39 are sequentially stacked on the second insulating film 34 by a CVD method. Next, the third to fifth insulating films 36 to 38 and the surface protective film 39 on the region where the cavity 10 of the semiconductor substrate 2 is to be formed are removed by etching.
Next, as illustrated in FIG. 7D, a resist having an opening in a region other than the region where the Z fixed electrode 61 and the Z movable electrode 62 are to be formed is formed on the second insulating film 34. Subsequently, the semiconductor substrate 2 is dug down by anisotropic deep RIE using the resist as a mask, specifically, by a Bosch process. Thereby, the surface portion of the semiconductor substrate 2 is formed into the shapes of the Z fixed electrode 61 and the Z movable electrode 62, and the trench 60 is formed between them. In the Bosch process, the process of etching the semiconductor substrate 2 using SF ₆ (sulfur hexafluoride) and the process of forming a protective film on the etched surface using C ₄ F ₈ (perfluorocyclobutane) are alternated. Repeated. After deep RIE, the resist is peeled off.

次いで、図７Ｅに示すように、熱酸化法またはＰＥＣＶＤ法により、Ｚ固定電極６１、Ｚ可動電極６２の表面全域およびトレンチ６０の内面全域（つまり、トレンチ６０を区画する側面および底面）に、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる保護薄膜３５が形成される。
次いで、図７Ｆに示すように、エッチバックにより、保護薄膜３５におけるトレンチ６０の底面上の部分が除去される。これにより、トレンチ６０の底面が露出した状態となる。 Next, as shown in FIG. 7E, oxidation is performed on the entire surface of the Z fixed electrode 61 and the Z movable electrode 62 and the entire inner surface of the trench 60 (that is, the side surface and the bottom surface defining the trench 60) by thermal oxidation or PECVD. A protective thin film 35 made of silicon (SiO ₂ ) is formed.
Next, as shown in FIG. 7F, the portion of the protective thin film 35 on the bottom surface of the trench 60 is removed by etch back. As a result, the bottom surface of the trench 60 is exposed.

次いで、図７Ｇに示すように、表面保護膜３９をマスクとする異方性のディープＲＩＥにより、トレンチ６０の底面がさらに掘り下げられる。これにより、トレンチ６０の底部に、半導体基板２の結晶面が露出した露出空間８３が形成される。この異方性のディープＲＩＥに引き続いて、等方性のＲＩＥにより、トレンチ６０の露出空間８３に反応性イオンおよびエッチングガスが供給される。そして、その反応性イオンなどの作用により、半導体基板２が、各露出空間８３を起点に半導体基板２の厚さ方向にエッチングされつつ、半導体基板２の表面に平行な方向にエッチングされる。これにより、互いに隣接する全ての露出空間８３が一体化して、半導体基板２の内部に空洞１０が形成されるとともに、空洞１０内において、Ｚ固定電極６１およびＺ可動電極６２が浮いた状態となる。 Next, as shown in FIG. 7G, the bottom surface of the trench 60 is further dug down by anisotropic deep RIE using the surface protective film 39 as a mask. As a result, an exposed space 83 in which the crystal plane of the semiconductor substrate 2 is exposed is formed at the bottom of the trench 60. Following the anisotropic deep RIE, reactive ions and etching gas are supplied to the exposed space 83 of the trench 60 by isotropic RIE. The semiconductor substrate 2 is etched in the direction parallel to the surface of the semiconductor substrate 2 while being etched in the thickness direction of the semiconductor substrate 2 starting from each exposed space 83 by the action of the reactive ions and the like. As a result, all the exposed spaces 83 adjacent to each other are integrated to form the cavity 10 inside the semiconductor substrate 2, and the Z fixed electrode 61 and the Z movable electrode 62 are floated in the cavity 10. .

以上の工程を経て、図１に示す加速度センサ１（Ｚ軸センサ７）が得られる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することもできる。
たとえば、図８に示すように、Ｚ可動電極６２の電極部６６は、電極部６６の幅方向一端から他端まで形成された誘電層８１と、当該誘電層８１の下方に形成された導電層８２との積層構造を有していてもよい。 Through the above steps, the acceleration sensor 1 (Z-axis sensor 7) shown in FIG. 1 is obtained.
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form.
For example, as shown in FIG. 8, the electrode portion 66 of the Z movable electrode 62 includes a dielectric layer 81 formed from one end to the other end in the width direction of the electrode portion 66, and a conductive layer formed below the dielectric layer 81. 82 may be laminated.

この構成によれば、Ｚ可動電極６２の表面または裏面から途中部までの部分が、全て誘電層８１で構成されている。この場合、Ｚ固定電極６１の電極部６４とＺ可動電極６２の電極部６６とが対向することによって構成されるキャパシタにおいて、誘電層８１とＺ固定電極６１の電極部６４とが対向する部分では、Ｚ固定電極６１に対向する導電層が存在しないので、静電容量が０（ゼロ）となる。 According to this configuration, the portion from the front surface or the back surface to the middle portion of the Z movable electrode 62 is configured by the dielectric layer 81. In this case, in the capacitor configured by the electrode portion 64 of the Z fixed electrode 61 and the electrode portion 66 of the Z movable electrode 62 facing each other, the portion where the dielectric layer 81 and the electrode portion 64 of the Z fixed electrode 61 are opposed to each other. Since there is no conductive layer facing the Z fixed electrode 61, the electrostatic capacity becomes 0 (zero).

そのため、Ｚ可動電極６２が、Ｚ固定電極６１に対して最初に空洞１０から離れる側（上側）へ振れると、キャパシタの静電容量は、誘電層８１がＺ固定電極６１の電極部６４と対向している間、変化しない（つまり、減少率Ｄ１＝０）。その後、誘電層８１がＺ固定電極６１の上方に完全に食み出し、導電層８２のみがＺ固定電極６１と対向する状態になると、その時点からの静電容量は、本来の電極間距離ｄ２に基づく減少率Ｄ２（Ｄ２＞０）で減少する。 Therefore, when the Z movable electrode 62 first swings away from the cavity 10 (upward) with respect to the Z fixed electrode 61, the capacitance of the capacitor is such that the dielectric layer 81 faces the electrode portion 64 of the Z fixed electrode 61. During this period, there is no change (that is, the decrease rate D1 = 0). After that, when the dielectric layer 81 completely protrudes above the Z fixed electrode 61 and only the conductive layer 82 faces the Z fixed electrode 61, the capacitance from that point becomes the original inter-electrode distance d2. It decreases at a reduction rate D2 based on (D2> 0).

これに対し、Ｚ可動電極６２が最初に空洞１０に近づく側（下側）へ振れると、キャパシタの静電容量は、導電層８２がＺ固定電極６１の電極部６４と対向している間、電極間距離ｄ２に基づく減少率Ｄ２で減少する。その後、導電層８２がＺ固定電極６１よりも下方に完全に食み出し、誘電層８１のみがＺ固定電極６１と対向する状態となると、その時点からの静電容量は、変化しない（つまり、減少率Ｄ１＝０）。 On the other hand, when the Z movable electrode 62 first swings toward the side closer to the cavity 10 (downward), the capacitance of the capacitor is obtained while the conductive layer 82 faces the electrode portion 64 of the Z fixed electrode 61. It decreases at a reduction rate D2 based on the interelectrode distance d2. Thereafter, when the conductive layer 82 completely protrudes below the Z fixed electrode 61 and only the dielectric layer 81 faces the Z fixed electrode 61, the capacitance from that point does not change (that is, Decrease rate D1 = 0).

したがって、この構成によれば、加速度ベクトルの方向を、静電容量の減少率が０か０でないか、つまり、静電容量の変化の有無に基づいて判断することができる。よって、加速度検出を簡易に行うことができる。
また、誘電層７０，８１の材料は、誘電性を有する材料であれば、酸化シリコンでなくてもよい。 Therefore, according to this configuration, the direction of the acceleration vector can be determined based on whether the rate of decrease in capacitance is 0 or 0, that is, whether or not there is a change in capacitance. Therefore, acceleration detection can be easily performed.
The material of the dielectric layers 70 and 81 may not be silicon oxide as long as it is a dielectric material.

また、誘電層７０は、図９に示すように、Ｚ可動電極６２に設けられる代わりに、Ｚ固定電極６１に設けられていてもよい。また、誘電層８１も同様に、図１０に示すように、Ｚ可動電極６２に設けられる代わりに、Ｚ固定電極６１に設けられていてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。 Further, as shown in FIG. 9, the dielectric layer 70 may be provided on the Z fixed electrode 61 instead of being provided on the Z movable electrode 62. Similarly, the dielectric layer 81 may be provided on the Z fixed electrode 61 instead of being provided on the Z movable electrode 62 as shown in FIG.
In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.

１加速度センサ
２半導体基板
７Ｚ軸センサ
１０空洞
１１（空洞の）上壁
１２（空洞の）底壁
６１Ｚ固定電極
６２Ｚ可動電極
６４（Ｚ固定電極の）電極部
６６（Ｚ可動電極の）電極部
７０誘電層
７６第１部分
７８第２部分
８０導電層
８１誘電層
８２導電層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Acceleration sensor 2 Semiconductor substrate 7 Z-axis sensor 10 Cavity 11 (Cavity) upper wall 12 (Cavity) bottom wall 61 Z fixed electrode 62 Z movable electrode 64 (Z fixed electrode) Electrode part 66 (Z movable electrode) Electrode portion 70 Dielectric layer 76 First part 78 Second part 80 Conductive layer 81 Dielectric layer 82 Conductive layer

Claims

A semiconductor substrate having a cavity formed therein with an upper wall and a bottom wall, and having a front surface part forming the upper wall of the cavity and a back surface part forming the bottom wall;
A comb-shaped first electrode and a second electrode which are formed by processing the surface portion of the semiconductor substrate and mesh with each other at an interval;
A capacitance type that detects acceleration when the first electrode or the second electrode moves up and down with respect to the other by detecting a change in capacitance between the first electrode and the second electrode. An acceleration sensor,
The first electrode has a predetermined thickness from the front surface or the back surface to the middle along a thickness direction orthogonal to the facing direction to the second electrode, and has a predetermined width along the facing direction. A capacitance type acceleration sensor including a dielectric layer and a conductive layer composed of a remaining portion excluding the dielectric layer.

The dielectric layer is formed to be offset toward one end in the width direction of the first electrode;
The conductive layer has a first portion formed adjacent to the other end side in the width direction with respect to the dielectric layer, and a second portion formed below the dielectric layer and having a width larger than the first portion. The capacitive acceleration sensor according to claim 1, comprising a portion.

The dielectric layer is formed from one end to the other end in the width direction of the first electrode, and has the same width as the first electrode;
The capacitive acceleration sensor according to claim 1, wherein the first electrode has a laminated structure of the dielectric layer and the conductive layer formed below the dielectric layer.

The capacitive acceleration sensor according to claim 1, wherein the first electrode is a movable electrode, and the second electrode is a fixed electrode.

The capacitive acceleration sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the first electrode is a fixed electrode and the second electrode is a movable electrode.

The capacitive acceleration sensor according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is a conductive silicon substrate.