JP2013205162A - 静電容量式センサ - Google Patents

Abstract

【課題】固定電極と可動電極が、第１対向面と、第１対向面に直交する第２対向面を介して対向して配置されている静電容量式センサにおいて、他軸感度を抑制することが可能な技術を提供する。
【解決手段】本明細書は、固定電極と、可動電極を備える静電容量式センサを開示する。その静電容量式センサでは、固定電極と可動電極が、第１対向面と、第１対向面に直交する第２対向面を介して対向して配置されている。その静電容量式センサでは、第２対向面において、固定電極と可動電極の間に、定電位に保たれたガード電極が介在している。
【選択図】 図２

Description

本明細書は、静電容量式センサに関する。

半導体基板上に形成されるＭＥＭＳデバイスとして、静電容量式センサが知られている。静電容量式センサでは、固定電極と可動電極の間の間隔の変化を、固定電極と可動電極の間の静電容量の変化として検出することで、加速度や角速度、圧力などの様々な物理量を検出することが可能である。例えば、支持梁を介して基板に支持された可動マスに可動電極を形成し、所定の対向面を介して可動電極に対向する固定電極を基板に形成する。可動マスに対向面に直交する方向の加速度が作用すると、対向面における可動電極と固定電極の間の間隔が変化し、可動電極と固定電極の間の静電容量が変化する。この静電容量の変化を静電容量検出回路により検出することで、対向面に直交する方向の加速度を検出することができる。このような静電容量式センサが例えば非特許文献１に開示されている。

Ming-Han Tsai et al.,"A 400×400μm2 3-axis CMOS-MEMS accelerometer with vertically integrated fully-differential sensing electrodes", Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems Conference (TRANSDUCERS), 2011 16th International

非特許文献１の静電容量式センサのように、固定電極と可動電極が、第１対向面と、第１対向面に直交する第２対向面を介して対向して配置されている構成においては、センサが他軸感度を有するという問題がある。

例えば静電容量式センサが第１対向面に直交する方向の加速度を検出するセンサである場合、第１対向面に直交する方向における固定電極と可動電極の相対変位を、固定電極と可動電極の間の静電容量の変化として検出する。しかしながら、上記のような静電容量式センサでは、可動電極と固定電極の間の静電容量は、第１対向面における可動電極と固定電極の間の間隔だけではなく、第２対向面における可動電極と固定電極の間の間隔にも応じて変化する。従って、上記のような静電容量式センサにおいて、第２対向面に直交する方向に加速度が作用し、第２対向面に直交する方向に固定電極と可動電極が相対変位した場合についても、固定電極と可動電極の間の静電容量が変化してしまう。第１対向面に直交する方向の加速度を検出したいにも関わらず、センサでの検出値が第２対向面に直交する方向の加速度の影響を受けることになってしまう。

本明細書は上記課題を解決する技術を提供する。本明細書では、固定電極と可動電極が、第１対向面と、第１対向面に直交する第２対向面を介して対向して配置されている静電容量式センサにおいて、他軸感度を抑制することが可能な技術を提供する。

本明細書は、固定電極と、可動電極を備える静電容量式センサを開示する。その静電容量式センサでは、固定電極と可動電極が、第１対向面と、第１対向面に直交する第２対向面を介して対向して配置されている。その静電容量式センサでは、第２対向面において、固定電極と可動電極の間に、定電位に保たれたガード電極が介在している。

上記の静電容量式センサでは、第１対向面に直交する方向における固定電極と可動電極の相対変位を、固定電極と可動電極の間の静電容量の変化として検出する。上記の静電容量式センサでは、第２対向面に直交する方向に固定電極と可動電極が相対変位した場合でも、第２対向面において固定電極と可動電極の間にガード電極が介在しているので、固定電極と可動電極の間の静電容量が変化しない。上記の静電容量式センサによれば、他軸感度を抑制することができる。

上記の静電容量式センサは、固定電極および／または可動電極が、貫通電極を備えるＳＯＩ構造を有することが好ましい。

固定電極や可動電極において貫通電極を備えるＳＯＩ構造を採用する場合、固定電極と可動電極が、第１対向面と、第１対向面に直交する第２対向面を介して対向して配置されることが多い。上記の静電容量式センサによれば、このような構造とした場合について、適切に他軸感度を抑制することができる。

本明細書が開示する技術によれば、固定電極と可動電極が、第１対向面と、第１対向面に直交する第２対向面を介して対向して配置されている静電容量式センサにおいて、他軸感度を抑制することができる。

実施例１のセンサ１０の概略の構成を示す平面図である。 実施例１のセンサ１０の図１のＡ−Ａ断面で見た縦断面図である。 実施例２のセンサ６０の概略の構成を示す平面図である。 実施例２のセンサ６０の図３のＢ−Ｂ断面で見た縦断面図である。 実施例３のセンサ９０の概略の構成を示す平面図である。 実施例３のセンサ９０の図５のＣ−Ｃ断面で見た縦断面図である。 実施例４のセンサ２００の概略の構成を示す平面図である。 実施例４のセンサ２００の図７のＤ−Ｄ断面で見た縦断面図である。 実施例５のセンサ３００の概略の構成を示す平面図である。

（実施例１）
図１および図２は、本実施例のセンサ１０を示している。センサ１０は、導電性の下側シリコン層１２と、絶縁性の酸化シリコン層１４と、導電性の上側シリコン層１６が順に積層された、ＳＯＩ基板上に形成されている。

下側シリコン層１２には、下側基板１８と、可動マス２０が形成されている。下側基板１８と可動マス２０はエッチングによって互いに分離されている。可動マス２０は、可動電極ということもできる。

上側シリコン層１６には、上側基板２２と、固定電極部２４と、可動マス支持部２６，２８と、下側基板端子部３０が形成されている。上側基板２２、固定電極部２４、可動マス支持部２６，２８および下側基板端子部３０は、エッチングによって互いに分離されている。

上側基板２２と下側基板１８は、酸化シリコン層１４により固定されている。上側基板２２には、金属製の上側基板端子３２が形成されている。

固定電極部２４は、支持部３４ａ，３４ｂと、固定電極３６を備えている。固定電極３６は平板状に形成されており、可動マス２０と間隔を隔てて対向するように配置されている。固定電極３６には、複数のエッチングホール３６ａが形成されている。固定電極３６の下方の酸化シリコン層１４は、エッチングにより除去されている。支持部３４ａ，３４ｂは固定電極３６の両端に一体的に形成されている。支持部３４ａ，３４ｂは、それぞれ下側基板１８に対して酸化シリコン層１４を介して固定されている。支持部３４ａ，３４ｂには、固定電極端子３８ａ，３８ｂがそれぞれ形成されている。

可動マス支持部２６は、連結部４０と、支持梁４２ａ，４２ｂと、支持部４４ａ，４４ｂを備えている。連結部４０は、酸化シリコン層１４を介して、可動マス２０に固定されている。また、連結部４０は貫通電極４０ａを介して可動マス２０と電気的に接続している。支持梁４２ａ，４２ｂは、Ｙ方向（図１の上下方向）に沿って伸びる細長い形状の部材である。支持梁４２ａ，４２ｂの下方の酸化シリコン層１４は、エッチングにより除去されている。支持梁４２ａ，４２ｂは、実質的に、Ｘ方向（図１の左右方向）およびＺ方向（図１の紙面垂直方向）の相対変位を許容し、Ｙ方向の相対変位を禁止する。支持部４４ａ，４４ｂは、酸化シリコン層１４を介して、下側基板１８に対して固定されている。

可動マス支持部２８は、連結部４６と、支持梁４８ａ，４８ｂと、支持部５０ａ，５０ｂと、可動電極端子部５２を備えている。連結部４６は、酸化シリコン層１４を介して、可動マス２０に固定されている。また、連結部４６は、貫通電極４６ａを介して可動マス２０と電気的に接続している。支持梁４８ａ，４８ｂは、Ｙ方向に沿って伸びる細長い形状の部材である。支持梁４８ａ，４８ｂは、実質的に、Ｘ方向およびＺ方向の相対変位を許容し、Ｙ方向の相対変位を禁止する。支持部５０ａ，５０ｂは、酸化シリコン層１４を介して、下側基板１８に対して固定されている。可動電極端子部５２は支持部５０ａから一体的に形成されている。可動電極端子部５２は、酸化シリコン層１４を介して、下側基板１８に対して固定されている。可動電極端子部５２には金属製の可動電極端子５２ａが形成されている。

下側基板端子部３０は、酸化シリコン層１４を介して下側基板１８に固定されている。また、下側基板端子部３０は、貫通電極３０ｂを介して下側基板１８と電気的に接続している。下側基板端子部３０には、金属製の下側基板端子３０ａが形成されている。

センサ１０においては、可動マス２０と、連結部４０，４６は、互いに電気的に接続されて同電位に維持されており、これらを総称して可動電極ということもできる。可動マス２０と連結部４０は断面がＬ字形状の可動電極を構成しており、可動マス２０と連結部４６は断面がＬ字形状の可動電極を構成しているということができる。

センサ１０にＺ方向の加速度が作用すると、可動マス２０が下側基板１８に対してＺ方向に相対的に変位し、これに伴って固定電極３６と可動マス２０の間の間隔が変動する。これにより、固定電極端子３８ａ，３８ｂと可動電極端子５２ａの間の静電容量が変化する。この静電容量の変化をチャージアンプ等の静電容量検出回路により電圧の変動として検出することで、センサ１０に作用する加速度を検出することができる。

センサ１０にＸ方向の加速度が作用した場合も、可動マス２０が下側基板１８に対してＸ方向に相対変位し、これに伴って連結部４０，４６と固定電極３６の間の間隔も変動する。連結部４０，４６と固定電極３６の間の間隔が変動することで、固定電極端子３８ａ，３８ｂと可動電極端子５２ａの間の静電容量が変化してしまうと、Ｘ方向の加速度の影響がＺ方向の加速度として検出されてしまう。そこで、本実施例のセンサ１０では、連結部４０，４６と固定電極３６の間にガード電極５４，５６を配置することで、このような誤検知を防止する。

ガード電極５４は、連結部４０と固定電極３６の間を遮るように配置されている。ガード電極５６は、連結部４６と固定電極３６の間を遮るように配置されている。ガード電極５４，５６は、上側基板２２と一体的に形成されている。

例えば、上側基板端子３２と下側基板端子３０ａをともに接地電位とし、可動電極端子５２ａに交流信号を印加して、チャージアンプを用いて固定電極端子３８ａ，３８ｂの出力を検出する。この場合、可動マス２０が下側基板１８に対してＸ方向に相対変位すると、これに伴って連結部４０，４６と固定電極３６の間の間隔も変動する。しかしながら、連結部４０，４６と固定電極３６の間にガード電極５４，５６が介在しているため、固定電極端子３８ａ，３８ｂへの出力に影響が及ぶことがない。本実施例のセンサ１０によれば、Ｘ方向の加速度の影響がＺ方向の加速度として検出されてしまう事態を防ぐことができる。

（実施例２）
図３および図４は、本実施例のセンサ６０を示している。センサ６０は、導電性の下側シリコン層１２と、絶縁性の酸化シリコン層１４と、導電性の上側シリコン層１６が順に積層された、ＳＯＩ基板上に形成されている。

下側シリコン層１２には、下側基板６２と、固定電極６４が形成されている。下側基板６２と固定電極６４は互いに分離されている。

上側シリコン層１６には、上側基板６６と、固定電極支持部６８，７０と、可動電極部７２と、下側基板端子部７４が形成されている。上側基板６６、固定電極支持部６８，７０、可動電極部７２および下側基板端子部７４は、互いに分離されている。

上側基板６６と下側基板６２は、酸化シリコン層１４により固定されている。上側基板６６には、金属製の上側基板端子７６が形成されている。

固定電極支持部６８と固定電極６４は、酸化シリコン層１４により固定されている。また、固定電極支持部６８は貫通電極６８ａを介して固定電極６４と電気的に接続している。さらに固定電極支持部６８と下側基板６２は、酸化シリコン層１４により固定されている。

固定電極支持部７０と固定電極６４は、酸化シリコン層１４により固定されている。また、固定電極支持部７０は貫通電極７０ａを介して固定電極６４と電気的に接続している。さらに固定電極支持部７０と下側基板６２は、酸化シリコン層１４により固定されている。固定電極支持部７０には、固定電極端子７０ｂが形成されている。

可動電極部７２は、可動マス７６と、支持梁７８ａ，７８ｂ，７８ｃ，７８ｄと、支持部８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄと、可動電極端子部８２を備えている。可動マス７６は平板状に形成されており、固定電極６４と間隔を隔てて対向するように配置されている。可動マス７６は、可動電極ということもできる。可動マス７６には、複数のエッチングホール７６ａが形成されている。可動マス７６の下方の酸化シリコン層１４は、エッチングにより除去されている。

支持梁７８ａ，７８ｂ，７８ｃ，７８ｄは、可動マス７６の四隅から、それぞれＹ方向（図３の上下方向）に沿って伸びる細長い形状の部材である。支持梁７８ａ，７８ｂ，７８ｃ，７８ｄの下方の酸化シリコン層１４は、エッチングにより除去されている。支持梁７８ａ，７８ｂ，７８ｃ，７８ｄは、実質的に、Ｘ方向（図３の左右方向）およびＺ方向（図３の紙面垂直方向）の相対変位を許容し、Ｙ方向の相対変位を禁止する。支持部８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄは、酸化シリコン層１４を介して、下側基板６２に対して固定されている。可動電極端子部８２は支持部８０ｃから一体的に形成されている。可動電極端子部８２は、酸化シリコン層１４を介して、下側基板６２に対して固定されている。可動電極端子部８２には金属製の可動電極端子８２ａが形成されている。

下側基板端子部７４は、酸化シリコン層１４を介して下側基板６２に固定されている。また、下側基板端子部７４は、貫通電極７４ｂを介して下側基板６２と電気的に接続している。下側基板端子部７４には、金属製の下側基板端子７４ａが形成されている。

センサ６０においては、固定電極６４と、固定電極支持部６８，７０は、互いに電気的に接続されて同電位に維持されており、これらを総称して固定電極ということもできる。固定電極６４と固定電極支持部６８は断面がＬ字形状の固定電極を構成しており、固定電極６４と固定電極支持部７０は断面がＬ字形状の固定電極を構成しているということができる。

センサ６０にＺ方向の加速度が作用すると、可動マス７６が下側基板６２に対してＺ方向に相対的に変位し、これに伴って固定電極６４と可動マス７６の間の間隔が変動する。これにより、固定電極端子７０ｂと可動電極端子８２ａの間の静電容量が変化する。この静電容量の変化を静電容量検出回路により電圧の変動として検出することで、センサ６０に作用する加速度を検出することができる。

センサ６０にＸ方向の加速度が作用した場合も、可動マス７６が下側基板６２に対してＸ方向に相対変位し、これに伴って固定電極支持部６８，７０と可動マス７６の間の間隔も変動する。固定電極支持部６８，７０と可動マス７６の間の間隔が変動することで、固定電極端子７０ｂと可動電極端子８２ａの間の静電容量が変化してしまうと、Ｘ方向の加速度の影響がＺ方向の加速度として検出されてしまう。そこで、本実施例のセンサ６０では、固定電極支持部６８，７０と可動マス７６の間にガード電極８４，８６を配置することで、このような誤検知を防止する。

ガード電極８４は、固定電極支持部６８と可動マス７６の間を遮るように配置されている。ガード電極８６は、固定電極支持部７０と可動マス７６の間を遮るように配置されている。ガード電極８４，８６は、上側基板６６と一体的に形成されている。

例えば、上側基板端子７６と下側基板端子７４ａをともに接地電位とし、可動電極端子８２ａに交流信号を印加して、チャージアンプを用いて固定電極端子７０ｂの出力を検出する。この場合、可動マス７６が下側基板６２に対してＸ方向に相対変位すると、これに伴って固定電極支持部６８，７０と可動マス７６の間の間隔も変動する。しかしながら、固定電極支持部６８，７０と可動マス７６の間にガード電極８４，８６が介在しているため、固定電極端子７０ｂへの出力に影響が及ぶことがない。本実施例のセンサ６０によれば、Ｘ方向の加速度の影響がＺ方向の加速度として検出されてしまう事態を防ぐことができる。

（実施例３）
図５および図６は、本実施例のセンサ９０を示している。センサ９０は、導電性の下側シリコン層１２と、絶縁性の酸化シリコン層１４と、導電性の上側シリコン層１６が順に積層された、ＳＯＩ基板上に形成されている。

下側シリコン層１２には、下側基板９２と、下側可動部９４と、固定電極９６ａ，９６ｂが形成されている。下側基板９２と、下側可動部９４と、固定電極９６ａ，９６ｂは、互いに分離されている。

上側シリコン層１６には、上側基板９８と、固定電極支持部１００，１０２と、可動電極部１０４と、下側基板端子部１０６が形成されている。上側基板９８、固定電極支持部１００，１０２、可動電極部１０４および下側基板端子部１０６は、互いに分離されている。

上側基板９８と下側基板９２は、酸化シリコン層１４により固定されている。上側基板９８には、金属製の上側基板端子１０８が形成されている。

固定電極支持部１００と固定電極９６ａは、酸化シリコン層１４により固定されている。また、固定電極支持部１００は貫通電極１００ａを介して固定電極９６ａと電気的に接続している。さらに固定電極支持部１００と下側基板９２は、酸化シリコン層１４により固定されている。固定電極支持部１００には、固定電極端子１００ｂが形成されている。

固定電極支持部１０２と固定電極９６ｂは、酸化シリコン層１４により固定されている。また、固定電極支持部１０２は貫通電極１０２ａを介して固定電極９６ｂと電気的に接続している。さらに固定電極支持部１０２と下側基板９２は、酸化シリコン層１４により固定されている。固定電極支持部１０２には、固定電極端子１０２ｂが形成されている。

可動電極部１０４は、上側可動部１１０と、支持梁１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄと、支持部１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ，１１４ｄを備えている。上側可動部１１０は平板状に形成されており、固定電極９６ａ，９６ｂと間隔を隔てて対向するように配置されている。上側可動部１１０は、可動電極ということもできる。上側可動部１１０には、複数のエッチングホール１１０ａが形成されている。上側可動部１１０と固定電極９６ａ，９６ｂの間の酸化シリコン層１４は、エッチングにより除去されている。上側可動部１１０と下側可動部９４は、酸化シリコン層１４により固定されている。上側可動部１１０と下側可動部９４を可動マスということができる。また、上側可動部１１０は貫通電極１１０ｂを介して下側可動部９４と電気的に接続している。

支持梁１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄは、上側可動部１１０の四隅から、それぞれＹ方向（図５の上下方向）に沿って伸びる細長い形状の部材である。支持梁１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄの下方の酸化シリコン層１４は、エッチングにより除去されている。支持梁１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄは、実質的に、Ｘ方向（図５の左右方向）およびＺ方向（図５の紙面垂直方向）の相対変位を許容し、Ｙ方向の相対変位を禁止する。支持部１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ，１１４ｄは、酸化シリコン層１４を介して、下側基板９２に対して固定されている。支持部１１４ｃには金属製の可動電極端子１１６が形成されている。

下側基板端子部１０６は、酸化シリコン層１４を介して下側基板９２に固定されている。また、下側基板端子部１０６は、貫通電極１０６ｂを介して下側基板９２と電気的に接続している。下側基板端子部１０６には、金属製の下側基板端子１０６ａが形成されている。

センサ９０においては、下側可動部９４と、上側可動部１１０は、互いに電気的に接続されて同電位に維持されており、これらを総称して可動電極ということもできる。下側可動部９４と上側可動部１１０は断面がＬ字形状の可動電極を構成しているということもできる。また、固定電極９６ａと固定電極支持部１００は、互いに電気的に接続されて同電位に維持されており、これらを総称して固定電極ということもできる。固定電極９６ａと固定電極支持部１００は断面がＬ字形状の固定電極を構成しているということもできる。また、固定電極９６ｂと固定電極支持部１０２は、互いに電気的に接続されて同電位に維持されており、これらを総称して固定電極ということもできる。固定電極９６ｂと固定電極支持部１０２は断面がＬ字形状の固定電極を構成しているということもできる。

センサ９０にＺ方向の加速度が作用すると、可動マスである下側可動部９４と上側可動部１１０が下側基板９２に対してＺ方向に相対的に変位し、これに伴って固定電極９６ａと上側可動部１１０の間の間隔、および固定電極９６ｂと上側可動部１１０の間の間隔が変動する。これにより、固定電極端子１００ｂと可動電極端子１１６の間の静電容量、および固定電極端子１０２ｂと可動電極端子１１６の間の静電容量が、それぞれ変化する。これらの静電容量の変化をチャージアンプにより電圧の変動として検出することで、センサ９０に作用する加速度を検出することができる。

センサ９０にＸ方向の加速度が作用した場合も、可動マスである下側可動部９４と上側可動部１１０が下側基板９２に対してＸ方向に相対変位し、これに伴って固定電極９６ａ，９６ｂと下側可動部９４の間の間隔、および固定電極支持部１００，１０２と上側可動部１１０の間の間隔も変動する。固定電極９６ａ，９６ｂと下側可動部９４の間の間隔、および固定電極支持部１００，１０２と上側可動部１１０の間の間隔が変動することで、固定電極端子１００ｂ，１０２ｂと可動電極端子１１６の間の静電容量が変化してしまうと、Ｘ方向の加速度の影響がＺ方向の加速度として検出されてしまう。そこで、本実施例のセンサ９０では、固定電極９６ａ，９６ｂと下側可動部９４の間に下側ガード電極１１８，１２０を配置し、固定電極支持部１００，１０２と上側可動部１１０の間に上側ガード電極１２２，１２４を配置することで、このような誤検知を防止する。

下側ガード電極１１８は、固定電極９６ａと下側可動部９４の間を遮るように配置されている。下側ガード電極１２０は、固定電極９６ｂと下側可動部９４の間を遮るように配置されている。下側ガード電極１１８，１２０は、下側基板９２と一体的に形成されている。

上側ガード電極１２２は、固定電極支持部１００と上側可動部１１０の間を遮るように配置されている。上側ガード電極１２４は、固定電極支持部１０２と上側可動部１１０の間を遮るように配置されている。上側ガード電極１２２，１２４は、上側基板９８と一体的に形成されている。

例えば、上側基板端子１０８と下側基板端子１０６ａをともに接地電位とし、可動電極端子１１６に交流信号を印加して、チャージアンプを用いて固定電極端子１００ｂ，１０２ｂの出力を検出する。この場合、可動マスである下側可動部９４と上側可動部１１０が下側基板９２に対してＸ方向に相対変位すると、これに伴って固定電極９６ａ，９６ｂと下側可動部９４の間の間隔、および固定電極支持部１００，１０２と上側可動部１１０の間の間隔が変動する。しかしながら、固定電極９６ａ，９６ｂと下側可動部９４の間に下側ガード電極１１８，１２０が介在し、固定電極支持部１００，１０２と上側可動部１１０の間に上側ガード電極１２２，１２４が介在しているため、固定電極端子１００ｂ，１０２ｂの出力に影響が及ぶことがない。本実施例のセンサ９０によれば、Ｘ方向の加速度の影響がＺ方向の加速度として検出されてしまう事態を防ぐことができる。

（実施例４）
図７および図８は、本実施例のセンサ２００を示している。センサ２００は、Ｘ方向（図７の左右方向）およびＺ方向（図７の紙面垂直方向）の加速度を検出する２軸加速度センサである。センサ２００は、導電性の下側シリコン層１２と、絶縁性の酸化シリコン層１４と、導電性の上側シリコン層１６が順に積層された、ＳＯＩ基板上に形成されている。なお、図７および図８では、図示の明瞭化のために、下側シリコン層１２に形成された下側基板と、上側シリコン層１６に形成された上側基板については図示していない。下側基板と上側基板は、酸化シリコン層１４により互いに固定されている。

下側シリコン層１２には、下側基板のほかに、下側可動電極２０２、下側ガード電極２０４，２０６、下側固定電極２０８，２１０、可動櫛歯部２１２，２１４、固定櫛歯部２１６，２１８が形成されている。下側基板、下側可動電極２０２、下側ガード電極２０４，２０６、下側固定電極２０８，２１０、可動櫛歯部２１２，２１４および固定櫛歯部２１６，２１８は、互いに分離されている。

上側シリコン層１６には、上側基板のほかに、上側固定電極２２０、上側ガード電極２２２、固定電極端子部２２４，２２６、上側支持梁２２８，２３０，２３２，２３４、固定櫛歯端子部２３６，２３８、可動電極端子部２４０、上側可動電極２４２、２４４が形成されている。上側基板、上側固定電極２２０、上側ガード電極２２２、固定電極端子部２２４，２２６、上側支持梁２２８，２３０，２３２，２３４、固定櫛歯端子部２３６，２３８、可動電極端子部２４０および上側可動電極２４２、２４４は、互いに分離されている。

上側可動電極２４２は酸化シリコン層１４を介して下側可動電極２０２に固定されている。また上側可動電極２４２は貫通電極２４２ａを介して下側可動電極２０２と電気的に接続されている。上側可動電極２４４は酸化シリコン層１４を介して下側可動電極２０２に固定されている。また上側可動電極２４４は貫通電極２４４ａを介して下側可動電極２０２と電気的に接続されている。下側可動電極２０２および上側可動電極２４２，２４４は、センサ２００に加速度が作用したときに一体的に動く。下側可動電極２０２および上側可動電極２４２，２４４は、可動マスということができる。

上側固定電極２２０は平板状に形成されている。上側固定電極２２０は下側可動電極２０２に対して間隔を隔てて対向するように配置されている。上側固定電極２２０には図示しないエッチングホールが形成されており、上側固定電極２２０と下側可動電極２０２の間の酸化シリコン層１４はエッチングにより除去されている。上側固定電極２２０は上側固定電極支持部２２０ａによって支持されている。上側固定電極支持部２２０ａは酸化シリコン層１４により下側基板に固定されている。上側固定電極支持部２２０ａには金属製の第１固定電極端子２２０ｂが形成されている。

下側固定電極２０８は上側可動電極２４２と間隔を隔てて対向するように配置されている。上側可動電極２４２には図示しないエッチングホールが形成されており、上側可動電極２４２と下側固定電極２０８の間の酸化シリコン層１４はエッチングにより除去されている。下側固定電極２０８は酸化シリコン層１４を介して固定電極端子部２２４に固定されている。また下側固定電極２０８は貫通電極２０８ａを介して固定電極端子部２２４と電気的に接続している。さらに、下側固定電極２０８は、上方に上側可動電極２４２、上側支持梁２２８，２３０、固定電極端子部２２４が形成されていない範囲で、酸化シリコン層１４を介して上側基板に固定されている。固定電極端子部２２４は酸化シリコン層１４を介して下側基板に固定されている。固定電極端子部２２４には、金属製の第２固定電極端子２２４ａが形成されている。

下側固定電極２１０は上側可動電極２４４と間隔を隔てて対向するように配置されている。上側可動電極２４４には図示しないエッチングホールが形成されており、上側可動電極２４４と下側固定電極２１０の間の酸化シリコン層１４はエッチングにより除去されている。下側固定電極２１０は酸化シリコン層１４を介して固定電極端子部２２６に固定されている。また下側固定電極２１０は貫通電極２１０ａを介して固定電極端子部２２６と電気的に接続している。さらに、下側固定電極２０８は、上方に上側可動電極２４４、上側支持梁２３２，２３４、固定電極端子部２２６が形成されていない範囲で、酸化シリコン層１４を介して上側基板に固定されている。固定電極端子部２２６は酸化シリコン層１４を介して下側基板に固定されている。固定電極端子部２２６には、金属製の第３固定電極端子２２６ａが形成されている。

上側支持梁２２８，２３０，２３２，２３４は、Ｘ方向に沿って伸びる短冊形状の部材である。上側支持梁２２８，２３０，２３２，２３４の両端部を除いて、上側支持梁２２８，２３０，２３２，２３４の下方の酸化シリコン層１４は、エッチングにより除去されている。上側支持梁２２８，２３０，２３２，２３４は、実質的に、Ｚ方向の相対変位を許容し、Ｘ方向およびＹ方向（図７の上下方向）の相対変位を禁止する。

可動櫛歯部２１２は、連結部２１２ａと、可動櫛歯電極２１２ｂと、下側支持梁２１２ｃ，２１２ｄと、下側支持部２１２ｅ，２１２ｆを備えている。上側支持梁２２８，２３０は、一端が酸化シリコン層１４を介して下側可動電極２０２に固定されており、他端が酸化シリコン層１４を介して連結部２１２ａに固定されている。また、上側支持梁２２８は、貫通電極２２８ａを介して下側可動電極２０２と電気的に接続されており、貫通電極２２８ｂを介して連結部２１２ａと電気的に接続されている。上側支持梁２３０は、貫通電極２３０ａを介して下側可動電極２０２と電気的に接続されており、貫通電極２３０ｂを介して連結部２１２ａと電気的に接続されている。下側支持梁２１２ｃは、連結部２１２ａと下側支持部２１２ｅを接続する。下側支持梁２１２ｄは、連結部２１２ａと下側支持部２１２ｆを接続する。下側支持梁２１２ｃ，２１２ｄは、実質的に、Ｘ方向の相対変位を許容し、Ｙ方向およびＺ方向の相対変位を禁止する。下側支持部２１２ｅ，２１２ｆは酸化シリコン層１４を介して上側基板に固定されている。

固定櫛歯部２１６は固定櫛歯電極２１６ａを備えている。固定櫛歯電極２１６ａは可動櫛歯電極２１２ｂと間隔を隔てて対向するように配置されている。固定櫛歯部２１６は酸化シリコン層１４を介して固定櫛歯端子部２３６に固定されている。また固定櫛歯部２１６は貫通電極２１６ｂを介して固定櫛歯端子部２３６と電気的に接続している。さらに、固定櫛歯部２１６は、固定櫛歯端子部２３６が形成されていない範囲で、酸化シリコン層１４を介して上側基板に固定されている。固定櫛歯端子部２３６は酸化シリコン層１４を介して下側基板に固定されている。固定櫛歯端子部２３６には金属製の第４固定電極端子２３６ａが形成されている。

可動櫛歯部２１４は、連結部２１４ａと、可動櫛歯電極２１４ｂと、下側支持梁２１４ｃ，２１４ｄと、下側支持部２１４ｅ，２１４ｆを備えている。上側支持梁２３２，２３４は、一端が酸化シリコン層１４を介して下側可動電極２０２に固定されており、他端が酸化シリコン層１４を介して連結部２１４ａに固定されている。また、上側支持梁２３２は、貫通電極２３２ａを介して下側可動電極２０２と電気的に接続されており、貫通電極２３２ｂを介して連結部２１４ａと電気的に接続されている。上側支持梁２３４は、貫通電極２３４ａを介して下側可動電極２０２と電気的に接続されており、貫通電極２３４ｂを介して連結部２１４ａと電気的に接続されている。下側支持梁２１４ｃは、連結部２１４ａと下側支持部２１４ｅを接続する。下側支持梁２１４ｄは、連結部２１４ａと下側支持部２１４ｆを接続する。下側支持梁２１４ｃ，２１４ｄは、実質的に、Ｘ方向の相対変位を許容し、Ｙ方向およびＺ方向の相対変位を禁止する。下側支持部２１４ｅは酸化シリコン層１４を介して可動電極端子部２４０に固定されている。また下側支持部２１４ｅは貫通電極２４０ａを介して可動電極端子部２４０と電気的に接続している。下側支持部２１４ｅの上方に可動電極端子部２４０が形成されていない範囲と、下側支持部２１４ｆは、酸化シリコン層１４を介して上側基板に固定されている。可動電極端子部２４０には金属製の可動電極端子２４０ｂが形成されている。

固定櫛歯部２１８は固定櫛歯電極２１８ａを備えている。固定櫛歯電極２１８ａは可動櫛歯電極２１４ｂと間隔を隔てて対向するように配置されている。固定櫛歯部２１８は酸化シリコン層１４を介して固定櫛歯端子部２３８に固定されている。また固定櫛歯部２１８は貫通電極２１８ｂを介して固定櫛歯端子部２３８と電気的に接続している。さらに、固定櫛歯部２１８は、固定櫛歯端子部２３８が形成されていない範囲で、酸化シリコン層１４を介して上側基板に固定されている。固定櫛歯端子部２３８は酸化シリコン層１４を介して下側基板に固定されている。固定櫛歯端子部２３８には金属製の第５固定電極端子２３８ａが形成されている。

センサ２００にＺ方向の加速度が作用すると、可動マスである下側可動電極２０２と上側可動電極２４２，２４４が下側基板に対してＺ方向に相対的に変位し、これに伴って上側固定電極２２０と下側可動電極２０２の間の間隔、下側固定電極２０８と上側可動電極２４２の間の間隔、および下側固定電極２１０と上側可動電極２４４の間の間隔が変動する。これにより、第１固定電極端子２２０ｂと可動電極端子２４０ｂの間の静電容量、第２固定電極端子２２４ａと可動電極端子２４０ｂの間の静電容量、および第３固定電極端子２２６ａと可動電極端子２４０ｂの間の静電容量が、それぞれ変化する。これらの静電容量の変化を静電容量検出回路により電圧の変動として検出することで、センサ２００に作用するＺ方向の加速度を検出することができる。

センサ２００にＸ方向の加速度が作用すると、可動マスである下側可動電極２０２および上側可動電極２４２，２４４と、上側支持梁２２８，２３０，２３２，２３４と、連結部２１２ａ，２１４ａと、可動櫛歯電極２１２ｂ，２１４ｂが、下側基板に対してＸ方向に相対変位し、これに伴って、可動櫛歯電極２１２ｂと固定櫛歯電極２１６ａの間の間隔、および可動櫛歯電極２１４ｂと固定櫛歯電極２１８ａの間の間隔が変動する。これにより、第４固定電極端子２３６ａと可動電極端子２４０ｂの間の静電容量、および第５固定電極端子２３８ａと可動電極端子２４０ｂの間の静電容量が、それぞれ変化する。これらの静電容量の変化をチャージアンプにより電圧の変動として検出することで、センサ２００に作用するＸ方向の加速度を検出することができる。

センサ２００にＸ方向の加速度が作用する場合には、下側可動電極２０２と下側固定電極２０８，２１０の間の間隔、および上側可動電極２４２，２４４と上側固定電極２２０の間の間隔も変動する。下側可動電極２０２と下側固定電極２０８，２１０の間の間隔、および上側可動電極２４２，２４４と上側固定電極２２０の間の間隔が変動することで、第１固定電極端子２２０ｂと可動電極端子２４０ｂの間の静電容量、第２固定電極端子２２４ａと可動電極端子２４０ｂの間の静電容量、および第３固定電極端子２２６ａと可動電極端子２４０ｂの間の静電容量が変化してしまうと、Ｘ方向の加速度の影響がＺ方向の加速度として検出されてしまう。そこで、本実施例のセンサ２００では、下側可動電極２０２と下側固定電極２０８，２１０の間に下側ガード電極２０４，２０６を配置し、上側可動電極２４２，２４４と上側固定電極２２０の間に上側ガード電極２２２を配置することで、このような誤検知を防止する。

下側ガード電極２０４は、下側可動電極２０２と下側固定電極２０８の間を遮るように配置されている。下側ガード電極２０６は、下側可動電極２０２と下側固定電極２１０の間を遮るように配置されている。下側ガード電極２０４，２０６は、両端部において、酸化シリコン層１４により上側ガード電極２２２に固定されている。また、下側ガード電極２０４，２０６は、両端部において、貫通電極２０４ａ，２０４ｂ，２０６ａ，２０６ｂにより上側ガード電極２２２と電気的に接続している。

上側ガード電極２２２は、上側可動電極２４２，２４４と上側固定電極２２０の間を遮るように配置されている。上側ガード電極２２２は、下方に下側可動電極２０２、下側ガード電極２０４，２０６が形成されていない範囲において、酸化シリコン層１４を介して下側基板に固定されている。上側ガード電極２２２には、金属製のガード電極端子２２２ａが形成されている。

例えば、ガード電極端子２２２ａを接地電位とし、可動電極端子２４０ｂに交流信号を印加して、第１固定電極端子２２０ｂ、第２固定電極端子２２４ａ、第３固定電極端子２２６ａ、第４固定電極端子２３６ａ、第５固定電極端子２３８ａの出力をチャージアンプを用いてそれぞれ検出する。この場合、センサ２００にＸ方向の加速度が作用して、可動マスである下側可動電極２０２および上側可動電極２４２，２４４と、上側支持梁２２８，２３０，２３２，２３４と、連結部２１２ａ，２１４ａと、可動櫛歯電極２１２ｂ，２１４ｂが、下側基板に対してＸ方向に相対変位すると、これに伴って、下側可動電極２０２と下側固定電極２０８，２１０の間の間隔、および上側可動電極２４２，２４４と上側固定電極２２０の間の間隔も変動する。しかしながら、下側可動電極２０２と下側固定電極２０８，２１０の間に下側ガード電極２０４，２０６が介在し、上側可動電極２４２，２４４と上側固定電極２２０の間に上側ガード電極２２２が介在しているため、第１固定電極端子２２０ｂ、第２固定電極端子２２４ａおよび第３固定電極端子２２６ａの出力に影響が及ぶことがない。本実施例のセンサ２００によれば、Ｘ方向の加速度の影響がＺ方向の加速度として検出されてしまう事態を防ぐことができる。

（実施例５）
図９は、本実施例のセンサ３００を示している。本実施例のセンサ３００は、実施例４のセンサ２００とほぼ同様の構成を備えている。以下では実施例４のセンサ２００と相違する点のみ説明する。センサ３００は、Ｙ軸（図９の上下方向軸）周りの角速度を検出する１軸角速度センサである。

本実施例のセンサ３００では、可動櫛歯電極２１２ｂと固定櫛歯電極２１６ａが、Ｙ方向に関して間隔を隔てて対向するように配置されている。可動櫛歯電極２１２ｂと固定櫛歯電極２１６ａの間に電圧を印加すると、可動櫛歯電極２１２ｂと固定櫛歯電極２１６ａの対向面積を増やす方向に力が働き、連結部２１２ａ、上側支持梁２２８，２３０を介して、下側可動電極２０２に図９の左側に向けた力が作用する。また、本実施例のセンサ３００では、可動櫛歯電極２１４ｂと固定櫛歯電極２１８ａが、Ｙ方向に関して間隔を隔てて対向するように配置されている。可動櫛歯電極２１４ｂと固定櫛歯電極２１８ａの間に電圧を印加すると、可動櫛歯電極２１４ｂと固定櫛歯電極２１８ａの対向面積を増やす方向に力が働き、連結部２１４ａ、上側支持梁２３２，２３４を介して、下側可動電極２０２に図９の右側に向けた力が作用する。

本実施例のセンサ３００では、例えば、可動電極端子２４０ｂを接地電位とし、第４固定電極端子２３６ａと第５固定電極端子２３８ａに交互に励振電圧を印加する。これにより、可動マスである下側可動電極２０２および上側可動電極２４２，２４４と、上側支持梁２２８，２３０，２３２，２３４と、連結部２１２ａ，２１４ａと、可動櫛歯電極２１２ｂ，２１４ｂが、下側基板に対してＸ方向（図９の左右方向）に振動する。この状態で、センサ３００にＹ軸周りの角速度が作用すると、コリオリの力によって、可動マスである下側可動電極２０２および上側可動電極２４２，２４４にＺ方向（図９の紙面垂直方向）の加速度が作用する。このＺ方向の加速度を、第１固定電極端子２２０ｂ、第２固定電極端子２２４ａおよび第３固定電極端子２２６ａの出力から取得することで、センサ３００に作用するＹ軸周りの角速度を検出することができる。

センサ３００において、可動マスである下側可動電極２０２および上側可動電極２４２，２４４と、上側支持梁２２８，２３０，２３２，２３４と、連結部２１２ａ，２１４ａと、可動櫛歯電極２１２ｂ，２１４ｂを、下側基板に対してＸ方向に励振すると、これに伴って、下側可動電極２０２と下側固定電極２０８，２１０の間の間隔、および上側可動電極２４２，２４４と上側固定電極２２０の間の間隔も変動する。下側可動電極２０２と下側固定電極２０８，２１０の間の間隔、および上側可動電極２４２，２４４と上側固定電極２２０の間の間隔の変動により、第１固定電極端子２２０ｂと可動電極端子２４０ｂの間の静電容量、第２固定電極端子２２４ａと可動電極端子２４０ｂの間の静電容量、および第３固定電極端子２２６ａと可動電極端子２４０ｂの間の静電容量が変化してしまうと、励振により生じたＸ方向の加速度がＺ方向の加速度として検出されてしまい、センサ３００に作用するＹ軸周りの角速度を正確に検知することができなくなってしまう。しかしながら、本実施例のセンサ３００は、下側ガード電極２０４，２０６および上側ガード電極２２２を備えているため、励振により生じたＸ方向の加速度が、第１固定電極端子２２０ｂ，第２固定電極端子２２４ａおよび第３固定電極端子２２６ａの出力に影響を及ぼすことがない。本実施例のセンサ３００によれば、Ｘ方向の加速度の影響がＺ方向の加速度として検出されて、Ｙ軸周りの角速度を誤検知してしまう事態を防ぐことができる。

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０ センサ；１２ 下側シリコン層；１４ 酸化シリコン層；１６ 上側シリコン層；１８ 下側基板；２０ 可動マス；２２ 上側基板；２４ 固定電極部；２６，２８ 可動マス支持部；３０ 下側基板端子部；３０ａ 下側基板端子；３０ｂ 貫通電極；３２ 上側基板端子；３４ａ，３４ｂ 支持部；３６ 固定電極；３６ａ エッチングホール；３８ａ，３８ｂ 固定電極端子；４０，４６ 連結部；４０ａ，４６ａ 貫通電極；４２ａ，４２ｂ，４８ａ，４８ｂ 支持梁；４４ａ，４４ｂ，５０ａ，５０ｂ 支持部；５２ 可動電極端子部；５２ａ 可動電極端子；５４，５６ ガード電極；６０ センサ；６２ 下側基板；６４ 固定電極；６６ 上側基板；６８，７０ 固定電極支持部；６８ａ，７０ａ 貫通電極；７０ｂ 固定電極端子；７２ 可動電極部；７４ 下側基板端子部；７４ａ 下側基板端子；７４ｂ 貫通電極；７６ 可動マス；７６ 上側基板端子；７６ａ エッチングホール；７８ａ，７８ｂ，７８ｃ，７８ｄ 支持梁；８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄ 支持部；８２ 可動電極端子部；８２ａ 可動電極端子；８４，８６ ガード電極；９０ センサ；９２ 下側基板；９４ 下側可動部；９６ａ，９６ｂ 固定電極；９８ 上側基板；１００，１０２ 固定電極支持部；１００ａ，１０２ａ 貫通電極；１００ｂ，１０２ｂ 固定電極端子；１０４ 可動電極部；１０６ 下側基板端子部；１０６ａ 下側基板端子；１０６ｂ 貫通電極；１０８ 上側基板端子；１１０ 上側可動部；１１０ａ エッチングホール；１１０ｂ 貫通電極；１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ，１１２ｄ 支持梁；１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ，１１４ｄ 支持部；１１６ 可動電極端子；１１８，１２０ 下側ガード電極；１２２，１２４ 上側ガード電極；２００ センサ；２０２ 下側可動電極；２０４，２０６ 下側ガード電極；２０４ａ，２０４ｂ，２０６ａ，２０６ｂ 貫通電極；２０８，２１０ 下側固定電極；２０８ａ，２１０ａ 貫通電極；２１２，２１４ 可動櫛歯部；２１２ａ，２１４ａ 連結部；２１２ｂ，２１４ｂ 可動櫛歯電極；２１２ｃ，２１２ｄ，２１４ｃ，２１４ｄ 下側支持梁；２１２ｅ，２１２ｆ，２１４ｅ，２１４ｆ 下側支持部；２１６，２１８ 固定櫛歯部
２１６ａ，２１８ａ 固定櫛歯電極；２１６ｂ，２１８ｂ 貫通電極；２２０ 上側固定電極；２２０ａ 上側固定電極支持部；２２０ｂ 第１固定電極端子；２２２ 上側ガード電極；２２２ａ ガード電極端子；２２４，２２６ 固定電極端子部；２２４ａ 第２固定電極端子；２２６ａ 第３固定電極端子；２２８，２３０，２３２，２３４ 上側支持梁；２２８ａ，２２８ｂ，２３０ａ，２３０ｂ，２３２ａ，２３２ｂ，２３４ａ，２３４ｂ 貫通電極；２３６，２３８ 固定櫛歯端子部；２３６ａ 第４固定電極端子；２３８ａ 第５固定電極端子；２４０ 可動電極端子部；２４０ａ 貫通電極；２４０ｂ 可動電極端子；２４２，２４４ 上側可動電極；２４２ａ，２４４ａ 貫通電極；３００ センサ

Claims (2)

1. 固定電極と、可動電極を備える静電容量式センサであって、
   固定電極と可動電極が、第１対向面と、第１対向面に直交する第２対向面を介して対向して配置されており、
   第２対向面において、固定電極と可動電極の間に、定電位に保たれたガード電極が介在している静電容量式センサ。
2. 固定電極および／または可動電極が、貫通電極を備えるＳＯＩ構造を有する請求項１の静電容量式センサ。

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