JP3449130B2 - 力学量センサおよびそれを用いた集積回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、力学量の入力に応
じた微少な力を検出する力学量センサ、例えば加速度セ
ンサや角速度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、多くの電子システムが安全性や快
適性向上のために車載されている。このような電子シス
テムにおいては力学量入力に対して各種の制御を行うた
め、様々な力学量センサが必要である。そして車載の力
学量センサには測定精度と共に小型化と低コスト化が求
められる。このような要求に対して半導体を用いて力学
量センサを実現する技術が知られている。

【０００３】図３０は、上記のような半導体力学量セン
サの第１の従来例を示す図であり、特公平６ー４４００
８号公報に記載された加速度センサの平面模式図であ
る。以下、構成を説明する。構造体はすべて基板上に堆
積した多結晶シリコン薄膜で形成されている。１は慣性
質量、２は慣性質量を基板に支持する梁部、３は慣性質
量の側面より延びた櫛歯電極である。４、５は基板に固
定された櫛歯電極であり、慣性質量の側面より延びた櫛
歯電極３に対向している。これらの櫛歯電極３〜５で検
出電極６を形成している。

【０００４】また、慣性質量１の電位は梁部２を介して
接続点ａから電気的に周辺処理回路（図示せず）に接続
されている。また、慣性質量の側面より延びた櫛歯電極
３に対して図３０において下側に対向する櫛歯電極４
は、接続点ｃを介して周辺処理回路（図示せず）に接続
されている。さらに、慣性質量の側面より延びた櫛歯電
極３に対して図３０において上側に対向する櫛歯電極５
は接続点ｂを介して周辺処理回路（図示せず）に接続さ
れている。

【０００５】次に動作を説明する。図３０のｙ軸方向に
加速度が入力すると、慣性質量１に慣性力が発生する。
発生した慣性力に釣り合うように梁部２は撓み、その結
果、慣性質量の側面より延びた櫛歯電極３と櫛歯電極４
の間隔および櫛歯電極３と櫛歯電極５の間隔に差が生じ
る。これを図３０の接続点ａと接続点ｃ間および接続点
ａと接続点ｂ間の容量差として検出する。

【０００６】次に、図３２は、第２の従来例としての角
速度センサを示す図であり、（ａ）は平面模式図、
（ｂ）は（ａ）のＱ−Ｑ’断面模式図である。この従来
例は、例えば「 J. Bernstein et al. “Micromachined
Comb-DriveTuning Fork Rate Gyroscope”, Digest IE
EE/ASME Micro Electro MechanicalSysetms MEMS Works
hop, Florida, 1993, 143-148」に開示されている。

【０００７】以下、構成を説明する。第１の従来例と同
様に、構造体はすべて基板１２上に堆積した多結晶シリ
コン薄膜で形成されている。７は振動質量、８〜９は振
動質量を基板１２に支持する支持部、１０は振動質量の
側面より延びた櫛歯電極と基板に固定された櫛歯電極と
で構成した駆動電極である。そして基板１２上には絶縁
膜１１が形成され、絶縁膜１１上の振動質量７の直下に
は検出電極１３が形成されている。

【０００８】次に動作について説明する。２つの振動質
量は、図３２中の接続点ａから印加される共通電位に対
して接続点ｂ、接続点ｄと接続点ｃとに逆位相の駆動電
圧を印加することにより、ｘ軸方向にそれぞれ逆方向に
駆動されて振動する。このような振動質量の駆動状態に
おいて、図中ｚ軸方向に角速度Ωが入力してｚ軸回りに
回転すると、下記（数１）式で示されるようなコリオリ
力Ｆc(ｔ）がそれぞれの振動質量に対してｙ軸方向に発
生する。

【０００９】 Ｆc(ｔ)＝２・ｍ・Ｖm(ｔ)・Ω …（数１） ただし、 ｍ：振動質量の質量 Ｖm(ｔ)：静電引力により駆動される振動質量の速さ 上記（数１）式から判るように、コリオリ力Ｆc(ｔ)は
振動質量の速さＶm(ｔ）に比例する。従って、より大き
なコリオリ力を発生するためには、通常は真空中で共振
周波数で駆動を行い、より大きなＶm(ｔ）を得るように
する。

【００１０】振動質量はそれぞれ逆方向に駆動されるた
め、発生するコリオリ力は符号が逆になる。そして発生
したコリオリ力により振動質量はｙ軸方向の基板の法線
方向に変位する。この変位により２つの振動質量の共通
電位（接続点ａ）とそれぞれの検出電極間の容量が変化
するので、この差動容量の変化によって角速度を検出す
ることが出来る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、第１および第
２の従来例で示したような力学量センサにおいては、検
出電極または駆動電極を、変位可能な質量の側面より延
びた櫛歯電極と基板に固定した片持ち梁状の櫛歯電極と
を対向させて構成しているため、櫛歯電極の剛性が低く
容易に変位が可能であり、かつ、振動質量７を支える支
持部８の剛性も低く振動質量の変位を拘束するものが無
い。そのため、特に基板の法線方向に容易に変位しう
る。その結果、落下した場合等に発生する衝撃力等によ
り、図３１に示すように、櫛歯電極同士のミスステップ
が容易に発生して動作不良を引き起こし、センサとして
の信頼性を低下させるという問題点があった。

【００１２】また、振動質量と基板間、櫛歯電極間等の
可動部と固定部が数μｍ程度の間隔で近接しているた
め、ゴミ等が挟まると動作不良を引き起こし、信頼性お
よび製造歩留まりの低下を引き起こすという問題点があ
った。このため引用した文献には明示されていないが、
通常これらゴミの問題を回避するために、キャップやカ
ンパッケージ等を用いて可動部を覆う方法が用いられ
る。しかし、この方法でも可動部を覆う工程中に発生す
るゴミやキャップ、カンパッケージ等に付着したゴミに
よる動作不良が発生し、製造コストの上昇と歩留まりの
低下をまねくという問題点があった。また、特に第２の
従来例のような角速度センサにおいては、感度を向上さ
せるために真空実装が必要であり、センサのコスト上昇
を招くとともに真空実装までの実装工程で発生するゴミ
による歩留まり低下を回避できないという問題点があっ
た。

【００１３】本発明は、上記のごとき問題を解決するた
めになされたものであり、第１の目的は、衝撃等に対す
る強度が大きくて信頼性の高い力学量センサを提供する
ことであり、第２の目的は、衝撃等に対する強度が大き
く、かつゴミによる不都合を解決し、信頼性が高く、製
造歩留まりが高くて製造コストが低い力学量センサを提
供すること、およびそれを用いた集積回路を提供するこ
とである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては、特許請求の範囲に記載するよう
に構成している。すなわち、請求項１に記載の発明にお
いては、導電性物質で形成された質量と前記質量を基板
上に支持する導電性物質で形成された弾性支持体とを有
する振動系と、前記基板に固定され、前記質量内に設け
た貫通孔を貫通するように配置された、前記質量の変位
を制限する変位制限手段と、力学量入力に応じて前記質
量に発生する力を検出軸方向の前記質量の変位として検
出する前記質量と静電結合した電極と、を備え、かつ、
前記変位制限手段は、前記質量の検出軸方向の変位を検
出する電極を兼ねるように構成している。

【００１５】前記のように請求項１の発明においては、
変位制限手段を設けることにより、振動系の質量の変位
を制限するように構成しているので、衝撃等が印加され
た場合における強度を増大させ、信頼性を向上させるこ
とができる。なお、請求項１の発明は、例えば後記図１
の実施の形態に示すような加速度センサに適用する。

【００１６】また、請求項４または請求項５に記載の発
明においては、導電性物質で形成された質量と前記質量
を基板上に支持する導電性物質で形成された弾性支持体
とを有する振動系と、前記基板に固定され、前記質量内
に設けた貫通孔を貫通するように配置された、前記質量
の変位を制限する変位制限手段と、力学量入力に応じて
前記質量に発生する力を検出軸方向の前記質量の変位と
して検出する前記質量と静電結合した第１の電極と、前
記質量の変位検出軸方向とは異なる方向に前記質量を駆
動する前記質量と静電結合した第２の電極と、を備え、
かつ、請求項４においては、前記変位制限手段は、許容
される入力範囲においては前記質量が前記変位制限手段
を越えて変位し得ない程度に基板上に充分な高さを有す
るように構成し、また、請求項５においては、前記変位
制限手段は、基板固定端と反対側の端で前記質量の貫通
孔からはみ出した部分の大きさが、前記貫通孔の内径よ
り大きく、前記質量の基板法線方向の変位を制限する形
状であるように構成している。

【００１７】前記のように請求項４または請求項５の発
明は、検出用の第１の電極と駆動用の第２の電極を備え
た力学量センサに変位制限手段を設けたものである。な
お、請求項４または請求項５の発明は、例えば後記図５
の実施の形態に示すような角速度センサに適用する。

【００１８】また、請求項１２に記載の発明において
は、導電性物質で形成された質量と弾性支持体とを有す
る振動系と、前記基板に固定され、前記質量内に設けた
貫通孔を貫通するように配置された、支持構造体と、前
記支持構造体により基板上に支持され、前記基板とで前
記振動系を内包する閉空間を形成する導電性のシェル
と、力学量入力に応じて前記質量に発生する力を検出軸
方向の前記質量の変位として検出する前記質量と静電結
合した電極と、前記質量の変位を制限する変位制限手段
と、を備え、かつ、前記変位制限手段は、前記質量の検
出軸方向の変位を検出する電極を兼ねるように構成して
いる。

【００１９】前記のように請求項１２の発明は、基板と
で振動系を内包する閉空間を形成する導電性のシェル
と、変位制限手段とを設けたものであり、これによって
衝撃等に対する強度が大きく、かつゴミによる不都合を
解決し、信頼性が高く、製造歩留まりが高くて製造コス
トが低い力学量センサを実現することが出来る。なお、
請求項１２の発明は、例えば後記図１１の実施の形態に
示すような加速度センサに適用する。

【００２０】また、請求項１８に記載の発明において
は、導電性物質で形成された質量と弾性支持体とを有す
る振動系と、前記基板に固定され、前記質量内に設けた
貫通孔を貫通するように配置された、支持構造体と、前
記支持構造体により基板上に支持され、前記基板とで前
記振動系を内包する閉空間を形成する導電性のシェル
と、力学量入力に応じて前記質量に発生する力を検出軸
方向の前記質量の変位として検出する前記質量と静電結
合した第１の電極と、前記質量の変位検出軸方向とは異
なる方向に前記質量を駆動する前記質量と静電結合した
第２の電極と、前記質量の変位を制限する手段と、を備
えるように構成している。

【００２１】前記のように請求項１８の発明は、検出用
の第１の電極と駆動用の第２の電極を備えた力学量セン
サにシェルと変位制限手段とを設けたものである。な
お、請求項１８の発明は、例えば後記図１４の実施の形
態に示すような角速度センサに適用する。

【００２２】また、請求項２６に記載の発明は、請求項
１２乃至請求項２５に記載の力学量センサと周辺の信号
処理回路を半導体チップに集積し、それを樹脂モールド
した集積回路である。請求項１２乃至請求項２５に記載
の力学量センサにおいては、シェルによって形成された
閉空間内にセンサが収納されているので、そのまま樹脂
モールドすることが可能である。したがって半導体プロ
セスで作成した閉空間内の力学量センサと周辺信号処理
回路とを半導体チップに集積し、これを樹脂モールド等
で実装することにより低コストで高信頼なＩＣセンサを
実現できる。

【００２３】また、その他、請求項２〜請求項３、請求
項６〜請求項１１、請求項１３〜請求項１７、請求項１
９〜請求項２５は、それぞれ前記請求項１、請求項４ま
たは請求項５、請求項１２、請求項１８の種々の実施の
形態を示している。これらの実施の形態については、後
記図１〜図２９に示す各実施の形態において説明する。

【００２４】なお、請求項１４に記載した、シェルが電
気的に独立した複数領域で構成され、質量の検出軸方向
の変位を検出する電極を兼ねる、という構成、および請
求項２１に記載した、シェルが電気的に独立した複数領
域で構成され、質量の検出軸方向の変位を検出する第１
の電極もしくは質量を駆動する第２の電極を兼ねる、と
いう構成は、例えば、後記図１４、図１７に記載したご
とき構成、すなわちシェル上に電極（３３等）が設けら
れ、それを検出用や駆動用の電極に用いる構成を示す。

【００２５】請求項１においては、変位制限手段を設け
たことにより、落下等の衝撃が印加された場合でも質量
と電極との相対位置ずれが発生せず、信頼性の高い力学
量センサを実現することが出来る、という効果が得ら
れ、かつ、変位制限手段と検出用の電極を兼用すること
により、構成を簡略化し、小型で安価に出来る、という
効果が得られる。

【００２６】請求項４または請求項５においては、検出
用電極と駆動用電極とを有する力学量センサ（例えば角
速度センサ）において、請求項１と同様の効果が得られ
る。請求項６においては、請求項４または請求項５の効
果に加えて、変位制限手段と検出用の第１の電極または
駆動用の第２の電極を兼用することにより、構成を簡略
化し、小型で安価に出来る、という効果が得られる。

【００２７】請求項９においては、質量が変位制限手段
を越えて変位し得ない程度に、変位制限手段の基板上の
高さを設定したので、基板の法線方向の変位制限効果が
得られる。請求項１０においては、変位制限手段の基板
固定端と反対の端の外形状を貫通孔の内径よりも大きく
設定したため、変位制限手段の高さの増加をまねかずに
基板の法線方向の変位制限効果が得られる。請求項１１
においては、複数の変位制限手段を備え、隣接する変位
制限手段同志が質量を基板との間に取り囲むように接続
されているため、変位制限手段の高さの増加をまねかず
に基板法線方向の変位制限効果が得られる。

【００２８】請求項１２においては、シェルおよび支持
構造体が質量の変位を制限するため、落下等の衝撃が入
力した場合でも、質量と電極の相対位置ずれは発生せ
ず、信頼性の高い力学量センサを実現できる。また、半
導体製造プロセスを用いて、閉空間内の振動系を形成す
るので、製造工程中および動作中に発生する可動ゴミを
従来の方法に比べて大幅に抑制することができ、製造歩
留まりと力学量センサの信頼性の向上が実現できる。ま
た、半導体製造プロセスを用いて、閉空間内の振動系を
形成することができるので、簡易な実装形態で力学量セ
ンサを実現でき、製造コストの抑制を実現できる、とい
う効果が得られる。請求項１３、請求項１４において
は、請求項１２の効果に加えて、シェルの支持構造体や
シェル自体を変位制限手段と検出用の第１の電極または
駆動用の第２の電極を兼用することにより、構成を簡略
化し、小型で安価に出来る、という効果が得られる。

【００２９】請求項１８においては、検出用電極と駆動
用電極とを有する力学量センサ（例えば角速度センサ）
において、請求項１２と同様の効果が得られる。請求項
１９においては、真空内装置で金属を堆積することによ
り、容易に真空に維持された閉空間内を実現でき、角速
度センサの感度向上と、実装コスト抑制を実現できる、
という効果が得られる。

【００３０】請求項２１、請求項２２においては、請求
項１８の効果に加えて、シェルの支持構造体やシェル自
体を変位制限手段と検出用の第１の電極または駆動用の
第２の電極を兼用することにより、構成を簡略化し、小
型で安価に出来る、という効果が得られる。請求項２６
においては、半導体プロセスで作成した閉空間内の力学
量センサと周辺信号処理回路とを半導体チップに集積
し、これを樹脂モールド等で実装することにより低コス
トで高信頼なＩＣセンサを実現できる、という効果が得
られる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明を説明
する。 （第１の実施の形態） 本実施の形態は、請求項１、請求項２、請求項９、請求
項１７項に対応する加速度センサの例である。

【００３２】まず、構成を説明する。図１は、第１の実
施の形態を示す図であり、（ａ）は平面模式図、（ｂ）
は（ａ）のＬ−Ｌ’断面模式図、（ｃ）は（ａ）のＭ−
Ｍ’断面模式図である。図１において、Ｓｉ基板２６上
に酸化Ｓｉ膜２５と窒化Ｓｉ膜２４を堆積して基板を構
成する。この基板上には、弾性支持体１７を介して固定
部１８で基板に固定された質量１５が振動系を構成して
いる。これらの弾性支持体１７、固定部１８および質量
１５は多結晶Ｓｉにより形成されている。

【００３３】また、質量１５には貫通孔１００が設けら
れ、この貫通孔１００を貫通するように基板上に固定さ
れた複数の変位制限手段８８が配置され、さらに質量１
５と弾性支持体１７と固定部１８とに囲まれた空所に変
位制限手段８９が設けられている。この変位制限手段８
８、８９は、基板上の多結晶Ｓｉ配線４０に固定された
多結晶Ｓｉ部４４と、さらにその上に堆積された多結晶
Ｓｉ部９０より構成されており、変位制限手段８８は質
量１５のｙ軸方向の変位を検出する電極を兼ねている。

【００３４】また、前記変位制限手段８８、８９の高さ
は加速度センサへの許容入力範囲における、前記振動系
の基板法線方向への変位量よりも充分大きく設定されて
いる。従って破壊するような過大入力がない限り、振動
系は基板に固定された前記変位制限手段に対する基板平
面内での相対位置を維持するようになっている。

【００３５】前記変位制限手段８８は、基板上の多結晶
Ｓｉ配線４０により図１（ｂ）に示すように相互に電気
的に接続され、接続点ａとｂに纏められている。なお、
接続の詳細は図示を省略している。また、図１（ｂ）、
（ｃ）に示すように、質量１５も固定部１８を介して同
様に基板上の多結晶Ｓｉ配線４０に電気的に接続（接続
点ｃ）されている。

【００３６】質量１５と変位制限手段８８は、図２に示
すように差動容量回路を形成し、容量値の変化に応じて
質量１５のｙ軸方向の変位を検出する。この差動容量回
路からの信号は基板上の多結晶Ｓｉ配線４０によって信
号処理回路（図示せず）に接続されている。なお、図２
における可変容量を示す符号が質量１５と変位制限手段
８８との間の電気容量（静電容量）を示す。

【００３７】次に、図１に示す実施の形態の製造方法に
ついて説明する。図３および図４は、図１に示す実施の
形態の製造工程を示すＬ−Ｌ’断面模式図である。な
お、図３および図４の工程（ａ）〜（ｈ）は一連の工程
を示すが、図示の都合上、二つの図面に分けて示してい
る。

【００３８】（ａ）半導体Ｓｉ基板２６を酸化して酸化
膜２５を形成後、酸化膜２５上に多結晶Ｓｉを堆積した
後にパターニングを行い、多結晶Ｓｉ配線４０を形成す
る。 （ｂ）窒化Ｓｉ膜２４を全面に堆積する。 （ｃ）犠牲層として最終的にはエッチング除去する、酸
化膜４５を堆積し、基板に固定する変位制限手段８８、
８９の配置に合わせてパターニングを行う。

【００３９】（ｄ）質量１５、弾性支持体１７、固定部
１８および変位制限手段８８、８９の一部となる多結晶
Ｓｉ膜を堆積する。

【００４０】（ｅ）前記多結晶Ｓｉ膜のパターニングを
行う。 （ｆ）パターニングした多結晶Ｓｉ膜を平坦化するよう
に酸化膜４５を堆積し、変位制限手段８８、８９の配置
に合わせてパターニングを行う。 （ｇ）変位制限手段８８、８９を形成する多結晶Ｓｉ膜
を堆積してパターニングする。 （ｈ）弗酸系の溶液を用いて酸化膜４５を除去し、質量
１５と弾性支持体１７よりなる振動系および変位制限手
段を形成する。 前記の工程（ａ）〜（ｈ）により、図１の加速度センサ
が形成される。

【００４１】前記のように構成したことにより、図１に
示す実施の形態においては、変位制限手段８８、８９が
質量１５の変位を制限するため、落下等の衝撃が印加さ
れた場合でも、質量１５と検出電極（８８が兼用）の相
対位置ずれは発生せず信頼性の高い力学量センサを実現
できる。なお、図１においては、変位制限手段８８と８
９とを設けた場合を例示したが、変位制限手段８９を省
略し、変位制限手段８８のみを設けてもよい。

【００４２】（第２の実施の形態） 本実施の形態は請求項４、請求項５、請求項６、請求項
７、請求項１０、請求項２４に対応する角速度センサの
例である。まず、構成を説明する。図５は第２の実施の
形態を示す図であり、（ａ）は平面模式図、（ｂ）は
（ａ）のＮ−Ｎ’断面模式図、（ｃ）は（ａ）のＯ−
Ｏ’断面模式図である。

【００４３】図５において、Ｓｉ基板３９上に酸化Ｓｉ
膜３８と窒化Ｓｉ膜３７を堆積して基板を構成する。Ｌ
字型の弾性支持体２８はｘ−ｙ平面内で変位可能形状を
有し、固定部２７によって基板に固定され、質量３０と
振動系を構成している。この振動系のｘ、ｙ軸方向の共
振周波数は、弾性支持体２８のｘ−ｙ平面での構造によ
り任意に設定できる。また、弾性支持体２８、固定部２
７および質量３０は多結晶Ｓｉにより形成されている。

【００４４】質量３０には貫通孔１０１が設けられ、こ
の貫通孔１０１を貫通するように変位制限手段９１が配
置されている。また、弾性支持体２８と固定部２７と質
量３０とで形成する空所を貫通するように変位制限手段
９２が配置されている。前記変位制限手段９１、９２は
基板上の多結晶Ｓｉ配線４０に固定された多結晶Ｓｉ部
４６、絶縁用の窒化Ｓｉ膜３６およびさらにその上に堆
積された多結晶Ｓｉ部９３より構成されており、変位制
限手段９１は質量３０のｘ軸方向の駆動電極とｙ軸方向
の変位検出電極を兼ねている。

【００４５】前記変位制限手段９１の基板との固定端の
反対側の端の外形状は、ひさし状に多結晶Ｓｉ部９３が
形成され、貫通孔１０１の内径より大きく設定されてい
る。すなわち、変位制限手段９１の端で貫通孔１０１か
らはみ出した部分の大きさは、貫通孔１０１の内径より
も大きく設定されている。従って破壊するような過大入
力がない限り、振動系は基板に固定された変位制限手段
９１に対する基板平面内での相対位置を維持する。

【００４６】また、変位制限手段９１は、多結晶Ｓｉ配
線４０により図５（ａ）、（ｂ）に示すように相互に電
気的に接続されており、接続点ａ、ｂとｃ、ｄに纏めら
れている。なお、接続の詳細は図示を省略している。ま
た、図５（ｃ）に示すように、質量３０も固定部２７を
介して同様に多結晶Ｓｉ配線４０に電気的に接続（接続
点ｅ）されている。

【００４７】変位制限手段９１からの４つの接続点ａ、
ｂ、ｃおよびｄは質量３０の接続点ｅとの間にそれぞれ
電気容量を構成し、質量のｘ軸方向の静電引力による駆
動を行なうと共に、ｚ軸回りに角速度が印加された際に
発生するコリオリ力（前記数１式参照）によるｙ軸方向
の質量３０の変位を検出する。

【００４８】次に、本実施の形態のように質量３０の電
位に対向する４つの電極による質量の駆動およびコリオ
リ力の検出方法について説明する。なお、これらの方法
については、本出願人の先行出願である特願平６−３１
８１５８号、特願平６−３０４８２０号、特願平７−１
９６４０４号等にも詳細に記載されているので、基本的
な説明のみを行なう。

【００４９】図２９は検出回路の一例を示す回路図であ
る。図２９において、Ｃd1、Ｃd2、Ｃs1、Ｃs2はそれぞ
れ図５の下記のものに相当する。すなわち、Ｃd1は接続
点ａと接続点ｅ間の電気容量、Ｃd2は接続点ｂと接続点
ｅ間の電気容量、Ｃs1は接続点ｃと接続点ｅ間の電気容
量、Ｃs2は接続点ｄと接続点ｅ間の電気容量に相当す
る。

【００５０】質量３０の電位Ｖmに対して、所定の駆動
電圧を駆動電極端Ｖd1、Ｖd2に交互に印加することによ
り、質量３０をｘ軸方向に振動駆動する。振動する質量
３０のｘ軸方向の共振周波数ｆxrは、質量３０の質量と
支持体２８のｘ軸方向のバネ定数で決まる。従って、駆
動電源ＯＳＣ１の印加周波数を電気的に調整することに
より容易に共振状態を実現することができる。

【００５１】精度の良いコリオリ力の測定には、質量３
０を一定周波数、一定振幅で駆動することが必要であ
る。振動周波数は駆動周波数と一致するので、駆動電源
ＯＳＣ１の周波数を一定に保持すればよい。また、一定
振幅制御のためには、例えば図２９のような構成にすれ
ばよい。すなわち、各駆動電極端Ｖd1、Ｖd2と駆動電源
ＯＳＣ１との間に、参照電気容量Ｃr2を直列に接続す
る。

【００５２】電気容量のインピーダンスＺcは、下記
（数２）式で示される。 Ｚc＝１／ｊωＣ …（数２） したがって、参照電気容量Ｃr2を各駆動電極端と質量３
０との間の電気容量Ｃd1、Ｃd2よりも充分大きくすれば
駆動電圧のＣr2に於ける損失は殆ど無視できる。実際上
のＣd1、Ｃd2の値はｐＦ程度であるので、同一基板上に
おいてもＣr2の実現は容易である。

【００５３】参照電気容量Ｃr2を介した駆動電圧Ｄ、Ｄ
（アンダーラインはＤの反転電圧であることを示す）の
印加時に於て、各駆動電極端Ｖd1、Ｖd2の電位をバッフ
ァ１６３を介し、その差動信号を復調器１６２にて駆動
電源ＯＳＣ１の駆動周波数に同期して検出すれば、質量
３０の振動振幅に関する情報が得られる。従って得られ
た振幅情報が所定値になるように駆動電源ＯＳＣ１にネ
ガティブフィードバックをかけることにより、質量３０
の一定振幅駆動が可能となる。

【００５４】次に、前記（数１）式で示されるコリオリ
力による検出電極対の電気容量変化の検出方法は、例え
ば図２９に示すように行えばよい。すなわち、各検出電
極端Ｖs1、Ｖs2と検出電源ＯＳＣ２(駆動電源ＯＳ１よ
りも充分高い周波数を有する電源）との間に、各検出電
極と質量３０間の電気容量とほぼ等しい参照電気容量Ｃ
r1を直列に接続する。参照電気容量Ｃr1を介した検出電
圧Ｃの印加時に於て、各検出電極端Ｖs1、Ｖs2の電位を
バッファ１６３を介し、その差動信号を復調器１６２に
よって検出電源ＯＳＣ２の周波数に同期して検出すれ
ば、駆動電源ＯＳＣ１の周波数で変化するコリオリ力に
よるｙ軸方向の変位量が得られる。従って、図２９に示
すように、再度、駆動電源ＯＳＣ１の駆動周波数に同期
して信号を処理すればｙ軸方向の変位量に対応したＤＣ
信号が得られる。

【００５５】ＤＣ的なｘ軸方向の外乱加速度入力は、質
量３０の振動振幅の変化として出力に影響を与える。こ
の影響は振動振幅を監視し、これを一定にするような図
２９に示したような構成をとることによって除去するこ
とができる。

【００５６】また、ＤＣ的なｚ軸方向の外乱加速度入力
は、質量３０の振動振幅の変化および検出電極の対向面
積の変化として出力に影響を与える。振動振幅の変化に
よる影響はｘ軸方向の場合と同じ手法で除去できる。検
出電極の対向面積の変化による出力への影響は、検出電
極対の差動容量を検出する図２９のような構成によって
除去できる。

【００５７】また、ＤＣ的なｙ軸方向の外乱加速度入力
は、本実施の形態の角速度センサを２個一対として用
い、各々の質量３０を逆位相で駆動し、各々の角速度セ
ンサの出力の差動信号をとることによって除去すること
ができ、より精度の高い角速度検出を行うことができ
る。また、各角速度センサの出力の和動信号をとること
により、検出軸方向（ｙ軸方向）のＤＣ的な外来加速度
入力を検出できる。

【００５８】さらに、ｘ、ｙ軸方向のＡＣ的な外乱加速
度入力については、ｘ軸方向およびｙ軸方向に共振によ
る振動を誘起して出力に影響を与えるが、各軸方向の共
振周波数を充分高く設計すれば、センサの実装構造によ
りローパスフィルタを構成してＡＣ的な外乱加速度入力
を抑制することができる。

【００５９】また、図２９で示すような検出部の駆動お
よび信号処理回路を同一基板上に形成すれば、微小な発
生信号が処理回路に入力する間に混入する外来ノイズの
影響を大幅に減少できる。また、参照電気容量Ｃr1対、
Ｃr2対の電気容量のペア性を向上することができ、駆動
力および出力信号のオフセットを低減することが出来
る。

【００６０】次に、図５に示す実施の形態の製造方法に
ついて説明する。図６および図７は、図５に示す実施の
形態の製造工程を示すＮ−Ｎ’断面模式図である。な
お、図６および図７の工程（ａ）〜（ｈ）は一連の工程
を示すが、図示の都合上、二つの図面に分けて示してい
る。また、基本的なプロセスフローは前記第１の実施の
形態とほぼ同じである。

【００６１】（ａ）半導体Ｓｉ基板３９を酸化して酸化
膜３８を形成した後、多結晶Ｓｉ配線４０を堆積しパタ
ーニングする。 （ｂ）窒化Ｓｉ膜３７を全面に堆積する。 （ｃ）犠牲層となる酸化膜４７を堆積し、多結晶Ｓｉ配
線４０との接続部に合わせてパターニングする。 （ｄ）質量３３、弾性支持体２８、固定部２７および変
位制限手段９１となる多結晶Ｓｉ膜を堆積し、その後窒
化Ｓｉ膜３６を全面堆積して変位制限手段９１に合わせ
てパターニングを行う。

【００６２】（ｅ）質量３３、弾性支持体２８、固定部
２７および変位制限手段９１に合わせて多結晶Ｓｉ膜の
パターニングをおこなう。 （ｆ）パターニングした多結晶Ｓｉ膜を平坦化するよう
に酸化膜４７を堆積した後、変位制限手段９１に合わせ
てパターニングする。 （ｇ）多結晶Ｓｉ膜を堆積し、質量３０の貫通孔より大
きい外形状にパターニングする。 （ｈ）弗酸系の溶液を用いて酸化膜４７を除去し、質量
３０と弾性支持体２８よりなる振動系を形成する。 前記の工程により、図５の角速度センサが形成される。

【００６３】前記のように構成したことにより、図５に
示す第２の実施の形態においては、前記第１の実施の形
態の効果に加えて以下のような効果がある。 （１）変位制限手段９１の基板固定端と反対の端（質量
３０から上にはみ出した部分）の外形状を貫通孔１０１
の内径よりも大きく設定したため、変位制限手段９１の
高さの増加をまねかずに基板の法線方向の変位制限効果
が得られる。 （２）本実施の形態による力学量センサを前記第２従来
例と同様に対にして逆位相に駆動し、その出力の差動信
号を求めることにより、さらに外乱加速度の影響を除去
でき、より高精度の角速度計測が可能となる。

【００６４】（第３の実施の形態） 本実施の形態は、請求項１、請求項２、請求項１１、請
求項１７に相当する。まず、構成を説明する。図８は、
第３の実施の形態を示す図であり、（ａ）は平面模式
図、（ｂ）は（ａ）のＰ−Ｐ’断面模式図である。本実
施の形態の平面構造は、前記第１の実施の形態とほとん
ど同一であり、断面構造のみが第１の実施の形態と異な
っている。

【００６５】図８において、Ｓｉ基板２６上に酸化Ｓｉ
膜２５と窒化Ｓｉ膜２４を堆積して基板を構成する。こ
の基板上には、弾性支持体１７を介して固定部１８で基
板に固定された質量１５が振動系を構成している。これ
らの弾性支持体１７、固定部１８および質量１５は多結
晶Ｓｉにより形成されている。

【００６６】また、質量１５には貫通孔１００が設けら
れ、この貫通孔１００を貫通するように基板上に固定さ
れた変位制限手段８８が配置され、さらに質量１５と弾
性支持体１７と固定部１８とに囲まれた空所に変位制限
手段８９が設けられている。この変位制限手段８８、８
９は、基板上の多結晶Ｓｉ配線４０に固定された多結晶
Ｓｉ部４４と、さらにその上に堆積された多結晶Ｓｉ部
９０より構成されており、変位制限手段８８は質量１５
のｙ軸方向の変位を検出する電極を兼ねている。

【００６７】また、図８（ｂ）に示すように、基板上に
複数配置された変位制限手段８８は、隣接する変位制限
手段８８同志が質量１５を基板との間に取り囲むように
接続されている。すなわち、隣接する変位制限手段８８
の貫通孔１００からはみ出した部分が多結晶Ｓｉ部９０
で接続され、質量１５を取り囲む形状になっている。従
って破壊するような過大入力がない限り、振動系は基板
に固定された前記変位制限手段に対する基板平面内での
相対位置を維持する。

【００６８】前記変位制限手段８８は、基板上の多結晶
Ｓｉ配線４０により図８（ｂ）に示すように相互に電気
的に接続され、接続点ａとｂに纏められている。なお、
接続の詳細は図示を省略している。また、質量１５も固
定部１８を介して同様に基板上の多結晶Ｓｉ配線４０に
電気的に接続（接続点ｃ）されている。

【００６９】質量１５と変位制限手段８８は、前記図２
に示すように差動容量回路を形成し、容量値の変化に応
じて質量１５のｙ軸方向の変位を検出する。この差動容
量回路からの信号は基板上の多結晶Ｓｉ配線４０によっ
て信号処理回路（図示せず）に接続されている。なお、
図２における可変容量を示す符号が質量１５と変位制限
手段８８との間の電気容量を示す。

【００７０】次に、図８に示す実施の形態の製造方法に
ついて説明する。図９および図１０は、図８に示す実施
の形態の製造工程を示すＰ−Ｐ’断面模式図である。な
お、図９および図１０の工程（ａ）〜（ｈ）は一連の工
程を示すが、図示の都合上、二つの図面に分けて示して
いる。

【００７１】（ａ）半導体Ｓｉ基板２６を酸化して酸化
膜２５を形成後、酸化膜２５上に多結晶Ｓｉを堆積した
後にパターニングを行い、多結晶Ｓｉ配線４０を形成す
る。 （ｂ）窒化Ｓｉ膜２４を全面に堆積する。 （ｃ）犠牲層として最終的にはエッチング除去する、酸
化膜４５を堆積し、基板に固定する変位制限手段８９の
配置に合わせて、パターニングを行う。 （ｄ）質量１５、弾性支持体１７、固定部１８および変
位制限手段８９の一部となる多結晶Ｓｉ膜を堆積する。

【００７２】（ｅ）前記多結晶Ｓｉ膜のパターニングを
行う。 （ｆ）パターニングした多結晶Ｓｉ膜を平坦化するよう
に酸化膜４５を堆積し、変位制限手段８９の配置に合わ
せてパターニングを行う。 （ｇ）変位制限手段８９を形成する多結晶Ｓｉ膜を堆積
しパターニングする。 （ｈ）弗酸系の溶液を用いて酸化膜４５を除去し、質量
１５と弾性支持体１７よりなる振動系および変位制限手
段を形成する。 前記の工程により、図８の加速度センサが形成される。

【００７３】前記のように構成したことにより、図８に
示す第３の実施の形態においては、前記第１の実施の形
態の効果に加えて以下のような効果がある。 （１）基板上に複数配置された変位制限手段８８は、隣
接する変位制限手段８８同志が質量１５を基板との間に
取り囲むように接続されているため、変位制限手段８９
の高さの増加をまねかずに基板法線方向の変位制限効果
が得られる。

【００７４】（第４の実施の形態）本実施の形態は、請
求項１２、請求項１３、請求項１５、請求項１７、請求
項２６に対応する加速度センサの例である。まず、構成
を説明する。図１１は、第４の実施の形態を示す図であ
り、（ａ）は平面模式図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断
面模式図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面模式図であ
る。

【００７５】図１１において、Ｓｉ基板２６上に酸化Ｓ
ｉ膜２５と窒化Ｓｉ膜２４を堆積して基板を構成する。
基板上には多結晶Ｓｉ膜２０と窒化Ｓｉ膜２１で構成し
たシェル１０２が形成されており、基板との間で閉空間
を形成している。前記閉空間内には、弾性支持体１７に
より固定部１８にて基板に固定された質量１５が振動系
を構成している。それらの弾性支持体１７、固定部１８
および質量１５は多結晶Ｓｉにより形成されている。

【００７６】また、質量１５には貫通孔１００が設けら
れ、この貫通孔１００を貫通するように基板上に固定さ
れた支持構造体１６が配置され、さらに質量１５と弾性
支持体１７と固定部１８とに囲まれた空所に支持構造体
１９が設けられている。また、前記シェル１０２は、前
記支持構造体１６、１９により基板上に支持されてい
る。また、前記支持構造体１６は、基板に固定された多
結晶Ｓｉ部４４とシェル１０２の窒化Ｓｉ膜層２１を貫
通する金属部２２より構成されており、質量１５のｙ軸
方向の変位を検出する電極を兼ねている。

【００７７】また、支持構造体１６は、金属部２２によ
り図１１（ｂ）に示すように相互に電気的に接続され、
接続点ａとｂに纏められている。なお、接続の詳細は図
示を省略している。また、図１（ｂ）、（ｃ）に示すよ
うに、質量１５も固定部１８を介して金属部２３に電気
的に接続（接続点ｃ）されている。また、シェル１０２
を構成する多結晶Ｓｉ膜２０も金属部２３にて電気的に
接続（接続点ｃ）されている。したがって質量１５とシ
ェル１０２を構成する多結晶Ｓｉ膜２０とは電気的に相
互に接続されている。

【００７８】また、質量１５と支持構造体１６は、前記
図２のように差動容量回路を形成し、容量値の変化より
質量１５のｙ軸方向の変位を検出する。差動容量回路か
らの信号は金属部２２および金属部２３を介して信号処
理回路（図示せず）に接続されている。なお、図２にお
ける可変容量を示す符号が質量１５と支持構造体１６と
の間の電気容量を示す。

【００７９】次に、図１１に示す実施の形態の製造方法
について説明する。図１２および図１３は、図１１に示
す実施の形態の製造工程を示すＡ−Ａ’断面模式図であ
る。なお、図１２および図１３の工程（ａ）〜（ｉ）は
一連の工程を示すが、図示の都合上、二つの図面に分け
て示している。

【００８０】（ａ）半導体Ｓｉ基板２６を酸化して酸化
膜２５を形成後、窒化Ｓｉ膜２４を全面に堆積する。 （ｂ）犠牲層として最終的にはエッチング除去する、酸
化膜４５を堆積し、基板に固定するシェルの支持構造体
１６の配置に合わせて、パターニングを行う。 （ｃ）質量１５、弾性支持体１７、固定部１８およびシ
ェルの支持構造体１６となる多結晶Ｓｉ膜を堆積し、パ
ターニングを行う。 （ｄ）パターニングした多結晶Ｓｉ膜を平坦化するよう
に酸化膜４５を堆積する。

【００８１】（ｅ）堆積した酸化膜４５を形成する閉空
間の形状にパターニングし、さらにシェルを形成する多
結晶Ｓｉ膜２０を堆積しパターニングする。 （ｆ）シェルの多結晶Ｓｉ膜２０を支持構造体１６に合
わせてパターニングし、さらに窒化Ｓｉ膜２１を全面に
堆積する。 （ｇ）支持構造体１６を形成する金属部２２に合わせて
窒化Ｓｉ膜２１をパターニングする。 （ｈ）弗酸系の溶液を用いて酸化膜４５を除去し、シェ
ル内に閉空間と質量１５と弾性支持体１７よりなる振動
系を形成する。酸化膜４５の除去の際には質量１５を貫
通するシェル支持構造体１６の周辺の空間はエッチング
孔としても機能する。 （ｉ）金属を全面に堆積し、パターニングする。 前記の工程により、図１１に示した加速度センサが形成
される。

【００８２】前記のように構成したことにより、第４の
実施の形態においては、次のごとき効果が得られる。 （１）シェル１０２および変位検出電極を兼ねたシェル
の支持構造体１６が質量１５の変位を制限するため、落
下等の衝撃が入力した場合でも、質量と電極の相対位置
ずれは発生せず、信頼性の高い力学量センサを実現でき
る。 （２）半導体製造プロセスを用いて、閉空間内の振動系
を形成するので、製造工程中および動作中に発生する可
動ゴミを従来の方法に比べて大幅に抑制することがで
き、製造歩留まりと力学量センサの信頼性の向上が実現
できる。 （３）振動系を形成する質量とシェルを形成する多結晶
Ｓｉを共通電位とすることで、質量に発生する静電力を
抑制でき、かつ差動容量検出部に及ぼす外部からの電気
的なノイズの影響を抑制できる。特に、微小な容量値変
化を測定する場合はこの効果は大きい。 （４）半導体製造プロセスを用いて、閉空間内の振動系
を形成するので簡易な実装形態で力学量センサを実現で
き、製造コストの抑制を実現できる。 （５）本実施の形態では、シェルによって形成された閉
空間内にセンサが収納されているので、そのまま樹脂モ
ールドすることが可能である。したがって本実施の形態
のように半導体プロセスで作成した閉空間内の力学量セ
ンサと周辺信号処理回路とを半導体チップに集積し、こ
れを樹脂モールド等で実装することにより低コストで高
信頼なＩＣセンサを実現できる。

【００８３】（第５の実施の形態）本実施の形態は、請
求項１８、請求項１９、請求項２０、請求項２１、請求
項２２、請求項２４、請求項２６に対応する角速度セン
サの例である。まず、構成を説明する。図１４は、第５
の実施の形態を示す図であり、（ａ）は平面模式図、
（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ’断面模式図、（ｃ）は（ａ）
のＤ−Ｄ’断面模式図である。

【００８４】図１４において、Ｓｉ基板３９上に酸化Ｓ
ｉ膜３８と窒化Ｓｉ膜３７を堆積して基板を構成する。
基板上には多結晶Ｓｉ膜３５と窒化Ｓｉ膜３４で構成し
たシェル１０２が形成されており、基板との間で閉空間
を形成している。

【００８５】前記閉空間内には、ｘ−ｙ平面内で変位可
能なＬ字型の弾性支持体２８により固定部２７にて基板
に固定された質量３０が振動系を構成している。振動系
のｘ、ｙ軸方向の共振周波数は弾性支持体２８のｘ−ｙ
平面での構造により任意に設定できる。それらの弾性支
持体２８、固定部２７および質量３０は多結晶Ｓｉによ
り形成されている。

【００８６】前記シェル１０２は、質量３０に設けた貫
通孔１０１を貫通するように配置された支持構造体２
９、３２により基板上に支持されている。前記支持構造
体３２は、基板上の多結晶Ｓｉ配線４０に固定された多
結晶Ｓｉ部４６、絶縁用の窒化Ｓｉ膜３６およびシェル
の窒化Ｓｉ膜層３４を貫通する金属部４１より構成され
ており、質量３０のｘ軸方向の駆動電極とｙ軸方向の変
位検出電極とを兼ねている。

【００８７】また、支持構造体３２は、多結晶Ｓｉ配線
４０により図１４（ａ）、（ｂ）に示すように相互に電
気的に接続され、接続点ａとｂおよびｃとｄに纏められ
ている。なお、接続の詳細は図示を省略している。ま
た、図１４（ｃ）に示すように、質量３０も固定部２７
を介して同様に基板上の多結晶Ｓｉ配線４０に電気的に
接続（接続点ｅ）されている。さらにシェル１０２を構
成する多結晶Ｓｉ膜３５も多結晶Ｓｉ配線４０にて電気
的に接続（接続点ｅ）されている。したがって質量３０
とシェル１０２を構成する多結晶Ｓｉ膜３５とは電気的
に相互に接続されている。

【００８８】また、図１４（ｃ）に示すように、シェル
１０２を構成する窒化Ｓｉ膜３４上には多結晶Ｓｉ膜で
形成された電極３３〔図１４（ａ）の破線部分〕が形成
されており、静電的に質量３０に対向している。そして
電極３３の直下の基板上には多結晶Ｓｉ配線で形成した
電極４２が形成されており、質量３０に対向している。
この電極３３は接続点ｆに、電極４２は接続点ｇに、そ
れぞれ電気的に接続されている。

【００８９】前記の支持構造体３２による４つの接続点
ａ、ｂ、ｃおよびｄは、質量３０の接続点ｅとの間にそ
れぞれ電気容量を構成し、質量のｘ軸方向の静電引力に
よる駆動を行なうとともに、ｚ軸回りに角速度が入力し
た際に発生するコリオリ力（前記数１式参照）によるｙ
軸方向の質量３０の変位を検出する。なお、質量の電位
に対向する４つの電極による質量の駆動およびコリオリ
力の検出については前記第２の実施の形態で説明したの
と同様である。

【００９０】また、質量３０に対向する電極３３、４２
は、前記第４の実施の形態と同様に差動容量回路を構成
し、質量のｚ軸方向の変位の検出および質量に対する静
電引力発生が可能である。従って、電極３３、４２によ
りｚ軸方向の加速度検出や質量３０のｚ軸方向の振動制
御等に利用できる。

【００９１】なお、本実施の形態のように半導体プロセ
スで作成した閉空間内の力学量センサと周辺信号処理回
路とを半導体チップに集積し、これを樹脂モールド等で
実装することにより低コストで高信頼なＩＣセンサを実
現できることは前記第４の実施の形態と同様である。

【００９２】次に、図１４に示す実施の形態の製造方法
について説明する。図１５および図１６は、図１４に示
す実施の形態の製造工程を示すＣ−Ｃ’断面模式図であ
る。なお、図１５および図１６の工程（ａ）〜（ｈ）は
一連の工程を示すが、図示の都合上、二つの図面に分け
て示している。また、基本的なプロセスフローは前記第
４の実施の形態とほぼ同じである。

【００９３】（ａ）半導体Ｓｉ基板３９を酸化して酸化
膜３８を形成した後、多結晶Ｓｉ配線４０を堆積してパ
ターニングする。 （ｂ）窒化Ｓｉ膜３７を全面に堆積する。 （ｃ）犠牲層となる酸化膜４７を堆積し、多結晶Ｓｉ配
線４０との接続部にあわせてパターニングする。 （ｄ）質量３０、弾性支持体２８、固定部２７およびシ
ェルの支持構造体３２となる多結晶Ｓｉ膜を堆積し、そ
の後窒化Ｓｉ膜３６を全面に堆積してシェルの支持構造
体３２にあわせてパターニングを行う。

【００９４】（ｅ）多結晶Ｓｉ膜を質量３０、弾性支持
体２８、固定部２７およびシェルの支持構造体３２にあ
わせてパターニングをおこなう。 （ｆ）パターニングした多結晶Ｓｉ膜を平坦化するよう
に酸化膜４７を堆積した後、形成する閉空間の形状にパ
ターニングし、さらにシェルを形成する多結晶Ｓｉ膜３
５を堆積してパターニングする。 （ｇ）シェルの多結晶Ｓｉ膜３５を支持構造体３２に合
わせてパターニングし、さらに窒化Ｓｉ膜３４を全面に
堆積し、支持構造体３２を形成する金属部４１に合わせ
て窒化Ｓｉ膜３４をパターニングする。 （ｈ）弗酸系の溶液を用いて酸化膜４７を除去し、シェ
ル内に閉空間と質量３０と弾性支持体２８よりなる振動
系を形成した後、金属を全面に堆積し、パターニングす
る。酸化膜４７の除去の際には質量３０を貫通するシェ
ル支持構造体３２の周辺の空間はエッチング孔としても
機能する。 前記の工程により、図１４に示した角速度センサが形成
される。

【００９５】前記のように構成したことにより、第５の
実施の形態においては、第４の実施の形態の効果に加え
て、次のごとき効果が得られる。 （１）前記（ｈ）の工程において真空内装置で金属を堆
積することにより、容易に真空に維持された閉空間内を
実現でき、角速度センサの感度向上と、実装コスト抑制
を実現できる。 （２）本実施の形態による力学量センサを前記第２従来
例と同様に対にして逆位相に駆動し、その出力の差動信
号を求めることにより、さらに外乱加速度の影響を除去
でき、より高精度の角速度計測が可能となる。

【００９６】（第６の実施の形態）本実施の形態は、請
求項１８、１９、２０、２１、２２、２４、２６に対応
する角速度センサの例である。まず、構成を説明する。
図１７は、第６の実施の形態を示す図であり、（ａ）は
平面模式図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ’断面模式図であ
る。

【００９７】図１７において、Ｓｉ基板３９上に酸化Ｓ
ｉ膜３８と窒化Ｓｉ膜３７を堆積して基板を構成する。
基板上には多結晶Ｓｉ膜３５と窒化Ｓｉ膜３４で構成し
たシェル１０２が形成されており、基板との間で閉空間
を形成している。前記閉空間内には、Ｌ字型のｘ−ｙ平
面内で変位可能な弾性支持体２８により固定部２７にて
基板に固定された質量３０が振動系を構成している。振
動系のｘ、ｙ軸方向の共振周波数は弾性支持体２８のｘ
−ｙ平面での構造により任意に設定できる。それらの弾
性支持体２８、固定部２７および質量３０は多結晶Ｓｉ
により形成されている。

【００９８】前記シェル１０２は、質量３０に設けた貫
通孔１００を貫通するように配置された支持構造体２
９、３２により基板上に支持されている。前記支持構造
体３２は基板上の多結晶Ｓｉ配線４０に固定された多結
晶Ｓｉ部４６、絶縁用の窒化Ｓｉ膜３６およびシェルの
窒化Ｓｉ膜層３４を貫通する金属部４１より構成されて
おり、質量３０のｙ軸方向の変位を検出する電極を兼ね
ている。

【００９９】また、支持構造体３２は、多結晶Ｓｉ配線
４０により図１７（ａ）に示すように相互に電気的に接
続され、接続点ｆとｇに纏められている。なお、接続の
詳細は図示を省略している。また、図１７（ｂ）に示す
ように、質量３０も固定部２７を介して同様に基板上の
多結晶Ｓｉ配線４０に電気的に接続（接続点ｅ）されて
いる。さらにシェル１０２を構成する多結晶Ｓｉ膜３５
も多結晶Ｓｉ配線４０にて電気的に接続（接続点ｅ）さ
れている。したがって質量３０とシェル１０２を構成す
る多結晶Ｓｉ膜３５とは電気的に相互に接続されてい
る。

【０１００】また、図１７（ｂ）に示すように、シェル
１０２を構成する窒化Ｓｉ膜３４上には多結晶Ｓｉ膜で
形成された電極３３、３３’〔図１７（ａ）の破線部
分〕が形成されており、静電的に質量３０に対向してい
る。そして電極３３、３３’の直下の基板上には多結晶
Ｓｉ配線で形成した電極４２、４２’が形成されてお
り、質量３０に対向している。この電極３３、３３’は
接続点ａとｃに、電極４２、４２’は接続点ｂとｄに、
それぞれ電気的に接続されている。

【０１０１】前記の電極３３、３３’、４２、４２’に
よる４つの接続点ａ、ｂ、ｃおよびｄは、質量３０の接
続点ｅとの間にそれぞれ電気容量を構成し、質量のｘ軸
方向の静電引力による駆動を行なうとともに、ｚ軸回り
に角速度が入力した際に発生するコリオリ力（前記数１
式参照）によるｙ軸方向の質量３０の変位を検出する。
なお、質量の電位に対向する４つの電極による質量の駆
動およびコリオリ力の検出については前記第２の実施の
形態で説明したのと同様である。

【０１０２】また、質量３０に対向する電極（支持構造
体）３２は、前記第４の実施の形態と同様に差動容量回
路を構成し、質量のｚ軸方向の変位の検出および質量に
対する静電引力発生が可能である。従って、電極３２に
よりｚ軸方向の加速度検出や質量３０のｚ軸方向の振動
制御等に利用できる。

【０１０３】なお、本実施の形態のように半導体プロセ
スで作成した閉空間内の力学量センサと周辺信号処理回
路とを半導体チップに集積し、これを樹脂モールド等で
実装することにより低コストで高信頼なＩＣセンサを実
現できることは前記第４の実施の形態と同様である。

【０１０４】次に、図１７に示す実施の形態の製造方法
について説明する。図１８は、図１７に示す実施の形態
の製造工程を示すＥ−Ｅ’断面模式図である。なお、基
本的なプロセスフローは前記第５の実施の形態とほぼ同
じなので、詳細な説明は省略する。

【０１０５】前記のように構成したことにより、第６の
実施の形態においては、第５の実施の形態の効果に加え
て、次のごとき効果が得られる。 （１）前記第５の実施の形態に比べて、シェルの支持構
造体を兼ねた、質量３０の変位検出電極の集積度を向上
できるため、よりＳ／Ｎの高い検出が可能である。 （２）本実施の形態による力学量センサを前記第２従来
例と同様に対にして逆位相に駆動し、その出力の差動信
号を求めることにより、さらに外乱加速度の影響を除去
でき、より高精度の角速度計測が可能となる。

【０１０６】（第７の実施の形態）本実施の形態は、請
求項１２、請求項１３、請求項１６、請求項１７、請求
項２６に対応する加速度センサの例である。まず、構成
を説明する。図１９は、第７の実施の形態を示す図であ
り、（ａ）は平面模式図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ’断
面模式図、（ｃ）は（ａ）のＧ−Ｇ’断面模式図であ
る。

【０１０７】この実施の形態においては、誘電体分離層
としてパターニングされた酸化膜層および窒化Ｓｉ層を
用いたＳＯＩ基板を用いて力学量センサを構成する。す
なわち、図１９において、ベース基板６１、窒化Ｓｉ膜
６０およびＳＯＩ層５９からなるＳＯＩ基板６２上に、
酸化Ｓｉ膜５８と窒化Ｓｉ膜６３を堆積して基板を構成
する。基板上には多結晶Ｓｉ膜５４と窒化Ｓｉ膜５３で
構成したシェル１０３が形成され、基板との間で閉空間
を形成している。前記閉空間内には、弾性支持体５０に
より固定部５１にて基板に固定された質量４８が振動系
を構成している。これらの弾性支持体５０、固定部５１
および質量４８はＳＯＩ層５９をトレンチエッチングし
て形成されている。

【０１０８】前記シェル１０３は、質量４８に設けた貫
通孔１００を貫通するように配置された支持構造体４
９、５２により基板上に支持されている。前記支持構造
体４９は、ベース基板６１上に窒化Ｓｉ層６０で固定さ
れた、トレンチエッチングで形成したＳＯＩ層部５５と
シェルの窒化Ｓｉ膜層５３を貫通する金属部５６より構
成されており、質量４８のｙ軸方向の変位を検出する電
極を兼ねている。

【０１０９】また、支持構造体４９は、金属部５６によ
り図１９（ｂ）に示すように相互に電気的に接続され、
接続点ａとｂに纏められている。なお、接続の詳細は図
示を省略している。また、図１９（ｂ）、（ｃ）に示す
ように、質量４８も固定部５１を介して同様に金属部５
６に電気的に接続（接続点ｃ）されている。さらにシェ
ル１０３を構成する多結晶Ｓｉ膜５４も金属部５７にて
電気的に接続（接続点ｃ）されている。したがって質量
４８とシェル１０３を構成する多結晶Ｓｉ膜５４とは電
気的に相互に接続されている。

【０１１０】また、質量４８と支持構造体５０は、前記
図２のように差動容量回路を形成し、容量値の変化に応
じて質量４８のｙ軸方向の変位を検出する。差動容量回
路からの信号は金属部５６および５７を介して信号処理
回路（図示せず）に接続されている。

【０１１１】なお、本実施の形態のように半導体プロセ
スで作成した閉空間内の力学量センサと周辺信号処理回
路とを半導体チップに集積し、これを樹脂モールド等で
実装することにより低コストで高信頼なＩＣセンサを実
現できることは前記第４の実施の形態と同様である。

【０１１２】次に、図１９に示す実施の形態の製造方法
について説明する。図２０および図２１は、図１９に示
す実施の形態の製造工程を示すＦ−Ｆ’断面模式図であ
る。なお、図２０および図２１の工程（ａ）〜（ｈ）は
一連の工程を示すが、図示の都合上、二つの図面に分け
て示している。

【０１１３】（ａ）誘電体分離層がパターニングされた
酸化膜層および窒化Ｓｉ膜層であるＳＯＩ基板を用い
る。 （ｂ）ＳＯＩ基板を酸化して酸化膜５８を形成し、全面
に窒化Ｓｉ膜６３を堆積し、トレンチエッチングにあわ
せてパターニングする。その後、誘電体分離層に達する
までトレンチエッチングを行う。 （ｃ）酸化膜を堆積してトレンチエッチング部を平坦化
し、振動系を形成する領域の窒化Ｓｉ膜６３を除去す
る。 （ｄ）酸化膜６４を堆積後、形成する閉空間形状にあわ
せてパターニングを行う。

【０１１４】（ｅ）シェル１０３を形成する多結晶Ｓｉ
膜５４を堆積し、パターニングを行う。 （ｆ）シェルの多結晶Ｓｉ膜５４を支持構造体４９に合
わせてパターニングし、さらに窒化Ｓｉ膜５３を全面に
堆積し、支持構造体４９を形成する金属部５６に合わせ
て窒化Ｓｉ膜５３をパターニングする。 （ｈ）弗酸系の溶液を用いて酸化膜６４を除去し、シェ
ル内に閉空間と質量４８と弾性支持体５０よりなる振動
系を形成した後、金属を全面に堆積し、パターニングす
る。酸化膜６４の除去の際には質量４８を貫通する支持
構造体４９の周辺の空間はエッチング孔としても機能す
る。 前記の工程により、図１９に示した加速度センサが形成
される。

【０１１５】前記のように構成したことにより、第７の
実施の形態においては、第４の実施の形態に比べて次の
ごとき効果が得られる。 （１）単結晶ＳｉであるＳＯＩ層を用いたため、多結晶
Ｓｉ層を用いた場合に比べより安定して振動系を作成で
きる。 （２）ＳＯＩ層をトレンチエッチングすることによって
振動系を形成したため、基板表面での段差を大きくする
ことなく構造材の厚さを増加できる。そのため電気容量
値が増加し、よりＳ／Ｎの高い検出が可能となる。

【０１１６】（第８の実施の形態）本実施の形態は、請
求項１２、１３、１７、１５、２６項に対応する加速度
センサの例である。図２２および図２３は、第８の実施
の形態を示す図であり、図２２（ａ）は平面模式図、図
２２（ｂ）は（ａ）のＨ−Ｈ’断面模式図、図２３
（ａ）は図２２（ａ）のＩ−Ｉ’断面模式図、図２３
（ｂ）は図２２（ａ）のＪ−Ｊ’断面模式図、図２３
（ｃ）は図２２（ａ）のＫ−Ｋ’の断面模式図である。

【０１１７】この実施の形態においては、誘電体分離層
としてパターニングされた酸化膜層および窒化Ｓｉ層を
用いたＳＯＩ基板を用いて力学量センサを構成する。す
なわち、図２２において、ベース基板７８、窒化Ｓｉ層
７７およびＳＯＩ層７６からなるＳＯＩ基板７９上に、
酸化Ｓｉ膜７５と窒化Ｓｉ膜６９を堆積して基板を構成
する。基板上には多結晶Ｓｉ膜７１と窒化Ｓｉ膜７０で
構成したシェル１０３が形成されており、基板との間で
閉空間を形成している。

【０１１８】前記閉空間内には、弾性支持体６６により
固定部６５にて固定された質量７２が振動系を構成して
いる。弾性支持体６６および質量７２はＳＯＩ層をエッ
チングして形成したトレンチ部８２内に堆積した多結晶
Ｓｉで形成されている。この形成方法は、後述のプロセ
スフローに示すようにトレンチ部８２となる多結晶Ｓｉ
堆積を行った後に、その他の部分のトレンチエッチング
とトレンチ内の多結晶Ｓｉ堆積を行っている。また、固
定部６５は弾性支持体６６の端部付近のトレンチを埋め
るように堆積した多結晶Ｓｉである。

【０１１９】前記シェル１０３は、質量７２に設けた貫
通孔１００を貫通するように配置された支持構造体６８
により基板上に支持されている。前記支持構造体６８は
ベース基板７８上に窒化Ｓｉ層７７で固定された、トレ
ンチエッチングで形成したＳＯＩ層部８０とシェルの窒
化Ｓｉ膜層７０を貫通する金属部７３とから構成されて
おり、質量７２のｙ軸方向の変位を検出する電極を兼ね
ている。このＳＯＩ層部８０の側面には、図２２に示す
ように一方の側面のみに高濃度拡散層８５が形成されて
いる。そしてトレンチ内に埋め込んだ多結晶Ｓｉで形成
した振動系とＳＯＩ層のトレンチ側壁の間隔は高濃度拡
散層８５がある側は大きく、ない側は小さくなってい
る。なお、支持構造体６８の高濃度拡散層８５が形成さ
れる側面は図示のごとく一つ置きに反対になっている。

【０１２０】また、弾性支持体６６に沿った部分の前記
シェルのＳＯＩ基板表面での固定部には、図２３
（ａ）、（ｃ）に示すように、エッチング孔として用い
るトンネル部８１が構成され、金属７４で封止されてい
る。また、支持構造体６８は、金属部７３により図２２
（ｂ）に示すように相互に電気的に接続され、一つ置き
に接続点ａとｂに纏められている。なお、接続の詳細は
図示を省略している。また、質量７２も固定部６５を介
してＳＯＩ層７６に電気的に接続（接続点ｃ）され、さ
らに金属部７４に電気的に接続されている。さらにシェ
ル１０３を構成する多結晶Ｓｉ膜７１も金属部７４にて
電気的に接続（接続点ｃ）されている。したがって質量
７２とシェル１０３を構成する多結晶Ｓｉ膜７１とは電
気的に相互に接続されている。

【０１２１】本実施の形態においては、一つの貫通孔１
００内には一つの支持構造体６８が設けられている。し
かし、トレンチ内に堆積した質量７２とＳＯＩ層で形成
した支持構造体６８との間隔は、トレンチ側壁の高濃度
拡散層８５の有無により異なっており、かつ各支持構造
体６８が一つ置きに接続点ａと接続点ｂとに纏められい
るので、前記図２に示したように、質量７２と支持構造
体６８とで差動容量回路を形成し、容量値の変化に応じ
て質量７２のｙ軸方向の変位を検出することが出来る。
なお、差動容量回路からの信号は金属部７３および金属
部７４を介して信号処理回路（図示せず）に接続されて
いる。

【０１２２】次に、図２２、図２３に示す実施の形態の
製造方法について説明する。図２４および図２５は、図
２２に示す実施の形態の製造工程を示すＨ−Ｈ’断面模
式図である。なお、図２４および図２５の工程（ａ）〜
（ｉ）は一連の工程を示すが、図示の都合上、二つの図
面に分けて示している。また、図２６はＩ−Ｉ’断面模
式図、図２７はＪ−Ｊ’断面模式図、図２８はＫ−Ｋ’
断面模式図である。

【０１２３】以下、図２４〜図２８を用いて工程順に説
明する。 図２４（ａ） 誘電体分離層がパターニングされた酸化
膜層及び窒化Ｓｉ膜層であるＳＯＩ基板を用いる。 図２８（ａ） ＳＯＩ基板を酸化して酸化膜７５を形成
した後、窒化Ｓｉ膜６９を形成する。 図２４（ｂ） 酸化膜７５と窒化Ｓｉ膜６９を１回目の
トレンチパターンにパターニングし、誘電体分離層まで
ＳＯＩ層にトレンチを形成する。その後、ＳＯＩ基板表
面は酸化膜７５と窒化Ｓｉ膜６９で保護し、トレンチ内
の側壁に高濃度拡散層８５を形成する。 図２４（ｃ） ＳＯＩ基板表面は酸化膜７５と窒化Ｓｉ
膜６９で保護し、トレンチ側壁を酸化して酸化膜８３を
形成する。

【０１２４】図２４（ｄ） 形成したトレンチ内に多結
晶Ｓｉを堆積し、ＳＯＩ基板表面を平坦化する。 図２４（ｅ）、図２６（ａ）、図２７（ａ） 酸化膜７
５と窒化Ｓｉ膜６９を２回目のトレンチパターンにパタ
ーニングし、誘電体分離層までＳＯＩ層にトレンチを形
成する。その後、ＳＯＩ基板表面は酸化膜７５と窒化Ｓ
ｉ膜６９で保護し、トレンチ側壁を酸化して酸化膜８４
を形成する。側壁表面の不純物濃度が異なるため、１回
目のトレンチ側壁に比べて酸化レートが異なるので、酸
化膜８３と酸化膜８４は膜厚が異なる。形成したトレン
チ内に多結晶Ｓｉを堆積し、ＳＯＩ基板表面を平坦化す
る。

【０１２５】図２６（ｂ）、図２７（ｂ） 弾性支持体
６６の固定部６５の形成領域に開口部を有するマスク層
８６を形成し、酸化膜８４を除去する。 図２６（ｃ）、図２７（ｃ） 除去した酸化膜により形
成された溝部に、固定部６５を形成する多結晶Ｓｉを堆
積して平坦化を行う。 図２５（ｆ） 振動系を形成する領域の窒化Ｓｉ膜を除
去し、酸化膜８７を堆積した後、形成する閉空間形状に
あわせてパターニングを行う。 図２５（ｇ） シェルを構成する多結晶Ｓｉ膜７１を堆
積し、パターニングを行う。

【０１２６】図２８（ｂ） シェルの多結晶Ｓｉ膜７１
を支持構造体６８に合わせてパターニングし、さらに窒
化Ｓｉ膜７０を全面に堆積し、支持構造体６８を形成す
る金属部７３に合わせて窒化Ｓｉ膜７０をパターニング
し、エッチング孔を形成する。 図２５（ｈ）、図２７（ｄ）、図２８（ｃ） 弗酸系の
溶液を用いて、酸化膜８３、８４、８７を除去し、シェ
ル内に閉空間と質量７２と弾性支持体６７よりなる振動
系を形成する。酸化膜８３、８４、８７の除去の際には
質量７２を貫通するシェルの支持構造体６８の周辺の空
間はエッチング孔としても機能する。

【０１２７】図２５（ｉ）、図２６（ｄ）、図２８
（ｄ） 金属を全面に堆積し、パターニングする。 前記の工程により、図２２に示した加速度センサが形成
される。

【０１２８】前記のように構成したことにより、本実施
の形態においては、第４の実施の形態に比べて以下のよ
うな効果が得られる。 （１）ＳＯＩ層のトレンチ内に堆積した多結晶Ｓｉで振
動系を形成したため、基板表面での段差を大きくするこ
となく振動系の構造材の厚さを増加できる。そのため電
極対向面積の増加に伴い、電気容量値が増加し、よりＳ
／Ｎの高い検出が可能となる。 （２）ＳＯＩ層のトレンチ内に堆積した多結晶Ｓｉで形
成した構造体の断面は閉殻構造であるため断面積以上に
剛性を向上することができる。 （３）前記第６の実施の形態と同様な構成を用いること
により、本実施の形態と同様の製造プロセスで角速度セ
ンサの実現が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す図であり、
（ａ）は平面模式図、（ｂ）は（ａ）のＬ−Ｌ’断面模
式図、（ｃ）は（ａ）のＭ−Ｍ’断面模式図。

【図２】図１の力学量センサを用いた差動容量回路の一
例を示す回路図。

【図３】図１の実施の形態の製造工程の一部を示す断面
模式図。

【図４】図１の実施の形態の製造工程の他の一部を示す
断面模式図。

【図５】本発明の第２の実施の形態を示す図であり、
（ａ）は平面模式図、（ｂ）は（ａ）のＮ−Ｎ’断面模
式図、（ｃ）は（ａ）のＯ−Ｏ’断面模式図。

【図６】図５の実施の形態の製造工程の一部を示す断面
模式図。

【図７】図５の実施の形態の製造工程の他の一部を示す
断面模式図。

【図８】本発明の第３の実施の形態を示す図であり、
（ａ）は平面模式図、（ｂ）は（ａ）のＰ−Ｐ’断面模
式図。

【図９】図８の実施の形態の製造工程の一部を示す断面
模式図。

【図１０】図８の実施の形態の製造工程の他の一部を示
す断面模式図。

【図１１】本発明の第４の実施の形態を示す図であり、
（ａ）は平面模式図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面模
式図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面模式図。

【図１２】図１１の実施の形態の製造工程の一部を示す
断面模式図。

【図１３】図１１の実施の形態の製造工程の他の一部を
示す断面模式図。

【図１４】本発明の第５の実施の形態を示す図であり、
（ａ）は平面模式図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ’断面模
式図、（ｃ）は（ａ）のＤ−Ｄ’断面模式図。

【図１５】図１４の実施の形態の製造工程の一部を示す
断面模式図。

【図１６】図１４の実施の形態の製造工程の他の一部を
示す断面模式図。

【図１７】本発明の第６の実施の形態を示す図であり、
（ａ）は平面模式図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ’断面模
式図。

【図１８】図１７の実施の形態の製造工程を示す断面模
式図。

【図１９】本発明の第７の実施の形態を示す図であり、
（ａ）は平面模式図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ’断面模
式図、（ｃ）は（ａ）のＧ−Ｇ’断面模式図。

【図２０】図１９の実施の形態の製造工程の一部を示す
断面模式図。

【図２１】図１９の実施の形態の製造工程の他の一部を
示す断面模式図。

【図２２】本発明の第８の実施の形態の一部を示す図で
あり、（ａ）は平面模式図、（ｂ）は（ａ）のＨ−Ｈ’
断面模式図。

【図２３】本発明の第８の実施の形態の他の一部を示す
図であり、（ａ）は図２２（ａ）のＩ−Ｉ’断面模式
図、（ｂ）は図２２（ａ）のＪ−Ｊ’断面模式図、
（ｃ）は図２２（ａ）のＫ−Ｋ’断面模式図。

【図２４】図２２、図２３の実施の形態の製造工程の一
部を示す断面模式図。

【図２５】図２２、図２３の実施の形態の製造工程の他
の一部を示す断面模式図。

【図２６】図２２、図２３の実施の形態の製造工程の他
の一部を示す断面模式図。

【図２７】図２２、図２３の実施の形態の製造工程の他
の一部を示す断面模式図。

【図２８】図２２、図２３の実施の形態の製造工程の他
の一部を示す断面模式図。

【図２９】質量の電位に対向する４つの電極による質量
の駆動およびコリオリ力の検出回路の一例を示す回路
図。

【図３０】第１の従来例の平面模式図。

【図３１】第１の従来例で発生する不具合例を示す平面
模式図。

【図３２】第２の従来例を示す図であり、（ａ）は平面
模式図、（ｂ）は（ａ）のＱ−Ｑ’断面模式図。

【符号の説明】

１…慣性質量 ２…梁部 ３、４、５…櫛歯電極 ６…検出電極 ７…振動質量 ８、９…支持部 １０…櫛歯電極 １１…酸化膜 １２…基板 １３…検出電極 １５…質量 １６…支持構造体 １７…弾性支持体 １８…固定部 １９…支持構造体 ２０…多結晶Ｓｉ膜 ２１…窒化Ｓｉ膜 ２２…金属部 ２３…金属部 ２４…窒化Ｓｉ膜 ２５…酸化Ｓｉ膜 ２６…Ｓｉ基板 ２７…固定部 ２８…弾性支持体 ２９…支持構造体 ３０…質量 ３２…支持構造体 ３３…電極 ３４…窒化Ｓｉ膜 ３５…多結晶Ｓｉ膜 ３６…窒化Ｓｉ膜 ３７…窒化Ｓｉ膜 ３８…酸化Ｓｉ膜 ３９…Ｓｉ基板 ４０…多結晶Ｓｉ配線 ４１…金属部 ４２…電極 ４４…多結晶Ｓｉ部 ４５…酸化膜 ４６…多結晶Ｓｉ部 ４７…酸化膜 ４８…質量 ４９…支持構造体 ５０…弾性支持体 ５１…固定部 ５２…支持構造体 ５３…窒化Ｓｉ膜 ５４…多結晶Ｓｉ膜 ５５…ＳＯＩ層部 ５６、５７…金属部 ５８…酸化Ｓｉ膜 ５９…ＳＯＩ層 ６０…窒化Ｓｉ膜 ６１…ベース基板 ６２…ＳＯＩ基板 ６３…窒化Ｓｉ膜 ６４…酸化膜 ６５…固定部 ６６…弾性支持体 ６７…トレンチ部 ６８…支持構造体 ６９…窒化Ｓｉ膜 ７０…窒化Ｓｉ膜 ７１…多結晶Ｓｉ膜 ７２…質量 ７３、７４…金属部 ７５…酸化Ｓｉ膜 ７６…ＳＯＩ層 ７７…窒化Ｓｉ層 ７８…ベース基板 ７９…ＳＯＩ基板 ８０…ＳＯＩ層部 ８１…トンネル部 ８２…トレンチ ８３…酸化膜 ８４…酸化膜 ８５…高濃度拡散層 ８６…マスク層 ８７…酸化膜 ８８、８９…変位制限手段 ９０…多結晶Ｓｉ部 ９１、９２…変位制限手段 ９３…多結晶Ｓｉ部 １００…貫通孔 １０１…貫通孔 １０２…シェル １０３…シェル １５９…駆動電源ＯＳ
Ｃ１ １６０…検出電源ＯＳＣ２ １６２…復調器 １６３…バッファ

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−249138（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−178665（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−114622（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−196687（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−111534（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−248872（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−43435（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−294262（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−91958（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01P 15/125 G01C 19/56 G01P 9/04 H01L 29/84

Claims (26)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】導電性物質で形成された質量と前記質量を
   基板上に支持する導電性物質で形成された弾性支持体と
   を有する振動系と、 前記基板に固定され、前記質量内に設けた貫通孔を貫通
   するように配置された、前記質量の変位を制限する変位
   制限手段と、 力学量入力に応じて前記質量に発生する力を検出軸方向
   の前記質量の変位として検出する前記質量と静電結合し
   た電極と、を備え、 かつ、前記変位制限手段は、前記質量の検出軸方向の変
   位を検出する電極を兼ねる ことを特徴とする力学量セン
   サ。
2. 【請求項２】前記導電性物質で形成された振動系、前記
   変位制限手段、前記質量の検出軸方向の変位を検出する
   電極のうち少なくとも一つは堆積した導電性物質で形成
   することを特徴とする請求項１に記載の力学量センサ。
3. 【請求項３】前記導電性物質で形成された振動系、前記
   変位制限手段、前記質量の検出軸方向の変位を検出する
   電極のうち少なくとも一つは単結晶の導電性物質で形成
   することを特徴とする請求項１に記載の力学量センサ。
4. 【請求項４】導電性物質で形成された質量と前記質量を
   基板上に支持する導電性物質で形成された弾性支持体と
   を有する振動系と、 前記基板に固定され、前記質量内に設けた貫通孔を貫通
   するように配置された、前記質量の変位を制限する変位
   制限手段と、 力学量入力に応じて前記質量に発生する力を検出軸方向
   の前記質量の変位として検出する前記質量と静電結合し
   た第１の電極と、 前記質量の変位検出軸方向とは異なる方向に前記質量を
   駆動する前記質量と静電結合した第２の電極と、を備
   え、 かつ、前記変位制限手段は、許容される入力範囲におい
   ては前記質量が前記変位制限手段を越えて変位し得ない
   程度に基板上に充分な高さを有する ことを特徴とする力
   学量センサ。
5. 【請求項５】導電性物質で形成された質量と前記質量を
   基板上に支持する導電性物質で形成された弾性支持体と
   を有する振動系と、 前記基板に固定され、前記質量内に設けた貫通孔を貫通
   するように配置された、前記質量の変位を制限する変位
   制限手段と、 力学量入力に応じて前記質量に発生する力を検出軸方向
   の前記質量の変位として検出する前記質量と静電結合し
   た第１の電極と、 前記質量の変位検出軸方向とは異なる方向に前記質量を
   駆動する前記質量と静電結合した第２の電極と、を備
   え、 かつ、前記変位制限手段は、基板固定端と反対側の端で
   前記質量の貫通孔からはみ出した部分の大きさが、前記
   貫通孔の内径より大きく、前記質量の基板法線方向の変
   位を制限する形状である ことを特徴とする力学量セン
   サ。
6. 【請求項６】前記変位制限手段は、前記質量の検出軸方
   向の変位を検出する第１の電極または前記質量を駆動す
   る第２の電極を兼ねることを特徴とする請求項４または
   請求項５に記載の力学量センサ。
7. 【請求項７】前記導電性物質で形成された振動系、前記
   変位制限手段、前記質量の検出軸方向の変位を検出する
   第１の電極、前記質量を駆動する第２の電極のうち少な
   くとも一つは堆積した導電性物質で形成することを特徴
   とする請求項４乃至請求項６の何れかに記載の力学量セ
   ンサ。
8. 【請求項８】前記導電性物質で形成された振動系、前記
   変位制限手段、前記質量の検出軸方向の変位を検出する
   第１の電極、前記質量を駆動する第２の電極のうち少な
   くとも一つは単結晶の導電性物質で形成することを特徴
   とする請求項４乃至請求項６の何れかに記載の力学量セ
   ンサ。
9. 【請求項９】前記変位制限手段は、許容される入力範囲
   においては前記質量が前記変位制限手段を越えて変位し
   得ない程度に基板上に充分な高さを有することを特徴と
   する請求項１乃至請求項３の何れかに記載の力学量セン
   サ。
10. 【請求項１０】前記変位制限手段は、基板固定端と反対
    側の端で前記質量の貫通孔からはみ出した部分の大きさ
    が、前記貫通孔の内径より大きく、前記質量の基板法線
    方向の変位を制限する形状であることを特徴とする請求
    項１乃至請求項３または請求項９の何れかに記載の力学
    量センサ。
11. 【請求項１１】前記変位制限手段を複数個有し、かつ前
    記変位制限手段は基板固定端と反対側の端で、少なくと
    も一つの隣接する別の前記変位制限手段と前記質量を囲
    むように接続され、前記質量の基板法線方向の変位を制
    限する形状であることを特徴とする請求項１乃至請求項
    ９の何れかに記載の力学量センサ。
12. 【請求項１２】導電性物質で形成された質量と弾性支持
    体とを有する振動系と、 前記基板に固定され、前記質量内に設けた貫通孔を貫通
    するように配置された、支持構造体と、 前記支持構造体により基板上に支持され、前記基板とで
    前記振動系を内包する閉空間を形成する導電性のシェル
    と、 力学量入力に応じて前記質量に発生する力を検出軸方向
    の前記質量の変位として検出する前記質量と静電結合し
    た電極と、 前記質量の変位を制限する変位制限手段と、を備え、 かつ、前記変位制限手段は、前記質量の検出軸方向の変
    位を検出する電極を兼ねる ことを特徴とする力学量セン
    サ。
13. 【請求項１３】前記シェルの支持構造体は、前記質量の
    検出軸方向の変位を検出する電極と前記質量の変位制限
    手段との両方を兼ねることを特徴とする請求項１２に記
    載の力学量センサ。
14. 【請求項１４】前記シェルは前記質量の変位制限手段を
    兼ねるか、または前記シェルは電気的に独立した複数領
    域で構成され、前記質量の検出軸方向の変位を検出する
    電極を兼ねることを特徴とする請求項１２または請求項
    １３に記載の力学量センサ。
15. 【請求項１５】前記導電性のシェル、前記シェルを支持
    する支持構造体、前記導電性物質で形成された振動系、
    前記質量の検出軸方向の変位を検出する電極、前記質量
    の変位制限手段のうち少なくとも一つは堆積した導電性
    物質で形成することを特徴とする請求項１２乃至請求項
    １４の何れかに記載の力学量センサ。
16. 【請求項１６】前記導電性のシェル、前記シェルを支持
    する支持構造体、前記導電性物質で形成された振動系、
    前記質量の検出軸方向の変位を検出する電極、前記質量
    の変位制限手段のうち少なくとも一つは単結晶の導電性
    物質で形成することを特徴とする請求項１２乃至請求項
    １４の何れかに記載の力学量センサ。
17. 【請求項１７】前記入力する力学量は加速度であること
    を特徴とする請求項１乃至請求項３または請求項１２乃
    至請求項１６の何れかに記載の力学量センサ。
18. 【請求項１８】導電性物質で形成された質量と弾性支持
    体とを有する振動系と、 前記基板に固定され、前記質量内に設けた貫通孔を貫通
    するように配置された、支持構造体と、 前記支持構造体により基板上に支持され、前記基板とで
    前記振動系を内包する閉空間を形成する導電性のシェル
    と、 力学量入力に応じて前記質量に発生する力を検出軸方向
    の前記質量の変位として検出する前記質量と静電結合し
    た第１の電極と、 前記質量の変位検出軸方向とは異なる方向に前記質量を
    駆動する前記質量と静電結合した第２の電極と、 前記質量の変位を制限する手段と、を備えたことを特徴
    とする力学量センサ。
19. 【請求項１９】前記閉空間が真空に維持されていること
    を特徴とする請求項１８に記載の力学量センサ。
20. 【請求項２０】前記シェルの支持構造体は、前記質量の
    検出軸方向の変位を検出する第１の電極または前記質量
    を駆動する第２の電極と、前記質量の変位制限手段との
    少なくとも一方を兼ねることを特徴とする請求項１８ま
    たは請求項１９に記載の力学量センサ。
21. 【請求項２１】前記シェルは前記質量の変位制限手段を
    兼ねるか、または前記シェルは電気的に独立した複数領
    域で構成され、前記質量の検出軸方向の変位を検出する
    第１の電極もしくは前記質量を駆動する第２の電極を兼
    ねることを特徴とする請求項１８乃至請求項２０の何れ
    かに記載の力学量センサ。
22. 【請求項２２】前記導電性のシェル、前記シェルを支持
    する支持構造体、前記導電性物質で形成された振動系、
    前記質量の検出軸方向の変位を検出する第１の電極、前
    記質量を駆動する第２の電極、前記質量の変位制限手段
    のうち少なくとも一つは堆積した導電性物質で形成する
    ことを特徴とする請求項１８乃至請求項２１の何れかに
    記載の力学量センサ。
23. 【請求項２３】前記導電性のシェル、前記シェルを支持
    する支持構造体、前記導電性物質で形成された振動系、
    前記質量の検出軸方向の変位を検出する第１の電極、前
    記質量を駆動する第２の電極、前記質量の変位制限手段
    のうち少なくとも一つは単結晶の導電性物質で形成する
    ことを特徴とする請求項１８乃至請求項２１の何れかに
    記載の力学量センサ。
24. 【請求項２４】前記入力する力学量は角速度であること
    を特徴とする請求項４乃至請求項１１または請求項１８
    乃至請求項２３の何れかに記載の力学量センサ。
25. 【請求項２５】前記導電性物質で形成された振動系は、
    基板上に設けた溝部内に堆積した導電性物質で形成する
    ことを特徴とする請求項２、請求項７、請求項１５また
    は請求項２２の何れかに記載の力学量センサ。
26. 【請求項２６】請求項１２乃至請求項２５に記載の力学
    量センサと周辺の信号処理回路を半導体チップに集積
    し、それを樹脂モールドしたことを特徴とする集積回
    路。