JP6262629B2 - 慣性センサ - Google Patents

Description

本発明は、慣性センサに関し、例えば、微小な振動加速度を検出する加速度センサに適用して有効な技術に関する。

特開２０１３−０７６６１０号公報（特許文献１）には、逆位相の正弦信号を一対の容量素子に印加することにより、加速度に対して静電容量が増減するＣ／Ｖ変換回路を備える加速度センサに関する技術が記載されている。

特開２０１４−１０２１７２号公報（特許文献２）には、全差動オペアンプ（完全差動オペアンプ）を利用したＣ／Ｖ変換回路を備える加速度センサに関する技術が記載されている。具体的には、全差動オペアンプの反転入力に逆位相の電圧信号を印加した一対の容量素子からの出力信号を入力し、かつ、全差動オペアンプの非反転入力に上述した一対の容量素子と同容量の一対の固定容量素子からの出力信号を入力するとしている。

特開２０１３−０７６６１０号公報 特開２０１４−１０２１７２号公報

反射法地震探査は、地表で衝撃波または連続波を発生させることにより、地下の反射面（音響インピーダンスの変化する境界面）から反射して地上に戻ってくる反射波を、地表に展開した受振器で測定し、解析して地下反射面の深度分布や地下構造を探査する方法である。例えば、この反射法地震探査は、石油や天然ガスの主な探査方法として広く利用されている。特に、次世代の反射法地震探査用センサとして、重力加速度よりも遥かに微小な振動加速度を検知する加速度センサが注目されている。このような加速度センサを実用化するために、低ノイズで非常に高感度な加速度センサの開発が望まれている。

本発明の目的は、低ノイズで高感度な慣性センサを提供することにある。

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

一実施の形態における慣性センサは、所定方向に変位可能な質量体を備える慣性センサであって、質量体は、導体を含む第１可動部、第１可動部とは電気的に分離され、導体を含む第２可動部、第１可動部と第２可動部とを機械的に接続する機械的接合部、を有する。そして、慣性センサは、第１可動部と対向配置された第１固定電極、第１可動部と対向配置された第２固定電極、第２可動部と対向配置された第３固定電極、第２可動部と対向配置された第４固定電極、を有する。このとき、第１可動部と第１固定電極とによって第１容量が形成され、第１可動部と第２固定電極とによって第２容量が形成され、第２可動部と第３固定電極とによって第３容量が形成され、第２可動部と第４固定電極とによって第４容量が形成される。ここで、質量体が所定方向に変位した場合、第１容量と第２容量のうち、一方の容量は増加するのに対し、他方の容量は減少し、第３容量と第４容量のうち、一方の容量は増加するのに対し、他方の容量は減少する。

一実施の形態によれば、低ノイズで高感度な慣性センサを提供することができる。

関連技術における加速度センサのセンサ部とＣＶ変換部との構成例を示す模式的な回路図である。 実施の形態１における加速度センサの模式的な回路構成を示す図である。 図２に示す回路構成の変形例を示す図である。 実施の形態１における加速度センサのセンサエレメントのデバイス構造を示す断面図である。 実施の形態１におけるセンサエレメントの変形例を示す断面図である。 （ａ）は、実施の形態２におけるセンサエレメントのデバイス構造を示す平面図であり、（ｂ）は、図６（ａ）のＡ−Ａ線での断面図であり、（ｃ）は、図６（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図である。 （ａ）は、変形例におけるセンサエレメントのデバイス構造を示す平面図であり、（ｂ）は、図７（ａ）のＡ−Ａ線で切断した断面図であり、（ｃ）は、図７（ａ）のＢ−Ｂ線で切断した断面図である。 （ａ）は、実施の形態３におけるセンサエレメントのデバイス構造を示す平面図であり、（ｂ）は、図８（ａ）のＡ−Ａ線での断面図であり、（ｃ）は、図８（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図である。 （ａ）は、実施の形態４におけるセンサエレメントのデバイス構造を示す平面図であり、（ｂ）は、図９（ａ）のＡ−Ａ線での断面図であり、（ｃ）は、図９（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図である。 （ａ）は、変形例１におけるセンサエレメントのデバイス構造を示す平面図であり、（ｂ）は、図１０（ａ）のＡ−Ａ線での断面図であり、（ｃ）は、図１０（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図である。 （ａ）は、変形例２におけるセンサエレメントのデバイス構造を示す平面図であり、（ｂ）は、図１１（ａ）のＡ−Ａ線での断面図であり、（ｃ）は、図１１（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図である。 （ａ）は、変形例３におけるセンサエレメントのデバイス構造を示す平面図であり、（ｂ）は、図１２（ａ）のＡ−Ａ線での断面図であり、（ｃ）は、図１２（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図である。

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。

また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。

また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。

（実施の形態１）
＜改善の余地＞
特許文献１に記載された技術では、加速度に対して、静電容量が増減する一対の可変容量素子を使用し、各可変容量素子に逆位相の正弦信号（入力信号）を印加している。これにより、特許文献１に記載された技術では、加速度が印加された際に生じる容量変化に基づいて、この容量変化をＣＶ変換部で電圧信号に変換して最終的に加速度に対応する検出信号を得ている。ところが、この特許文献１に記載された技術では、入力信号に外部ノイズが含まれている場合、この外部ノイズが検出信号に悪影響を及ぼすおそれがある。

そこで、例えば、外部ノイズによる悪影響を抑制する技術として、以下に示す特許文献２で示される関連技術がある。以下に、この関連技術について説明する。

図１は、例えば、特許文献２に示される関連技術における加速度センサのセンサ部とＣＶ変換部との構成例を示す模式的な回路図である。図１において、関連技術における加速度センサは、入力端子ＩＮ１と入力端子ＩＮ２とを有している。そして、入力端子ＩＮ１と入力端子ＩＮ２との間には、可変容量素子ＶＣＡＰ１と可変容量素子ＶＣＡＰ２とが直列接続されている。同様に、入力端子ＩＮ１と入力端子ＩＮ２との間には、固定容量素子ＦＣＡＰ１と固定容量素子ＦＣＡＰ２とが直列接続されている。

このとき、可変容量素子ＶＣＡＰ１および可変容量素子ＶＣＡＰ２は、外部から印加される加速度によって、静電容量が変化するように構成されており、ＭＥＭＳ（Micro Electrical Mechanical Systems）構造体で形成されたＭＥＭＳ容量である。一方、固定容量素子ＦＣＡＰ１および固定容量素子ＦＣＡＰ２は、例えば、ＣＭＯＳプロセスで形成された集積回路の一部として、半導体チップに形成されている。

そして、可変容量素子ＶＣＡＰ１と可変容量素子ＶＣＡＰ２との間の中間ノードＡは、ＣＶ変換部を構成する完全差動オペアンプ（全差動オペアンプ）ＦＤＡＭＰの反転入力端子と接続されている。一方、固定容量素子ＦＣＡＰ１と固定容量素子ＦＣＡＰ２との間の中間ノードＢは、完全差動オペアンプＦＤＡＭＰの非反転入力端子と接続されている。

図１に示すように、完全差動オペアンプＦＤＡＭＰの反転入力端子と非反転出力端子との間には、帰還容量素子Ｃｆ１とスイッチＳＷ１とが並列接続されている。一方、図１に示すように、完全差動オペアンプＦＤＡＭＰの非反転入力端子と反転出力端子との間には、帰還容量素子Ｃｆ２とスイッチＳＷ２とが並列接続されている。

このように構成されている関連技術では、例えば、図１に示すように、入力端子ＩＮ１と入力端子ＩＮ２とに互いに逆位相の入力電圧が印加される。ここで、例えば、入力端子ＩＮ１に入力される入力電圧に外部ノイズ（Ｖｚ）が加わる場合を考える。可変容量素子ＶＣＡＰ１の静電容量と固定容量素子ＦＣＡＰ１の静電容量とが同じ「Ｃ」である場合、図１に示すＭＥＭＳ容量の可変容量素子ＶＣＡＰ１に外部ノイズに起因する電荷（ＣＶｚ）が加わる一方、関連技術の構成では、図１に示す固定容量素子ＦＣＡＰ１にも外部ノイズに起因する電荷（ＣＶｚ）が加わる。このとき、関連技術では、可変容量素子ＶＣＡＰ１に加わる外部ノイズに起因する電荷（ＣＶｚ）と固定容量素子ＦＣＡＰ１に加わる外部ノイズに起因する電荷（ＣＶｚ）とがキャンセルされ、完全差動オペアンプＦＤＡＭＰの反転出力端子からの出力信号と非反転出力端子からの出力信号のいずれにも、外部ノイズの主要項である「ＣＶｚ」項が含まれなくなる。したがって、関連技術の構成によれば、外部ノイズに影響の受けにくい加速度センサを提供することができると考えられる。

ところが、例えば、可変容量素子ＶＣＡＰ１および可変容量素子ＶＣＡＰ２は、ＭＥＭＳ構造体に形成される一方、固定容量素子ＦＣＡＰ１および固定容量素子ＦＣＡＰ２は、集積回路が形成された半導体チップに形成される。ここで、ＭＥＭＳ構造体の加工精度と半導体チップに形成される集積回路の加工精度が大幅に異なる。このことから、設計上では、例えば、可変容量素子ＶＣＡＰ１の静電容量と固定容量素子ＦＣＡＰ１の静電容量とを同じ静電容量「Ｃ」に設計しても、実際の製品では、加工精度の相違（ばらつき）から、可変容量素子ＶＣＡＰ１の静電容量と固定容量素子ＦＣＡＰ１の静電容量とが相違する可能性が大きくなる。例えば、可変容量素子ＶＣＡＰ１の静電容量が「Ｃ１」であり、固定容量素子ＦＣＡＰ１の静電容量が「Ｃ２」であるとして、上述したように、入力端子ＩＮ１に入力される入力電圧に外部ノイズ（Ｖｚ）が加わる場合を考える。

この場合、図１に示すＭＥＭＳ容量の可変容量素子ＶＣＡＰ１には、外部ノイズに起因する電荷（Ｃ１Ｖｚ）が加わる一方、図１に示す固定容量素子ＦＣＡＰ１には、外部ノイズに起因する電荷（Ｃ２Ｖｚ）が加わる。したがって、関連技術では、加工精度の相違によって、可変容量素子ＶＣＡＰ１の静電容量と固定容量素子ＦＣＡＰ１の静電容量とが相違する場合、可変容量素子ＶＣＡＰ１に加わる外部ノイズに起因する電荷（Ｃ１Ｖｚ）と固定容量素子ＦＣＡＰ１に加わる外部ノイズに起因する電荷（Ｃ２Ｖｚ）とが完全にキャンセルされないことになる。このことは、関連技術において、完全差動オペアンプＦＤＡＭＰからの出力信号に外部ノイズの悪影響が及ぶことを意味する。したがって、関連技術では、加工ばらつきの相違を考慮すると、外部ノイズの影響を抑制する観点から改善の余地が存在することがわかる。

そこで、本実施の形態１では、上述した関連技術に存在する改善の余地に対する工夫を施している。以下では、この工夫を施した本実施の形態１における技術的思想について、図面を参照しながら説明する。

＜実施の形態１における加速度センサの回路構成＞
図２は、本実施の形態１における加速度センサの模式的な回路構成を示す図である。図２に示すように、本実施の形態１における加速度センサは、入力端子ＩＮ１と入力端子ＩＮ２とを有する。そして、入力端子ＩＮ１と入力端子ＩＮ２との間には、可変容量素子ＶＣＡＰ１と可変容量素子ＶＣＡＰ２とが直列接続されている。同様に、入力端子ＩＮ１と入力端子ＩＮ２との間には、可変容量素子ＶＣＡＰ４と可変容量素子ＶＣＡＰ３とが直列接続されている。

このとき、可変容量素子ＶＣＡＰ１および可変容量素子ＶＣＡＰ２は、外部から印加される加速度によって、静電容量が変化するように構成されており、ＭＥＭＳ（Micro Electrical Mechanical Systems）構造体で形成されたＭＥＭＳ容量１である。同様に、可変容量素子ＶＣＡＰ３および可変容量素子ＶＣＡＰ４は、外部から印加される加速度によって、静電容量が変化するように構成されており、ＭＥＭＳ構造体で形成されたＭＥＭＳ容量２である。

ここで、本実施の形態１における加速度センサに特定方向の加速度が印加された場合、例えば、ＭＥＭＳ容量１においては、入力端子ＩＮ１に接続された可変容量素子ＶＣＡＰ１の静電容量が増加すると、入力端子ＩＮ２に接続された可変容量素子ＶＣＡＰ２の静電容量が減少するように構成されている。一方、この場合、ＭＥＭＳ容量２においては、入力端子ＩＮ１に接続された可変容量素子ＶＣＡＰ４の静電容量が減少し、入力端子ＩＮ２に接続された可変容量素子ＶＣＡＰ３の静電容量が増加するように構成されている。

すなわち、ＭＥＭＳ容量１に着目すると、可変容量素子ＶＣＡＰ１の静電容量の変化と、可変容量素子ＶＣＡＰ２の静電容量の変化が逆特性となっている。同様に、ＭＥＭＳ容量２に着目しても、可変容量素子ＶＣＡＰ３の静電容量の変化と、可変容量素子ＶＣＡＰ４の静電容量の変化が逆特性となっている。また、ＭＥＭＳ容量１とＭＥＭＳ容量２との間の関係に着目すると、ＭＥＭＳ容量１において入力端子ＩＮ１に接続されている可変容量素子ＶＣＡＰ１の静電容量の変化と、ＭＥＭＳ容量２において入力端子ＩＮ１に接続されている可変容量素子ＶＣＡＰ４の静電容量の変化とが逆特性となっている。同様に、ＭＥＭＳ容量１において入力端子ＩＮ２に接続されている可変容量素子ＶＣＡＰ２の静電容量の変化と、ＭＥＭＳ容量２において入力端子ＩＮ２に接続されている可変容量素子ＶＣＡＰ３の静電容量の変化とが逆特性となっている。

次に、図２に示すように、ＭＥＭＳ容量１を構成する可変容量素子ＶＣＡＰ１と可変容量素子ＶＣＡＰ２との間の中間ノードＡは、ＣＶ変換部１０と接続され、かつ、ＭＥＭＳ容量２を構成する可変容量素子ＶＣＡＰ３と可変容量素子ＶＣＡＰ４との間の中間ノードＢも、ＣＶ変換部１０と接続されている。

具体的に、ＭＥＭＳ容量１の中間ノードＡは、例えば、シングルエンドオペアンプから構成されるチャージアンプＣＡＭＰ１の反転入力端子と接続されている。そして、チャージアンプＣＡＭＰ１の非反転入力端子には、固定電位ＶＢ（０Ｖ）が印加される。さらに、チャージアンプＣＡＭＰ１の反転入力端子と出力端子との間には、帰還容量素子Ｃｆ１と高抵抗ＨＲとが並列接続されている。

一方、ＭＥＭＳ容量２の中間ノードＢは、例えば、シングルエンドオペアンプから構成されるチャージアンプＣＡＭＰ２の反転入力端子と接続されている。そして、チャージアンプＣＡＭＰ２の非反転入力端子には、固定電位ＶＢ（０Ｖ）が印加される。さらに、チャージアンプＣＡＭＰ２の反転入力端子と出力端子との間には、帰還容量素子Ｃｆ１と高抵抗ＨＲとが並列接続されている。

続いて、図２に示すように、ＣＶ変換部１０の後段（出力）には、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部１１が接続されており、このＡＤ変換部１１の後段（出力）には、差動検出部１２が接続されている。さらに、差動検出部１２の後段（出力）には、同期検波部１３が接続されており、この同期検波部１３の後段（出力）には、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）１４が接続されている。そして、ＬＰＦ１４は、出力端子ＯＵＴと接続されている。

＜実施の形態１における加速度センサの動作＞
本実施の形態１における加速度センサは、上記のように構成されており、以下に、その動作について、図２を参照しながら説明する。

まず、図２に示すように、入力端子ＩＮ１と入力端子ＩＮ２に、それぞれ１８０°位相の異なる逆位相の変調信号が印加される。例えば、原理的には、変調信号を印加しなくても加速度に起因する可変容量素子での容量変化を検出することにより、加速度を検出することは可能である。ただし、加速度に対応した可変容量素子での容量変化に基づく検出信号は、低周波信号であるため、１／ｆノイズの影響を受けやすくなる。すなわち、加速度に対応した可変容量素子での容量変化に基づく検出信号をそのまま使用する構成では、１／ｆノイズが大きくなる結果、Ｓ／Ｎ比が劣化して、加速度センサの検出感度が低下することになる。そこで、本実施の形態１では、変調信号を使用している。この場合、加速度に対応した可変容量素子での容量変化に基づく検出信号が変調信号で変調されて高周波信号となるため、１／ｆノイズを受けにくくなるのである。つまり、高周波信号では、低周波信号よりも１／ｆノイズが小さくなることから、Ｓ／Ｎ比を向上できる結果、加速度センサの検出感度を向上することができるのである。このような理由から、本実施の形態１では、入力端子ＩＮ１と入力端子ＩＮ２とに変調信号を印加している。

続いて、入力端子ＩＮ１と入力端子ＩＮ２とに互いに逆位相の変調信号を印加する理由について説明する。図２において、ＭＥＭＳ容量１に着目し、可変容量素子ＶＣＡＰ１と可変容量素子ＶＣＡＰ２の静電容量を「Ｃ」とする。そして、加速度が印加された場合、可変容量素子ＶＣＡＰ１の静電容量が「Ｃ＋ΔＣ」に増加する一方、可変容量素子ＶＣＡＰ２の静電容量が「Ｃ−ΔＣ」に減少するとする。この場合、入力端子ＩＮ１と入力端子ＩＮ２とに互いに逆位相の変調信号が印加されている場合、可変容量素子ＶＣＡＰ１には、Ｑ１＝（Ｃ＋ΔＣ）Ｖの電荷が蓄積される一方、可変容量素子ＶＣＡＰ２には、Ｑ２＝−（Ｃ−ΔＣ）Ｖの電荷が蓄積される。したがって、ＭＥＭＳ容量１での電荷移動量は、（Ｃ＋ΔＣ）Ｖ−（Ｃ−ΔＣ）Ｖ＝２ΔＣＶとなる。つまり、入力端子ＩＮ１と入力端子ＩＮ２とに互いに逆位相の変調信号が印加されている場合には、可変容量素子ＶＣＡＰ１の静電容量「Ｃ」と可変容量素子ＶＣＡＰ２の静電容量を「Ｃ」とがキャンセルされて、電荷移動量には、加速度に起因する容量変化（ΔＣ）の成分だけ含まれることになる。この結果、電荷移動量において、加速度に起因する容量変化（ΔＣ）とは無関係な静電容量「Ｃ」がキャンセルされる結果、容量変化（ΔＣ）に対応する電荷移動量が取り出されるため、加速度センサの検出感度を向上することができるのである。このような理由から、本実施の形態１では、入力端子ＩＮ１と入力端子ＩＮ２とに互いに逆位相の変調信号を印加するように構成している。

以上のことを前提として、本実施の形態１における加速度センサの動作について説明する。図２において、入力端子ＩＮ１と入力端子ＩＮ２に、それぞれ１８０°位相の異なる逆位相の変調信号を印加する。ここで、加速度が加わることにより、ＭＥＭＳ容量１の可変容量素子ＶＣＡＰ１の静電容量が「Ｃ＋ΔＣ」に増加する一方、ＭＥＭＳ容量２の可変容量素子ＶＣＡＰ２の静電容量が「Ｃ−ΔＣ」に減少するとする。この場合、ＭＥＭＳ容量２の可変容量素子ＶＣＡＰ４の静電容量が「Ｃ−ΔＣ」に減少する一方、ＭＥＭＳ容量２の可変容量素子ＶＣＡＰ３の静電容量が「Ｃ＋ΔＣ」に増加する。

この結果、まず、ＭＥＭＳ容量１での電荷移動量は、（Ｃ＋ΔＣ）Ｖ−（Ｃ−ΔＣ）Ｖ＝２ΔＣＶとなり、帰還容量素子Ｃｆ１の静電容量を「Ｃｆ」とすると、ＣＶ変換部１０から「２ΔＣＶ／Ｃｆ」で示される第１アナログ電圧信号が出力される。

同様に、ＭＥＭＳ容量２での電荷移動量は、（Ｃ−ΔＣ）Ｖ−（Ｃ＋ΔＣ）Ｖ＝−２ΔＣＶとなり、帰還容量素子Ｃｆ１の静電容量を「Ｃｆ」とすると、ＣＶ変換部１０から「−２ΔＣＶ／Ｃｆ」で示される第２アナログ電圧信号が出力される。

そして、第１アナログ電圧信号は、ＡＤ変換部１１で第１デジタル電圧信号に変換され、第２アナログ電圧信号は、ＡＤ変換部１１で第２デジタル電圧信号に変換される。その後、差動検出部１２で第１デジタル電圧信号と第２デジタル電圧信号の差分が演算され、同期検波部１３で復調信号が抽出される。続いて、同期検波部１３で復調された復調信号は、ＬＰＦ（低周波数帯域通過フィルタ）１４を通過することにより、最終的に、加速度に対応した加速度信号（検出信号）が出力端子ＯＵＴから出力されることになる。

以上のようにして、本実施の形態１における加速度センサによれば、特定方向の加速度を検出することができる。

＜変形例＞
図３は、図２に示す回路構成の変形例を示す図である。図３では、ＣＶ変換部１０の構成要素として、完全差動オペアンプＦＤＡＭＰを使用している。つまり、図２に示す回路構成では、シングルエンドオペアンプから構成されるチャージアンプＣＡＭＰ１およびチャージアンプＣＡＭＰ２からＣＶ変換部１０を構成している。これに対し、図３に示す回路構成では、１つの完全差動オペアンプＦＤＡＭＰからＣＶ変換部１０を構成している。このように本実施の形態１における加速度センサでは、図２に示す回路構成からＣＶ変換部１０を構成することもできるし、これに限らず、図３に示す回路構成からＣＶ変換部１０を構成することもできる。

＜実施の形態１における特徴＞
続いて、本実施の形態１における特徴点について説明する。図２において、本実施の形態１における第１特徴点は、入力端子ＩＮ１と入力端子ＩＮ２との間に、可変容量素子ＶＣＡＰ１と可変容量素子ＶＣＡＰ２とからなるＭＥＭＳ容量１を設けるとともに、可変容量素子ＶＣＡＰ３と可変容量素子ＶＣＡＰ４とからなるＭＥＭＳ容量２を設ける点にある。つまり、本実施の形態１における加速度センサでは、加速度に起因して静電容量が変化するＭＥＭＳ構造体から構成される２組のＭＥＭＳ容量（ＭＥＭＳ容量１とＭＥＭＳ容量２）を設けている点に特徴点がある。これにより、２組のＭＥＭＳ容量が、ともにＭＥＭＳ構造体から構成されるため、いずれのＭＥＭＳ容量もＭＥＭＳ構造体の加工精度で形成することができるため、２組のＭＥＭＳ容量間の製造ばらつきを小さくすることができる。この結果、本実施の形態１における加速度センサによれば、外部ノイズによる悪影響を低減することができる効果が得られる。

以下に、この点について説明する。例えば、上述した関連技術においては、図１に示すように、入力端子ＩＮ１と入力端子ＩＮ２との間に、ＭＥＭＳ容量と固定容量とが形成されている。この場合、ＭＥＭＳ容量は、ＭＥＭＳ構造体から構成されており、ＭＥＭＳ構造体の加工精度で形成される一方、固定容量は、集積回路が形成された半導体チップに形成されており、ＣＭＯＳプロセスの加工精度で形成される。この点に関し、ＭＥＭＳ構造体の加工精度とＣＭＯＳプロセスの加工精度とは大幅に異なるため、関連技術においては、ＭＥＭＳ容量と固定容量の製造ばらつき（加工精度）が大きく異なることになる。

このことから、関連技術では、ＭＥＭＳ容量と固定容量との加工精度の相違によって、例えば、図１に示す可変容量素子ＶＣＡＰ１の静電容量と固定容量素子ＦＣＡＰ１の静電容量とが相違することになる。具体的に、可変容量素子ＶＣＡＰ１の静電容量が「Ｃ１」となり、固定容量素子ＦＣＡＰ１の静電容量が「Ｃ２」になるとする。この状況下において、例えば、入力端子ＩＮ１に入力される変調信号に外部ノイズ（Ｖｚ）が加わると、可変容量素子ＶＣＡＰ１に外部ノイズに起因した電荷（Ｃ１Ｖｚ）が加わる一方、固定容量素子ＦＣＡＰ１に外部ノイズに起因した電荷（Ｃ２Ｖｚ）が加わる。このとき、「Ｃ１」と「Ｃ２」とは異なることから、可変容量素子ＶＣＡＰ１に加わる電荷（Ｃ１Ｖｚ）と、固定容量素子ＦＣＡＰ１に加わる電荷（Ｃ２Ｖｚ）とは相違することになる。すなわち、関連技術においては、ＭＥＭＳ容量と固定容量との製造方法が相違することによって、ＭＥＭＳ容量と固定容量の製造ばらつき（加工精度）が大きくなる結果、固定容量を設けたとしても、可変容量素子ＶＣＡＰ１に加わる外部ノイズに起因する電荷（Ｃ１Ｖｚ）と固定容量素子ＦＣＡＰ１に加わる外部ノイズに起因する電荷（Ｃ２Ｖｚ）とが完全にキャンセルされないことになる。このことは、関連技術においては、ＣＶ変換部１０からの出力信号に外部ノイズの悪影響が及ぶことを意味する。したがって、関連技術では、加工ばらつきの相違（加工精度の相違）を考慮すると、外部ノイズの影響を充分に排除することができないことになる。そして、外部ノイズの影響が大きくなると、シグナル（信号）に対するノイズの大きさが大きくなることになる。このことは、関連技術においては、Ｓ／Ｎ比が劣化することを意味し、これによって、加速度の検出感度が低下することになる。

これに対し、本実施の形態１における加速度センサでは、関連技術のように、入力端子ＩＮ１と入力端子ＩＮ２との間に、ＭＥＭＳ容量と固定容量とを設けるのではなく、ＭＥＭＳ構造体から構成される２組のＭＥＭＳ容量（ＭＥＭＳ容量１とＭＥＭＳ容量２）を設けている。これにより、本実施の形態１における加速度センサにおいては、２組のＭＥＭＳ容量が、ともにＭＥＭＳ構造体から構成されるため、いずれのＭＥＭＳ容量もＭＥＭＳ構造体の加工精度で形成することができるため、２組のＭＥＭＳ容量間の製造ばらつきを小さくすることができる。すなわち、本実施の形態１によれば、関連技術のように、大幅に加工精度の異なる技術で形成されたＭＥＭＳ容量と固定容量とを採用するのではなく、互いに同一加工精度の技術で形成された２組のＭＥＭＳ容量（ＭＥＭＳ容量１とＭＥＭＳ容量２）を採用しているため、２組のＭＥＭＳ容量（ＭＥＭＳ容量１とＭＥＭＳ容量２）間における製造ばらつきの相違を小さくすることができるのである。

そして、たとえ、ＭＥＭＳ容量に製造ばらつきが生じても、同一加工精度の技術を使用していることから、２組のＭＥＭＳ容量において、静電容量も同程度にずれると考えることができる。この場合、外部ノイズの影響は小さくなる。具体的には、同一の加工精度の技術を使用していることから、たとえ、静電容量の設計値からのずれが生じても、同程度のずれが生じると考えられる。つまり、例えば、可変容量素子ＶＣＡＰ１の静電容量が設計値「Ｃ」から「Ｃ１」となる場合には、可変容量素子ＶＣＡＰ４の静電容量も設計値「Ｃ」から同じ「Ｃ１」となると想定される。この状況下において、入力端子ＩＮ１に入力される変調信号に外部ノイズ（Ｖｚ）が加わると、可変容量素子ＶＣＡＰ１に外部ノイズに起因した電荷（Ｃ１Ｖｚ）が加わる一方、可変容量素子ＶＣＡＰ４にも外部ノイズに起因した電荷（Ｃ１Ｖｚ）が加わる。このとき、可変容量素子ＶＣＡＰ１の静電容量「Ｃ１」と可変容量素子ＶＣＡＰ４の静電容量「Ｃ１」とが等しいことから、可変容量素子ＶＣＡＰ１に加わる電荷（Ｃ１Ｖｚ）と、可変容量素子ＶＣＡＰ４に加わる電荷（Ｃ１Ｖｚ）とが等しくなる。すなわち、本実施の形態１においては、２組のＭＥＭＳ容量（ＭＥＭＳ容量１とＭＥＭＳ容量２）の加工に同一加工精度の製造技術を使用することによって、２組のＭＥＭＳ容量間の製造ばらつき（加工精度）が小さくなる。この結果、本実施の形態１における加速度センサによれば、静電容量値が設計値からずれる状況下において、外部ノイズ（Ｖｚ）が加わったとしても、可変容量素子ＶＣＡＰ１に加わる外部ノイズに起因する電荷（Ｃ１Ｖｚ）に基づく出力信号成分と可変容量素子ＶＣＡＰ４に加わる外部ノイズに起因する電荷（Ｃ１Ｖｚ）に基づく出力信号成分とがキャンセルされることになる。このことは、本実施の形態１においては、外部ノイズの影響を低減できることを意味する。

したがって、本実施の形態１における加速度センサは、加工ばらつきが存在しても、外部ノイズの影響を充分に排除することができる。言い換えれば、本実施の形態１によれば、外部ノイズに対する耐性の高い優れた加速度センサを提供することができるということができる。そして、外部ノイズの影響が小さくなるということは、シグナル（信号）に対するノイズの大きさが小さくなることを意味し、これによって、本実施の形態１によれば、Ｓ／Ｎ比が高い高感度の加速度センサを実現することができる。

次に、本実施の形態１における第２特徴点は、図２に示すように、２組のＭＥＭＳ容量（ＭＥＭＳ容量１とＭＥＭＳ容量２）を設けることにより、ＣＶ変換部１０から出力される信号（シグナル）が大きくなる点にある。

例えば、図２においては、入力端子ＩＮ１と入力端子ＩＮ２との間に、ＭＥＭＳ容量１と、ＭＥＭＳ容量２の替わりに固定容量（図１参照）とが設けられている場合を考える。この場合、加速度が印加されると、まず、ＭＥＭＳ容量１の静電容量が変化する。具体的には、例えば、可変容量素子ＶＣＡＰ１の静電容量が「Ｃ＋ΔＣ」となり、可変容量素子ＶＣＡＰ２の静電容量が「Ｃ−ΔＣ」となる。この結果、ＭＥＭＳ容量１全体で、（Ｃ＋ΔＣ）Ｖ−（Ｃ−ΔＣ）Ｖ＝２ΔＣＶの電荷移動量が発生し、これによって、ＣＶ変換部１０からは、帰還容量素子の静電容量を「Ｃｆ」とすると、２ΔＣＶ／Ｃｆの第１出力信号（第１電圧信号）が出力されることになる。一方、加速度が印加されても、固定容量の静電容量は変化しない。この結果、固定容量の電荷移動量が「０」であり、これによって、ＣＶ変換部１０からは、帰還容量素子の静電容量を「Ｃｆ」とすると、「０」の第２出力信号（第２電圧信号）が出力されることになる。このことから、ＭＥＭＳ容量２の替わりに固定容量を使用した場合には、第１出力信号−第２出力信号＝２ΔＣＶ／Ｃｆとなる。

これに対し、本実施の形態１では、図２に示すように、入力端子ＩＮ１と入力端子ＩＮ２との間に、ＭＥＭＳ容量１とＭＥＭＳ容量２とが設けられている。この場合、加速度が印加されると、まず、ＭＥＭＳ容量１の静電容量が変化する。具体的には、例えば、可変容量素子ＶＣＡＰ１の静電容量が「Ｃ＋ΔＣ」となり、可変容量素子ＶＣＡＰ２の静電容量が「Ｃ−ΔＣ」となる。この結果、ＭＥＭＳ容量１全体で、（Ｃ＋ΔＣ）Ｖ−（Ｃ−ΔＣ）Ｖ＝２ΔＣＶの電荷移動量が発生し、これによって、ＣＶ変換部１０からは、帰還容量素子の静電容量を「Ｃｆ」とすると、２ΔＣＶ／Ｃｆの第１出力信号（第１電圧信号）が出力されることになる。同様に、ＭＥＭＳ容量２の静電容量も変化する。具体的には、例えば、可変容量素子ＶＣＡＰ４の静電容量が「Ｃ−ΔＣ」となり、可変容量素子ＶＣＡＰ３の静電容量が「Ｃ＋ΔＣ」となる。この結果、ＭＥＭＳ容量２全体で、（Ｃ−ΔＣ）Ｖ−（Ｃ＋ΔＣ）Ｖ＝−２ΔＣＶの電荷移動量が発生し、これによって、ＣＶ変換部１０からは、帰還容量素子の静電容量を「Ｃｆ」とすると、−２ΔＣＶ／Ｃｆの第２出力信号（第２電圧信号）が出力されることになる。このことから、本実施の形態１のように、２組のＭＥＭＳ容量（ＭＥＭＳ容量１とＭＥＭＳ容量２）を設ける場合、第１出力信号−第２出力信号＝４ΔＣＶ／Ｃｆとなる。

したがって、本実施の形態１における加速度センサによれば、ＭＥＭＳ容量２の替わりに固定容量を設ける場合に比べて、ＣＶ変換部１０から出力される信号（第１出力信号−第２出力信号）の大きさが大きくなる。このことは、本実施の形態１によれば、加速度に起因する出力信号（シグナル）が大きくなることを意味し、これによって、Ｓ／Ｎ比を高くすることができる。

以上のことから、本実施の形態１における加速度センサによれば、上述した第１特徴点によって、外部ノイズを小さくできる点と、上述した第２特徴点によって、シグナル（信号）の大きさを大きくできる点との相乗効果によって、Ｓ／Ｎ比を向上することができる。この結果、本実施の形態１によれば、Ｓ／Ｎ比が高い高感度の加速度センサを実現することができることになる。

本実施の形態１においては、２組のＭＥＭＳ容量（ＭＥＭＳ容量１とＭＥＭＳ容量２）の加工に同一加工精度の製造技術を使用することによって、２組のＭＥＭＳ容量間の製造ばらつき（加工精度）を小さくしている。さらに、本実施の形態１では、２組のＭＥＭＳ容量（ＭＥＭＳ容量１とＭＥＭＳ容量２）の加工ばらつきを低減するために、ＭＥＭＳ容量１とＭＥＭＳ容量２とが形成されるＭＥＭＳ構造体（センサエレメント）のデバイス構造に対する工夫を施している。以下では、まず、２組のＭＥＭＳ容量（ＭＥＭＳ容量１とＭＥＭＳ容量２）が形成されたセンサエレメントのデバイス構造について説明し、その後、本実施の形態１におけるセンサエレメントのデバイス構造の特徴点について説明する。

＜実施の形態１におけるセンサエレメントのデバイス構造＞
図４は、本実施の形態１における加速度センサのセンサエレメントＳＥのデバイス構造を示す断面図である。図４において、本実施の形態１におけるセンサエレメントＳＥは、ｚ方向の加速度に対して変位する質量体ＭＳを備えている。この質量体ＭＳは、可動部ＶＵ１と、可動部ＶＵ１と電気的に分離された可動部ＶＵ２と、可動部ＶＵ１と可動部ＶＵ２とを機械的に接続する機械的接合部ＭＣＵとを有している。

そして、質量体ＭＳは、絶縁層ＩＬと絶縁層ＩＬの表面上に形成された導体層ＣＬ１と絶縁層ＩＬの裏面上に形成された導体層ＣＬ２とからなるＳＯＩ層に形成されている。例えば、導体層ＣＬ１および導体層ＣＬ２は、シリコンからなる半導体層から形成され、絶縁層ＩＬは、酸化シリコン膜から形成されている。

具体的に、可動部ＶＵ１は、導体層ＣＬ１を加工して形成された可動電極ＶＥＬ１と、導体層ＣＬ２を加工して形成された可動電極ＶＥＬ２とを含む。つまり、可動電極ＶＥＬ１と可動電極ＶＥＬ２とに挟まれるように絶縁層ＩＬが形成されており、この絶縁層ＩＬを貫通するプラグＰＬＧ１によって、可動電極ＶＥＬ１と可動電極ＶＥＬ２とは電気的に接続されていることになる。

同様に、可動部ＶＵ２は、導体層ＣＬ１を加工して形成された可動電極ＶＥＬ３と、導体層ＣＬ２を加工して形成された可動電極ＶＥＬ４とを含む。つまり、可動電極ＶＥＬ３と可動電極ＶＥＬ４とに挟まれるように絶縁層ＩＬが形成されており、この絶縁層ＩＬを貫通するプラグＰＬＧ２によって、可動電極ＶＥＬ３と可動電極ＶＥＬ４とは電気的に接続されていることになる。

ＳＯＩ層の導体層ＣＬ１には、エッチングにより導体層ＣＬ１の一部分を除去することにより、分離部ＩＳＵ１が形成されている。これにより、導体層ＣＬ１に形成された可動部ＶＵ１の可動電極ＶＥＬ１と、導体層ＣＬ１に形成された可動部ＶＵ２の可動電極ＶＥＬ３とは、分離部ＩＳＵ１によって分離される。

一方、ＳＯＩ層の導体層ＣＬ２には、エッチングにより導体層ＣＬ２の一部分を除去することにより、分離部ＩＳＵ２および分離部ＩＳＵ３が形成されている。これにより、導体層ＣＬ２に形成された可動部ＶＵ１の可動電極ＶＥＬ２と、導体層ＣＬ２に形成された可動部ＶＵ２の可動電極ＶＥＬ４とは、分離部ＩＳＵ２および分離部ＩＳＵ３によって分離される。そして、ＳＯＩ層の導体層ＣＬ２には、分離部ＩＳＵ２と分離部ＩＳＵ３とに挟まれるように導体層ＣＬ２で形成された機械的接合部ＭＣＵが形成されている。これにより、ＳＯＩ層に形成されている可動部ＶＵ１と可動部ＶＵ２とは、分離部ＩＳＵ１と分離部ＩＳＵ２と分離部ＩＳＵ３で電気的に分離されながら、機械的接合部ＭＣＵによって、機械的に接続されていることになる。このとき、図４に示すように、断面視において、機械的接合部ＭＣＵ上に分離部ＩＳＵ１が形成され、機械的接合部ＭＣＵは、分離部ＩＳＵ１を内包している。また、機械的接合部ＭＣＵは、分離部ＩＳＵ２と分離部ＩＳＵ３で挟まれるように設けられている。この機械的接合部ＭＣＵは、ｚ方向と直交するｘ方向に分離された可動部ＶＵ１と可動部ＶＵ２とを機械的に接続している。

続いて、図４に示すように、本実施の形態１におけるセンサエレメントＳＥは、可動部ＶＵ１と可動部ＶＵ２と機械的接合部ＭＣＵとが形成されたＳＯＩ層を空間を介して囲むようにキャップ部およびベース部からなる固定部ＦＵが形成されている。そして、この固定部には、固定電極ＦＥＬ１と、固定電極ＦＥＬ２と、固定電極ＦＥＬ３と、固定電極ＦＥＬ４とが形成されている。具体的には、図４に示すように、固定電極ＦＥＬ１は、可動部ＶＵ１の可動電極ＶＥＬ１と対向するように固定部ＦＵのキャップ部に配置され、かつ、固定電極ＦＥＬ２は、可動部ＶＵ１の可動電極ＶＥＬ２と対向するように固定部ＦＵのベース部に配置されている。同様に、固定電極ＦＥＬ３は、可動部ＶＵ２の可動電極ＶＥＬ３と対向するように固定部ＦＵのキャップ部に配置され、かつ、固定電極ＦＥＬ４は、可動部ＶＵ２の可動電極ＶＥＬ４と対向するように固定部ＦＵのベース部に配置されている。これにより、本実施の形態１におけるセンサエレメントＳＥでは、可動部ＶＵ１と固定電極ＦＥＬ１とによって可変容量素子ＶＣＡＰ１が形成され、かつ、可動部ＶＵ１と固定電極ＦＥＬ２とによって可変容量素子ＶＣＡＰ２が形成される。同様に、可動部ＶＵ２と固定電極ＦＥＬ３とによって可変容量素子ＶＣＡＰ３が形成され、かつ、可動部ＶＵ２と固定電極ＦＥＬ４とによって可変容量素子ＶＣＡＰ４が形成される。

ここで、本実施の形態１におけるセンサエレメントＳＥでは、質量体ＭＳがｚ方向に変位した場合、可変容量素子ＶＣＡＰ１と可変容量素子ＶＣＡＰ２のうち、一方の可変容量素子の静電容量は増加するのに対し、他方の可変容量素子の静電容量は減少する。同様に、可変容量素子ＶＣＡＰ３と可変容量素子ＶＣＡＰ４のうち、一方の可変容量素子の静電容量は増加するのに対し、他方の可変容量素子の静電容量は減少する。

例えば、図４において、質量体ＭＳが＋ｚ方向に変位した場合、可変容量素子ＶＣＡＰ１を構成する可動電極ＶＥＬ１と固定電極ＦＥＬ１との電極間距離は狭まるので、可変容量素子ＶＣＡＰ１の静電容量は増加する一方、可変容量素子ＶＣＡＰ２を構成する可動電極ＶＥＬ２と固定電極ＦＥＬ２との電極間距離は広がるので、可変容量素子ＶＣＡＰ２の静電容量は減少する。同様に、図４において、質量体ＭＳが＋ｚ方向に変位した場合、可変容量素子ＶＣＡＰ３を構成する可動電極ＶＥＬ３と固定電極ＦＥＬ３との電極間距離は狭まるので、可変容量素子ＶＣＡＰ３の静電容量は増加する一方、可変容量素子ＶＣＡＰ４を構成する可動電極ＶＥＬ４と固定電極ＦＥＬ４との電極間距離は広がるので、可変容量素子ＶＣＡＰ４の静電容量は減少する。このように、本実施の形態１におけるセンサエレメントＳＥにおいては、同一のＳＯＩ層を加工することにより、互いに電気的に分離され、かつ、機械的に接合された可動部ＶＵ１と可動部ＶＵ２とを含む質量体ＭＳが形成されていることになる。

なお、図２と図４からわかるように、図４に示す固定電極ＦＥＬ１と固定電極ＦＥＬ４とは電気的に接続されて、図２に示す入力端子ＩＮ１に接続される。一方、図４に示す固定電極ＦＥＬ２と固定電極ＦＥＬ３とは電気的に接続されて、図２に示す入力端子ＩＮ２に接続される。この結果、図２および図４から、入力端子ＩＮ１と接続されている固定電極ＦＥＬ１と入力端子ＩＮ２と接続されている固定電極ＦＥＬ２には、互いに逆位相の電圧信号が入力される。同様に、入力端子ＩＮ１と接続されている固定電極ＦＥＬ４と入力端子ＩＮ２と接続されている固定電極ＦＥＬ３には、互いに逆位相の電圧信号が入力される。さらに、図４では図示されないが、可動部ＶＵ１は、第１出力部（図２の中間ノードＡ）と電気的に接続され、可動部ＶＵ２は、第２出力部（図２の中間ノードＢ）と電気的に接続される。そして、図２において、第１出力部は、ＣＶ変換部１０のチャージアンプＣＡＭＰ１の反転入力端子に接続され、第２出力部は、ＣＶ変換部１０のチャージアンプＣＡＭＰ２の反転入力端子に接続される。

以上のようにして、本実施の形態１におけるセンサエレメントＳＥが構成されている。以下では、このように構成されている本実施の形態１におけるセンサエレメントＳＥの特徴点について説明する。

＜実施の形態１におけるセンサエレメントの特徴＞
本実施の形態１におけるセンサエレメントＳＥの第１特徴点は、質量体ＭＳを構成する可動部ＶＵ１と可動部ＶＵ２とをＭＥＭＳ構造体の製造技術を使用して形成することを前提として、同一のＳＯＩ層を加工することにより形成されている点にある。これにより、まず、前提事項によって、可動部ＶＵ１と可動部ＶＵ２のいずれもＭＥＭＳ構造体として形成されるため、可動部ＶＵ１と可動部ＶＵ２との間の製造ばらつき（加工精度）を小さくすることができる。さらに、本実施の形態１におけるセンサエレメントＳＥでは、同一のＳＯＩ層を加工することにより、可動部ＶＵ１と可動部ＶＵ２とが形成されている。したがって、可動部ＶＵ１と可動部ＶＵ２とを別々の層を加工して形成する場合よりも、さらに、可動部ＶＵ１と可動部ＶＵ２との製造ばらつきを小さくすることができる。この点が本実施の形態１におけるセンサエレメントＳＥの第１特徴点であり、本実施の形態１によれば、上述した前提事項と第１特徴点との相乗効果によって、可動部ＶＵ１と可動部ＶＵ２との間の製造ばらつきを小さくすることができる。この結果、本実施の形態１によれば、例えば、図２に示すＭＥＭＳ容量１の静電容量とＭＥＭＳ容量２の静電容量とのずれ（「不一致」）を抑制することができる。

続いて、本実施の形態１におけるセンサエレメントＳＥの第２特徴点は、可動部ＶＵ１と可動部ＶＵ２とを同一のＳＯＩ層に形成する第１特徴点を前提として、さらに、可動部ＶＵ１と可動部ＶＵ２とを電気的に分離しながらも、機械的接合部ＭＣＵによって、機械的に接続している点にある。これにより、本実施の形態１におけるセンサエレメントＳＥによれば、さらに、図２に示すＭＥＭＳ容量１の静電容量とＭＥＭＳ容量２の静電容量とのずれ（「不一致」）を抑制することができる。

例えば、図４に示すように、可動部ＶＵ１と可動部ＶＵ２とが機械的接合部ＭＣＵで接続されている場合、互いに電気的に分離されながらも可動部ＶＵ１と可動部ＶＵ２とが機械的に一体的に形成されていることになる。このことは、図４において、可動部ＶＵ１の可動電極ＶＥＬ１と固定電極ＦＥＬ１との間の電極間距離と、可動部ＶＵ２の可動電極ＶＥＬ３と固定電極ＦＥＬ３との間の電極間距離とがほぼ等しくなるように、可動部ＶＵ１と可動部ＶＵ２とが形成されることを意味している。言い換えれば、図４において、可動部ＶＵ１の可動電極ＶＥＬ２と固定電極ＦＥＬ２との間の電極間距離と、可動部ＶＵ２の可動電極ＶＥＬ４と固定電極ＦＥＬ４との間の電極間距離とがほぼ等しくなるように、可動部ＶＵ１と可動部ＶＵ２とが形成されることも意味している。

このことから、本実施の形態１におけるセンサエレメントＳＥによれば、可変容量素子ＶＣＡＰ１の静電容量と可変容量素子ＶＣＡＰ３の静電容量とをほぼ等しくすることができ、かつ、可変容量素子ＶＣＡＰ２の静電容量と可変容量素子ＶＣＡＰ４の静電容量とをほぼ等しくすることができる。これにより、本実施の形態１によれば、上述した前提事項と第１特徴点と第２特徴点との相乗効果によって、例えば、図２に示すＭＥＭＳ容量１の静電容量とＭＥＭＳ容量２の静電容量とのずれ（「不一致」）を大幅に抑制することができる。

以上のことから、本実施の形態１によれば、入力端子ＩＮ１と入力端子ＩＮ２との間に２組のＭＥＭＳ容量（ＭＥＭＳ容量１とＭＥＭＳ容量２）を設けるという回路構成上の工夫点（図２参照）と、同一のＳＯＩ層に形成された可動部ＶＵ１と可動部ＶＵ２とを電気的に分離しながら機械的接合部ＭＣＵによって機械的に接合するというデバイス構造上の工夫点（図４参照）を有する。この結果、本実施の形態１によれば、回路構成上の工夫点とデバイス構造上の工夫点との相乗効果によって、Ｓ／Ｎ比が高い高感度の加速度センサを実現することができる。

＜変形例＞
図５は、本実施の形態１におけるセンサエレメントＳＥの変形例を示す断面図である。図５において、本変形例におけるセンサエレメントＳＥでは、固定部ＦＵにサーボ電極ＳＥＬ１〜ＳＥＬ４が設けられている。

具体的には、固定電極ＦＥＬ１と絶縁層を介して隣り合う位置であって、可動電極ＶＥＬ１と対向する位置にサーボ電極ＳＥＬ１が設けられ、固定電極ＦＥＬ２と絶縁層を介して隣り合う位置であって、可動電極ＶＥＬ２と対向する位置にサーボ電極ＳＥＬ２が設けられている。このサーボ電極ＳＥＬ１およびサーボ電極ＳＥＬ２は、可動部ＶＵ１の変位を打ち消す静電気力を発生させるためのサーボ電圧を印加する機能を有している。

また、固定電極ＦＥＬ３と絶縁層を介して隣り合う位置であって、可動電極ＶＥＬ３と対向する位置にサーボ電極ＳＥＬ３が設けられ、固定電極ＦＥＬ４と絶縁層を介して隣り合う位置であって、可動電極ＶＥＬ４と対向する位置にサーボ電極ＳＥＬ４が設けられている。このサーボ電極ＳＥＬ３およびサーボ電極ＳＥＬ４は、可動部ＶＵ２の変位を打ち消す静電気力を発生させるためのサーボ電圧を印加する機能を有している。

このように構成されている本変形例におけるセンサエレメントＳＥでは、例えば、可動部ＶＵ１とサーボ電極ＳＥＬ１からなる容量素子から構成されることになり、この容量素子にサーボ電圧を印加することにより発生するクーロン力（静電気力）によって、加速度に基づく可動部ＶＵ１のｚ方向の変位を打ち消すように構成されている。これにより、センサエレメントＳＥに加速度が印加されても、可動部ＶＵ１はｚ方向にほとんど変位しないが、サーボ電極ＳＥＬ１には、加速度の大きさに比例したサーボ電圧が印加されることになるから、このサーボ電圧を出力することにより、結果的に、センサエレメントＳＥに印加された加速度を検出することができる。

このサーボ電極ＳＥＬ１〜ＳＥＬ４を設ける利点は、可動部ＶＵ１および可動部ＶＵ２をｚ方向に変位させることなく、加速度を検出することができる点にある。すなわち、サーボ機構を設けることにより、センサエレメントＳＥに大きな加速度が印加された場合、可動部ＶＵ１および可動部ＶＵ２の想定外の変位によって、可動部ＶＵ１および可動部ＶＵ２と固定電極とが接触することを防止することができる。

特に、図５に示す本変形例におけるセンサエレメントＳＥでは、固定電極ＦＥＬ１〜ＦＥＬ４とサーボ電極ＳＥＬ１〜ＳＥＬ４とが別々の構成要素として設けられていることから、加速度の検出動作と変位を打ち消すサーボ動作とを同時に行なうことができる。

ただし、サーボ機構の構成は、図５に示す構成に限られるものではなく、例えば、図４において、固定電極ＦＥＬ１〜ＦＥＬ４をサーボ電極ＳＥＬ１〜ＳＥＬ４として機能させることもできる。すなわち、図４において、固定電極ＦＥＬ１〜ＦＥＬ４とサーボ電極ＳＥＬ１〜ＳＥＬ４とを共用する構成も可能であり、この場合は、時分割によって、加速度の検出動作と変位を打ち消すサーボ動作を動作させることになる。

なお、本変形例においてサーボ動作を実現するためには、「可動部ＶＵ１の変位を打ち消す静電気力を発生させるための第１サーボ電圧を印加する第１サーボ電極」を有していればよい。ただし、さらに、「可動部ＶＵ２の変位を打ち消す静電気力を発生させるための第２サーボ電圧を印加する第２サーボ電極」を有していてもよい。このとき、可動部ＶＵ１と可動部ＶＵ２とは機械的接合部ＭＣＵで一体化されていて同様に変位するため、第１サーボ電圧の値と第２サーボ電圧の絶対値は同じとなる。

（実施の形態２）（シーソ構造）
次に、本実施の形態２におけるセンサエレメントＳＥ１のデバイス構造について説明する。図６は、本実施の形態２におけるセンサエレメントＳＥ１のデバイス構造を示す図である。特に、図６（ａ）は、本実施の形態２におけるセンサエレメントＳＥ１のデバイス構造を示す平面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ−Ａ線での断面図であり、図６（ｃ）は、図６（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図である。

まず、図６（ａ）に示すように、本実施の形態２におけるセンサエレメントＳＥ１は、密閉空間を囲む固定部ＦＵを有し、この固定部ＦＵの内部に、矩形形状の可動部ＶＵ１と矩形形状の可動部ＶＵ２とが設けられている。そして、可動部ＶＵ１と可動部ＶＵ２とは、電気的に分離されながら、機械的接合部ＭＣＵによって、機械的に接続されている。

図６（ａ）において、可動部ＶＵ１は、出力部（出力電極）ＯＥＬ１と梁ＢＭ１を介して接続され、可動部ＶＵ２は、出力部（出力電極）ＯＥＬ２と梁ＢＭ２を介して接続されている。具体的に、図６（ａ）に示すように、平面視において、出力部ＯＥＬ１は、可動部ＶＵ１の中央部に配置され、可動部ＶＵ１の左側部の質量と可動部ＶＵ１の右側部の質量とは相違するように構成されている。同様に、平面視において、出力部ＯＥＬ２は、可動部ＶＵ２の中央部に配置され、可動部ＶＵ２の左側部の質量と可動部ＶＵ２の右側部の質量とは相違するように構成されている。

図６（ｂ）に示すように、可動部ＶＵ１（図６（ａ）参照）は、出力部ＯＥＬ１を中心として、右側に配置される可動部ＶＵ１（Ｒ）と、左側に配置される可動部ＶＵ１（Ｌ）から構成されている。このとき、可動部ＶＵ１（Ｒ）および可動部ＶＵ１（Ｌ）は、絶縁層ＩＬと導体層ＣＬ１と導体層ＣＬ２とからなるＳＯＩ層に形成されている。そして、可動部ＶＵ１（Ｒ）と可動部ＶＵ１（Ｌ）の両方とも、導体層ＣＬ１と導体層ＣＬ２とを加工することにより形成されているが、図６（ｂ）に示すように、可動部ＶＵ１（Ｌ）の導体層ＣＬ２にはエッチング処理が施されている。この結果、可動部ＶＵ１（Ｒ）の質量と可動部ＶＵ１（Ｌ）の質量とが相違することになる。具体的には、可動部ＶＵ１（Ｌ）の質量は、導体層ＣＬ２がエッチングされている分だけ、可動部ＶＵ１（Ｒ）の質量よりも軽くなる。このようにして、本実施の形態２におけるセンサエレメントＳＥ１では、中心部に配置された出力部ＯＥＬ１を中心にして左右の可動部ＶＵ１（Ｒ）と可動部ＶＵ１（Ｌ）の質量とが相違する「シーソ構造」のセンサエレメントＳＥ１が実現される。そして、可動部ＶＵ１（Ｌ）と対向するように固定電極ＦＥＬ１が配置され、可動部ＶＵ１（Ｒ）と対向するように固定電極ＦＥＬ２が配置されている。これにより、可動部ＶＵ１（Ｌ）の可動電極ＶＥＬ１と固定電極ＦＥＬ１によって、可変容量素子ＶＣＡＰ１が形成され、可動部ＶＵ１（Ｒ）の可動電極ＶＥＬ２と固定電極ＦＥＬ２によって、可変容量素子ＶＣＡＰ２が形成されることになる。

なお、図６（ｃ）に示すように、本実施の形態２におけるセンサエレメントＳＥ１においても、可動部ＶＵ１（Ｒ）と可動部ＶＵ２（Ｒ）とが電気的に分離されながら、機械的接合部ＭＣＵによって、機械的に接続されていることがわかる。以上のようにして、本実施の形態２におけるセンサエレメントＳＥ１が構成されていることになる。

本実施の形態２におけるセンサエレメントＳＥ１は、ｚ方向に加速度が印加されると、質量体はｚ方向に変位する。例えば、図６（ｂ）において、−ｚ方向と＋ｚ方向に振動する加速度が印加されると、可動部ＶＵ１（Ｌ）と可動部ＶＵ１（Ｒ）とがシーソ動作をする。このシーソ動作によって、例えば、可動部ＶＵ１（Ｌ）の可動電極ＶＥＬ１と固定電極ＦＥＬ１との電極間距離が狭まると、可動電極ＶＵ１（Ｒ）の可動電極ＶＥＬ２と固定電極ＦＥＬ２との電極間距離が広がることになる。一方、例えば、可動部ＶＵ１（Ｌ）の可動電極ＶＥＬ１と固定電極ＦＥＬ１との電極間距離が広がると、可動電極ＶＵ１（Ｒ）の可動電極ＶＥＬ２と固定電極ＦＥＬ２との電極間距離が狭まることになる。この結果、本実施の形態２におけるセンサエレメントＳＥ１によれば、可変容量素子ＶＣＡＰ１の静電容量の変化と、可変容量素子ＶＣＡＰ２の静電容量の変化とを逆特性にすることができる。このため、本実施の形態２におけるセンサエレメントＳＥ１によって、図２に示すＭＥＭＳ容量１とＭＥＭＳ容量２とを備えるＭＥＭＳ構造体を実現することができる。

本実施の形態２におけるセンサエレメントＳＥ１に特有の利点としては、固定部ＦＵのキャップ部側にだけ固定電極ＦＥＬ１（ＦＥＬ３）および固定電極ＦＥＬ２（ＦＥＬ４）を設ければよい点と、ＳＯＩ層にプラグを設けなくてもよい点がある。これにより、本実施の形態２におけるセンサエレメントＳＥ１の構造が簡素化されることになり、センサエレメントＳＥ１の製造が容易となる利点を得ることができる。

＜変形例＞
続いて、本実施の形態２の変形例について説明する。図７は、本変形例におけるセンサエレメントＳＥ２のデバイス構造を示す図である。

特に、図７（ａ）は、本変形例におけるセンサエレメントＳＥ２のデバイス構造を示す平面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡ−Ａ線で切断した断面図であり、図７（ｃ）は、図７（ａ）のＢ−Ｂ線で切断した断面図である。

図７（ａ）〜図７（ｃ）に示すように、本変形例におけるセンサエレメントＳＥ２では、平面視において、出力部ＯＥＬ１を可動部ＶＵ１の中央部からずれた位置に配置することにより、出力部ＯＥＬ１に対して左側に存在する可動部ＶＵ１（Ｌ）の質量と出力部ＯＥＬ１に対して右側に存在する可動部ＶＵ１（Ｒ）の質量とは相違するように構成されている。同様に、本変形例におけるセンサエレメントＳＥ２では、平面視において、出力部ＯＥＬ２を可動部ＶＵ２の中央部からずれた位置に配置することにより、出力部ＯＥＬ２に対して左側に存在する可動部の質量と出力部ＯＥＬ２に対して右側に存在する可動部の質量とは相違するように構成されている。

これにより、本変形例におけるセンサエレメントＳＥ２においても、−ｚ方向と＋ｚ方向に振動する加速度が印加されると、可動部ＶＵ１（Ｌ）と可動部ＶＵ１（Ｒ）とがシーソ動作することになる。この結果、本変形例におけるセンサエレメントＳＥ２によれば、可変容量素子ＶＣＡＰ１の静電容量の変化と、可変容量素子ＶＣＡＰ２の静電容量の変化とを逆特性にすることができる。このため、本変形例におけるセンサエレメントＳＥ１によっても、図２に示すＭＥＭＳ容量１とＭＥＭＳ容量２とを備えるＭＥＭＳ構造体を実現することができる。

（実施の形態３）（片持ち構造）
次に、本実施の形態３におけるセンサエレメントＳＥ３のデバイス構造について説明する。図８は、本実施の形態３におけるセンサエレメントＳＥ３のデバイス構造を示す図である。特に、図８（ａ）は、本実施の形態３におけるセンサエレメントＳＥ３のデバイス構造を示す平面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡ−Ａ線での断面図であり、図８（ｃ）は、図８（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図である。

まず、図８（ａ）に示すように、本実施の形態３におけるセンサエレメントＳＥ３は、密閉空間を囲む固定部ＦＵを有し、この固定部ＦＵの内部に、矩形形状の可動部ＶＵ１と矩形形状の可動部ＶＵ２とが設けられている。そして、可動部ＶＵ１と可動部ＶＵ２とは、電気的に分離されながら、機械的接合部ＭＣＵによって、機械的に接続されている。

図８（ａ）において、可動部ＶＵ１は、出力部（出力電極）ＯＥＬ１と梁ＢＭ１を介して接続され、可動部ＶＵ２は、出力部（出力電極）ＯＥＬ２と梁ＢＭ２を介して接続されている。具体的には、図８（ｃ）に示すように、梁ＢＭ１は、可動部ＶＵ１の端部と接続される片持ち梁である。同様に、梁ＢＭ２（図８（ａ）参照）は、可動部ＶＵ２の端部と接続される片持ち梁である。このことから、本実施の形態３におけるセンサエレメントＳＥ３は、片持ち梁である梁ＢＭ１で可動部ＶＵ１の端部が支持され、かつ、片持ち梁である梁ＢＭ２で可動部ＶＵ２の端部が支持される「片持ち構造」が実現されている。

なお、図８（ｂ）に示す構造は、プラグＰＬＧ１が可動部ＶＵ１の導体層ＣＬ１から絶縁層ＩＬを貫通して導体層ＣＬ２に達し、かつ、プラグＰＬＧ２が可動部ＶＵ２の導体層ＣＬ１から絶縁層ＩＬを貫通して導体層ＣＬ２に達するように形成されている点を除いて、前記実施の形態１で説明した図４と同様の構成をしているため、図８（ｂ）の説明は省略する。

このように構成されている本実施の形態３におけるセンサエレメントＳＥ３では、「片持ち構造」が実現されており、ｚ方向に加速度が印加されると、質量体はｚ方向に変位する。例えば、図８（ｃ）において、−ｚ方向と＋ｚ方向に振動する加速度が印加されると、片持ち梁である梁ＢＭ１で支持されている可動部ＶＵ１がｚ方向に振動する。これにより、例えば、可動部ＶＵ１の可動電極ＶＥＬ１と固定電極ＦＥＬ１との電極間距離が狭まると、可動電極ＶＵ１の可動電極ＶＥＬ２と固定電極ＦＥＬ２との電極間距離が広がることになる。一方、例えば、可動部ＶＵ１の可動電極ＶＥＬ１と固定電極ＦＥＬ１との電極間距離が広がると、可動電極ＶＵ１の可動電極ＶＥＬ２と固定電極ＦＥＬ２との電極間距離が狭まることになる。この結果、本実施の形態３におけるセンサエレメントＳＥ３によれば、可変容量素子ＶＣＡＰ１の静電容量の変化と、可変容量素子ＶＣＡＰ２の静電容量の変化とを逆特性にすることができる。このため、本実施の形態３におけるセンサエレメントＳＥ３によって、図２に示すＭＥＭＳ容量１とＭＥＭＳ容量２とを備えるＭＥＭＳ構造体を実現することができる。

以上のように、ｚ方向に印加される加速度に対して、可動部がｚ方向に変化することにより、容量素子の静電容量の変化が生じる、いわゆる「面外検出構造」の一例として、前記実施の形態２では、「シーソ構造」について説明し、本実施の形態３では、「片持ち構造」について説明した。このような「面外検出構造」のセンサエレメントでは、容量素子の容量変化が、可動部のｚ方向への変位に起因する可動部と固定電極との間の電極間距離の変化によって生じることを利用している。

以下に示す実施の形態４では、ｘ方向に印加される加速度に対して、可動部がｘ方向に変化することにより、容量素子の容量変化が生じる、いわゆる「面内検出構造」の一例について説明する。このような「面内検出構造」のセンサエレメントでは、容量素子の容量変化が、可動部のｘ方向への変位に起因する可動部と固定電極との間の電極間距離の変化によって生じることを利用する形態と、容量素子の容量変化が、可動部のｘ方向への変位に起因する可動部と固定電極との間の電極間対向面積の変化によって生じることを利用する形態が存在する。そこで、以下に説明する実施の形態４では、それぞれの形態のデバイス構造について説明することにする。

（実施の形態４）（面内検出構造）
続いて、本実施の形態４におけるセンサエレメントＳＥ４のデバイス構造について説明する。図９は、本実施の形態４におけるセンサエレメントＳＥ４のデバイス構造を示す図である。特に、図９（ａ）は、本実施の形態４におけるセンサエレメントＳＥ４のデバイス構造を示す平面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＡ−Ａ線での断面図であり、図９（ｃ）は、図９（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図である。

まず、図９（ａ）に示すように、本実施の形態４におけるセンサエレメントＳＥ４は、密閉空間を囲む固定部ＦＵを有し、この固定部ＦＵの内部に、矩形形状の可動部ＶＵ１と矩形形状の可動部ＶＵ２とが、ｙ方向に沿って設けられている。そして、可動部ＶＵ１と可動部ＶＵ２とは、電気的に分離されながら、機械的接合部ＭＣＵによって、機械的に接続されている。

図９（ａ）において、可動部ＶＵ１のｘ方向の両側の端部領域には、それぞれ櫛歯電極部ＴＣＵ１および櫛歯電極部ＴＣＵ２が形成されている。このとき、櫛歯電極部ＴＣＵ１は、可動電極ＶＥＬ１として機能し、櫛歯電極部ＴＣＵ２は、可動電極ＶＥＬ２として機能する。そして、櫛歯電極部ＴＣＵ１と対向するように、櫛歯形状の固定電極ＦＥＬ１が配置されており、櫛歯電極部ＴＣＵ１と固定電極ＦＥＬ１とによって、可変容量素子ＶＣＡＰ１が形成される。同様に、櫛歯電極部ＴＣＵ２と対向するように、櫛歯形状の固定電極ＦＥＬ２が配置されており、櫛歯電極部ＴＣＵ２と固定電極ＦＥＬ２とによって、可変容量素子ＶＣＡＰ２が形成される。

同様に、可動部ＶＵ２のｘ方向の両側の端部領域には、それぞれ櫛歯電極部ＴＣＵ３および櫛歯電極部ＴＣＵ４が形成されている。このとき、櫛歯電極部ＴＣＵ３は、可動電極ＶＥＬ３として機能し、櫛歯電極部ＴＣＵ４は、可動電極ＶＥＬ４として機能する。そして、櫛歯電極部ＴＣＵ３と対向するように、櫛歯形状の固定電極ＦＥＬ３が配置されており、櫛歯電極部ＴＣＵ３と固定電極ＦＥＬ３とによって、可変容量素子ＶＣＡＰ３が形成される。同様に、櫛歯電極部ＴＣＵ４と対向するように、櫛歯形状の固定電極ＦＥＬ４が配置されており、櫛歯電極部ＴＣＵ４と固定電極ＦＥＬ４とによって、可変容量素子ＶＣＡＰ４が形成される。

さらに、図９（ａ）において、可動部ＶＵ１は、出力部ＯＥＬ１と梁ＢＭ１によって接続されており、可動部ＶＵ２は、出力部ＯＥＬ２と梁ＢＭ２によって接続されている。

次に、図９（ｂ）に示すように、例えば、可動部ＶＵ１は、絶縁層ＩＬと、この絶縁層ＩＬを挟む導体層ＣＬ１および導体層ＣＬ２からなるＳＯＩ層を加工することにより形成されている。そして、可動部ＶＵ１においては、導体層ＣＬ１から絶縁層ＩＬを貫通して導体層ＣＬ２に達する複数のプラグＰＬＧ１が形成されており、導体層ＣＬ１と導体層ＣＬ２とが電気的に接続されている。なお、図９（ｂ）では、可動部ＶＵ２の断面構造が示されていないが、可動部ＶＵ２の断面構造も、図９（ｂ）に示す可動部ＶＵ１の断面構造と同様に構成されている。続いて、図９（ｃ）に示すように、可動部ＶＵ１と可動部ＶＵ２とは、導体層ＣＬ２を加工して形成された機械的接合部ＭＣＵで機械的に接続されていることがわかる。

このように構成されている本実施の形態４におけるセンサエレメントＳＥ４では、「面内検出構造」が実現されており、ｘ方向に加速度が印加されると、質量体はｘ方向に変位する。例えば、図９（ａ）において、＋ｘ方向に加速度が印加されると、梁ＢＭ１で支持されている可動部ＶＵ１が＋ｘ方向に変位する。これにより、例えば、可動部ＶＵ１の櫛歯電極部ＴＣＵ１（可動電極ＶＥＬ１）と櫛歯形状の固定電極ＦＥＬ１との電極間対向面積が減少する一方、可動電極ＶＵ１の櫛歯電極部ＴＣＵ２（可動電極ＶＥＬ２）と固定電極ＦＥＬ２との電極間対向面積が増加することになる。一方、−ｘ方向に加速度が印加されると、梁ＢＭ１で支持されている可動部ＶＵ１が−ｘ方向に変位する。これにより、例えば、可動部ＶＵ１の櫛歯電極部ＴＣＵ１（可動電極ＶＥＬ１）と櫛歯形状の固定電極ＦＥＬ１との電極間対向面積が増加する一方、可動電極ＶＵ１の櫛歯電極部ＴＣＵ２（可動電極ＶＥＬ２）と固定電極ＦＥＬ２との電極間対向面積が減少することになる。この結果、本実施の形態４におけるセンサエレメントＳＥ４によれば、可変容量素子ＶＣＡＰ１の静電容量の変化と、可変容量素子ＶＣＡＰ２の静電容量の変化とを逆特性にすることができる。このため、本実施の形態４におけるセンサエレメントＳＥ４によって、図２に示すＭＥＭＳ容量１とＭＥＭＳ容量２とを備えるＭＥＭＳ構造体を実現することができる。

＜変形例１＞
次に、本実施の形態４の変形例１について説明する。図１０は、本変形例１におけるセンサエレメントＳＥ５のデバイス構造を示す図である。特に、図１０（ａ）は、本変形例１におけるセンサエレメントＳＥ５のデバイス構造を示す平面図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＡ−Ａ線での断面図であり、図１０（ｃ）は、図１０（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図である。

図１０（ａ）に示すように、本変形例１におけるセンサエレメントＳＥ５では、可動部ＶＵ１の内部に２つの空間が設けられており、一方の空間側へ突き出るように櫛歯電極部ＴＣＵ１が形成され、この一方の空間内に櫛歯電極部ＴＣＵ１と対向するように、固定電極ＦＥＬ１が設けられている。また、他方の空間側へ突き出るように櫛歯電極部ＴＣＵ２が形成され、この他方の空間内に櫛歯電極部ＴＣＵ２と対向するように、固定電極ＦＥＬ２が設けられている。同様に、可動部ＶＵ２の内部にも２つの空間が設けられており、一方の空間側へ突き出るように櫛歯電極部ＴＣＵ３が形成され、この一方の空間内に櫛歯電極部ＴＣＵ３と対向するように、固定電極ＦＥＬ３が設けられている。また、他方の空間側へ突き出るように櫛歯電極部ＴＣＵ４が形成され、この他方の空間内に櫛歯電極部ＴＣＵ４と対向するように、固定電極ＦＥＬ４が設けられている。

以上のように構成されている本変形例１におけるセンサエレメントＳＥ５でも、図２に示すＭＥＭＳ容量１とＭＥＭＳ容量２とを備えるＭＥＭＳ構造体を実現できる。

＜変形例２＞
続いて、本実施の形態４の変形例２について説明する。図１１は、本変形例２におけるセンサエレメントＳＥ６のデバイス構造を示す図である。特に、図１１（ａ）は、本変形例２におけるセンサエレメントＳＥ６のデバイス構造を示す平面図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＡ−Ａ線での断面図であり、図１１（ｃ）は、図１１（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図である。

図１１（ａ）に示すように、本変形例２におけるセンサエレメントＳＥ６でも、可動部ＶＵ１と可動部ＶＵ２とは、電気的に分離されながら、機械的接合部ＭＣＵによって、機械的に接続されている。

図１１（ａ）において、可動部ＶＵ１のｙ方向側の端部領域には、櫛歯電極部ＴＣＵ１および櫛歯電極部ＴＣＵ２が形成されている。このとき、櫛歯電極部ＴＣＵ１は、可動電極ＶＥＬ１として機能し、櫛歯電極部ＴＣＵ２は、可動電極ＶＥＬ２として機能する。そして、櫛歯電極部ＴＣＵ１と対向するように、櫛歯形状の固定電極ＦＥＬ１が配置されており、櫛歯電極部ＴＣＵ１と固定電極ＦＥＬ１とによって、可変容量素子ＶＣＡＰ１が形成される。同様に、櫛歯電極部ＴＣＵ２と対向するように、櫛歯形状の固定電極ＦＥＬ２が配置されており、櫛歯電極部ＴＣＵ２と固定電極ＦＥＬ２とによって、可変容量素子ＶＣＡＰ２が形成される。

同様に、可動部ＶＵ２の−ｙ方向側の端部領域には、櫛歯電極部ＴＣＵ３および櫛歯電極部ＴＣＵ４が形成されている。このとき、櫛歯電極部ＴＣＵ３は、可動電極ＶＥＬ３として機能し、櫛歯電極部ＴＣＵ４は、可動電極ＶＥＬ４として機能する。そして、櫛歯電極部ＴＣＵ３と対向するように、櫛歯形状の固定電極ＦＥＬ３が配置されており、櫛歯電極部ＴＣＵ３と固定電極ＦＥＬ３とによって、可変容量素子ＶＣＡＰ３が形成される。同様に、櫛歯電極部ＴＣＵ４と対向するように、櫛歯形状の固定電極ＦＥＬ４が配置されており、櫛歯電極部ＴＣＵ４と固定電極ＦＥＬ４とによって、可変容量素子ＶＣＡＰ４が形成される。

さらに、図１１（ａ）において、可動部ＶＵ１は、出力部ＯＥＬ１と梁ＢＭ１によって接続されており、可動部ＶＵ２は、出力部ＯＥＬ２と梁ＢＭ２によって接続されている。

このように構成されている本変形例２におけるセンサエレメントＳＥ６では、「面内検出構造」が実現されており、ｘ方向に加速度が印加されると、質量体はｘ方向に変位する。例えば、図１１（ａ）において、＋ｘ方向に加速度が印加されると、梁ＢＭ１で支持されている可動部ＶＵ１が＋ｘ方向に変位する。これにより、例えば、可動部ＶＵ１の櫛歯電極部ＴＣＵ１（可動電極ＶＥＬ１）と櫛歯形状の固定電極ＦＥＬ１との電極間距離が狭くなる一方、可動電極ＶＵ１の櫛歯電極部ＴＣＵ２（可動電極ＶＥＬ２）と固定電極ＦＥＬ２との電極間距離が広がることになる。一方、−ｘ方向に加速度が印加されると、梁ＢＭ１で支持されている可動部ＶＵ１が−ｘ方向に変位する。これにより、例えば、可動部ＶＵ１の櫛歯電極部ＴＣＵ１（可動電極ＶＥＬ１）と櫛歯形状の固定電極ＦＥＬ１との電極間距離が広がる一方、可動電極ＶＵ１の櫛歯電極部ＴＣＵ２（可動電極ＶＥＬ２）と固定電極ＦＥＬ２との電極間距離が狭くなることになる。この結果、本変形例２におけるセンサエレメントＳＥ６によれば、可変容量素子ＶＣＡＰ１の静電容量の変化と、可変容量素子ＶＣＡＰ２の静電容量の変化とを逆特性にすることができる。このため、本変形例２におけるセンサエレメントＳＥ６によって、図２に示すＭＥＭＳ容量１とＭＥＭＳ容量２とを備えるＭＥＭＳ構造体を実現することができる。

＜変形例３＞
次に、本変形例３について説明する。本変形例３は、変形例１と変形例２とを組み合わせた形態である。図１２は、本変形例３におけるセンサエレメントＳＥ７のデバイス構造を示す図である。特に、図１２（ａ）は、本変形例３におけるセンサエレメントＳＥ７のデバイス構造を示す平面図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＡ−Ａ線での断面図であり、図１２（ｃ）は、図１２（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図である。

図１２（ａ）に示すように、本変形例３におけるセンサエレメントＳＥ７では、可動部ＶＵ１の内部に空間が設けられており、この空間側へ突き出るように櫛歯電極部ＴＣＵ１および櫛歯電極部ＴＣＵ２が形成され、櫛歯電極部ＴＣＵ１と対向するように固定電極ＦＥＬ１が設けられ、かつ、櫛歯電極部ＴＣＵ２と対向するように固定電極ＦＥＬ２が設けられている。同様に、可動部ＶＵ２の内部に空間が設けられており、この空間側へ突き出るように櫛歯電極部ＴＣＵ３および櫛歯電極部ＴＣＵ４が形成され、櫛歯電極部ＴＣＵ３と対向するように固定電極ＦＥＬ３が設けられ、かつ、櫛歯電極部ＴＣＵ４と対向するように固定電極ＦＥＬ４が設けられている。

以上のように構成されている本変形例３におけるセンサエレメントＳＥ７でも、図２に示すＭＥＭＳ容量１とＭＥＭＳ容量２とを備えるＭＥＭＳ構造体を実現できる。

以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

ＦＥＬ１ 固定電極
ＦＥＬ２ 固定電極
ＦＥＬ３ 固定電極
ＦＥＬ４ 固定電極
ＭＣＵ 機械的接合部
ＭＳ 質量体
ＳＥ センサエレメント
ＶＣＡＰ１ 可変容量素子
ＶＣＡＰ２ 可変容量素子
ＶＣＡＰ３ 可変容量素子
ＶＣＡＰ４ 可変容量素子
ＶＵ１ 可動部
ＶＵ２ 可動部

Claims (12)

1. 第１方向に変位可能な質量体を備える慣性センサであって、
   前記質量体は、
   第１可動部、
   前記第１可動部とは電気的に分離された第２可動部、
   前記第１可動部と前記第２可動部とを機械的に接続する機械的接合部、
   を有し、
   前記慣性センサは、
   前記第１可動部と対向配置された第１固定電極、
   前記第１可動部と対向配置された第２固定電極、
   前記第２可動部と対向配置された第３固定電極、
   前記第２可動部と対向配置された第４固定電極、
   を有し、
   前記第１可動部と前記第１固定電極とによって第１容量が形成され、
   前記第１可動部と前記第２固定電極とによって第２容量が形成され、
   前記第２可動部と前記第３固定電極とによって第３容量が形成され、
   前記第２可動部と前記第４固定電極とによって第４容量が形成され、
   前記質量体が前記第１方向に変位した場合、
   前記第１容量と前記第２容量のうち、一方の容量は増加するのに対し、他方の容量は減少し、
   前記第３容量と前記第４容量のうち、一方の容量は増加するのに対し、他方の容量は減少し、
   前記第１可動部および前記第２可動部は、同層のＳＯＩ層から形成され、
   前記ＳＯＩ層は、
   絶縁層、
   前記絶縁層の第１面に形成された第１導体層、
   前記絶縁層の前記第１面とは反対の第２面に形成された第２導体層、
   から形成され、
   前記第１可動部を構成する前記第１導体層と、前記第２可動部を構成する前記第１導体層とは、第１分離部で分離され、
   前記機械的接合部は、前記第２導体層から形成され、
   前記第１可動部を構成する前記第２導体層と前記機械的接合部は、第２分離部で分離され、かつ、前記第２可動部を構成する前記第２導体層と前記機械的接合部は、第３分離部で分離され、
   断面視において、前記機械的接合部上に前記第１分離部が形成され、前記機械的接合部は、前記第１分離部を内包する、慣性センサ。
2. 請求項１に記載の慣性センサにおいて、
   前記機械的接合部は、前記第１方向と直交する第２方向に分離された前記第１可動部と前記第２可動部とを機械的に接続する、慣性センサ。
3. 請求項１に記載の慣性センサにおいて、
   前記第１可動部を構成する前記第１導体層と前記第２導体層とは、前記絶縁層を貫通する第１プラグで電気的に接続され、
   前記第２可動部を構成する前記第１導体層と前記第２導体層とは、前記絶縁層を貫通する第２プラグで電気的に接続される、慣性センサ。
4. 請求項１に記載の慣性センサにおいて、
   前記第１固定電極と前記第２固定電極には、互いに逆位相の電圧信号が入力され、
   前記第３固定電極と前記第４固定電極には、互いに逆位相の電圧信号が入力され、
   前記第１可動部は、第１出力部と電気的に接続され、
   前記第２可動部は、第２出力部と電気的に接続される、慣性センサ。
5. 請求項１に記載の慣性センサにおいて、
   前記慣性センサは、さらに、前記第１可動部の変位を打ち消す静電気力を発生させるための第１サーボ電圧を印加する第１サーボ電極を有し、
   前記第１サーボ電極は、前記第１可動部に対して対向配置される、慣性センサ。
6. 請求項５に記載の慣性センサにおいて、
   前記慣性センサは、さらに、前記第２可動部の変位を打ち消す静電気力を発生させるための第２サーボ電圧を印加する第２サーボ電極を有し、
   前記第２サーボ電極は、前記第２可動部に対して対向配置される、慣性センサ。
7. 請求項１に記載の慣性センサにおいて、
   前記第１容量の容量変化は、前記第１可動部の前記第１方向への変位に起因する前記第１可動部と前記第１固定電極との間の電極間距離の変化によって生じ、
   前記第２容量の容量変化は、前記第１可動部の前記第１方向への変位に起因する前記第１可動部と前記第２固定電極との間の電極間距離の変化によって生じ、
   前記第３容量の容量変化は、前記第２可動部の前記第１方向への変位に起因する前記第２可動部と前記第３固定電極との間の電極間距離の変化によって生じ、
   前記第４容量の容量変化は、前記第２可動部の前記第１方向への変位に起因する前記第２可動部と前記第４固定電極との間の電極間距離の変化によって生じる、慣性センサ。
8. 請求項１に記載の慣性センサにおいて、
   前記第１容量の容量変化は、前記第１可動部の前記第１方向への変位に起因する前記第１可動部と前記第１固定電極との間の電極間対向面積の変化によって生じ、
   前記第２容量の容量変化は、前記第１可動部の前記第１方向への変位に起因する前記第１可動部と前記第２固定電極との間の電極間対向面積の変化によって生じ、
   前記第３容量の容量変化は、前記第２可動部の前記第１方向への変位に起因する前記第２可動部と前記第３固定電極との間の電極間対向面積の変化によって生じ、
   前記第４容量の容量変化は、前記第２可動部の前記第１方向への変位に起因する前記第２可動部と前記第４固定電極との間の電極間対向面積の変化によって生じる、慣性センサ。
9. 請求項１に記載の慣性センサにおいて、
   前記第１可動部には、第１櫛歯電極部と第２櫛歯電極部とが形成され、
   前記第２可動部には、第３櫛歯電極部と第４櫛歯電極部とが形成され、
   前記第１固定電極乃至前記第４固定電極のそれぞれは、櫛歯形状をしており、
   前記第１容量は、前記第１櫛歯電極部と前記第１固定電極との対向配置で構成され、
   前記第２容量は、前記第２櫛歯電極部と前記第２固定電極との対向配置で構成され、
   前記第３容量は、前記第３櫛歯電極部と前記第３固定電極との対向配置で構成され、
   前記第４容量は、前記第４櫛歯電極部と前記第４固定電極との対向配置で構成される、慣性センサ。
10. 第１方向に変位可能な質量体を備える慣性センサであって、
    前記質量体は、
    第１可動部、
    前記第１可動部とは電気的に分離された第２可動部、
    前記第１可動部と前記第２可動部とを機械的に接続する機械的接合部、
    を有し、
    前記慣性センサは、
    前記第１可動部と対向配置された第１固定電極、
    前記第１可動部と対向配置された第２固定電極、
    前記第２可動部と対向配置された第３固定電極、
    前記第２可動部と対向配置された第４固定電極、
    を有し、
    前記第１可動部と前記第１固定電極とによって第１容量が形成され、
    前記第１可動部と前記第２固定電極とによって第２容量が形成され、
    前記第２可動部と前記第３固定電極とによって第３容量が形成され、
    前記第２可動部と前記第４固定電極とによって第４容量が形成され、
    前記質量体が前記第１方向に変位した場合、
    前記第１容量と前記第２容量のうち、一方の容量は増加するのに対し、他方の容量は減少し、
    前記第３容量と前記第４容量のうち、一方の容量は増加するのに対し、他方の容量は減少し、
    前記第１可動部は、第１出力部と第１梁を介して接続され、
    前記第２可動部は、第２出力部と第２梁を介して接続され、
    前記第１梁は、前記第１可動部の端部と接続される片持ち梁であり、
    前記第２梁は、前記第２可動部の端部と接続される片持ち梁である、慣性センサ。
11. 第１方向に変位可能な質量体を備える慣性センサであって、
    前記質量体は、
    第１可動部、
    前記第１可動部とは電気的に分離された第２可動部、
    前記第１可動部と前記第２可動部とを機械的に接続する機械的接合部、
    を有し、
    前記慣性センサは、
    前記第１可動部と対向配置された第１固定電極、
    前記第１可動部と対向配置された第２固定電極、
    前記第２可動部と対向配置された第３固定電極、
    前記第２可動部と対向配置された第４固定電極、
    を有し、
    前記第１可動部と前記第１固定電極とによって第１容量が形成され、
    前記第１可動部と前記第２固定電極とによって第２容量が形成され、
    前記第２可動部と前記第３固定電極とによって第３容量が形成され、
    前記第２可動部と前記第４固定電極とによって第４容量が形成され、
    前記質量体が前記第１方向に変位した場合、
    前記第１容量と前記第２容量のうち、一方の容量は増加するのに対し、他方の容量は減少し、
    前記第３容量と前記第４容量のうち、一方の容量は増加するのに対し、他方の容量は減少し、
    前記第１可動部は、第１出力部と第１梁を介して接続され、
    前記第２可動部は、第２出力部と第２梁を介して接続され、
    平面視において、前記第１出力部は、前記第１可動部の中央部に配置され、
    前記第１可動部の左側部の質量と前記第１可動部の右側部の質量とは相違し、
    平面視において、前記第２出力部は、前記第２可動部の中央部に配置され、
    前記第２可動部の左側部の質量と前記第２可動部の右側部の質量とは相違する、慣性センサ。
12. 第１方向に変位可能な質量体を備える慣性センサであって、
    前記質量体は、
    第１可動部、
    前記第１可動部とは電気的に分離された第２可動部、
    前記第１可動部と前記第２可動部とを機械的に接続する機械的接合部、
    を有し、
    前記慣性センサは、
    前記第１可動部と対向配置された第１固定電極、
    前記第１可動部と対向配置された第２固定電極、
    前記第２可動部と対向配置された第３固定電極、
    前記第２可動部と対向配置された第４固定電極、
    を有し、
    前記第１可動部と前記第１固定電極とによって第１容量が形成され、
    前記第１可動部と前記第２固定電極とによって第２容量が形成され、
    前記第２可動部と前記第３固定電極とによって第３容量が形成され、
    前記第２可動部と前記第４固定電極とによって第４容量が形成され、
    前記質量体が前記第１方向に変位した場合、
    前記第１容量と前記第２容量のうち、一方の容量は増加するのに対し、他方の容量は減少し、
    前記第３容量と前記第４容量のうち、一方の容量は増加するのに対し、他方の容量は減少し、
    前記第１可動部は、第１出力部と第１梁を介して接続され、
    前記第２可動部は、第２出力部と第２梁を介して接続され、
    平面視において、前記第１出力部を前記第１可動部の中央部からずれた位置に配置することにより、前記第１出力部に対して左側に存在する前記第１可動部の左側部の質量と前記第１出力部に対して右側に存在する前記第１可動部の右側部の質量とは相違し、
    平面視において、前記第２出力部を前記第２可動部の中央部からずれた位置に配置することにより、前記第２出力部に対して左側に存在する前記第２可動部の左側部の質量と前記第２出力部に対して右側に存在する前記第２可動部の右側部の質量とは相違する、慣性センサ。

Images