JPH08320342A

JPH08320342A - 慣性力センサおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH08320342A
Application number: JP12539395A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Tsugai; 政広番; Akira Okada; 章岡田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-05-24
Filing date: 1995-05-24
Publication date: 1996-12-03

Abstract

(57)【要約】【目的】小型で感度が高く、製品コストが低くさらに
単純なプロセスによって製造される慣性力センサおよび
その製造方法を得ることを目的とする。【構成】表面および裏面が（１１０）面の結晶面を有
する一方、側面が（１１１）面の結晶面を有する単結晶
シリコンからなる梁を備えるようにするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、振動計測装置、車両
制御装置および運動制御装置などに用いられ、加速度や
角速度に対応する慣性力を検出する慣性力センサおよび
その製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１２は従来の慣性力センサを示す平面
図と断面図であり、図において、１はガラスなどの素材
からなる２つの対向する基板、２は基板１の対向面にそ
れぞれ被着された２つの固定電極、３はＺ方向に変位す
る質量体、４は質量体３を支持し、その質量体３の厚さ
よりも十分に薄い梁、６０はこれら質量体３、梁４が形
成されるシリコン基板、６は２つの固定電極２の一方を
外部へ引き出すために２つの基板のうちの一方に設けら
れ、内面がメッキされたスルーホール、７は２つの固定
電極２の他方を外部へ引き出すためにシリコン基板６０
に設けられたスルーホール、８はシリコン基板６０上に
設けられた金属電極、８′，８″は基板１上に設けられ
た金属電極、９は質量体３、梁４を形成させるためのエ
ッチング部である。なお、図１２に示す慣性力センサ
は、例えば、「キャパシティブアクセレロメータウ
ィズハイリィシンメトリカルデザイン，センサ
アンドアクチュエイターズ（ CAPASITIVE ACCELEROME
TER WITH HIGHLY SYMMETRICAL DESIGN，SENSOR & ACTUA
TORS）A21〜A23」（第３１２頁〜第３１５頁、１９９
０）に示されている。

【０００３】次に動作について説明する。質量体３のＺ
軸方向に加速度が働くと、これを支持している梁４の剛
性が小さいため質量体３はＺ方向に変位する。このと
き、質量体３が変位することによって、２つの固定電極
２の一方と質量体３によって形成されるコンデンサの静
電容量、ならびにこの２つの固定電極２の他方と質量体
３によって形成されるコンデンサの静電容量も変化する
ため、これらの静電容量の変化からこの慣性力センサが
搭載されている物体の加速度や角速度が算出できるもの
である。

【０００４】質量体３の変位を加速度や角速度に変換す
る方式には、上記のような静電容量の変化を検出する容
量方式の他に、圧電方式、歪ゲージ方式、差動トランス
を用いた磁気方式などがある。近年、半導体のマイクロ
マシニング技術を応用した慣性力センサとして、機械的
外力により電気抵抗が変化するピエゾ効果を利用した加
速度センサ、ならびにコンデンサの容量変化を検出して
加速度を算出する上記加速度センサおよび角速度センサ
が特に注目されている。これらのセンサは、センサを搭
載する振動計測装置などの装置を小型化、高精度化さ
せ、かつ量産性、信頼性を向上させるのに役立ってい
る。なお、回転運動する物体の角速度をコンデンサ容量
の変化から電気的に検出する角速度センサについては、
特開昭６２−９３６３８号公報や米国特許第４７５０３
６４号などに示されている。

【０００５】また、図１２に示す従来の慣性力センサ
は、次のようにして製造される。まず、結晶面が（１０
０）面である単結晶シリコン基板の外周部のエッチング
部９を、表面及び裏面から同時にエッチングして貫通さ
せ、エッチングする。また、隣り合う２つのエッチング
部９で挟まれた部分は、エッチング速度の大きな結晶面
をエッチング部９に対向して有している。したがって、
梁４の部分を残すには、その部分の単結晶シリコン基板
に非常に高濃度のｐ型不純物をドーピングしてエッチン
グされないようにする必要がある。以上のようなエッチ
ングを行って、質量体３、梁４が形成される。

【０００６】次に、２つの基板１の一方にスルーホール
６を設けた後に、その基板の片面に周縁部分を残して浅
いエッチング溝を設け、このエッチング溝の中央部に２
つの固定電極の一方を被着する。同様にして、他方の基
板１の片面に、外部端子と接続できる端子を有する他方
の固定電極２を被着する。次に、シリコン基板６０に上
記他方の固定電極２の端子を引き出すためのスルーホー
ル７を設ける。最後に、質量体３の表面と裏面が２つの
固定電極２と一定の間隙をもってそれぞれ対向するよう
に、２つの基板１の周縁部分とシリコン基板６０とをそ
れぞれ接合し、ハーメチックシールを有する金属パッケ
ージ（図示せず）などによって全体を封止するものであ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の慣性力センサは
以上のように構成されているので、梁４を製造する工程
で、梁を形成する部分にｐ型不純物の非常に高濃度なド
ーピングを行う半導体プロセスがあり、プロセスが複雑
化する。また、ｐ型不純物の非常に高濃度なドーピング
がされるため、梁４にはｐ型不純物による残留ひずみを
生じる。このため梁４の剛性が高くなり、感度（１Ｇあ
たりの変位量、ただしＧは重力加速度）が低下し、この
残留ひずみの変動によりセンサの特性が変動し、長期信
頼性の面で問題点があった。

【０００８】また、２つの基板のそれぞれに固定電極を
設ける必要があるため、製造プロセスが複雑化するなど
の問題点もあった。

【０００９】さらに、ハーメチックシールを有する金属
パッケージなどでセンサを封止する必要があるため、製
品コストの低減が困難であるなどの問題点もあった。

【００１０】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、小型で感度が高く、製品コスト
も廉価なうえに単純なプロセスによって製造される単慣
性力センサおよびその製造方法を得ることを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る慣
性力センサは、２つの固定電極の間に間隙をもって位置
する質量体が、垂直方向の慣性力に対して垂直方向に振
動するようにその質量体を支持し、かつ、表面および裏
面が（１１０）面の結晶面を有する一方、側面が（１１
１）面の結晶面を有する単結晶シリコンからなる梁を備
えるようにしたものである。

【００１２】請求項２の発明に係る慣性力センサは、固
定電極と基板との間に間隙をもって位置する質量体が、
垂直方向の慣性力に対して垂直方向に振動するようにそ
の質量体を支持し、かつ、表面および裏面が（１１０）
面の結晶面を有する一方、側面が（１１１）面の結晶面
を有する単結晶シリコンからなる梁を備えるようにした
ものである。

【００１３】請求項３の発明に係る慣性力センサは、２
つの固定電極の間に間隙をもって位置する質量体が、垂
直方向の慣性力に対して垂直方向に振動するようにその
質量体を支持し、かつ、単結晶シリコンのエピタキシャ
ル層からなる梁を備えるようにしたものである。

【００１４】請求項４の発明に係る慣性力センサは、固
定電極と基板との間に間隙をもって位置する質量体が、
垂直方向の慣性力に対して垂直方向に振動するようにそ
の質量体を支持し、かつ、単結晶シリコンのエピタキシ
ャル層からなる梁を備えるようにしたものである。

【００１５】請求項５の発明に係る慣性力センサは、２
つの基板に対向する中央部に梁および支柱を備える一
方、その中央部の周囲部分にその梁および支柱を取り囲
むように質量体を備えるようにしたものである。

【００１６】請求項６の発明に係る慣性力センサは、支
柱と、質量体と、梁とを２つの基板との間において封止
しつつ、その２つの基板を支持する補助支持部を設ける
ようにしたものである。

【００１７】請求項７の発明に係る慣性力センサは、質
量体の側面との間隙をもって、その質量体を水平方向に
おいて挟むように位置し、その質量体を励起振動させる
電圧を印加するための２つの固定電極を備えるようにし
たものである。

【００１８】請求項８の発明に係る慣性力センサの製造
方法は、表面および裏面が（１１０）面の結晶面を有す
る単結晶シリコン基板をエッチングして、２つの固定電
極との間に間隙もって位置する質量体を形成させるとと
もに、その質量体を支持する梁を形成させるようにした
ものである。

【００１９】請求項９の発明に係る慣性力センサの製造
方法は、表面および裏面が（１１０）面の結晶面を有す
る単結晶シリコン基板をエッチングして、固定電極と基
板との間に間隙をもって位置する質量体を形成させると
ともに、その質量体を支持する梁を形成させるようにし
たものである。

【００２０】請求項１０の発明に係る慣性力センサの製
造方法は、単結晶シリコンのエピタキシャル層をエッチ
ングして、２つの固定電極との間に間隙もって位置する
質量体を形成させるとともに、その質量体を支持する梁
を形成させるようにしたものである。

【００２１】請求項１１の発明に係る慣性力センサの製
造方法は、単結晶シリコンのエピタキシャル層をエッチ
ングして、固定電極と基板との間に間隙をもって位置す
る質量体を形成させるとともに、その質量体を支持する
梁を形成させるようにしたものである。

【００２２】請求項１２の発明に係る慣性力センサの製
造方法は、２つの基板に対向する中央部に位置する梁と
支柱とを取り囲むように質量体を備えるようにしたもの
である。

【００２３】請求項１３の発明に係る慣性力センサの製
造方法は、支柱と、質量体と、梁とを２つの基板との間
において封止する補助支持部を設けるようにしたもので
ある。

【００２４】請求項１４の発明に係る慣性力センサの製
造方法は、質量体の側面との間隙をもって、その質量体
を水平方向において挟むように位置し、その質量体を励
起振動させる電圧を印加するための２つの固定電極を備
えるようにしたものである。

【００２５】

【作用】請求項１の発明における慣性力センサは、２つ
の固定電極の間に位置する質量体が垂直方向の慣性力に
対して垂直方向に振動するようにその質量体を支持し、
かつ、表面および裏面が（１１０）面の結晶面を有する
一方、側面が（１１１）面の結晶面を有する単結晶シリ
コンからなる梁、質量体、支柱及び固定電極を備えるよ
うにしたことにより、エッチング速度が遅い結晶面であ
る（１１１）面が、表面および裏面に直交する面と一致
するため、梁の幅や質量体、固定電極の形状及びこれら
の間隔を正確にコントロールすることができるようにな
る。

【００２６】請求項２の発明における慣性力センサは、
固定電極と基板との間に位置する質量体が垂直方向の慣
性力に対して垂直方向に振動するようにその質量体を支
持し、かつ、表面および裏面が（１１０）面の結晶面を
有する一方、側面が（１１１）面の結晶面を有する単結
晶シリコンからなる梁、質量体、支柱及び固定電極を備
えるようにしたことにより、エッチング速度が遅い結晶
面である（１１１）面が、表面および裏面に直交する面
と一致するため、梁の幅や質量体、固定電極の形状及び
これらの間隔を正確にコントロールすることができるよ
うになる。

【００２７】請求項３の発明における慣性力センサは、
２つの固定電極の間に位置する質量体が垂直方向の慣性
力に対して垂直方向に振動するようにその質量体を支持
し、かつ、単結晶シリコンのエピタキシャル層からなる
梁と質量体を備えるようにしたことにより、そのエピタ
キシャル層の厚さが薄いため、梁と質量体の厚さを薄く
することができるようになる。

【００２８】請求項４の発明における慣性力センサは、
固定電極と基板との間に位置する質量体が垂直方向の慣
性力に対して垂直方向に振動するようにその質量体を支
持し、かつ、単結晶シリコンのエピタキシャル層からな
る梁と質量体を備えるようにしたことにより、そのエピ
タキシャル層の厚さが小さいため、梁と質量体の厚さを
薄くすることができるようになる。

【００２９】請求項５の発明における慣性力センサは、
２つの基板に対向する中央部に梁および支柱を備える一
方、その中央部の周囲部分にその梁および支柱を取り囲
むように質量体を備えるようにしたことにより、温度変
化を生じても梁、質量体が支柱を中心として自由に熱膨
張・収縮することができるようになる。

【００３０】請求項６の発明における慣性力センサは、
支柱と、質量体と、梁とを２つの基板との間において封
止しつつ、その２つの基板を支持する補助支持部を設け
るようにしたことにより、その補助支持部と支柱及び固
定電極がハーメチックシールを必要とするパッケージの
役割を果たすため、このようなパッケージを不要にでき
るようになる。

【００３１】請求項７の発明における慣性力センサは、
質量体の側面との間隙をもって、その質量体を水平方向
において挟むように位置し、その質量体を励起振動させ
る電圧を印加するための２つの固定電極を備えるように
したことにより、その質量体に励起振動を生じさせるこ
とができるようになる。

【００３２】請求項８の発明における慣性力センサの製
造方法は、表面および裏面が（１１０）面の結晶面を有
する単結晶シリコン基板をエッチングして、２つの固定
電極の間に位置する質量体を形成させるとともに、その
質量体を支持する梁や支柱及び固定電極を形成させるよ
うにしたことにより、エッチング速度が遅い結晶面であ
る（１１１）面は、表面および裏面に直交する面と一致
するため、梁の幅や支柱や質量体、固定電極の形状及び
これらの間隔を正確にコントロールすることができるよ
うになる。

【００３３】請求項９の発明における慣性力センサの製
造方法は、表面および裏面が（１１０）面の結晶面を有
する単結晶シリコン基板をエッチングして、固定電極と
基板との間に位置する質量体を形成させるとともに、そ
の質量体を支持する梁や支柱及び固定電極を形成させる
ようにしたことにより、エッチング速度が遅い結晶面で
ある（１１１）面は、表面および裏面に直交する面と一
致するため、梁の幅や支柱、質量体や固定電極の形状及
びこれらの間隔を正確にコントロールすることができる
ようになる。また、一方の基板にだけ固定電極を設けれ
ばよいため、製造工程を低減できるようになる。

【００３４】請求項１０の発明に係る慣性力センサの製
造方法は、単結晶シリコンのエピタキシャル層をエッチ
ングして、２つの固定電極の間に位置する質量体と、そ
の質量体を支持する梁と、その梁を支持する支柱とを形
成させるようにしたことにより、エピタキシャル層の厚
さが小さいため、梁、質量体および支柱の厚さを小さく
することができるようになる。

【００３５】請求項１１の発明における慣性力センサの
製造方法は、単結晶シリコンのエピタキシャル層をエッ
チングして、固定電極と基板との間に位置する質量体
と、その質量体を支持する梁と、その梁を支持する支柱
とを形成させるようにしたことにより、エピタキシャル
層の厚さが薄いため、梁、質量体および支柱の厚さを小
さくすることができるようになる。また、一方の基板に
だけ固定電極を設ければよいため、製造工程を低減でき
るようになる。

【００３６】請求項１２の発明における慣性力センサの
製造方法は、２つの基板に対向する中央部に位置する梁
と支柱とを取り囲むように質量体を備えるようにしたこ
とにより、温度変化を生じても梁、質量体が支柱を中心
として自由に熱膨張・収縮できるようになる。

【００３７】請求項１３の発明における慣性力センサの
製造方法は、支柱と、質量体と、梁とを２つの基板との
間において封止する補助支持部を設けるようにしたこと
により、その補助支持部と支柱がハーメチックシールを
必要とするパッケージの役割を果たすため、このような
パッケージが不要となる。

【００３８】請求項１４の発明における慣性力センサの
製造方法は、質量体の側面との間隙をもって、その質量
体を水平方向において挟むように位置し、その質量体を
励起振動させる電圧を印加するための２つの固定電極を
備えるようにしたことにより、その質量体に励起振動を
生じさせることができるようになる。

【００３９】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１はこの発明の実施例１による慣性力センサを
示す平面図と断面図である。なお、従来のものと同一符
号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。図
において、１０は基板１に接合され、外部へ電気信号を
取り出すための固定電極、１１は固定電極１０上に設け
られた金属電極、１２は金属電極１１に接続するリード
線を引き出すために基板１に設けられたスルーホールで
ある。

【００４０】次に動作について説明する。図１（ａ）に
示すように、表面と裏面が（１１０）面の結晶面を有す
る一方、側面が（１１１）面の結晶面を有する単結晶シ
リコンからなる梁４の一端が、支柱５に接続されて支柱
５によって支持されており、他の一端は質量体３に接続
されて質量体３を支持している。質量体３は２つの基板
１の対向面にそれぞれ被着された２つの固定電極２の間
に、固定電極２とは一定の間隙をもって位置する。ま
た、図１（ｂ）に示すように、質量体３を支持する梁４
もまた、固定電極２とは一定の間隙をもって位置する
が、図１（ｃ）に示すように、支柱５は２つの基板１の
間で接合され２つの基板１を支持している。なお、質量
体３の厚さは１５０〜２００μｍ程度であり、梁４の厚
さは５０μｍ程度である。図１（ａ）に示すように、固
定電極２の一方は固定電極１０の一方に接続され、固定
電極２の他方も固定電極１０の他方に接続されており、
それぞれ金属電極１１を経て外部端子（図示せず）に接
続されている。また、支柱５の１つにも金属電極８が設
けられており、外部端子（図示せず）に接続されてい
る。

【００４１】このような加速度測定用の慣性力センサに
おいて、質量体３のＺ方向に加速度が働くと、質量体３
はＺ方向に変位する。固定電極２の一方と質量体３との
間、ならびに固定電極２の他方と質量体３との間には、
それぞれコンデンサが形成されており、質量体３の変位
によってこれら２つのコンデンサの静電容量も変化す
る。したがって、これらの静電容量の変化から慣性力セ
ンサが搭載されている物体の加速度が測定される。

【００４２】このように、この実施例１によれば、表面
と裏面が（１１０）面の結晶面を有する一方、側面がエ
ッチング速度が遅い結晶面である（１１１）面の結晶面
を有する単結晶シリコンからなる梁４、質量体３、支柱
５、固定電極１０を用いているため、エッチングにおい
て平面パターン上でのそれぞれの幅を正確にコントロー
ルできるため、設計どおりの慣性力センサが実現され
る。

【００４３】次に、慣性力センサによって加速度を測定
するのに使用する電気回路の一例を、図１および図２に
ついて説明する。図２において、１７は固定電極２の一
方と質量体３との間に形成され静電容量Ｃ１を有するコ
ンデンサ、１８は固定電極２の他方と質量体３との間に
形成され静電容量Ｃ２を有するコンデンサ、１９はＡＣ
信号源、２０は反転増幅器、２１はチャージアンプ、２
２は同期検波器などの復調器、２３はローパスフィルタ
ーである。

【００４４】慣性力センサに働く加速度により、質量体
３が図１（ｂ）の下方に変位すると、Ｃ１は増加し記Ｃ
２は減少する。そこで、Ｃ１とＣ２の変化に伴うインピ
ーダンス変化を計測して、加速度を求めるものである。
以下、内容を詳述する。

【００４５】ＡＣ信号源１９と反転増幅器２０によっ
て、図１（ａ）に示す２つの固定電極１０にはそれぞれ
位相の反転した電圧が印加される。ここで、固定電極１
０の一方と質量体３の電極間距離と、固定電極１０の他
方と質量体３の電極間距離との和を２ｄ、質量体３の変
位を△ｄ、Ｃ１とＣ２の平衡状態における値をＣ₀ 、Ａ
Ｃ信号源１９の電圧をＶとすると、△ｄがｄより十分に
小さい場合には、質量体３の変位による差動容量△Ｃ
は、 △Ｃ≒２Ｃ₀ ×（△ｄ／ｄ）（１）で表され、質量体３に流れる電流Ｉは、Ｉ＝ｊω×△Ｃ×Ｖ（２）で表される。式（１）と式（２）から、質量体３に流れ
る電流Ｉは、ＡＣ信号源１８の電圧Ｖに対して位相が９
０度進むことになる。

【００４６】質量体３に流れる電流Ｉはチャージアンプ
２１によって電圧に変換され、後段の同期検波器からな
る復調器２２によって復調される。そして、ローパスフ
ィルター２３を通じて差動容量△Ｃの変化に比例した電
圧信号が出力され、この電気信号を検出することによっ
て加速度を測定できるものである。

【００４７】実施例２．上記実施例１では、２つの固定
電極２を基板１の対向面にそれぞれ被着した場合につい
て示したが、図３に示すように、２つの固定電極２を２
つの基板１の対向面の一方に被着してもよい。

【００４８】図３（ａ）に示すように、質量体３は２種
類の梁で支持されている。即ち、一端を質量体３に接続
された梁４ａと、この梁４ａを介して質量体３を梁４ａ
の他の一端で支持する梁４ｂである。図３（ｂ）に示す
ように、梁４ａは厚さが薄くＺ方向の剛性が小さいた
め、質量体３の変位に伴って大きくたわむ。一方、梁４
ｂは図３（ｃ）に示すように、厚さが厚くＺ方向の剛性
が大きいため、質量体３が変位してもほとんどたわまな
い。また、図３（ｂ）に示すように、２つ固定電極２は
図の下側の基板１に設けられており、固定電極２の一方
は質量体３との間でコンデンサを形成し、他方は梁４ｂ
との間でコンデンサを形成する。

【００４９】このように、この実施例２によれば、実施
例１と同様に、平面パターン上での梁４の幅を正確にコ
ントロールできるため、設計通りの慣性力センサを実現
することができる。

【００５０】実施例３．上記実施例１では、表面および
裏面が（１１０）面の結晶面を有する一方、側面が（１
１１）面の結晶面を有する単結晶シリコンからなる梁
４、質量体３、支柱５、固定電極１０を用いた場合につ
いて示したが、単結晶シリコンのエピタキシャル層を用
いてもよい。このように、この実施例３によれば、その
エピタキシャル層の厚さが薄いため、梁４、質量体３の
厚さを薄くすることができる。即ち、エピタキシャル層
の厚さが１０μｍ程度であるため、質量体３や梁４の厚
さも１０μｍ程度まで薄くすることができる。このため
上記実施例１の慣性力センサに比べて小型化が可能とな
る。

【００５１】実施例４．上記実施例３では、２つの固定
電極２を基板１の対向面にそれぞれ被着した場合につい
て示したが、２つの固定電極２を２つの基板１の対向面
の一方に被着してもよく、上記実施例３と同様の効果を
奏することができる。

【００５２】実施例５．上記実施例１では、質量体３の
周囲を囲むようにして、梁４と支柱５を配置した場合に
ついて示したが、図４に示すように、中央部に１つの支
柱５を設け、その支柱５の周囲を囲むようにして質量体
３を設けて、この質量体３を梁４で支持するようにして
もよい。このように、この実施例５によれば、中央部に
１つだけ支柱５を設けたことによって温度変化が生じて
も梁４と質量体３は、支柱５を中心に自由に膨張・収縮
が可能となり熱歪が梁４に生じないため、慣性力センサ
の温度特性が向上する。

【００５３】実施例６．上記実施例１では、支柱と、質
量体と、梁とを２つの基板との間において封止する補助
支持部を設けなかった場合について示したが、図５に示
すように、補助支持部１５を設けてもよい。図におい
て、その補助支持部１５は、質量体３、梁４、支柱５お
よび固定電極１０を２つの基板１の間において取り囲む
ように配置され、この補助支持部１５、支柱５と固定電
極１０が基板１と接合されるため、梁４と質量体３を閉
じられた環境内に封止することができる。また、１６は
補助支持部１５を電気的に接地するための金属電極であ
る。このように、この実施例６によれば、補助支持部１
５によって、質量体３、梁４を外部雰囲気から遮断する
ことができるため、ハーメチックシールを必要とするパ
ッケージを不要にでき、製品コストを低減できる。ま
た、電極１６を設けたことによって、浮遊容量を安定化
することができる。

【００５４】実施例７．上記実施例１では、加速度測定
用の慣性力センサについて示したが、図６に示すよう
に、角速度測定用の慣性力センサとしてもよく、実施例
１と同様の効果を奏することができる。

【００５５】図６（ａ）において、１３は駆動用の固定
電極（以下、駆動電極という）、１４は振動モニター用
の電極（以下、振動モニター電極という）である。駆動
電極１３と振動モニター電極１４は基板１に接合され、
それぞれ質量体３と所定の間隙をもってその質量体３を
挟むように位置する。駆動電極１３にＡＣ電圧とＤＣバ
イアス電圧を印加すると、質量体３は駆動電極１３との
間に生じる静電引力によって図のＹ方向に励起振動す
る。質量体３にＸ軸を中心とする角速度が加わった場合
は、この励起振動に応じたコリオリ力がＺ軸方向に作用
し、質量体３にはＹ方向励起振動とＺ方向振動が重畳し
た振動が生じる。その結果、固定電極２の一方と質量体
３との間、ならびに固定電極２の他方と質量体３との間
に形成されるコンデンサの静電容量が変化する。このよ
うな静電容量の変化から、慣性力センサが搭載されてい
る物体の角速度が測定される。

【００５６】このように、この実施例７によれば、質量
体３に励起振動を生じさせることができるため角速度を
測定できる。

【００５７】次に、慣性力センサによって角速度を測定
するのに使用する電気回路の一例を、図６および図７に
ついて説明する。図７において、３０はＡＣ電源、３１
は駆動された質量体３の振動振幅をモニターするための
容量−電圧変換器、３２は駆動振幅を一定に保ち、駆動
振動を常に質量体振動の共振点で行うための周波数調整
機能を有するオートゲインコントロール回路、３３は質
量体駆動用のＤＣバイアス電源である。

【００５８】駆動電極１３に接続されたＡＣ電源３０と
ＤＣバイアス電源３３を質量体３に印加することによっ
て、質量体３と駆動電極１３の間に静電引力が生じ、こ
の静電引力によって、質量体３はＹ方向においてＡＣ電
源３０の周波数に応じて励起振動する。一方、慣性力セ
ンサにＸ方向のまわりに回転運動することによって生じ
る角速度が働く場合には、質量体３にはＺ方向に慣性力
としてのコリオリ力が作用する。したがって、質量体３
には、上記励起振動とこのコリオリ力による振動とが重
畳した振動が生じる。なお、励起振動とコリオリ力によ
る振動とは、振動の方向が互いに直交するものである。

【００５９】質量体３のＹ方向の最大変位をＡ、質量体
３のＹ方向振動の角周波数をωｒ、時間をＴとし、質量
体３の励起振動によるＹ方向の変位ＤｙとＹ方向の速度
Ｕｙとの間に、以下の関係が成立するとすれば、Ｄｙ＝Ａ・ｓｉｎ（ωｒ・Ｔ）（３）Ｕｙ＝Ａ・ωｒ・ｃｏｓ（ωｒ・Ｔ）（４）質量体３にはＵｙに比例したコリオリ力Ｆｃが作用し、
このＦｃは、測定対象の角速度をΩｘ、質量体３の質量
をｍとすると、Ｆｃ＝２Ωｘ・ｍ・Ｕｙ（５）で表される。また、ＦｃとＺ方向の変位Ｄｚとの間に
は、Ｚ方向のばね定数をｋｚとして、Ｆｃ＝ｋｚ・Ｄｚ（６）なる関係が成立する。そこで、式（５）と（６）から、
以下の関係が導かれる。Ｄｚ＝（２Ωｘ・ｍ・Ｕｙ）／ｋｚ（７）式（７）より、固定電極２の一方と質量体３との間、な
らびに固定電極２の他方と質量体３との間に形成される
コンデンサの静電容量が、励起振動で変調されて変化す
ることがわかる。

【００６０】実施例８．上記実施例７では、表面および
裏面が（１１０）面の結晶面を有する一方、側面が（１
１１）面の結晶面を有する単結晶シリコンからなる梁
４、支柱５、質量体３、駆動電極１３，振動モニター電
極１４を用いた場合について示したが、図８に示すよう
に、単結晶シリコンのエピタキシャル層を用いてもよ
い。図８に示すように、質量体３は駆動電極１３を挟む
ように２つ設けられており、この駆動電極１３と２つ設
けられた振動モニター電極１４とによって、２つの質量
体３を挟むように構成されている。質量体を２つ並列に
設けたのは、駆動電極１３によって質量体３を逆位相で
励起振動するためである。このように、この実施例８に
よれば、そのエピタキシャル層の厚さが薄いため、梁４
の厚さを薄くすることができるとともに、それに伴って
梁４の長さも短くすることができるようになる。したが
って、上記実施例７の慣性力センサに比べて、小型化が
可能となる。

【００６１】実施例９．上記実施例８では、表面、裏面
および側面の結晶方位が任意である単結晶シリコンのエ
ピタキシャル層からなる梁４を用いた場合について示し
たが、図９に示すように、表面および裏面が（１１０）
面の結晶面を有する一方、側面が（１１１）面の結晶面
を有する単結晶シリコンのエピタキシャル層からなる梁
４、支柱５、質量体３及び駆動電極１３，振動モニター
電極１４を用いてもよく、上記実施例８と同様の効果を
奏することができる。

【００６２】実施例１０．図１０はこの発明の実施例１
０による慣性力センサの製造方法を示す断面図である。
なお、従来のものと同一符号は同一または相当部分を示
すので説明を省略する。図において、１Ａは２つの基板
のうちの下の基板、１Ｂは同じく上の基板、２Ａは基板
１Ａに被着された固定電極、２Ｂは基板１Ｂに被着され
た固定電極、２４は熱酸化法やスパッタ法によって形成
された酸化膜の絶縁膜、またはＣＶＤ法やスパッタ法に
よって形成された窒化膜などの絶縁膜、２５は表面およ
び裏面が（１１０）面の結晶面を有する単結晶シリコン
からなるデバイスウエハ、２６はデバイスウエハ２５に
形成されたエッチング溝Ａ、２７はデバイスウエハ２５
に形成されたエッチング溝Ｂである。

【００６３】次に動作について説明する。まず、図１０
（ａ）に示すように、デバイスウエハ２５上に形成させ
た絶縁膜２４をパターン化し、絶縁膜２４をマスクとし
て、エッチングによりデバイスウエハ２５の表面から２
〜３μｍ程度の深さのエッチング溝Ａ２６を形成させ、
その後、デバイスウエハ２５の表面と裏面に絶縁膜を再
び形成させる。なお、このエッチング溝Ａ２６は、質量
体３および梁４を自由に振動させるためのものなので基
板１Ａ，１Ｂ上に設けてもよい。

【００６４】次いで、図１０（ｂ）に示すように、デバ
イスウエハ２５の裏面の絶縁膜２４上に質量体３、梁
４、支柱５および固定電極１０の構造パターンを、ＲＩ
Ｅなどのドライエッチングや湿式エッチングによって形
成させ、この絶縁膜２４のパターンをマスクとして梁４
の厚さを残す深さまで湿式エッチングしてエッチング溝
Ｂ２７を形成させ、その後、裏面の絶縁膜２４をエッチ
ングにより除去する。

【００６５】なお、絶縁膜２４上に構造パターンを形成
させるには、これに続く湿式エッチングにおいて、デバ
イスウエハ２５の表面の結晶面が（１１０）面で、エッ
チングによって形成される側面の結晶面が（１１１）面
となるように結晶方位を考慮する必要がある。このよう
に結晶方位を規定するのは、デバイスウエハ２５のエッ
チングにおいて、表面に垂直な方向である＜１１０＞方
向のエッチング速度に比べて、表面内の特に＜１１１＞
方向のエッチング速度が極めて遅いという特性を利用す
れば、慣性力センサの平面パターンを形成させるのに、
梁４、質量体３および支柱５の幅と間隔の両方を狭くす
ることができるためである。

【００６６】したがって、このようなエッチング（以
下、異方性エッチングという）を行うには、表面の結晶
面が（１１０）面であるデバイスウエハ２５の面内方向
において、２つの＜１１１＞方向を見つけておく必要が
ある。このような２つの面内方向を確認する方法として
は、デバイスウエハ２５に付けられたメジャーフラット
（オリエンテーションフラット）に基づいて調べる方法
や、デバイスウエハ２５の表面に一定の角度でずらせた
矩形状のパターンを形成させてこのパターンを異方性エ
ッチングし、面内方向におけるエッチングの進行速度が
最小となる（１１１）面を調べる方法などがある。

【００６７】異方性エッチングは、ＫＯＨ、ＴＭＡＨ、
ヒドラジンやＣｓＯＨなどのエッチング液を用いて、絶
縁膜２４の裏面パターン面から行う。

【００６８】次に、図１０（ｃ）に示すように、基板１
Ａの一方に固定電極２Ａを形成させ、この固定電極２Ａ
とデバイスウエハ２５の質量体３となる部分が対向する
ように、その基板１Ａとデバイスウエハ２５とを接合す
る。なお、この接合には、基板１Ａがガラス（アルミノ
珪酸塩、ホウ珪酸系などシリコンの線膨脹係数に近い材
質）の場合には陽極接合法が用いられ、基板１Ａがシリ
コンの場合には直接接合法が用いられる。

【００６９】デバイスウエハ２５に形成された支柱５と
２つの固定電極１０の上に、スパッタなどによって金属
電極８と金属電極１１をそれぞれ選択メタライズする
（図示せず）。なお、この金属電極８と金属電極１１
は、ステンシルマスクを用いた選択メタライズ法や、パ
ターニングした絶縁膜２４をレジスト上にメタライズし
てリフトオフ法よって形成させてもよい。

【００７０】次に、図１０（ｄ）に示すように、上記構
造パターンとデバイスウエハ２５の裏面エッチングパタ
ーンが対応するように絶縁膜２４にパターンニングした
後、図１０（ｅ）に示すように、絶縁膜２４をエッチン
グマスクとして梁４の厚さに相当する深さまで異方性エ
ッチングし、質量体３と梁４とを基板１Ａと間隙をもっ
て形成させる。その後、絶縁膜２４を除去する。このよ
うにして、デバイスウエハ２５の基板１Ａと反対面に施
されていた絶縁膜２４は全て除去されることになるが、
この絶縁膜２４のうち質量体３を被覆していた部分の一
部を残存させることにより、容量検出の際に質量体３が
固定電極２Ａ、固定電極２Ｂと短絡するのを防止するこ
とができる。

【００７１】次に、基板１Ｂに、金属電極１１と接続す
るリード線を引き出すためのスルーホール１２を超音波
加工などによって形成させ、基板１Ｂ上に、固定電極２
Ｂを被着する。そして、固定電極２Ｂと質量体３が対向
し、かつ、スルーホール１２中に金属電極１１が位置す
るように、基板１Ｂとデバイスウエハ２５を接合する。
基板１Ａの場合と同様に、基板１Ｂがガラスの場合には
陽極接合法が用いられ、基板１Ａがシリコンの場合には
直接接合法が用いられる。一方、固定電極２Ａと固定電
極２Ｂを、基板１Ａと基板１Ｂにそれぞれ被着する方法
としては、基板１Ａ、１Ｂがガラスの場合には金属選択
メタライズ法やリフトオフ法が用いられ、これらがシリ
コンの場合には不純物拡散法などが用いられる。

【００７２】なお、図１０（ｆ）に示すように、このよ
うな接合は、慣性力センサの動的振動特性の調整や信頼
性向上のために、例えば、圧力調整下で不活性ガスを密
封した雰囲気中や、真空中で行われる。また、接合後
は、例えば、図５（ａ）に示すようなダイシングライン
に沿って、個々の慣性力センサに分離される。

【００７３】このようにして製造された慣性力センサ
は、検出回路ＩＣまたはデスクリート部品からなる検出
回路とともに、セラミックスや金属などからなる基板上
にマウントされ、ワイヤーボンドやはんだボールなどに
より電気的に接続されて電気的出力調整を行った後に、
簡易なプラスチックパッケージに収納したり、プラスチ
ックモールド化される。

【００７４】このように、この実施例１０によれば、表
面および裏面が（１１０）面の結晶面を有する単結晶シ
リコンからなるデバイスウエハを用いているため、エッ
チング速度が遅い結晶面である（１１１）面が、表面お
よび裏面に直交する形で現われる。したがって、平面パ
ターン上での梁、質量体、固定電極および支柱の幅を正
確にコントロールすることができるとともに、これらの
間隔も狭くすることができるようになる。その結果、慣
性力センサの感度を向上できるとともに、小型化でき
る。

【００７５】実施例１１．上記実施例１０では、固定電
極２Ａと固定電極２Ｂを、基板１Ａと基板１Ｂの対向面
にそれぞれ被着した場合について示したが、固定電極２
Ａおよび固定電極２Ｂをこれら２つの基板の対向面の一
方に被着してもよい。

【００７６】このように、この実施例１１によれば、一
方の基板にだけ固定電極２Ａと固定電極２Ｂを設ければ
よく他方の基板に固定電極を設ける工程が省かれるた
め、上記実施例１０に比べて製造プロセスを簡略化でき
る。

【００７７】実施例１２．上記実施例１０では、表面お
よび裏面が（１１０）面の結晶面を有する場合について
示したが、単結晶シリコンのエピタキシャル層からなる
デバイスウエハ２５を用いてもよい。

【００７８】このように、この実施例１２によれば、エ
ピタキシャル層からなるデバイスウエハ２５の厚さが薄
いため、上記実施例１０に比べて小型化できる。

【００７９】実施例１３．上記実施例１２では、固定電
極２Ａと固定電極２Ｂを、基板１Ａと基板１Ｂの対向面
にそれぞれ被着した場合について示したが、固定電極２
Ａおよび固定電極２Ｂをこれら２つの基板の対向面の一
方に被着してもよい。

【００８０】このように、この実施例１３によれば、一
方の基板にだけ固定電極２Ａと固定電極２Ｂを設ければ
よく他方の基板に固定電極を設ける工程が省かれるた
め、上記実施例１２に比べて製造プロセスを簡略化でき
る。

【００８１】実施例１４．上記実施例１０では、質量体
３の周囲を囲むようにして梁４と支柱５を配置した場合
について示したが、中央部に１つの支柱５を設け、その
支柱５の周囲を囲むようにして質量体３を設けてこの質
量体３を梁４で支持するようにしてもよい。中央部に１
つだけ支柱５を設けたことによって、温度変化が生じて
も梁４と質量体３は支柱５を中心に自由に膨張・収縮が
可能となり、熱歪が梁４に生じないため、慣性力センサ
の温度特性が向上する。

【００８２】実施例１５．上記実施例１０では、支柱
と、質量体と、梁とを２つの基板との間において封止す
る補助支持部を設けなかった場合について示したが、補
助支持部１５を設けてもよい。このように、この実施例
１５によれば、補助支持部１５によって質量体３、梁
４、支柱５および固定電極１０を外部雰囲気から遮断す
ることができ、ハーメチックシールを必要とするパッケ
ージを設ける工程が不要になるため、製造プロセスが簡
略化される。

【００８３】実施例１６．上記実施例１０では、加速度
測定用の慣性力センサの製造方法について示したが、図
１１に示すように、角速度測定用の慣性力センサも同様
にして製造される。図において、３５はｐ型シリコンウ
エハ、３４はｐ型シリコンウエハ３５の表面に形成され
たｎ型エピタキシャル層、３６はｎ型エピタキシャル層
に形成されたエッチング溝Ｃ、３７はｎ型エピタキシャ
ル層に形成されたエッチング溝Ｄである。

【００８４】次に動作について説明する。まず、図１１
（ａ）に示すように、ｐ型シリコンウエハ３５の表面に
５〜１０μｍの厚さでｎ型エピタキシャル層３４を形成
させ、さらに、このｎ型エピタキシャル層３４の上に絶
縁膜２４を形成させる。図１１（ｂ）に示すように、こ
の絶縁膜２４をエッチングによりパターン化し、パター
ン化された絶縁膜２４をマスクとしてエッチングしエッ
チング溝３６を形成させた後に、絶縁膜２４を除去す
る。次に、図１１（ｃ）に示すように、２つの固定電極
２Ａが表面に被着された基板１Ａとｎ型エピタキシャル
層３４を、ｎ型エピタキシャル層３４のエッチング溝３
６を有する面と基板１Ａとが相対するように接合する。
そして、ｐ型シリコンウエハ３５を、電気化学的エッチ
ングなどによって選択除去する。

【００８５】次に、図１１（ｄ）に示すように、露出し
たｎ型エピタキシャル層３４上に新たに絶縁膜２４を形
成させ、エッチング溝Ｃ３６を形成したのと同様にエッ
チング溝Ｄ３７を形成させる。そして、図１１（ｅ）に
示すように、選択メタライズ法やリフトオフ法を用い
て、ｎ型エピタキシャル層３４上に金属電極１１を設け
る（図示せず）。次に、絶縁膜２４に質量体３、梁４、
支柱５、駆動電極１３および振動モニター電極１４の構
造パターンをエッチングにより形成させ、この絶縁膜２
４をマスクとして、ＲＩＥなどのドライエッチングや異
方性エッチングによってｎ型エピタキシャル層３４の貫
通エッチングを行う。その後、図１１（ｆ）に示すよう
に、マスクとした絶縁膜２４を除去し、スルーホール１
２が設けられた基板１Ｂとｎ型エピタキシャル層３４を
接合し、個々のセンサに分離する。

【００８６】なお、絶縁膜２４の形成には、熱酸化炉、
ＣＶＤ法（ＬＰＣＶＤ法やＰＥＣＶＤ法）、スパッタ法
などが用いられる。また、絶縁膜２４のパターニングに
は、通常の半導体リソグラフィー法を用いて、フッ酸な
どによるウエットエッチングやＲＩＥなどのドライエッ
チングが用いられる。

【００８７】エッチング溝Ｃ３６とエッチング溝Ｄ３７
の形成には、絶縁膜２４をマスクとした等方性エッチン
グ、異方性エッチングおよびレジストや金属をマスクと
したＲＩＥなどのドライエッチングが用いられる。な
お、ｎ型エピタキシャル層３４の貫通においては、エッ
チング壁面がｎ型エピタキシャル層３４の表面に対して
垂直であることが望ましいため、表面に（１１０）面の
結晶面を有するエピタキシャル層の異方性エッチングと
高アスペクト比のＲＩＥなどのドライエッチングが好ま
しい。

【００８８】このように、この実施例１６によれば、駆
動電極１３および振動モニター電極１４によって、質量
体３に角速度を得るための励起振動を生じさせるように
できるため、角速度を測定できる慣性力センサが得られ
る。また、ｎ型エピタキシャル層３４の厚さが薄いた
め、慣性力センサを小型化できる。

【００８９】実施例１７．上記実施例１〜１６において
は、単一方向に変位する加速度センサまたは単一軸のま
わりの角速度センサについて示したが、複数の方向の加
速度を測定できるように加速度センサを組み合わせたも
のとしたり、複数の軸のまわりの角速度を測定できるよ
うに角速度センサを組み合わせたものとしたり、さら
に、加速度センサと角速度センサとを組み合わせて加速
度と角速度をともに測定できるものとしてもよい。

【００９０】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、２つの固定電極の間に間隙をもって位置する質量体
が、垂直方向の慣性力に対して垂直方向に振動するよう
にその質量体を支持し、かつ、表面および裏面が（１１
０）面の結晶面を有する一方、側面が（１１１）面の結
晶面を有する単結晶シリコンからなる梁、質量体、支柱
及び固定電極を備えるように構成したので、エッチング
速度が遅い結晶面である（１１１）面が、表面および裏
面に直交する面と一致するため、梁の幅や質量体、固定
電極の形状及びこれらの間隔を正確にコントロールする
ことができる。その結果、設計どおりの慣性力センサを
高濃度不純物の拡散工程なく、エッチングにより実現す
ることができる効果がある。

【００９１】請求項２の発明によれば、固定電極と基板
との間に間隙をもって位置する質量体が、垂直方向の慣
性力に対して垂直方向に振動するようにその質量体を支
持し、かつ、表面および裏面が（１１０）面の結晶面を
有する一方、側面が（１１１）面の結晶面を有する単結
晶シリコンからなる梁、質量体、支柱及び固定電極を備
えるように構成したので、エッチング速度が遅い結晶面
である（１１１）面が、表面および裏面に直交する面と
一致するため、梁の幅や質量体、固定電極の形状及びこ
れらの間隔を正確にコントロールすることができる。そ
の結果、設計どおりの慣性力センサを高濃度不純物の拡
散工程なく、エッチングにより実現することができる効
果がある。

【００９２】請求項３の発明によれば、２つの固定電極
の間に間隙をもって位置する質量体が、垂直方向の慣性
力に対して垂直方向に振動するようにその質量体を支持
し、かつ、単結晶シリコンのエピタキシャル層からなる
梁と質量体を備えるように構成したので、そのエピタキ
シャル層の厚さが薄いため、梁と質量体の厚さを薄くす
ることができる。したがって、梁の厚さが薄くなるに伴
って平面形状も小さくすることができるため慣性力セン
サを小型化できる効果がある。

【００９３】請求項４の発明によれば、固定電極と基板
との間に間隙をもって位置する質量体が、垂直方向の慣
性力に対して垂直方向に振動するようにその質量体を支
持し、かつ、単結晶シリコンのエピタキシャル層からな
る梁と質量体を備えるように構成したので、そのエピタ
キシャル層の厚さが薄いため、梁と質量体の厚さを薄く
することができるとともに、それに伴って梁の長さも短
くすることができる。したがって、梁の厚さが薄くなる
に伴なって平面形状も小さくすることができるため慣性
力センサを小型化できる効果がある。

【００９４】請求項５の発明によれば、２つの基板に対
向する中央部に梁および支柱を備える一方、その中央部
の周囲部分にその梁および支柱を取り囲むように質量体
を備えるように構成したので、温度変化を生じても梁、
質量体が支柱を中心として自由に熱膨張・収縮すること
ができる。その結果、慣性力センサの温度特性を向上さ
せることができる効果がある。

【００９５】請求項６の発明によれば、支柱と、質量体
と、梁とを２つの基板との間において封止しつつ、その
２つの基板を支持する補助支持部を設けるように構成し
たので、その補助支持部と支柱と固定電極がハーメチッ
クシールを必要とするパッケージの役割を果たすため、
このようなパッケージが不要となる。その結果、製造プ
ロセスを簡略化できるとともに、製品コストを低減でき
る効果がある。

【００９６】請求項７の発明における慣性力センサは、
質量体の側面との間隙をもって、その質量体を水平方向
において挟むように位置し、その質量体を励起振動させ
る電圧を印加するための２つの固定電極を備えるように
構成したので、その質量体に励起振動が生じ、角速度を
測定できる効果がある。

【００９７】請求項８の発明によれば、表面および裏面
が（１１０）面の結晶面を有する単結晶シリコン基板を
エッチングして、２つの固定電極との間に間隙もって位
置する質量体を形成させるとともに、その質量体を支持
する梁や支柱をさらに固定電極を形成させるように構成
したので、エッチング速度が遅い結晶面である（１１
１）面が、表面および裏面に直交する面と一致するた
め、梁の幅や質量体、固定電極の形状及びこれらの間隔
を正確にコントロールすることができる。その結果、設
計どおりの慣性力センサをエッチングプロセスにて実現
することができる効果がある。

【００９８】請求項９の発明によれば、表面および裏面
が（１１０）面の結晶面を有する一方、側面が９面の結
晶面を有する単結晶シリコン基板をエッチングして、固
定電極と基板との間に間隙をもって位置する質量体を形
成させるとともに、その質量体を支持する梁や支柱及び
固定電極を形成させるように構成したので、エッチング
速度が遅い結晶面である（１１１）面が、表面および裏
面に直交する面と一致するため、梁の幅や支柱、質量体
や固定電極の形状及びこれらの間隔を正確にコントロー
ルすることができる。その結果、設計どおりの慣性力セ
ンサをエッチングプロセスにて実現することができる。
また、一方の基板にだけ固定電極を設ければよく、他方
の基板に固定電極を設ける工程が省かれるため、製造プ
ロセスを簡略化できる効果がある。

【００９９】請求項１０の発明によれば、単結晶シリコ
ンのエピタキシャル層をエッチングして、２つの固定電
極との間に間隙もって位置する質量体を形成させるとと
もに、その質量体を支持する梁を形成させるように構成
したので、そのエピタキシャル層の厚さが薄いため、
梁、質量体および支柱の厚さを小さくすることができる
とともに、これらの平面形状も小さくすることができ
る。その結果、慣性力センサを小型化できる効果があ
る。

【０１００】請求項１１の発明によれば、単結晶シリコ
ンのエピタキシャル層をエッチングして、固定電極と基
板との間に間隙をもって位置する質量体を形成させると
ともに、その質量体を支持する梁を形成させるように構
成したので、そのエピタキシャル層の厚さが薄いため、
梁、質量体および支柱の厚さと幅の両方を小さくするこ
とができるとともに、これらの平面形状も小さくするこ
とができる。その結果、慣性力センサを小型化できる効
果がある。また、一方の基板にだけ固定電極を設ければ
よく、他方の基板に固定電極を設ける工程が省かれるた
め、製造プロセスを簡略化できる効果もある。

【０１０１】請求項１２の発明によれば、２つの基板に
対向する中央部に梁および支柱を備える一方、その中央
部の周囲部分にその梁および支柱を取り囲むように質量
体を備えるように構成したので、温度変化を生じても
梁、質量体が支柱を中心に自由に熱膨張・収縮すること
ができる。その結果、慣性力センサの温度特性を向上で
きる効果がある。

【０１０２】請求項１３の発明によれば、支柱と、質量
体と、梁とを２つの基板との間において封止しつつ、そ
の２つの基板を支持する補助支持部を設けるように構成
したので、その補助支持部と支柱がハーメチックシール
を必要とするパッケージの役割を果たすため、このよう
なパッケージが不要となる。その結果、製造プロセスを
簡略化できるとともに、製品コストを低減できる効果が
ある。

【０１０３】請求項１４の発明における慣性力センサ
は、質量体の側面との間隙をもって、その質量体を水平
方向において挟むように位置し、その質量体を励起振動
させる電圧を印加するための２つの固定電極を備えるよ
うに構成したので、その質量体に励起振動が生じ、角速
度も測定できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１による慣性力センサを示
す平面図と断面図である。

【図２】この発明の実施例１による慣性力センサの測
定に用いる電気回路図である。

【図３】この発明の実施例２による慣性力センサを示
す平面図と断面図である。

【図４】この発明の実施例５による慣性力センサを示
す平面図である。

【図５】この発明の実施例６による慣性力センサを示
す平面図と断面図である。

【図６】この発明の実施例７による慣性力センサを示
す平面図と断面図である。

【図７】この発明の実施例７による慣性力センサの測
定に用いる電気回路図である。

【図８】この発明の実施例８による慣性力センサを示
す平面図である。

【図９】この発明の実施例９による慣性力センサを示
す平面図と断面図である。

【図１０】この発明の実施例１０による慣性力センサ
の製造方法を示す断面図である。

【図１１】この発明の実施例１６による慣性力センサ
の製造方法を示す断面図である。

【図１２】従来の慣性力センサを示す平面図と断面図
である。

【符号の説明】

１基板、２固定電極、３質量体、４梁、５支
柱、１５補助支持部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の空隙を介して２つの基板が対向す
るようにその２つの基板を支持し、１つ以上の（１１
１）面を側面にもつ支柱と、上記２つの基板の対向面に
それぞれ被着された２つの固定電極と、上記２つの固定
電極との間隙を保持しつつ当該２つの固定電極の間に位
置し、１つ以上の（１１１）面を側面にもつ質量体と、
表面および裏面が（１１０）面の結晶面を有する一方、
側面が（１１１）面の結晶面を有し、一端が上記支柱に
支持されて、他の一端が上記質量体を支持するととも
に、垂直方向に慣性力を受けた場合には上記質量体が垂
直方向に振動するように支持する単結晶シリコンからな
る梁とを備えた慣性力センサ。
【請求項２】所定の空隙を介して２つの基板が対向す
るようにその２つの基板を支持し、１つ以上の（１１
１）面を側面にもつ支柱と、上記２つの基板の対向面の
一方に被着された２つの固定電極と、上記２つの基板の
対向面の他方と上記２つの固定電極のうちの一方との間
隙を保持しつつ当該対向面の他方と当該固定電極の一方
の間に位置し、１つ以上の（１１１）面を側面にもつ質
量体と、表面および裏面が（１１０）面の結晶面を有す
る一方、側面が（１１１）面の結晶面を有し、一端が上
記支柱に支持されて、他の一端が上記質量体を支持する
とともに、垂直方向に慣性力を受けた場合には上記質量
体が垂直方向に振動するように支持する単結晶シリコン
からなる梁とを備えた慣性力センサ。
【請求項３】所定の空隙を介して２つの基板が対向す
るようにその２つの基板を支持し、シリコンのエピタキ
シャル層からなる支柱と、上記２つの基板の対向面にそ
れぞれ被着された２つの固定電極と、上記２つの固定電
極との間隙を保持しつつ当該２つの固定電極の間に位置
し、シリコンのエピタキシャル層からなる質量体と、一
端が上記支柱に支持されて、他の一端が上記質量体を支
持するとともに、垂直方向に慣性力を受けた場合には上
記質量体が垂直方向に振動するように支持する単結晶シ
リコンのエピタキシャル層からなる梁とを備えた慣性力
センサ。
【請求項４】所定の空隙を介して２つの基板が対向す
るようにその２つの基板を支持し、シリコンのエピタキ
シャル層からなる支柱と、上記２つの基板の対向面の一
方に被着された２つの固定電極と、上記２つの基板の対
向面の他方と上記２つの固定電極のうちの一方との間隙
を保持しつつ当該対向面の他方と当該固定電極の一方の
間に位置し、シリコンのエピタキシャル層からなる質量
体と、一端が上記支柱に支持されて、他の一端が上記質
量体を支持するとともに、垂直方向に慣性力を受けた場
合には上記質量体が垂直方向に振動するように支持する
単結晶シリコンのエピタキシャル層からなる梁とを備え
た慣性力センサ。
【請求項５】上記２つの基板に対向する中央部に上記
梁および上記支柱を備える一方、その中央部の周囲部分
に上記梁および上記支柱を取り囲むように上記質量体を
備えることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか
１項記載の慣性力センサ。
【請求項６】上記支柱と、上記質量体と、上記梁とを
上記２つの基板との間において封止しつつ、上記２つの
基板を支持する補助支持部を設けたことを特徴とする請
求項１から請求項５の何れか１項記載の慣性力センサ。
【請求項７】上記質量体の側面との間隙を保持しつ
つ、上記質量体の相対する２つの側面を挟むように位置
し、上記質量体を励起振動させるようにその質量体に電
圧を印加するための２つの固定電極を備えたことを特徴
とする請求項１から請求項６の何れか１項記載の慣性力
センサ。
【請求項８】表面および裏面が（１１０）面の結晶面
を有する単結晶シリコン基板をエッチングして、所定の
空隙を介して対向する２つの基板を支持する支柱を形成
させるとともに、上記２つの基板の対向面にそれぞれ被
着された２つの固定電極との間隙を保持しつつ上記２つ
の固定電極の間に位置する質量体を形成させ、一端が上
記支柱に支持されて、他の一端が上記質量体を支持する
梁を形成させる慣性力センサの製造方法。
【請求項９】表面および裏面が（１１０）面の結晶面
を有する単結晶シリコン基板をエッチングして、所定の
空隙を介して対向する２つの基板を支持する支柱を形成
させるとともに、上記２つの基板の対向面の一方に被着
された２つの固定電極のうちの一方と上記２つの基板の
対向面の他方との間隙を保持しつつ、当該固定電極のう
ちの一方と当該対向面の他方の間に位置する質量体を形
成させ、かつ、一端が上記支柱に支持されて、他の一端
が上記質量体を支持する梁を形成させる慣性力センサの
製造方法。
【請求項１０】単結晶シリコンのエピタキシャル層を
エッチングして、所定の空隙を介して対向する２つの基
板を支持する支柱を形成させるとともに、上記２つの基
板の対向面にそれぞれ被着された２つの固定電極との間
隙を保持しつつ上記２つの固定電極の間に位置する質量
体を形成させ、一端が上記支柱に支持されて、他の一端
が上記質量体を支持する梁を形成させる慣性力センサの
製造方法。
【請求項１１】単結晶シリコンのエピタキシャル層を
エッチングして、所定の空隙を介して対向する２つの基
板を支持する支柱を形成させるとともに、上記２つの基
板の対向面の一方に被着された２つの固定電極のうちの
一方と上記２つの基板の対向面の他方との間隙を保持し
つつ、当該固定電極のうちの一方と当該対向面の他方の
間に位置する質量体を形成させ、かつ、一端が上記支柱
に支持されて、他の一端が上記質量体を支持する梁を形
成させる慣性力センサの製造方法。
【請求項１２】上記２つの基板に対向する中央部に上
記梁および上記支柱を備える一方、その中央部の周囲部
分に上記梁および上記支柱を取り囲むように上記質量体
を備えることを特徴とする請求項８から請求項１１の何
れか１項記載の慣性力センサの製造方法。
【請求項１３】上記支柱と、上記質量体と、上記梁と
を上記２つの基板との間において封止しつつ、上記２つ
の基板を支持する補助支持部を設けたことを特徴とする
請求項８から請求項１２の何れか１項記載の慣性力セン
サの製造方法。
【請求項１４】上記質量体の側面との間隙を保持しつ
つ、上記質量体の相対する２つの側面を挟むように位置
し、上記質量体を励起振動させるようにその質量体に電
圧を印加するための２つの固定電極を設けたことを特徴
とする請求項８から請求項１３の何れか１項記載の慣性
力センサの製造方法。