JPH06204502A - 半導体加速度センサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 少ない基板数からなる新規な半導体加速度セ
ンサ及びその製造方法を提供することにある。 【構成】 Ｐ型シリコン基板の主表面に絶縁膜を形成
し、絶縁膜上に梁形状の可動電極を形成する。そして、
可動電極に対し自己整合的にＰ型シリコン基板に不純物
を拡散して可動電極の両側において固定電極を形成し、
可動電極の下の絶縁膜をエッチング除去する。よって、
Ｐ型シリコン基板１と、Ｐ型シリコン基板１の上方に所
定の間隔を隔てて配置された梁構造の可動電極４と、Ｐ
型シリコン基板１における可動電極４の両側に可動電極
４に対し自己整合的に形成された不純物拡散層よりなる
固定電極８，９とを備え、加速度の作用に伴う可動電極
４の変位によって生じる固定電極８，９間の電流の変化
（増減）で加速度が検出されることとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体加速度センサ
に係り、特に、自動車の車体制御、エンジン制御、エア
バック制御等に好適な加速度センサ及びその製造方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車用の加速度センサに要求される性
能としては、比較的低レベルの加速度（０〜±１Ｇ）を
低レベルの周波数（０〜１００Ｈｚ）で精度よく検出す
ることが挙げられる。尚、ここで、１Ｇは加速度の単位
で、９．８ｍ／ｓｅｃ² を表す。

【０００３】ところで、このような加速度センサとして
は、従来から圧電効果を利用した圧電式、差動トランス
を利用した磁気式、あるいは半導体式でシリコンの微細
加工技術を駆使した半導体歪ゲージ式や静電容量式等が
広く知られている。この中でも低加速度レベル、低周波
数レベルを精度良く検出でき、安価で大量生産に向く方
式としては半導体式は最も有望と考えられている。

【０００４】又、静電容量式は歪ゲージ式に比較して、
検出感度が大きいという特徴を有している。このような
静電容量型加速度センサの従来例として特開平２−１３
４５７０号公報に開示されているものを図６６に示す。
図６６において静電容量型加速度センサの検出部は３枚
のシリコン基板３００，３０１，３０２を絶縁膜である
熱酸化膜３０３を介して直接張り合わせ、接合したもの
である。シリコン基板３００には、エッチング加工によ
り、接合前にシリコンビーム（梁状部）３０４と可動電
極３０５が予め形成されている。さらに、シリコン基板
３０１，３０２にも接合前に予めポリシリコンによる固
定電極３０６，３０７が形成されている。重り機能を有
する可動電極３０５はシリコンビーム３０４によって支
持されており、これに作用する図の上下方向の加速度の
大きさに応じて、可動電極３０５と固定電極３０６，３
０７との間の空隙の寸法が変化する。即ち、検出部に作
用する加速度に応じて空隙部の静電容量が変化し、この
変化をボンディングパッド３０８を介して、外部の電子
回路に取り出すことで加速度を検出しようとするもので
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成の静電容量型加速度センサにおいては、シリコ
ン基板自身を１００〜２００μｍ程も加工してビームを
形成するために生じる高度な加工技術が要求されるとと
もに製造コストも増大する。

【０００６】つまり、可動電極を形成するシリコン基板
１枚と固定電極を形成するシリコン基板２枚の合計３枚
のシリコン基板が必要であり、低コスト化が困難なこと
である。さらに、熱酸化膜を介してシリコン基板同志を
接合しなければならないため、プロセス上の熱的制約を
受ける。さらには、加速度の検出を静電容量の変化で行
うため、静電容量を形成する電極面積をその測定下限よ
り小さくできず、小型化が望めなかった。

【０００７】そこで、この発明の目的は、少ない基板数
からなる新規な半導体加速度センサ及びその製造方法を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、半導
体基板と、前記半導体基板の上方に所定の間隔を隔てて
配置された梁構造の可動電極と、前記半導体基板におけ
る前記可動電極の両側に形成された不純物拡散層よりな
る固定電極とを備え、加速度の作用に伴う前記可動電極
の変位によって生じる前記固定電極間の電流の変化で加
速度を検出するようにした半導体加速度センサをその要
旨とする。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１の固定電極
を、可動電極に対し自己整合的に形成されたものとした
半導体加速度センサをその要旨とする。請求項３の発明
は、請求項１において、半導体基板に垂直方向に加速度
が加わった際には、電界強度の変化によって電流が変化
して加速度を検出するものである半導体加速度センサを
その要旨とする。

【００１０】請求項４の発明は、請求項１において、半
導体基板に水平方向に加速度が加わった際には、両固定
電極間での反転層領域の面積が変化したことにより電流
が変化して加速度を検出するものである半導体加速度セ
ンサをその要旨とする。

【００１１】請求項５の発明は、請求項１において、半
導体基板は、可動電極と対向した部分での少なくとも固
定電極のない領域において下部電極を有するものである
半導体加速度センサをその要旨とする。

【００１２】請求項６の発明は、請求項５において、半
導体基板上に絶縁膜を有するものである半導体加速度セ
ンサをその要旨とする。請求項７の発明は、請求項１に
おいて、可動電極は、半導体基板に対し水平２軸方向に
可動であるとともに、両固定電極間の上方に位置する部
分が一方の固定電極から他方の固定電極にかけて斜状に
形成したものであり、かつ、それが相反する方向に一対
ある半導体加速度センサをその要旨とする。

【００１３】請求項８の発明は、請求項１において、可
動電極は、その一部に薄肉部が形成されているものであ
る半導体加速度センサをその要旨とする。請求項９の発
明は、請求項１において、可動電極は、三次元的に可動
であり、かつ、互いに直交する方向に突出する４つの電
極部を有し、固定電極は、当該電極部に対応して配置さ
れているものである半導体加速度センサをその要旨とす
る。

【００１４】請求項１０の発明は、半導体基板と、前記
半導体基板上に配置されたゲート酸化膜と、前記ゲート
酸化膜上に配置された下部ゲート電極と、前記半導体基
板における前記下部ゲート電極の両側に下部ゲート電極
に対し自己整合的に形成された不純物拡散層よりなる固
定電極と、前記半導体基板の上方に前記下部ゲート電極
と所定の間隔を隔てて配置された梁構造の可動上部ゲー
ト電極と、前記半導体基板における前記可動上部ゲート
電極と対向した部分に配置された下部電極とを備え、加
速度の作用に伴う前記可動上部ゲート電極の変位によっ
て生じる前記固定電極間の電流の変化で加速度を検出す
るようにした半導体加速度センサをその要旨とする。

【００１５】請求項１１の発明は、半導体基板の主表面
に犠牲層を形成する第１工程と、前記犠牲層上に梁形状
の可動電極を形成する第２工程と、前記可動電極に対し
自己整合的に前記半導体基板に不純物を拡散して可動電
極の両側において固定電極を形成する第３工程と、前記
可動電極の変位に伴う前記固定電極間の電流の変化を検
出できるように、前記可動電極の下の前記犠牲層をエッ
チング除去する第４工程とを備えた半導体加速度センサ
の製造方法をその要旨とする。

【００１６】請求項１２の発明は、半導体基板の主表面
に犠牲層を形成する第１工程と、前記半導体基板に不純
物を拡散して互いに離間した一対の固定電極を形成する
第２工程と、前記両固定電極間の上方における前記犠牲
層上に梁形状の可動電極を形成する第３工程と、前記可
動電極の変位に伴う前記固定電極間の電流の変化を検出
できるように、前記可動電極の下の前記犠牲層をエッチ
ング除去する第４工程とを備えた半導体加速度センサの
製造方法をその要旨とする。

【００１７】

【作用】請求項１の発明の半導体加速度センサにおい
て、加速度が作用すると、可動電極が変位し固定電極間
の電流が変化する。この固定電極間の電流の増減により
加速度が検出される。

【００１８】請求項２の発明は、請求項１の固定電極
が、可動電極に対し自己整合的に形成されている。この
ため、可動電極と固定電極で形成されるＭＩＳＦＥＴの
位置決め精度を上げることができ、ＭＩＳＦＥＴのトラ
ンジスタ特性の向上が達成される。

【００１９】請求項３の発明は、請求項１において、半
導体基板に垂直方向に加速度が加わった際には、電界強
度の変化によって電流が変化して加速度が検出される。
請求項４の発明は、請求項１において、半導体基板に水
平方向に加速度が加わった際には、両固定電極間での反
転層領域の面積が変化したことにより電流が変化して加
速度が検出される。

【００２０】請求項５の発明は、請求項１において、可
動電極と対向した部分での少なくとも固定電極のない領
域において下部電極が配置される。この下部電極の電位
を可動電極の電位と等電位にすれば、半導体基板と可動
電極との間で発生する静電気力を極力小さくすることが
できる。一方、下部電極の電位と可動電極の電位とに電
位差を設けて静電気力を発生させることで、可動電極を
変位させるというセンサ機能のチェックができる。

【００２１】請求項６の発明は、請求項５において、半
導体基板上に絶縁膜を設けることで、センサ機能のチェ
ック時においても、電極間の放電や電極相互の接触によ
るショートが生じない。

【００２２】請求項７の発明は、請求項１において、可
動電極が基板に対し水平２軸方向に移動したことが検出
される。請求項８の発明は、請求項１において、可動電
極の一部の薄肉部により、可動電極のバネ定数が小さく
なり可動電極の変位を大きくとることができ、検出感度
が向上する。

【００２３】請求項９の発明は、請求項１において、可
動電極が三次元的に可動し、その動きが検出される。つ
まり、１つの素子で３次元の加速度が検出される。請求
項１０の発明は、可動上部ゲート電極と下部ゲート電極
によりコンデンサが構成され、ゲート酸化膜と下部ゲー
ト電極と固定電極とにより電界効果トランジスタが構成
される。そして、可動上部ゲート電極が加速度により変
位し、前記コンデンサの静電容量が変化して、前記トラ
ンジスタの反転層に印加される電界強度が変化する。そ
の結果、加速度が電界効果トランジスタのドレイン電流
変化として検出されることとなる。又、可動上部ゲート
電極と対向した部分に下部電極が配置され、下部電極と
可動上部ゲート電極とを等電位にすることで、半導体基
板と可動上部ゲート電極との間で発生する静電気力を極
力小さくすることができる。

【００２４】請求項１１の発明は、第１工程により半導
体基板の主表面に犠牲層が形成され、第２工程により犠
牲層上に梁形状の可動電極が形成される。そして、第３
工程により可動電極に対し自己整合的に半導体基板に不
純物が拡散され可動電極の両側において固定電極が形成
される。さらに、第４工程により可動電極の下の犠牲層
がエッチング除去され、可動電極の変位に伴う固定電極
間の電流の変化が検出できるようになる。その結果、前
述の請求項２の半導体加速度センサが製造される。

【００２５】請求項１２の発明は、第１工程により半導
体基板の主表面に犠牲層が形成され、第２工程により半
導体基板に不純物が拡散されて互いに離間した一対の固
定電極が形成される。そして、第３工程により両固定電
極間の上方における犠牲層上に梁形状の可動電極が形成
される。さらに、第４工程により可動電極の下の犠牲層
がエッチング除去され、可動電極の変位に伴う固定電極
間の電流の変化が検出できるようになる。その結果、前
述の請求項１の半導体加速度センサが製造される。

【００２６】

【実施例】（第１実施例）以下、この発明を具体化した
第１実施例を図面に従って説明する。

【００２７】図１は、本実施例の半導体加速度センサの
平面図を示す。又、図２には図１のＡ−Ａ断面を示し、
図３には図１のＢ−Ｂ断面を示す。Ｐ型シリコン基板１
上には絶縁膜２が形成され、絶縁膜２はＳｉＯ₂ ，Ｓｉ
₃Ｎ₄ 等よりなる。又、Ｐ型シリコン基板１上には、絶
縁膜２の無い長方形状の領域、即ち、空隙部３が形成さ
れている（図１参照）。絶縁膜２の上には、空隙部３を
架設するように両持ち梁構造の可動電極４が配置されて
いる。この可動電極４は帯状にて直線的に延びるポリシ
リコンよりなる。又、絶縁膜２によりＰ型シリコン基板
１と可動電極４とが絶縁されている。

【００２８】尚、可動電極４の下部における空隙部３
は、絶縁膜２の一部が犠牲層としてエッチングされるこ
とにより形成されるものである。この犠牲層エッチング
の際には、エッチング液として、可動電極４がエッチン
グされず、犠牲層である絶縁膜２がエッチングされるエ
ッチング液が使用される。

【００２９】又、絶縁膜２上には層間絶縁膜５が配置さ
れ、その上にはコンタクトホール７を介して可動電極４
と電気的接続するためのアルミ配線６が配置されてい
る。図３において、Ｐ型シリコン基板１上における可動
電極４の両側には不純物拡散層からなる固定電極８，９
が形成され、この固定電極８，９はＰ型シリコン基板１
にイオン注入等によりＮ型不純物を導入することによっ
て形成されたものである。

【００３０】尚、可動電極（両持ち梁）４はポリシリコ
ンの他にも、タングステン等の耐熱金属を用いてもよ
い。又、図１に示すように、Ｐ型シリコン基板１には不
純物拡散層からなる配線１０，１１が形成され、配線１
０，１１はＰ型シリコン基板１にイオン注入等によりＮ
型不純物を導入することによって形成されたものであ
る。そして、固定電極８と配線１０、固定電極９と配線
１１とはそれぞれ電気的に接続されている。

【００３１】さらに、配線１０はコンタクトホール１２
を介してアルミ配線１３と電気的に接続されている。
又、配線１１はコンタクトホール１４を介してアルミ配
線１５と電気的に接続されている。そして、アルミ配線
１３，１５及び６は外部の電子回路と接続されている。

【００３２】又、図３に示すように、Ｐ型シリコン基板
１における固定電極８，９間には、反転層１６が形成さ
れ、同反転層１６は可動電極（両持ち梁）４に電圧を印
加することにより生じたものである。

【００３３】次に、このように構成した半導体加速度セ
ンサの製造工程を図４〜図１３を用いて説明する。ここ
で、図面の左側にセンサ、右側には処理回路に必要なト
ランジスタの工程を示す。

【００３４】図４に示すように、Ｐ型シリコン基板１７
を用意し、フォトリソ工程を経て、イオン注入等により
センサやトランジスタのソース・ドレインの配線部分と
なるＮ型拡散層１８，１９，２０，２１を形成する。

【００３５】そして、図５に示すように、その一部が犠
牲層となる絶縁膜２２をセンサ作製部に形成する。尚、
このとき、基板全体に絶縁膜２２を成膜し後からトラン
ジスタ作製部上の絶縁膜を除去してもよい。

【００３６】さらに、図６に示すように、ゲート酸化に
よりトランジスタ作製部分上にゲート酸化膜２３を形成
する。そして、図７に示すように、ポリシリコンを成膜
し、フォトリソ工程を経てドライエッチ等でセンサの可
動電極２４及びトランジスタのゲート電極２５をパター
ニングする。

【００３７】引き続き、図８に示すように、Ｎ型拡散層
からなるセンサの固定電極を形成するために、フォトリ
ソ工程を経て絶縁膜２２に可動電極２４に対して自己整
合的に開口部２６，２７を形成する。又、トランジスタ
のソース・ドレインを形成するために、フォトリソ工程
を経てレジスト２８により開口部２９，３０を形成す
る。

【００３８】さらに、絶縁膜２２及びレジスト２８の開
口部２６，２７、レジスト２８の開口部２９，３０から
可動電極２４，ゲート電極２５に対して自己整合的にイ
オン注入等によって不純物を導入して、図９に示すよう
に、Ｎ型拡散層からなるセンサの固定電極３１，３２、
トランジスタのソース・ドレイン領域３３，３４を形成
する。

【００３９】次に、図１０に示すように、可動電極２
４，ゲート電極２５とアルミ配線を電気的に絶縁するた
めの層間絶縁膜３５を成膜する。そして、図１１に示す
ように、層間絶縁膜３５に配線用拡散層１８，１９，２
０，２１とアルミ配線を電気的に接続するためのコンタ
クトホール３６，３７，３８，３９をフォトリソ工程を
経て形成する。

【００４０】さらに、図１２に示すように、電極材料で
あるアルミニウムを成膜して、フォトリソ工程を経てア
ルミ配線４０，４１，４２，４３等を形成する。そし
て、図１３に示すように、層間絶縁膜３５の一部と絶縁
膜２２の一部である犠牲層をエッチングする。

【００４１】このようにして、トランジスタ型半導体加
速度センサの製作工程が終了する。次に、加速度センサ
の作動を図３を用いて説明する。可動電極４とシリコン
基板１との間及び固定電極８，９間に電圧をかけると、
反転層１６が形成され、固定電極８，９間に電流が流れ
る。本加速度センサが加速度を受けて、図中に示すＺ方
向（基板に垂直方向）に可動電極４が変位した場合には
電界強度の変化によって反転層１６のキャリア濃度が増
大し電流が増大する。このように本加速度センサは電流
量の増減で加速度を検出することができる。

【００４２】このように本実施例では、Ｐ型シリコン基
板１７（半導体基板）の主表面に絶縁膜２２（犠牲層）
を形成し（第１工程）、絶縁膜２２（犠牲層）上に梁形
状の可動電極２４を形成する（第２工程）。そして、可
動電極２４に対し自己整合的にＰ型シリコン基板１７
（半導体基板）に不純物を拡散して可動電極２４の両側
において固定電極３１，３２を形成し（第３工程）、可
動電極２４の下の絶縁膜２２（犠牲層）をエッチング除
去した（第４工程）。

【００４３】その結果、図１〜３に示すように、Ｐ型シ
リコン基板１（半導体基板）と、Ｐ型シリコン基板１
（半導体基板）の上方に所定の間隔を隔てて配置された
梁構造の可動電極４と、Ｐ型シリコン基板１（半導体基
板）における可動電極４の両側に可動電極４に対し自己
整合的に形成された不純物拡散層よりなる固定電極８，
９とを備え、加速度の作用に伴う可動電極４の変位によ
って生じる固定電極８，９間の電流の変化（増減）で加
速度を検出するようにした。

【００４４】このように、梁（ビーム）を形成する材料
としてシリコン基板を使用せず、シリコン基板上に成膜
した薄膜、例えば高濃度に不純物をドープしたポリシリ
コンあるいは耐熱性の金属のような材料を使用した。よ
って、可動電極を形成するための梁の厚さのばらつきを
低減させることが可能となる。一般的に片持ち梁や両持
ち梁に一点荷重が加わった場合、その変化は梁の厚さの
３乗とビームの幅の１乗に反比例する。このためビーム
の厚さの加工は、梁の幅の加工に比較して非常に精度が
要求される。本実施例では梁の厚さを従来のようにエッ
チングで制御するものではなく、薄膜の堆積膜厚で制御
するものであり、その方法による膜厚制御性がエッチン
グによる方法に比較して著しく良好なため、可動電極に
加速度が印加された時の可動電極の変化の値の制御性を
著しく向上させることができる。

【００４５】又、梁を形成するために、予め犠牲層を成
膜した後の梁の材料を成膜し、梁の形状を形成した後に
犠牲層をエッチングで除去した。ここで、一般的に犠牲
層とは可動部を形成するために、最終的に除去消失させ
ることを目的として予め形成する薄膜層のことをいう。
よって、固定電極と可動電極の間の空隙のばらつきを低
減させることが可能となる。一般的にトランジスタの反
転層キャリア濃度は、空隙の大きさに反比例するため、
同様に電流も空隙の大きさに反比例する。本実施例は空
隙の大きさを犠牲層の膜厚で制御するものであり、その
方法による膜厚制御性が良好なため、固定電極間の電流
の値の制御性を著しく向上させることができる。

【００４６】さらに、可動電極を形成するビームに対し
て垂直方向に相対するシリコン基板に一対の固定電極を
設け、その固定電極間に電流を生じさせ可動電極の変位
によりその電流を変化させるトランジスタ構造とした。
よって、固定電極間の電流変化から可動電極の変位を検
出し加速度を測定することができる。トランジスタでは
通常ゲート（ここでは可動電極に相当する）電圧を変化
させることによりドレイン電流を変化させているが、ゲ
ートと基板間のギャップを変化することでも反転層のキ
ャリア濃度が変わるためドレイン電流が変化する。従っ
て、本実施例では、加速度を受けた可動電極の変化を固
定電極間の電流量で検出することができる。電流検出が
可能になったことにより、容量検出方式で必要であった
大きな電極面積が不必要となり、センサの小型化が著し
く向上する。

【００４７】さらに、上記の二つの固定電極が可動電極
となる梁の形状を形成した後に自己整合的に形成する拡
散層で構成するようにした。このような方法は可動電極
となる梁の形状を形成し、シリコン基板上で固定電極と
なる部分の上の犠牲層を窓開けした後、固定電極となる
部分にイオン注入法で不純物を導入することで容易に達
成できる。よって、可動電極を常に固定電極間の中央部
に形成することが容易に可能となり、製作プロセスでの
位置合わせ精度を向上させることができる。

【００４８】又、これらは、全てＩＣ作製プロセスその
もの、及び流用であるため、ＩＣ作製プロセスの中でセ
ンサ構造体の形成ができ、回路との一体化が著しく容易
に可能になる。 （第２実施例）次に、第２実施例を第１実施例との相違
点を中心に説明する。

【００４９】図１４に本実施例の加速度センサの平面図
を示し、図１５に図１４のＣ−Ｃ断面を示し、図１６に
図１４のＤ−Ｄ断面を示し、図１７に図１４のＥ−Ｅ断
面を示す。

【００５０】図１に示す第１実施例では、１本の両持ち
梁が弾性体としての機能と重りとしての機能と電極とし
ての機能を有しているが、図１４に示す第２実施例では
弾性体としての機能と重りとしての機能を有する１本の
梁部４４と、重りとしての機能と電極としての機能を有
する２本の電極部４５，４６とでポリシリコンよりなる
可動電極４７が形成されている。

【００５１】電極部４５，４６の下部のＰ型シリコン基
板４８には、可動電極４７の電極部４５，４６に対しそ
の両側にＮ型拡散層よりなる固定電極４９，５０及び５
１，５２が形成されている。それぞれの固定電極４９，
５０，５１，５２は配線用の拡散層５３，５４，５５，
５６と接続されており、コンタクトホール５７，５８，
５９，６０を介してアルミ配線６１，６２，６３，６４
と接続されている。可動電極４７はコンタクトホール６
５を介してアルミ配線６６と接続されている。

【００５２】エッチング領域６７は、図示されていない
絶縁膜のうち犠牲層としてエッチングされる領域を示
し、犠牲層エッチングを行うことで、可動電極４７（ポ
リシリコン）は２ヶ所の固定端６８，６９で固定され、
電極部４５，４６が可動構造となる。

【００５３】図１５において、電極部４５，４６よりも
固定電極４９，５０，５１，５２が図の両側で長めに形
成されていることを示している。図１６，図１７におい
て、電極部４５，４６と基板４８間、及び固定電極４９
と５０との間、５１と５２との間に電圧が加えられ固定
電極５２と５１間、４９と５０間に反転層７０，７１が
形成され、固定電極４９と５０との間、５１と５２との
間にそれぞれ電流が流れる。

【００５４】次に、二次元検出可能な加速度センサの作
動を、図１５，１６，１７を用いて説明する。本加速度
センサは加速度を受けて、図１５に示すＸ方向（基板の
水平方向）に電極部（可動電極）４５，４６が変位した
場合には、両固定電極間の反転層領域の面積（トランジ
スタでいうゲート幅）が変わることにより、固定電極４
９，５０に流れる電流は減少し、固定電極５１，５２に
流れる電流は逆に増大する。一方、本加速度センサが加
速度を受けて、図中に示すＺ方向に電極部４５，４６が
変位した場合には、反転層７０，７１のキャリア濃度が
減少するため、前記電流は同時に減少する。

【００５５】このように本加速度センサは、２つの電流
量の増減で二次元の加速度を検出することができる。こ
のように本実施例では、可動電極と二つの固定電極の組
み合わせを一対設け水平方向の変位により両固定電極間
の反転層領域、即ち、ゲート幅が一方は増加し他方は減
少する構造（例えば、可動電極（梁）で十字型を形成す
る）とした。よって、二つの電流量の増減から梁の水平
および垂直それぞれの方向の加速度を検出することが可
能となる。即ち、二つの電流量が同相で変化した場合に
は、梁は垂直方法に変位し、逆に二つの電流量が逆相で
変化した場合には、梁は水平方向に変位したものとして
加速度を検出することができる。このことは一つの加速
度検出構成で二次元の検出方向を持つことを可能とする
ものである。 （第３実施例）次に、第３実施例を第１実施例との相違
点を中心に説明する。

【００５６】図１８に本実施例の加速度センサの平面図
を示す。又、図１９には図１８のＦ−Ｆ断面を示す。図
１に示す第１実施例では１本の両持ち梁が弾性体として
の機能と重りとしての機能と電極としての機能を有し、
図１４に示す第２実施例では１本の両持ち梁が弾性体と
しての機能と重りとしての機能を有し１対の電極部が重
りの機能と電極の機能を有している。本実施例では、弾
性体としての機能を有する２本の梁部７２と、重りとし
ての機能を有する質量部７３と、電極の機能を有する電
極部７４，７５でポリシリコンよりなる可動電極７６が
形成されている。

【００５７】重りとしての機能を高めるために、質量部
７３の上に重りとなる材料例えば金属のようなものを載
せてもよい。この実施例でも同様に、電極部７４，７５
の下部のＰ型シリコン基板７７にはその両側にＮ型拡散
層よりなる固定電極７８，７９，８０，８１が形成され
ている。それぞれの固定電極（拡散層）７８，７９，８
０，８１は配線用の拡散層８２，８３，８４，８５と接
続されており、コンタクトホール８６，８７，８８，８
９を介してアルミ配線９０，９１，９２，９３と接続さ
れている。

【００５８】可動電極（ポリシリコン）７６は、コンタ
クトホール９４を介してアルミ配線９５と接続されてい
る。エッチング領域９６は、図示されていない絶縁膜の
うち犠牲層としてエッチングされる領域を示し、犠牲層
エッチングを行うことで、可動電極（ポリシリコン）７
６が２ヶ所の固定端９７で固定され、電極部７４，７５
が可動構造となる。

【００５９】本実施例では質量部７３を設けたことによ
り、第２実施例に比べて可動電極の変位を大きくとるこ
とができ、検出感度を上げることが可能となる。 （第４実施例）次に、第４実施例を第３実施例との相違
点を中心に説明する。

【００６０】図２０に本実施例の加速度センサの断面図
を示す。図１に示した第１実施例、図１４に示した第２
実施例、図１８に示した第３実施例では、電極として機
能する以外の可動電極、例えば、梁や質量部にも基板と
の電圧差が生じるため、必然的に静電気力が発生する。
この静電気力を見積もると、例えば可動電極と基板の電
圧差を１０Ｖ，ギャップを０．５μｍとすると静電気力
は１平方ｍあたり１７７１Ｎで、これは可動電極を厚さ
１μｍのポリシリコンとすると１Ｇの加速度で受ける力
のおよそ８万倍である。従って、可動電極は強大な力で
基板に引きつけられるため、梁が基板に接触しないよう
に梁構造を頑丈にする必要がある。しかし、これは逆に
加速度を受けた場合の梁、即ち、可動電極の変位量を著
しく小さくし、加速度の検出を困難にする。静電気力の
影響を減らすには、静電気力の発生する面積を小さくす
ることが必要となる。

【００６１】そのために図２０に示すように、可動電極
として機能しない可動部分、例えば梁や質量部に対向し
たシリコン基板７７に可動電極７６と等電位とすること
を目的にした下部電極９８を設ける。下部電極９８は、
可動電極（ポリシリコン）７６の内、電極としての機能
を有さない（下部の基板に固定電極のない）部分に対向
したシリコン基板７７に前記固定電極７８〜８１と電気
的に分離されて設けられる。下部電極９８の形成は、配
線用拡散層と同時に行う。そして、加速度を検出すると
きには、図示しない外部スイッチにより下部電極９８と
可動電極９６とを接続し、等電位とする。これにより静
電気力が発生する領域を最小限にすることができる。

【００６２】又、図２１に示すように、可動部の変位量
を稼ぐために重り９９、例えば比重の大きな金属Ａｕ，
Ｗなどを質量部上に付加してもよい。 （第５実施例）次に、第５実施例を第４実施例との相違
点を中心に説明する。

【００６３】第４実施例では下部電極９８を設け可動電
極７６と等電位として静電気力の発生を抑えることとし
たが、本実施例では下部電極９８と可動電極７６に電位
差を設け、静電気力を発生させる。これにより可動電極
７６に変位が起き仮想的な加速度が発生したこととな
り、容易にセンサ機能のチェックが可能になる。これと
同時に、センサ動作時に加速度を受け可動部が図２０に
示すＺ方向に変位し固定電極間の電流が変化した場合
に、電流が元の値に戻るように可動電極７６と下部電極
９８の電位差を減じてやれば静電気力が小さくなり、可
動電極７６はＺ方向と反対側に変位し元の位置に戻る。
固定電極間の電流値が常に一定になるように静電気力
（可動電極７６と下部電極９８の電位差）を調整してや
れば、加速度を受けたときの可動電極７６の変位量を、
非常に小さくすることができ耐衝撃性が著しく大きくな
る。この場合、加速度を可動電極７６と下部電極９８の
電圧変化で検出してもよい。 （第６実施例）次に、第６実施例を第２実施例との相違
点を中心に説明する。

【００６４】図２２に本実施例の加速度センサの斜視図
を示す。本実施例は三次元の加速度を検出する三次元ト
ランジスタ型半導体加速度センサとしたものである。シ
リコン基板１００上にセンサ部１０１がその梁の長手方
向が図中のＹ方向になるように配置されている。又、シ
リコン基板１００上にセンサ部１０２がその梁の長手方
向が図中のＸ方向になるように配置されている。

【００６５】つまり、電極１０３，１０４を有する可動
電極１１５と、電極１０５，１０６を有する可動電極１
１６とが配置されるとともに、固定電極１０７，１０
８，１０９，１１０，１１１，１１２，１１３，１１４
が形成されている。その他の下部電極、絶縁層、アルミ
配線、コンタクトホール等は省略されている。既に述べ
たようにセンサ部１０１は、電極１０７と１０８及び１
０９と１１０の間の電流量の増減で、Ｘ方向とＺ方向の
加速度を検出することができる。さらに、センサ部１０
２は、電極１１１と１１２及び１１３と１１４の間の電
流値の増減で、Ｙ方向とＺ方向の加速度を検出すること
ができる。

【００６６】従って、このように第２〜第５実施例に示
すトランジスタ型半導体加速度センサを同一シリコン基
板上に互いに直交するように２個配置することで３次元
の加速度センサを実現できる。よって、一つのシリコン
チップ上で３次元の加速度の検出が可能になる。 （第７実施例）次に、第７実施例を図面に従って説明す
る。

【００６７】図２３は、本実施例の半導体加速度センサ
の平面図を示す。又、図２４には図１のＧ−Ｇ断面を示
す。図２４に示すように、Ｐ型シリコン基板１１７の主
表面上には絶縁膜１１８が全面に形成され、その絶縁膜
１１８の上には絶縁膜１１９が形成されている。絶縁膜
１１８は、トランジスタのゲート絶縁膜であり、基板表
面のリーク電流を低減するとともにトランジスタ特性の
経時変化を抑制する。絶縁膜１１８及び絶縁膜１１９
は、ＳｉＯ₂ ，Ｓｉ₃ Ｎ₄ 等よりなる。又、Ｐ型シリコ
ン基板１１７上には、絶縁膜１１９の無い領域、即ち、
空隙部１２０が形成されている（図２３参照）。絶縁膜
１１９の上には、空隙部１２０を架設するように両持ち
梁構造の可動電極１２１が配置されている。この可動電
極１２１はポリシリコンよりなる。又、この可動電極１
２１は、ＭＩＳＦＥＴのゲート電極として働く。ここ
で、可動電極１２１は、図２３中Ｙ方向に突出する電極
部１５７，１５８を有し、電極部１５７，１５８の先端
部が斜状に形成されている。そして、この電極部１５
７，１５８を斜状にすることにより、基板平面内での２
軸方向の加速度の検出が可能となる（詳細の作動は後
述）。又、可動電極１２１には屈曲部２８６，２８７が
形成され、可動電極１２１は基板１１７に水平な２軸方
向（図２３でのＸ，Ｙ方向）に移動可能となっている。

【００６８】尚、可動電極１２１の下部における絶縁膜
１１９の空隙部１２０は、犠牲層としてエッチングされ
ることにより形成されるものである。この犠牲層エッチ
ングの際には、可動電極１２１と基板表面を保護する絶
縁膜１１８がエッチングされず、犠牲層である絶縁層１
１９がエッチングされるエッチング液が使用される。例
えば、絶縁膜１１８としてＳｉ₃ Ｎ₄ 膜を用い、絶縁膜
１１９としてＳｉＯ₂膜を用い、ＨＦ系の液をエッチン
グ液として用いることができる。

【００６９】又、Ｐ型シリコン基板１１７上には不純物
拡散層からなる固定電極１２２，１２３，１２４，１２
５が形成され、この固定電極１２２，１２３，１２４，
１２５はＰ型シリコン基板１１７にイオン注入等により
Ｎ型不純物を導入することによって形成されたものであ
る。

【００７０】尚、可動電極（両持ち梁）１２１はポリシ
リコンの他にも、ダングステン等の高融点金属を用いて
もよい。又、固定電極１２２，１２３，１２４，１２５
はコンタクトホール１２６，１２７，１２８，１２９を
介してアルミ配線１３０，１３１，１３２，１３３と電
気的に接続されている。そして、アルミ配線１３０，１
３１，１３２，１３３は外部の電子回路と接続されてい
る。

【００７１】又、固定電極１２２，１２３または１２
４，１２５と可動電極１２１及びゲート絶縁膜１１８及
び空隙部１２０とで、電界効果型トランジスタ（ＭＩＳ
ＦＥＴ）を構成している。

【００７２】従って、可動ゲート電極１２１に電圧が印
加されるとＰ型シリコン基板１１７における固定電極１
２２，１２３または１２４，１２５間には、反転層１３
４が形成され、固定電極１２２，１２３または１２４，
１２５間にドレイン電流が流れることとなる。

【００７３】又、図２３に示すように、可動電極１２１
の電極部１５７，１５８を除く領域（梁の部分）に対向
したＰ型シリコン基板１１７には、下部電極１３５が設
けられている。この下部電極１３５は可動電極１２１と
等電位として静電気力の発生を抑えるためのものであ
る。

【００７４】次に、このように構成した半導体加速度セ
ンサの製造工程を図２５〜図３３を用いて説明する。図
２５に示すように、Ｐ型シリコン基板１３６を用意し、
ＣＶＤ等によりゲート絶縁膜１３７を形成する。これ
は、犠牲層エッチング液にエッチングされない絶縁膜で
ある。

【００７５】次に、図２６に示すように、フォトリソ工
程及びイオン注入等によりＮ型拡散層よりなるセンサの
固定電極１３８，１３９を形成し、その後、その一部が
犠牲層となる絶縁膜１４０を成膜したのち、フォトリソ
工程を経て回路部のトランジスタ形成領域をエッチング
除去する。

【００７６】さらに、図２７に示すように、ポリシリコ
ンを成膜し、フォトリソ工程を経て、ドライエッチング
等で可動ゲート電極１４１及び回路部のトランジスタの
ゲート電極１４２を形成する。

【００７７】引き続き、図２８に示すように、Ｎ型拡散
層よりなる回路部のトランジスタのソース・ドレイン領
域を形成するために、フォトリソ工程を経て、レジスト
１４３を用いてゲート電極１４２の両側に開口部１４
４，１４５を形成する。

【００７８】さらに、ゲート電極１４２の両側の開口部
１４４，１４５からトランジスタのゲート電極１４２に
対して自己整合的にイオン注入等によって不純物を導入
して、図２９に示すように、Ｎ型拡散層からなるトラン
ジスタのソース・ドレイン領域１４６，１４７を形成す
る。

【００７９】次に、図３０に示すように、可動電極１４
１、ゲート電極１４２及び固定電極１３８，１３９、ソ
ース・ドレイン領域１４６，１４７とアルミ配線を電気
的に絶縁するための層間絶縁膜１４８を成膜する。そし
て、図３１に示すように、層間絶縁膜１４８に固定電極
１３８，１３９、ソース・ドレイン領域１４６，１４７
のそれぞれとアルミ配線を電気的に接続するためのコン
タクトホール１４９，１５０，１５１，１５２をフォト
リソ工程を経て形成する。

【００８０】さらに、図３２に示すように、電極材料で
あるアルミニウムを成膜して、フォトリソ工程を経てア
ルミ配線１５３，１５４，１５５，１５６等を形成す
る。そして、図３３に示すように、層間絶縁膜１４８の
一部と絶縁膜１４０の一部である犠牲層をエッチングす
る。

【００８１】このようにして、トランジスタ型半導体加
速度センサの製作工程が終了する。次に、半導体加速度
センサの作動を図２３，図２４を用いて説明する。可動
電極１２１と空隙部１２０、ゲート絶縁膜１１８及び、
固定電極１２２，１２３，１２４，１２５とで電界効果
型トランジスタを形成している。

【００８２】電界効果型トランジスタのドレイン電流Ｉ
ｄは、

【００８３】

【数１】

【００８４】・・・（１） であらわせる。ここで、μはキャリア移動度、Ｌ，Ｗ，
Ｖthはそれぞれ電界効果型トランジスタ素子のチャネル
長、チャネル幅及びしきい値電圧を示し、Ｖｇはゲート
電圧である。又、Ｃｉは可動電極（ゲート電極）１２１
と空隙部１２０、ゲート絶縁膜１１８及びＰ型シリコン
基板１１７で形成されるコンデンサにおける静電容量で
あって、ゲート酸化膜による静電容量Ｃoxと空隙による
静電容量Ｃgap とを直列接続した合成容量であり次式で
表される。

【００８５】

【数２】

【００８６】・・・（２） ここで、基板面内で二次元検出可能な加速度センサの作
動を、図２３、３４、３５、３６を用いて説明する。但
し、図３４は図２３のトランジスタ部分を拡大した図で
ある。

【００８７】図３４で、可動電極１２１の電極部１５
７，１５８はそれぞれ、先端が斜めに加工されており、
両固定電極（ソース・ドレイン拡散層）１２２，１２３
間及び１２４，１２５間において反転層領域の幅Ｗo を
有している。

【００８８】本半導体加速度センサが加速度を受けて、
図３４に示すＸ方向（基板の水平方向）に可動電極１２
１が変位した場合には、図３５に示すように、可動電極
１２１の電極部１５７と固定電極１２２，１２３による
反転層領域、及び可動電極１２１の電極部１５８と固定
電極１２４，１２５による反転層領域の面積は共に増大
し、電界効果型トランジスタでいうゲート幅Ｗo がΔＷ
だけ増加しＷ１となるため、ソース（固定電極１２
２），ドレイン（固定電極１２３）間及びソース（固定
電極１２４），ドレイン（固定電極１２５）間に流れる
ドレイン電流は増加する。

【００８９】ここで、本半導体加速度センサが加速度を
受けて、図３４中に示すＹ方向に可動電極１２１の電極
部１５７，１５８が変位した場合には、図３６に示すよ
うに、電極部１５７と固定電極１２２，１２３による反
転層領域の面積が増大し、電界効果型トランジスタでい
うゲート幅Ｗo がΔＷだけ増加してＷ２となるため、固
定電極１２２，１２３間に流れる電流は増加する。又、
可動ゲート電極１２１の電極部１５８と固定電極１２
４，１２５による反転層領域の面積が減少し、電界効果
型トランジスタでいうゲート幅Ｗo がΔＷだけ減少して
Ｗ３となるため、固定電極１２４，１２５間に流れる電
流は減少する。

【００９０】又、ソース・ドレイン各拡散層の長さは、
ゲート幅の変化によるドレイン電流変化の線形性をもた
せるため、加速度に対するＸ，Ｙ方向の変化に対して、
十分長くしておけば良い。以上、Ｘ方向、Ｙ方向で上記
と逆に変位した場合も含めて各電界効果型トランジスタ
のドレイン電流の変化を表１に示す。

【００９１】

【表１】

【００９２】表１に示したように、Ｘ，Ｙ方向に変位し
た場合に、可動電極１２１の電極部１５７側、電極部１
５８側のドレイン電流の変化の組み合わせにより、Ｘ，
Ｙの２軸の加速度を検出することが可能となる。

【００９３】次に、本半導体加速度センサが加速度を受
けて可動電極１２１が図２４のＺ方向に変位した場合に
ついて考えると、可動電極１２１と半導体基板で構成さ
れる静電容量Ｃgap が増加し、（２）式に従いＣｉが増
加するため、トランジスタ型加速度センサのドレイン電
流は、（１）式に従って増加する。このようにして、Ｚ
方向の変位を検出することが可能となる。従って、図３
７に示すように、図２３でＸ，Ｙ方向の検出ができる加
速度センサに、Ｘ，Ｙゲート電極（電極部１５９及びそ
れに対応する固定電極）を１個つけ加えることにより、
Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の３軸の加速度を検出することが可能と
なる。この電極部１５９はその下方の固定電極と充分重
なっており、可動電極１２１が図３７中、Ｘ，Ｙ方向に
変位しても反転層領域の面積は変わらないようになって
いる。

【００９４】そのときの、各電界効果型トランジスタの
ドレイン電流変化を表２に示す。

【００９５】

【表２】

【００９６】表２に示したように、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に変
位した場合に、ゲート（可動電極１２１の電極部１５
７）側、ゲート（可動電極１２１の電極部１５８）側及
びゲート（可動電極１２１の電極部１５９）側のドレイ
ン電流の変化の組み合わせにより、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸の
加速度を１個の加速度センサで検出することが可能とな
り、半導体加速度センサの著しい小型化が可能となる。

【００９７】尚、本実施例の応用として、図３７でつけ
加えたゲート電極（可動ゲート電極１２１の電極部１５
９）は、Ｘ，Ｙ方向の変位に対してゲート幅が変化しな
いように、先端が斜めに加工していないものを示してい
るが、これは、前述したように先端を斜めに加工したも
のを用いてもよい。又、本実施例は両持ち梁で示した
が、片持ち梁でもよい。さらに、本実施例では検出する
電流として（１）式の飽和領域のドレイン電流で説明し
たが、線形領域のドレイン電流を検出に用いることも可
能である。

【００９８】このように本実施例では、可動電極１２１
をＰ型シリコン基板１１７に対し水平２軸方向に可動に
するとともに、可動電極１２１には相反する方向に延び
る電極部１５７，１５８を設け、同電極部１５７，１５
８を、両固定電極間の上方に位置する部分に対し一方の
固定電極から他方の固定電極にかけて斜状に形成した。
よって、可動電極１２１が基板に対し水平２軸方向に移
動したことが検出できる。 （第８実施例）次に、第８実施例を第３実施例との相違
点を中心に説明する。

【００９９】図３８に本実施例の半導体加速度センサの
平面図を示す。又、図３９には図３８のＨ−Ｈ断面を示
す。図１に示す第１実施例では１本の両持ち梁が弾性体
としての機能と重りとしての機能と電極としての機能を
有し、図１４に示す第２実施例では１本の両持ち梁が弾
性体としての機能と重りとしての機能を有し１対の電極
部が重りの機能と電極の機能を有している。又、図１８
に示す第３実施例では、弾性体としての機能を有する２
本の梁部と、重りとしての機能を有する質量部と、電極
の機能を有する電極部でポリシリコンよりなる可動電極
が形成されている。

【０１００】ここで、本実施例では、第３の実施例と同
様に弾性体としての機能を有する２本の梁部１６０，１
６１と、重りとしての機能を有する質量部１６２と電極
の機能を有する電極部１６３，１６４でポリシリコンよ
りなる可動電極１６５が形成されている。ここで、図３
９に示すように弾性体としての機能を有する２本の梁部
１６０，１６１には、凹部１６６，１６７が形成され、
梁部１６０，１６１は薄肉化されている。この薄肉化に
より梁部１６０，１６１は弾性体としての機能が高めら
れている。この実施例でも同様に、電極部１６３，１６
４の下部のＰ型シリコン基板１６８にはその両側にＮ型
拡散層よりなる固定電極１６９，１７０，１７１、１７
２が形成されている。それぞれの固定電極（拡散層）１
６９，１７０，１７１、１７２は配線用の拡散層１７
３、１７４，１７５，１７６と接続されており、コンタ
クトホール１７７，１７８，１７９，１８０を介してア
ルミ配線１８１，１８２，１８３，１８４と接続されて
いる。

【０１０１】可動電極（ポリシリコン）１６５はコンタ
クトホール１８５を介してアルミ配線１８６と接続され
ている。エッチング領域１８７は、絶縁膜のうち犠牲層
としてエッチングされる領域を示し、犠牲層エッチング
を行うことで、可動電極（ポリシリコン）１６５が２ヶ
所の固定端１８８，１８９で固定され、電極部１６３，
１６４が可動構造となる。

【０１０２】このように本実施例では、可動電極１６５
の一部である梁部１６０，１６１を薄肉構造としたこと
により、第３実施例に比べて梁部１６０，１６１のバネ
定数を小さくし、可動電極１６５の変位を大きくとるこ
とができ、従って検出感度を上げることが可能となる。 （第９実施例）次に、第９実施例を図面に従って説明す
る。

【０１０３】図４０は、本実施例の電界効果トランジス
タ型三次元半導体加速度センサ（以下、半導体加速度セ
ンサという。）の全体図を示したものである。又、図４
１は図４０のＩ−Ｉ断面を、図４２は図４０のＪ−Ｊ断
面を示したものである。

【０１０４】図４０〜図４２に示す半導体加速度センサ
は、以下のようなプロセスに従って作製される。半導体
基板、即ち、シリコン基板１９０上にＳｉＯ₂ 、Ｓｉ₃
Ｎ₄ 等からなる絶縁膜１９１が構成され、さらに、絶縁
膜１９１上にポリシリコン、酸化物系、又は、その他金
属系の材料からなる膜が構成される。絶縁膜１９１上の
この膜は、ウェット、または、ドライプロセスにより電
界効果トランジスタのゲートに相当するゲート電極部１
９２，１９３，１９４，１９５、梁部１９６，１９７，
１９８，１９９、質量部２００、アンカー部２０１，２
０２，２０３，２０４、および、屈曲部２０５，２０
６，２０７，２０８から成る両持ち構造の可動電極２０
９に形成される。そして、絶縁膜１９１は、図４１及び
図４２に示すように可動電極２０９の端部に設けられた
アンカー部２０１，２０２，２０３，２０４の下部を残
してエッチングされるため、ギャップ２１０が形成さ
れ、可動電極２０９は絶縁膜１９１上に架橋するような
格好となる。ここで、このエッチングは犠牲層エッチン
グと呼ばれ、エッチング液として、可動電極２０９がエ
ッチングされず、可動電極２０９の下に成膜されている
犠牲層である絶縁膜１９１が選択的にエッチングされる
エッチング液が使用される。

【０１０５】又、図４０，４２に示すように、シリコン
基板１９０には、不純物拡散層からなる電界効果トラン
ジスタのソース、ドレインに相当する固定電極２１１，
２１２，２１３，２１４，２１５，２１６，２１７，２
１８が形成される。よって、ゲート電極部１９２と固定
電極２１１，２１２、ゲート電極部１９３と固定電極２
１３，２１４、ゲート電極部１９４と固定電極２１５，
２１６、ゲート電極部１９５と固定電極２１７，２１８
がそれぞれ加速度検出部となる。

【０１０６】又、図４０，４１に示すように、可動電極
２０９の梁の部分（梁部１９６〜１９９，屈曲部２０５
〜２０８）に対向したシリコン基板１９０には、下部電
極２１９が設けられている。この下部電極２１９は可動
電極２０９と等電位として静電気力の発生を抑えるため
のものである。

【０１０７】このような半導体加速度センサは、総てＩ
Ｃ作製プロセスそのもの、及び、流用により作製される
ため、ＩＣ作製プロセスの中でセンサ構造体の形成がで
き、回路との一体化が著しく容易になる。

【０１０８】以上のように作製された半導体加速度セン
サは、次のような構成からなる。即ち、可動電極２０９
の加速度検出部にあるゲート電極部１９２，１９４と１
９３，１９５が図４０のように質量部２００を中心にし
て互いに直交するように配置され、質量部２００は図４
０のように４本の梁によって、アンカー部２０１，２０
２，２０３，２０４と結ばれている。そして、アンカー
部２０１，２０２，２０３，２０４は、図示しないアル
ミ配線を介して外部の電子回路と接続されている。それ
ぞれの梁部１９６，１９７，１９８，１９９には、質量
部２００に三次元の自由度が与えられるように途中に屈
曲部２０５，２０６，２０７，２０８が設けられてい
る。これにより、１つのエレメント（素子）でＸ軸方向
・Ｙ軸方向・Ｚ軸方向の自由度を付与することができ、
三次元で作用する加速度の検出が可能となる。

【０１０９】従って、図４０のように構成される半導体
加速度センサは次のように作動する。即ち、梁部１９
６，１９７，１９８，１９９に対して半導体加速度セン
サに水平方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）の加速度が加わっ
た場合、質量部２００がこの水平方向の加速度による力
を受け、変位が発生する。この変位により、互いに直交
するように配置した２組のゲート電極部１９２（固定電
極２１１，２１２）及びゲート電極部１９４（固定電極
２１５，２１６）と、ゲート電極部１９３（固定電極２
１３，２１４）及びゲート電極部１９５（固定電極２１
７，２１８）による反転層領域の面積の変化が、それぞ
れの加速度検出部のゲート幅の変化となる。その結果、
半導体加速度センサに作用した水平方向の加速度は電界
効果トランジスタのドレイン電流変化として検出される
こととなる。又、同様に、質量部２００が梁部１９６，
１９７，１９８，１９９に対して垂直方向（Ｚ軸方向）
に加速度を受け変位が発生した場合、加速度検出部の２
組のゲート電極部１９２，１９４及び１９３，１９５と
シリコン基板１９０間のギャップ２１０が変わるため、
電界強度が変化する。その結果、半導体加速度センサに
作用した垂直方向の加速度は電界効果トランジスタのド
レイン電流変化として検出されることとなる。検出され
たそれぞれのドレイン電流変化を電気信号として図示し
ないアルミ配線を介して外部回路によって処理し演算す
ることにより、３軸に作用する加速度を１つのエレメン
ト（素子）で検出することが可能となる。

【０１１０】つまり、図４０のように加速度検出部を配
置すれば、三次元の加速度を１つのエレメントで検出す
ることができることとなる。以上に詳述した三次元で作
用する加速度の検出方法について、図４３に従って理論
的解析を行う。

【０１１１】電界効果トランジスタで構成される加速度
検出部に流れるドレイン電流Ｉｄは、上記の数式１に従
って変化する。さて、ここで実施例の半導体加速度セン
サに加速度が作用し、図４３に示すようなＸ，Ｙ，Ｚ方
向に質量部２００が変位すると、互いに直交するように
配置された２組の固定電極２１１，２１２間及び固定電
極２１５，２１６間と固定電極２１３，３１４間及び固
定電極２１７，２１８間に流れるそれぞれのドレイン電
流Ｉｄ1 、Ｉｄ3 、Ｉｄ2 、及びＩｄ4 は、Ｘ方向の加
速度ｇx 、Ｙ方向の加速度ｇy による加速度検出部のゲ
ート幅の変位Ｗｇx 、Ｗｇy と、Ｚ方向の加速度ｇz に
より加速度検出部の２組のゲート電極部１９２，１９４
及び１９３，１９５とシリコン基板１９０間の変化した
ギャップ２１０（ｇ＝ｇz ）により次式のように表され
る。

【０１１２】

【数３】 Ｉｄ1 ＝（Ｗ−Ｗｇy ）α（ｇ＝ｇz ） Ｉｄ2 ＝（Ｗ−Ｗｇx ）α（ｇ＝ｇz ） Ｉｄ3 ＝（Ｗ＋Ｗｇy ）α（ｇ＝ｇz ） Ｉｄ4 ＝（Ｗ＋Ｗｇｘ）α（ｇ＝ｇｚ） α（ｇ＝ｇz ）＝μＣｉ（ｇ＝ｇz ）（Ｖｇ−Ｖth（ｇ＝ｇz ））² ／２Ｌ ここで、Ｃｉ（ｇ＝ｇz ）とＶth（ｇ＝ｇz ）は、加速
度検出部の２組のゲート電極部１９２，１９４及び１９
３，１９５とシリコン基板１９０間のギャップ２１０に
比例して変化する電界効果トランジスタのコンデンサ容
量としきい値電圧であり、α（ｇ＝ｇz ）は、Ｃｉ（ｇ
＝ｇz ）とＶth（ｇ＝ｇz ）の変化により決まる関数で
ある。

【０１１３】よって、数式３より次式が導き出される。

【０１１４】

【数４】 Ｗｇx ／Ｗ＝−（Ｉｄ2 −Ｉｄ4 ）／（Ｉｄ2 ＋Ｉｄ4 ） Ｗｇy ／Ｗ＝＋（Ｉｄ1 −Ｉｄ3 ）／（Ｉｄ1 ＋Ｉｄ3 ） ここで、Ｘ、Ｙ方向の加速度ｇx 、ｇy は、それぞれ加
速度検出部のゲート幅の変位Ｗｇz 、Ｗｇy に比例する
ことから、数式４より、Ｘ方向の加速度ｇx は加速度検
出部の固定電極２１３，２１４、及び２１７，２１８の
それぞれに流れるドレイン電流Ｉｄ2 、Ｉｄ4 の差に比
例し、Ｙ方向の加速度ｇy は加速度検出部の固定電極２
１１，２１２、及び２１５，２１６のそれぞれに流れる
ドレイン電流Ｉｄ1 、Ｉｄ3 の差に比例することが分か
る。

【０１１５】このように、Ｘ、Ｙ方向の加速度はＺ方向
の加速度と簡単に分離することができる。さらに、Ｚ方
向の加速度を理論的に解析すると、Ｚ方向の加速度は
Ｘ、Ｙ方向の加速度の検出とは異なり、加速度検出部に
流れるドレイン電流Ｉｄの比では求められず、数式３の
ごとくΣＩｄの値を演算することによって与えられる。

【０１１６】

【数５】 Ｉｄ1 ＋Ｉｄ2 ＋Ｉｄ3 ＋Ｉｄ4 ＝４Ｗα（ｇ＝ｇz ） 以上の理論的解析結果を表３に示す。

【０１１７】

【表３】

【０１１８】表３は本実施例の半導体加速度センサに加
速度が作用し、質量部２００がＸ，Ｙ，Ｚ方向に変位し
たとき、互いに直交するように配置した加速度検出部２
２２，２２３，２２４，２２５に流れるドレイン電流Ｉ
ｄがどのように変化するかを示した一例である。質量部
２００がＸ方向に変位した場合に加速度検出部２２３，
２２５のドレイン電流Ｉｄの増減と、Ｙ方向に変位した
場合の加速度検出部２２２，２２４のドレイン電流Ｉｄ
の増減と、Ｚ方向に変位した場合の加速度検出部２２
２，２２３，２２４，２２５のドレイン電流Ｉｄの増減
を示した。ここで、半導体加速度センサに作用する加速
度が上記の場合の逆に作用すると、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向のド
レイン電流Ｉｄの増減は総て逆になる。

【０１１９】このように本実施例では、電界効果トラン
ジスタで構成される加速度検出部のゲート電極部と固定
電極とを互いに直交する方向に突出するように２組配置
し、可動電極２０９を三次元的に動かすようにした。よ
って、１つのエレメント（素子）で三次元の加速度を求
めることができる。

【０１２０】尚、本実施例の応用例としては、梁構造
は、質量部２００が三次元的に変位するものであるなら
ばどのような支持でもよい。これには、本実施例のよう
な両持ち構造の梁、或いは片持ち構造の梁、または、本
実施例に示した２本の梁以外に、可動電極２０９の可動
部のバランス等を維持するためにそれ以上の本数の梁が
使用可能である。 （第１０実施例）次に、第１０実施例を第１実施例との
相違点を中心に説明する。

【０１２１】図４４は本実施例の半導体加速度センサの
平面図を示す。又、図４５には図４４のＫ−Ｋ断面を示
し、図４６には図４４のＬ−Ｌ断面を示し、図４７には
図４４のＭ−Ｍ断面を示す。

【０１２２】本実施例においては、両持ち梁構造の可動
電極４に対しその可動電極４の中心部分のＰ型シリコン
基板１に固定電極８，９が自己整合的に形成されている
とともに、固定電極８，９の無い可動電極４の下部のＰ
型シリコン基板１に下部電極２２６，２２７が形成され
ている。この下部電極２２６，２２７には拡散電極２２
８，２２９が接続され、拡散電極２２８，２２９はコン
タクトホール２３０，２３１を介してアルミ配線２３
２，２３３と接続されている。

【０１２３】そして、この下部電極２２６，２２７は可
動電極４と等電位として静電気力の発生を抑える。その
他の半導体加速度センサの動作は、第１実施例と同一で
ある。 （第１１実施例）次に、第１１実施例を第１０実施例と
の相違点を中心に説明する。

【０１２４】図４８は本実施例の半導体加速度センサの
平面図を示す。又、図４９には図４８のＮ−Ｎ断面を示
し、図５０には図４８のＯ−Ｏ断面を示し、図５１には
図４８のＰ−Ｐ断面を示す。

【０１２５】本実施例においては、Ｐ型シリコン基板１
の上面に絶縁膜２３４が形成されている。つまり、可動
電極４の中心部分において絶縁膜２３４の下部に固定電
極８，９が自己整合的に形成されているとともに、固定
電極８，９の無い可動電極４の下部における絶縁膜２３
４の下部に下部電極２２６，２２７が形成されている。
この下部電極２２６，２２７には拡散電極２２８，２２
９が接続され、拡散電極２２８，２２９はコンタクトホ
ール２３０，２３１を介してアルミ配線２３２，２３３
と接続されている。

【０１２６】そして、この下部電極２２６，２２７は可
動電極４と等電位として静電気力の発生を抑える。又、
下部電極２２６，２２７と可動電極４との間に電位差を
与え、静電力による仮想加速度を発生させ、センサのセ
ルフテストを行う場合、絶縁膜２３４により、電極間の
放電や電極相互の接触によるショートでの回路の損傷、
ゲートと基板の溶着を防止することができる。 （第１２実施例）次に、第１２実施例を第２実施例との
相違点を中心に説明する。

【０１２７】図５２は本実施例の半導体加速度センサの
平面図を示す。又、図５３には図５２のＱ−Ｑ断面を示
す。本実施例においては、両持ち梁構造の可動電極４７
の梁部４４に対しその梁部４４の下方部分のＰ型シリコ
ン基板４８に下部電極２３５が形成されている。この下
部電極２３５には拡散電極２３６が接続され、拡散電極
２３６はコンタクトホール２３７を介してアルミ配線２
３８と接続されている。

【０１２８】そして、この下部電極２３５は可動電極４
７の梁部４４と等電位として静電気力の発生を抑える。
その他の半導体加速度センサの動作は、第２実施例と同
一である。 （第１３実施例）次に、第１３実施例を第３実施例との
相違点を中心に説明する。

【０１２９】図５４は本実施例の半導体加速度センサの
平面図を示す。又、図５５には図５４のＲ−Ｒ断面を示
す。本実施例においては、両持ち梁構造の可動電極７６
の梁部７２及び質量部７３の下方部分のＰ型シリコン基
板７７に下部電極２３９が形成されている。この下部電
極２３９には拡散電極２４０が接続され、拡散電極２４
０はコンタクトホール２４１を介してアルミ配線２４２
と接続されている。

【０１３０】そして、この下部電極２３９は可動電極７
６の梁部７２及び質量部７３と等電位として静電気力の
発生を抑える。その他の半導体加速度センサの動作は、
第３実施例と同一である。 （第１４実施例）次に、第１４実施例を図面に従って説
明する。

【０１３１】図５６は、本実施例の半導体加速度センサ
の平面図を示す。又、図５７には図５６のＳ−Ｓ断面
を、図５８には図５６のＴ−Ｔ断面を、図５９には図５
６のＵ−Ｕ断面を示す。

【０１３２】図５７〜５９に示すように、Ｐ型シリコン
基板２４３上にはゲート酸化膜２４４が形成されてい
る。又、ゲート酸化膜２４４上には、下部（固定）ゲー
ト電極２４５が配置されており、この下部ゲート電極２
４５はポリシリコンよりなる。さらに、ゲート酸化膜２
４４及び下部ゲート電極２４５上には、絶縁膜２４６及
び絶縁膜２４７が形成され、絶縁膜２４６，２４７はＳ
ｉＯ₂ 、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 等よりなる。又、絶縁膜２４６の上
には、絶縁膜２４７の無い長方形状の領域、即ち、空隙
部２４８が形成されている（図５６参照）。図５６に示
すように、前述の下部ゲート電極２４５は長方形状部２
４５ａとその長方形状部２４５ａから延びる帯状部２４
５ｂとからなり、空隙部２４８の底面部に長方形状部２
４５ａが配置され、帯状部２４５ｂは空隙部２４８の外
部において延設されている。さらに、絶縁膜２４７上に
は、空隙部２４８を架設するように両持ち梁構造の可動
上部ゲート電極２４９が配置されている。この可動上部
ゲート電極２４９は、ポリシリコンよりなる。

【０１３３】尚、可動上部ゲート電極２４９の下部にお
ける絶縁膜２４７の空隙部２４８は、犠牲層としてエッ
チングされることにより形成されるものである。この犠
牲層のエッチングの際には、エッチング液として、可動
上部ゲート電極２４９及び絶縁膜２４６がエッチングさ
れず、犠牲層である絶縁膜２４７がエッチングされるエ
ッチング液が使用される。ここで、犠牲層である絶縁膜
２４７がエッチングされるエッチング液に対して、ゲー
ト酸化膜２４４がエッチングされないような場合には、
絶縁膜２４６は無くてもよい。

【０１３４】又、絶縁膜２４７上には層間絶縁膜２５０
が配置され、その上にはコンタクトホール２５１を介し
て可動上部ゲート電極２４９と電気的接続をするための
アルミ配線２５２が配置されている。

【０１３５】図５８において、Ｐ型シリコン基板２４３
上における下部ゲート電極２４５の帯状部２４５ｂの両
側には不純物拡散層からなる固定電極２５３，２５４が
形成されている。この固定電極２５３，２５４は、下部
ゲート電極２４５の帯状部２４５ｂに対して自己整合的
にＰ型シリコン基板２４３にイオン注入等によりＮ型不
純物を導入することによって形成されたものである。
尚、下部ゲート電極２４５及び可動上部ゲート電極（両
持ち梁）２４９はポリシリコンの他に、タングステン等
の高融点金属を用いてもよい。

【０１３６】又、図５６に示すように、固定電極２５
３，２５４はコンタクトホール２５５，２５６を介して
アルミ配線２５７，２５８と電気的に接続されている。
そして、アルミ配線２５７，２５８及び２５２は外部の
電子回路と接続されている。

【０１３７】又、固定電極２５３，２５４と下部ゲート
電極２４５とゲート酸化膜２４４とで、電界効果型トラ
ンジスタを構成している。従って、図５８に示すよう
に、下部ゲート電極２４５に電圧が印加されるとＰ型シ
リコン基板２４３における固定電極２５３，２５４間に
は、反転層２５９が形成され、固定電極２５３，２５４
間にドレイン電流が流れることとなる。

【０１３８】又、図５６に示すように、可動上部ゲート
電極２４９の下方でのＰ型シリコン基板２４３における
下部ゲート電極２４５の長方形状部２４５ａの両側部に
は、下部電極２６０，２６１が形成されている。この下
部電極２６０，２６１には拡散電極２６２，２６３が接
続され、拡散電極２６２，２６３はコンタクトホール２
６４，２６５を介してアルミ配線２６６，２６７と接続
されている。

【０１３９】そして、この下部電極２６０，２６１は可
動上部ゲート電極２４９と等電位として静電気力の発生
を抑える。そして、この半導体加速度センサは、可動上
部ゲート電極２４９と下部ゲート電極２４５とで構成さ
れる静電容量が加速度を受けて変化する状態を、電界効
果型トランジスタの出力変化（ドレイン電流変化）とし
て検知する。つまり、加速度の作用に伴う可動上部ゲー
ト電極２４９の変位によって生じる電界効果型トランジ
スタの出力変化（ドレイン電流変化）で加速度が検出さ
れる。

【０１４０】このように本実施例では、Ｐ型シリコン基
板２４３（半導体基板）と、Ｐ型シリコン基板２４３上
に配置されたゲート酸化膜２４４と、ゲート酸化膜２４
４上に配置された下部ゲート電極２４５と、Ｐ型シリコ
ン基板２４３における下部ゲート電極２４５の両側に下
部ゲート電極２４５に対し自己整合的に形成された不純
物拡散層よりなる固定電極２５３，２５４と、Ｐ型シリ
コン基板２４３の上方に下部ゲート電極２４５と所定の
間隔を隔てて配置された梁構造の可動上部ゲート電極２
４９と、Ｐ型シリコン基板２４３における可動上部ゲー
ト電極２４９と対向した部分に配置され、可動上部ゲー
ト電極２４９と等電位とするための下部電極２６０，２
６１とを備え、加速度の作用に伴う可動上部ゲート電極
２４９の変位によって生じる固定電極２５３，２５４間
の電流の変化で加速度を検出するようにした。つまり、
可動上部ゲート電極２４９と下部ゲート電極２４５によ
りコンデンサが構成され、ゲート酸化膜２４４と下部ゲ
ート電極２４５と固定電極２５３，２５４とにより電界
効果トランジスタが構成される。そして、可動上部ゲー
ト電極２４９が加速度により変位し、コンデンサの静電
容量が変化して、トランジスタの反転層に印加される電
界強度が変化する。その結果、加速度が電界効果トラン
ジスタのドレイン電流変化として検出されることとな
る。又、反転層上にゲート酸化膜２４４が配置されてお
り、電界効果トランジスタの動作が安定となる。さら
に、可動上部ゲート電極２４９と対向した部分に下部電
極２６０，２６１が配置され、下部電極２６０，２６１
と可動上部ゲート電極２４９とが等電位にされ、シリコ
ン基板２４３と可動上部ゲート電極２４９との間で発生
する静電気力を極力小さくすることができる。 （第１５実施例）次に、第１５実施例を第１４実施例と
の相違点を中心に説明する。

【０１４１】図６０は本実施例の半導体加速度センサの
平面図を示す。又、図６１には図６０のＶ−Ｖ断面を、
図６２には図６０のＷ−Ｗ断面を示す。本実施例では、
可動上部ゲート電極２４９の下方におけるＰ型シリコン
基板２４３に、下部電極２６８が延設されている。この
下部電極２６８には拡散電極２６９が接続され、拡散電
極２６９はコンタクトホール２７０を介してアルミ配線
２７１と接続されている。 （第１６実施例）次に、第１６実施例を第１４実施例と
の相違点を中心に説明する。

【０１４２】図６３は本実施例の半導体加速度センサの
平面図を示す。又、図６４には図６３のＸ−Ｘ断面を示
す。本実施例では可動上部ゲート電極２４９に対して、
２つの電界効果型トランジスタが配置されている。そし
て、それぞれの下部ゲート電極２７２，２７３が可動上
部ゲート電極２４９に対して、部分的に重なるように対
称に配置されている。

【０１４３】図６４において、可動上部ゲート電極２４
９に電圧が印加されると、可動上部ゲート電極２４９と
下部ゲート電極２７２，２７３で構成される静電容量と
ゲート酸化膜容量に応じて決まる電圧が下部ゲート電極
２７２，２７３に印加され、電界効果型トランジスタの
ドレイン電流が流れる。

【０１４４】本半導体加速度センサは加速度を受けて、
図６４に示すＺ方向に可動上部ゲート電極２４９が変位
した場合には、可動上部ゲート電極２４９と下部ゲート
電極２７２，２７３との間のギャップが小さくなるた
め、その静電容量が増大し、従ってドレイン電流が増大
する。

【０１４５】一方、本半導体加速度センサは加速度を受
けて、図６４に示すＸ方向に可動上部ゲート電極２４９
が変位した場合には、下部ゲート電極２７２，２７３と
の間の重なり面積が一方は増大し他方は減少する。その
結果、可動上部ゲート電極２４９と下部ゲート電極２７
２，２７３との間の静電容量が一方は増大し他方は減少
する。よって、ドレイン電流は一方が増大し、他方が減
少する。このようにして本半導体加速度センサは、２つ
の電流量の増減で二次元の加速度を検出することができ
る。

【０１４６】又、可動上部ゲート電極２４９の下方での
Ｐ型シリコン基板２４３には、下部電極２７４が延設さ
れている。この下部電極２７４には拡散電極２７５が接
続され、拡散電極２７５はコンタクトホール２７６を介
してアルミ配線２７７と接続されている。

【０１４７】そして、この下部電極２７４は可動上部ゲ
ート電極２４９と等電位として静電気力の発生を抑え
る。 （第１７実施例）次に、第１７実施例を第１６実施例と
の相違点を中心に説明する。

【０１４８】図６５は本実施例の半導体加速度センサの
平面図を示す。本実施例では可動上部ゲート電極２４９
の下方でのＰ型シリコン基板２４３における下部ゲート
電極２７２，２７３の両側部には、下部電極２７８，２
７９が形成されている。この下部電極２７８，２７９に
は拡散電極２８０，２８１が接続され、拡散電極２８
０，２８１はコンタクトホール２８２，２８３を介して
アルミ配線２８４，２８５と接続されている。

【０１４９】そして、この下部電極２７８，２７９は可
動上部ゲート電極２４９と等電位として静電気力の発生
を抑える。尚、この発明は上記各実施例に限定されるも
のではなく、例えば、各半導体加速度センサはＰ型基板
について説明してきたが、Ｎ型基板では拡散層の不純物
をＰ型にすればよい。又、半導体加速度センサおよび検
出用のＭＯＳＦＥＴの製造工程の説明は簡略化されてお
り、また工程全体の性質を不明瞭にしないよう説明でい
くつかの段階（例えば、素子分離工程）が省略されてい
ることは明白である。

【０１５０】又、梁は、両持ち梁でも片持ち梁でもよ
い。又、図１８に示した第３実施例では梁の本数を２本
で示したが、可動部のバランス等を維持するためにそれ
以上の本数でもよい。

【０１５１】

【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
少ない基板数からなる新規な半導体加速度センサ及びそ
の製造方法を提供することができる優れた効果を発揮す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の半導体加速度センサの平面図であ
る。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】図１のＢ−Ｂ断面図である。

【図４】半導体加速度センサの製造工程を示す断面図で
ある。

【図５】半導体加速度センサの製造工程を示す断面図で
ある。

【図６】半導体加速度センサの製造工程を示す断面図で
ある。

【図７】半導体加速度センサの製造工程を示す断面図で
ある。

【図８】半導体加速度センサの製造工程を示す断面図で
ある。

【図９】半導体加速度センサの製造工程を示す断面図で
ある。

【図１０】半導体加速度センサの製造工程を示す断面図
である。

【図１１】半導体加速度センサの製造工程を示す断面図
である。

【図１２】半導体加速度センサの製造工程を示す断面図
である。

【図１３】半導体加速度センサの製造工程を示す断面図
である。

【図１４】第２実施例の半導体加速度センサの平面図で
ある。

【図１５】図１４のＣ−Ｃ断面図である。

【図１６】図１４のＤ−Ｄ断面図である。

【図１７】図１４のＥ−Ｅ断面図である。

【図１８】第３実施例の半導体加速度センサの平面図で
ある。

【図１９】図１８のＦ−Ｆ断面図である。

【図２０】第４実施例の半導体加速度センサの断面図で
ある。

【図２１】第４実施例の応用例を示す断面図である。

【図２２】第６実施例の半導体加速度センサの断面図で
ある。

【図２３】第７実施例の半導体加速度センサの平面図で
ある。

【図２４】図２３のＧ−Ｇ断面図である。

【図２５】半導体加速度センサの製造工程を示す断面図
である。

【図２６】半導体加速度センサの製造工程を示す断面図
である。

【図２７】半導体加速度センサの製造工程を示す断面図
である。

【図２８】半導体加速度センサの製造工程を示す断面図
である。

【図２９】半導体加速度センサの製造工程を示す断面図
である。

【図３０】半導体加速度センサの製造工程を示す断面図
である。

【図３１】半導体加速度センサの製造工程を示す断面図
である。

【図３２】半導体加速度センサの製造工程を示す断面図
である。

【図３３】半導体加速度センサの製造工程を示す断面図
である。

【図３４】半導体加速度センサの一部拡大図である。

【図３５】半導体加速度センサの動作を説明するための
平面図である。

【図３６】半導体加速度センサの動作を説明するための
平面図である。

【図３７】半導体加速度センサの平面図である。

【図３８】第８実施例の半導体加速度センサの平面図で
ある。

【図３９】図３８のＨ−Ｈ断面図である。

【図４０】第９実施例の半導体加速度センサの平面図で
ある。

【図４１】図４０のＩ−Ｉ断面図である。

【図４２】図４０のＪ−Ｊ断面図である。

【図４３】半導体加速度センサの動作を説明するための
平面図である。

【図４４】第１０実施例の半導体加速度センサの平面図
である。

【図４５】図４４のＫ−Ｋ断面図である。

【図４６】図４４のＬ−Ｌ断面図である。

【図４７】図４４のＭ−Ｍ断面図である。

【図４８】第１１実施例の半導体加速度センサの平面図
である。

【図４９】図４８のＮ−Ｎ断面図である。

【図５０】図４８のＯ−Ｏ断面図である。

【図５１】図４８のＰ−Ｐ断面図である。

【図５２】第１２実施例の半導体加速度センサの平面図
である。

【図５３】図５２のＱ−Ｑ断面図である。

【図５４】第１３実施例の半導体加速度センサの平面図
である。

【図５５】図５４のＲ−Ｒ断面図である。

【図５６】第１４実施例の半導体加速度センサの平面図
である。

【図５７】図５６のＳ−Ｓ断面図である。

【図５８】図５６のＴ−Ｔ断面図である。

【図５９】図５６のＵ−Ｕ断面図である。

【図６０】第１５実施例の半導体加速度センサの平面図
である。

【図６１】図６０のＶ−Ｖ断面図である。

【図６２】図６０のＷ−Ｗ断面図である。

【図６３】第１６実施例の半導体加速度センサの平面図
である。

【図６４】図６３のＸ−Ｘ断面図である。

【図６５】第１７実施例の半導体加速度センサの平面図
である。

【図６６】従来技術による半導体加速度センサを示す断
面図である。

【符号の説明】

１…半導体基板としてのＰ型シリコン基板、４…可動電
極、８…固定電極、９…固定電極、１７…半導体基板と
してのＰ型シリコン基板、２２…犠牲層としての絶縁
膜、２４…可動電極、３１…固定電極、３２…固定電
極、９８…下部電極、１１７…半導体基板としてのＰ型
シリコン基板、１２１…可動電極、１５７…電極部、１
５８…電極部、１６６…凹部、１６７…凹部、１９２…
ゲート電極部、１９３…ゲート電極部、１９４…ゲート
電極部、１９５…ゲート電極部、２０９…可動電極、２
１１…固定電極、２１２…固定電極、２１３…固定電
極、２１４…固定電極、２１５…固定電極、２１６…固
定電極、２１７…固定電極、２１８…固定電極、２４３
…半導体基板としてのＰ型シリコン基板、２４４…ゲー
ト酸化膜、２４５…下部ゲート電極、２４９…可動上部
ゲート電極、２５３…固定電極、２５４…固定電極、２
６０…下部電極、２６１…下部電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 服部 正 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装 株式会社内 (72)発明者 山本 敏雅 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装 株式会社内 (72)発明者 加納 一彦 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装 株式会社内 (72)発明者 池田 裕胤 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装 株式会社内

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板と、 前記半導体基板の上方に所定の間隔を隔てて配置された
   梁構造の可動電極と、 前記半導体基板における前記可動電極の両側に形成され
   た不純物拡散層よりなる固定電極とを備え、加速度の作
   用に伴う前記可動電極の変位によって生じる前記固定電
   極間の電流の変化で加速度を検出するようにしたことを
   特徴とする半導体加速度センサ。
2. 【請求項２】 前記固定電極は、可動電極に対し自己整
   合的に形成されたものである請求項１に記載の半導体加
   速度センサ。
3. 【請求項３】 半導体基板に垂直方向に加速度が加わっ
   た際には、電界強度の変化によって電流が変化して加速
   度を検出するものである請求項１に記載の半導体加速度
   センサ。
4. 【請求項４】 半導体基板に水平方向に加速度が加わっ
   た際には、両固定電極間での反転層領域の面積が変化し
   たことにより電流が変化して加速度を検出するものであ
   る請求項１に記載の半導体加速度センサ。
5. 【請求項５】 前記半導体基板は、可動電極と対向した
   部分での少なくとも固定電極のない領域において下部電
   極を有するものである請求項１に記載の半導体加速度セ
   ンサ。
6. 【請求項６】 前記半導体基板上に絶縁膜を有するもの
   である請求項５に記載の半導体加速度センサ。
7. 【請求項７】 前記可動電極は、半導体基板に対し水平
   ２軸方向に可動であるとともに、両固定電極間の上方に
   位置する部分が一方の固定電極から他方の固定電極にか
   けて斜状に形成したものであり、かつ、それが相反する
   方向に一対ある請求項１に記載の半導体加速度センサ。
8. 【請求項８】 前記可動電極は、その一部に薄肉部が形
   成されているものである請求項１に記載の半導体加速度
   センサ。
9. 【請求項９】 前記可動電極は、三次元的に可動であ
   り、かつ、互いに直交する方向に突出する４つの電極部
   を有し、前記固定電極は、当該電極部に対応して配置さ
   れているものである請求項１に記載の半導体加速度セン
   サ。
10. 【請求項１０】 半導体基板と、 前記半導体基板上に配置されたゲート酸化膜と、 前記ゲート酸化膜上に配置された下部ゲート電極と、 前記半導体基板における前記下部ゲート電極の両側に下
    部ゲート電極に対し自己整合的に形成された不純物拡散
    層よりなる固定電極と、 前記半導体基板の上方に前記下部ゲート電極と所定の間
    隔を隔てて配置された梁構造の可動上部ゲート電極と、 前記半導体基板における前記可動上部ゲート電極と対向
    した部分に配置された下部電極とを備え、加速度の作用
    に伴う前記可動上部ゲート電極の変位によって生じる前
    記固定電極間の電流の変化で加速度を検出するようにし
    たことを特徴とする半導体加速度センサ。
11. 【請求項１１】 半導体基板の主表面に犠牲層を形成す
    る第１工程と、 前記犠牲層上に梁形状の可動電極を形成する第２工程
    と、 前記可動電極に対し自己整合的に前記半導体基板に不純
    物を拡散して可動電極の両側において固定電極を形成す
    る第３工程と、 前記可動電極の変位に伴う前記固定電極間の電流の変化
    を検出できるように、前記可動電極の下の前記犠牲層を
    エッチング除去する第４工程とを備えたことを特徴とす
    る半導体加速度センサの製造方法。
12. 【請求項１２】 半導体基板の主表面に犠牲層を形成す
    る第１工程と、 前記半導体基板に不純物を拡散して互いに離間した一対
    の固定電極を形成する第２工程と、 前記両固定電極間の上方における前記犠牲層上に梁形状
    の可動電極を形成する第３工程と、 前記可動電極の変位に伴う前記固定電極間の電流の変化
    を検出できるように、前記可動電極の下の前記犠牲層を
    エッチング除去する第４工程とを備えたことを特徴とす
    る半導体加速度センサの製造方法。