JPH08320339A - 半導体力学量センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】小形で高感度な半導体力学量センサを提供す
る。 【構成】シリコン基板１には環状の溝２が形成され、そ
の溝２にて囲まれた領域に空洞部３が形成されている。
ポリシリコン薄膜よりなる梁部５，６，９，１０，１
１，１２がシリコン基板１の表面から空洞部３に延設さ
れている。空洞部３においてシリコン基板１の一部をな
す重り部４が梁部５，６，９，１０，１１，１２にて支
持されている。重り部４は加速度の作用に伴いシリコン
基板１の表面に平行な方向に変位する。重り部４の上面
に所定の間隔を隔てて梁部１７が架設され、この梁部１
７の下方における重り部４にはソース電極１９，２１、
ドレイン電極２０，２２が形成され、重り部４の変位に
伴いソース・ドレイン間におけるゲート電極用梁部１７
との重なり面積（チャネル幅）が変化し、これに基づい
て加速度を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、加速度やヨーレイ
ト、振動等の力学量を検出するための半導体力学量セン
サに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体加速度センサとして、
エアギャップトランジスタ型のものが知られている（例
えば、特開平４−２５７６４号公報等）。これは、半導
体基板によりカンチレバーを形成し、このカンチレバー
にて可動ゲート電極を構成し、加速度の作用に伴うゲー
ト電極の変位を、固定ソース電極と固定ドレイン電極と
の間に流れる電流（ドレイン電流）の変化として取り出
すものである。

【０００３】このエアギャップトランジスタ型半導体加
速度センサに対し、薄膜容量型加速度センサが知られて
いる（例えば、特表平４−５０４００３号公報）。これ
は、基板の上に所定間隔を隔てて梁構造のポリシリコン
薄膜を配置し、この梁にてコンデンサの対向電極（可動
容量）を形成してコンデンサ容量の変化により加速度を
検出するものである。このようにすることにより、梁を
薄くして高感度化を図ることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、薄膜容量型
加速度センサにおいては、更なる高感度化を図るために
梁（可動マス）の質量を大きくしようとすると、薄膜よ
りなる重り部の面積を大きくすることとなり大型化して
しまう。

【０００５】そこで、この発明の目的は、小形で高感度
な半導体力学量センサを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、半導体基板に支持された梁構造の可動部を有し、力
学量の作用に伴う前記可動部の変位に基づいて力学量を
検出するようにした半導体力学量センサであって、前記
半導体基板の表面から、当該半導体基板に形成された空
洞部に延設された薄膜よりなる梁部と、前記半導体基板
の一部をなし、前記空洞部において前記梁部にて支持さ
れた重り部とを備えた半導体力学量センサをその要旨と
する。

【０００７】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明における梁部を、両持ち梁とした半導体力学量セ
ンサをその要旨とする。請求項３に記載の発明は、請求
項１に記載の発明において、薄膜よりなるゲート電極用
梁部を前記半導体基板の表面から前記重り部に対し所定
の間隔を隔てた位置に配置し、前記重り部に不純物拡散
層よりなるソース電極とドレイン電極とが離間して配置
された半導体力学量センサをその要旨とする。

【０００８】請求項４に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、薄膜よりなる固定コンデンサ電極用梁
部を前記半導体基板の表面から前記重り部に対し所定の
間隔を隔てた位置に配置し、前記重り部を可動コンデン
サ電極とした半導体力学量センサをその要旨とする。

【０００９】請求項５に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、薄膜よりなる移動規制梁部を前記半導
体基板の表面から前記重り部に対し所定の間隔を隔てた
位置に配置し、前記重り部の移動を規制するようにした
半導体力学量センサ半導体力学量センサをその要旨とす
る。

【００１０】

【作用】請求項１に記載の発明によれば、力学量の作用
に伴い可動部である梁部および重り部が変位し、これに
より力学量が検出される。このとき、梁が薄膜よりなる
ので、半導体基板のエッチング等により梁を形成する場
合に比べ高感度化され、かつ、感度を上げるための重り
部が半導体基板の一部をなしているので、重り部を薄膜
にて形成した場合に比べ、その厚さを厚くすることによ
り質量をかせぎ、面積の増加を招くことなく更なる高感
度化が図られる。

【００１１】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明の作用に加え、重り部が両持ち梁にて支持
されているので、重り部の捩じれ等が防止される。請求
項３に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の作
用に加え、固定されたゲート電極用梁部に対し重り部が
変位するとソース電極とドレイン電極との間のドレイン
電流の変化が、力学量に応じたものとして検出される。

【００１２】請求項４に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明の作用に加え、固定された固定コンデンサ
電極用梁部に対し重り部（可動コンデンサ電極）が変位
すると、コンデンサ容量の変化が、力学量に応じたもの
として検出される。

【００１３】請求項５に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明の作用に加え、薄膜よりなる移動規制梁部
により、重り部が過大に変位しようとすると、重り部が
この梁部に接触して重り部のそれ以上の移動を規制す
る。よって、梁の破損が回避される。

【００１４】

【実施例】

（第１実施例）以下、この発明をエアギャップトランジ
スタ型加速度センサに具体化した一実施例を図面に従っ
て説明する。

【００１５】図１には、エアギャップトランジスタ型加
速度センサの平面図を示す。又、図２は図１のＡ−Ａ断
面図を示し、図３は図１のＢ−Ｂ断面図を示し、図４は
図１のＣ−Ｃ断面図を示す。

【００１６】半導体基板としてのシリコン基板１には、
上下に貫通する溝２が形成され、溝２は四角環状をなし
ている。この溝２によってシリコン基板１の一部に空洞
部３が形成された構造となっている。この空洞部３にお
いて、シリコン基板１の一部をなす重り部（可動バルク
マス）４が位置している。つまり、シリコン基板１に対
し溝２によって重り部４が分離されている。

【００１７】図１において、空洞部３にはポリシリコン
薄膜よりなる梁部５，６が架設されている。この梁部
５，６は帯状をなし、長方形をなす空洞部３の短辺に対
し平行な方向に延びている。より詳しくは、図４に示す
ように、梁部５の両端部はアンカー部７としてシリコン
基板１の表面に固定されている。又、梁部５の中央部は
重り部４の上面と固定され、重り部４を垂下した状態で
支持している。同様に、梁部６の両端部はアンカー部８
としてシリコン基板１の表面に固定されている。又、梁
部６の中央部は重り部４の上面と固定され、重り部４を
垂下した状態で支持している。

【００１８】このように、梁部５，６はポリシリコン薄
膜よりなる両持ち梁であって、その中央において重り部
（可動バルクマス）４を支持している。又、梁部５，６
はサーボ用の可動電極を兼ねている。

【００１９】さらに、梁部５，６と平行に梁部９，１
０，１１，１２が設けられている。梁部９，１０，１
１，１２はポリシリコン薄膜よりなり、帯状をなしてい
る。梁部９，１０，１１，１２の一端部はアンカー部１
３，１４，１５，１６としてシリコン基板１の表面に固
定され、他端は重り部４の上面と固定されている。これ
ら梁部９〜１２によっても重り部４が支持されている。
又、梁部９，１０，１１，１２はトランジスタの配線と
なる。

【００２０】このように、本実施例では梁部５，６，
９，１０，１１，１２と重り部４とにより、シリコン基
板１に支持された梁構造の可動部が構成され、加速度の
作用により可動部が図１中、Ｘ₊ ，Ｘ_- にて示す方向
（基板１の表面に平行な方向）に変位できるようになっ
ている。

【００２１】又、空洞部３に対し梁部５，６と平行に梁
部１７が架設されている。梁部１７はポリシリコン薄膜
よりなり、帯状をなしている。梁部１７の両端部はアン
カー部１８としてシリコン基板１の表面に固定されてい
る。梁部１７の中央部は重り部４の上面から所定間隔を
隔てて位置している。この梁部１７がゲート電極とな
る。

【００２２】帯状のゲート電極用梁部１７での一方の側
面１７ａ（図１参照）の下方における重り部４の上面に
は第１のソース電極１９と第１のドレイン電極２０が形
成されている。より詳しくは、梁部１７の延設方向にお
いて第１のソース電極１９と第１のドレイン電極２０と
が所定間隔をおいて並設されている。又、ゲート電極用
梁部１７での他方の側面１７ｂの下方における重り部４
の上面には第２のソース電極２１と第２のドレイン電極
２２が形成されている。より詳しくは、梁部１７の延設
方向において第２のソース電極２１と第２のドレイン電
極２２とが所定間隔をおいて並設されている。各電極１
９〜２２は不純物拡散層にて構成されている。

【００２３】このように、重り部４（可動バルクマス）
内にＭＯＳ型トランジスタのソース・ドレイン電極が形
成されている。第１のソース電極１９は配線２３にて梁
部９と、第１のドレイン電極２０は配線２４にて梁部１
０と、第２のソース電極２１は配線２５にて梁部１１
と、第２のドレイン電極２２は配線２６にて梁部１２
と、それぞれ電気的に接続されている。

【００２４】シリコン基板１の上面において梁部５の両
側から所定間隔を隔てて梁部５を挟むように固定サーボ
電極２７ａおよび固定サーボ電極２７ｂが配置されてい
る。同様に、梁部６には固定サーボ電極２７ｇ，２７ｈ
が配置されている。固定サーボ電極２７ａ，２７ｂ，２
７ｇ，２７ｈはポリシリコン薄膜よりなる。このよう
に、重り部４（可動バルクマス）を支持する梁部５，６
を可動サーボ電極として用いるとともに、この梁部に対
向して加速度を受けても変位しない固定サーボ電極２７
ａ，２７ｂ，２７ｇ，２７ｈが配置されている。各梁部
５，６，９，１０，１１，１２および固定サーボ電極２
７ａ，２７ｂ，２７ｇ，２７ｈは、回路部あるいはパッ
ドに電気的に接続されている。さらに、梁部１７も回路
部あるいはパッドに電気的に接続されている。

【００２５】尚、固定サーボ電極２７ａ，２７ｂ，２７
ｇ，２７ｈがシリコン基板１に固定される領域は、電極
２７ａ，２７ｂ，２７ｇ，２７ｈの裏面全体であっても
裏面の一部であってもよい。

【００２６】次に、このように構成した半導体加速度セ
ンサの作用を説明する。梁部１７とシリコン基板１との
間、および第１のソース電極１９と第１のドレイン電極
２０との間に電圧をかけると、梁部１７の下方における
第１のソース電極１９と第１のドレイン電極２０との間
にチャネル領域が形成され、両電極１９，２０間に電流
が流れる。同様に、梁部１７とシリコン基板１との間、
および第２のソース電極２１と第２のドレイン電極２２
との間に電圧をかけると、梁部１７の下方における第２
のソース電極２１と第２のドレイン電極２２との間にチ
ャネル領域が形成され、両電極２１，２２間に電流が流
れる。

【００２７】ここで、本半導体加速度センサが加速度を
受けて、図１に示すＸ₊ 方向（基板１の表面に平行な方
向）に重り部４が変位した場合には、ソース電極とドレ
イン電極との間のチャネル領域の面積（トランジスタで
いうチャネル幅）が変わることにより、第１のソース電
極１９と第１のドレイン電極２０との間に流れる電流が
減少し、第２のソース電極２１と第２のドレイン電極２
２との間に流れる電流が逆に増大する。又、図１に示す
Ｘ_- 方向（基板１の表面に平行な方向）に重り部４が変
位した場合には、ソース電極とドレイン電極との間のチ
ャネル領域の面積（トランジスタでいうチャネル幅）が
変わることにより、第１のソース電極１９と第１のドレ
イン電極２０との間に流れる電流が増加し、第２のソー
ス電極２１と第２のドレイン電極２２との間に流れる電
流が減少する。このように、加速度によるソース・ドレ
イン電極１９〜２１と梁部１７との相対的な位置の変化
が、第１のソース電極１９と第１のドレイン電極２０と
の間に流れる第１ドレイン電流および第２のソース電極
２１と第２のドレイン電極２２との間に流れる第２ドレ
イン電流の変化として取り出される。

【００２８】さらに、この逆相の第１および第２ドレイ
ン電流に応じた信号（電圧）は差動増幅器にて差動増幅
される。そして、差動増幅された電圧（ソース・ドレイ
ン電流）はその値を一定とすべく、つまり、サーボ機構
により重り部４を元位置に維持させるべく、固定サーボ
電極２７ａ，２７ｂ，２７ｇ，２７ｈと梁部５，６（可
動サーボ電極）との間に静電気力を付与する。この重り
部４の元位置に保持するための静電気力を検出すること
により加速度を検出する。

【００２９】又、梁部１７（ゲート電極用の固定梁）と
梁部５，６，９，１０，１１，１２（可動バルクマス支
持用の梁）が交差しない関係（平行）で配置されてお
り、梁部１７（固定されたポリシリコン両持ち梁）は、
重り部４（可動バルクマス）が基板１の表面に垂直な方
向（図２でのＺ方向）に過大に変位することを防ぐ。つ
まり、梁部１７は、上下方向（基板の表面に垂直な方
向）に過大な加速度がかかったときのストッパ（移動規
制梁部）となりセンサエレメントの破壊を防止する。た
だし、下方の場合は梁部５，６，９，１０，１１，１２
がストッパとなる。

【００３０】尚、本構造をヨーレート検出用のセンサエ
レメントとしても使用できる。サーボ用電極にクロック
パルスを印加し、その静電気力により可動部（重り部）
を振動させる。重り部に回転力がかかっていないときに
は、薄膜のゲートと重り部の間隔（エアギャップ）は変
化しない。回転力がかかった場合は、薄膜のゲートと重
り部の間隔（エアギャップ）が変化しそれに伴いドレイ
ン電流が変化する。この変化がヨーレート信号となる。

【００３１】次に、このように構成した加速度センサの
製造方法を説明する。図５〜図１０は製造工程を示す断
面図である。図５（ａ），図６（ａ），図７（ａ），図
８（ａ），図９（ａ），図１０（ａ）は、図１でのＡ−
Ａ断面での状態を示し、図５（ｂ），図６（ｂ），図７
（ｂ），図８（ｂ），図９（ｂ），図１０（ｂ）は、図
１でのＢ−Ｂ断面での状態を示す。

【００３２】まず、図５に示すように、シリコン基板１
を用意し、基板の表面に不純物拡散を行いソース・ドレ
イン電極１９〜２２を形成する。そして、図６に示すよ
うに、シリコン基板１上にシリコン窒化膜２９およびシ
リコン酸化膜（犠牲層）３０を順に堆積する。さらに、
図７に示すように、梁部およびコンタクトホールの形成
のために所定領域でのシリコン窒化膜２９およびシリコ
ン酸化膜３０を除去する。ここで、シリコン窒化膜２９
は後述するバルクエッチ時の歪みや割れを防止するため
のものである。

【００３３】引き続き、図８に示すように、シリコン基
板１の上にポリシリコン薄膜３１を堆積する。さらに、
図９に示すように、ポリシリコン薄膜３１をパターニン
グする。図１０に示すように、シリコン基板１の裏面側
からアルカリエッチング液を用いた選択的異方性エッチ
ングを行い（裏面バルクエッチを行い）、シリコン基板
１の上下面に貫通する溝２を形成する。

【００３４】そして、図２，３に示すように、フッ酸系
エッチング液を用いてシリコン窒化膜２９およびシリコ
ン酸化膜（犠牲層）３０の犠牲層エッチングを行う。そ
の結果、ポリシリコン薄膜よりなる梁部５，６，９，１
０，１１，１２，１７が形成される。

【００３５】このように本実施例では、シリコン基板１
（半導体基板）の表面から空洞部３にポリシリコン薄膜
よりなる梁部５，６，９，１０，１１，１２を延設する
とともに、空洞部３においてシリコン基板１の一部をな
す重り部４を梁部５，６，９，１０，１１，１２にて支
持した。よって、梁部５，６，９，１０，１１，１２が
薄膜よりなるので、シリコン基板のエッチング等により
梁部を形成する場合に比べ高感度でき、かつ、感度を上
げるための重り部４がシリコン基板１の一部をなしてい
るので、重り部４を薄膜にて形成した場合に比べ、その
厚さを厚くすることにより質量をかせぎ、面積の増加を
招くことなく更なる高感度化を図ることができる。その
結果、小形で高感度なセンサとすることができる。つま
り、重り部４を厚くでき、かつ、支持用の梁は薄いた
め、小形の重り部で高感度にできる。

【００３６】又、両持ちの梁部５，６にて重り部４を支
持したので、重り部４の捩じれ等を防止できる。つま
り、両持ち梁は片持ち梁よりも薄膜の内部応力に影響さ
れにくく薄膜を３次元において反り等もなく所望の形状
で配置することができる。

【００３７】さらに、ゲート電極となる梁部（移動規制
梁部）１７により、重り部４が過大に変位しようとする
と、重り部４がこの梁部１７に接触して重り部４のそれ
以上の移動を規制する。よって、梁の破損が回避され
る。つまり、ゲート電極用梁部１７が可動部のストッパ
となる。

【００３８】ここで、梁部１７はゲート電極と兼ねず単
独で移動規制梁として設けてもよい。さらには、固定ゲ
ート電極（梁部１７）と重り部（可動バルクマス）４と
の対向面積が小さいので、梁部１７と重り部４との間に
働く静電気による引っ張り力も小さく、梁部１７と重り
部４との間に働く静電気力の影響を無くすための対策も
不要となる。

【００３９】又、重り部（可動バルクマス）４を支持す
る梁部５，６をサーボ電極（可動電極）として兼用でき
る。さらに、梁部の本数で加速度に対する感度の設定が
でき、設計が容易となる。

【００４０】本実施例の応用例として、図１１（図１に
対応するセンサの平面図）に示すように、サーボ電極の
組み合わせの数を増やしてもよい。これにより、サーボ
制御の静電気力を大きくすることができる。 （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。

【００４１】本実施例では、シリコン基板の裏面からの
エッチングによらずにＳＯＩ基板を用いて重り部（可動
バルクマス）を形成している。図１２に示すように、シ
リコン基板３２の一部領域に、絶縁膜（シリコン酸化
膜）３３により囲まれたＳＯＩ層３５を形成するととも
に、シリコン基板３２の上にポリシリコン薄膜よりなる
梁部３４を形成する。そして、図１３に示すように、絶
縁膜（シリコン酸化膜）３３を犠牲層エッチングして除
去すると、ＳＯＩ層３５が重り部（可動バルクマス）と
なる。

【００４２】このようにして、基板表面だけの加工で本
発明の構造が実現できるため、加工コストの低減や簡素
化を図ることができる。 （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。

【００４３】本実施例でも、シリコン基板の裏面からの
エッチングによらずにエピタキシャル基板を用いて重り
部（可動バルクマス）を形成している。図１４に示すよ
うに、Ｎ型シリコン基板３６の上にＰ⁺ 型エピタキシャ
ル層３７を形成するとともに、その上にＮ型エピタキシ
ャル層３８を形成する。このようにして、エピ基板（ウ
エハ）を形成する。さらに、Ｎ型エピタキシャル層３８
に、Ｐ⁺ 型エピタキシャル層３７に至るＰ⁺ 型拡散層３
９を環状に形成する。又、エピ基板（ウエハ）の上に梁
部４０を形成する。そして、図１５に示すように、Ｐ⁺
型拡散層３９およびＰ⁺ 型エピタキシャル層３７の一部
を犠牲層エッチングして除去すると、Ｎ型エピタキシャ
ル層３８の一部が重り部（可動バルクマス）となる。

【００４４】このようにして、基板表面だけの加工で本
発明の構造が実現できるため、加工コストの低減や簡素
化を図ることができる。 （第４実施例）次に、第４実施例を第１実施例との相違
点を中心に説明する。

【００４５】図１６はセンサの平面図であり、図１７は
図１６のＤ−Ｄ断面図である。シリコン基板４１には四
角形状の空洞部４２が形成され、空洞部４２内に重り部
４３（可動バルクマス）が配置され、この重り部４３は
ポリシリコン薄膜よりなる梁部４４にて支持されてい
る。又、この梁部４４は可動サーボ電極として機能し、
梁部４４には固定サーボ電極４５が対向して配置されて
いる。重り部４３の上方に所定間隔を隔てて梁部４６が
空洞部４２を架設するように配置されている。この梁部
４６は梁部４４の延設方向に直交する方向に延設されて
いる。梁部４６から直交する方向に固定ゲート電極４
７，４８が突設されている。固定ゲート電極４７，４８
は帯状をなし、互いに離間する方向に延びている。この
ように、重り部４３（可動バルクマス）を支持する梁部
（可動サーボ電極）４４と固定ゲート電極用の梁部４６
が平行でなく、直交している。

【００４６】固定ゲート電極４７，４８の下方における
重り部４３にはソース電極４９およびドレイン電極５０
が設けられている。この際、エアギャップトランジスタ
が４個（２対）設けられている。

【００４７】又、梁部４４の下方におけるシリコン基板
４１の上面には、ストッパとしての突起５１ａが形成さ
れている。又、梁部４６の下面にはストッパとしての突
起５１ｂが形成されている。突起５１ｂにより、重り部
４３（可動バルクマス）のトランジスタチャネル領域
（ソース電極とドレイン電極との間）が固定ゲート電極
４７，４８に接触することを防止している。突起５１ｂ
の位置はトランジスタのチャネル領域に近い程よい。

【００４８】さらに、シリコン基板４１はダイパッド５
２の上に接着剤５３によって接着されている。これによ
り、過大な加速度が重り部４３に加わった際に、重り部
４３の下方向への変位をダイパッド５２により防止する
ことができる。

【００４９】本実施例の応用例として、図１８に示すよ
うに、２トランジスタ（１対）としてもよい。この場
合、梁部４６は一本（図中、実線で示す）でも、２本
（図中、一点鎖線で示す）でもよい。

【００５０】尚、図１９に示すように、重り部５５（可
動バルクマス）を支持する梁部５４を基板（バルク）で
形成し、ゲート電極はポリシリコン薄膜よりなる梁部５
６にて構成してもよい。この場合においてゲート電極を
基板（バルク）を用いて形成する場合に比べ表面マイク
ロマシニング技術によりゲート電極を容易に形成でき
る。又、重り部５５はバルクを使用しているので面積を
小さくしたまま重くできる。 （第５実施例）次に、第５実施例を第１実施例との相違
点を中心に説明する。

【００５１】図２０は本実施例の半導体加速度センサの
平面図である。本センサは、第２実施例に示した構造
（ＳＯＩ基板を用いた構造）により差動容量型の加速度
センサとしたものであり、より詳しくは、一対の容量に
より差動コンデンサ構造を形成したものである。

【００５２】図２１は図２０のＥ−Ｅ断面図であり、図
２２は差動容量の容量対Ｃ１，Ｃ２による電気回路のモ
デル図であり、可動電極端子Ｖc3と固定電極端子Ｖc1，
Ｖc2を有する。

【００５３】シリコン基板５７には空洞部５８が形成さ
れ、梁部５９，６０，６１，６２，６３，６４が空洞部
５８を架設するように配置されている。梁部５９〜６４
は帯状のポリシリコン薄膜よりなり、両端部はシリコン
基板５７に固定されている。空洞部５８内において、梁
部５９には基板５７の一部をなす固定電極６５が、梁部
６０には基板５７の一部をなす可動電極（重り部）６６
が、梁部６１には基板５７の一部をなす固定電極６７
が、梁部６２には基板５７の一部をなす固定電極６８
が、梁部６３には基板５７の一部をなす可動電極（重り
部）６９が、梁部６４には基板５７の一部をなす固定電
極７０が、それぞれ支持されている。固定電極６５，６
７，６８，７０の幅は可動電極６６，６９の幅よりも広
くなっており、固定電極６５，６７，６８，７０の下面
は犠牲層の一部であった絶縁膜によりシリコン基板５７
と固定されている。つまり、薄膜ポリシリコンの両持ち
梁部６０，６３により可動バルクマスである可動電極６
６，６９が支持されている。又、梁部６０，６３は梁部
５９，６１，６２，６４よりも長く形成されており、可
動バルクマスを一定の位置に拘束するサーボ制御を行う
時に可動サーボ電極としての機能も有す。尚、固定サー
ボ電極の図示およびサーボ制御の説明は省略する。

【００５４】梁部５９〜６４は、容量（コンデンサ）の
電極と回路を電気的に接続する電気配線の役割も果た
す。つまり、固定電極６７，７０は梁部６１，６４を介
して固定電極端子Ｖc1と電気的に接続され、固定電極６
５，６８は梁部５９，６２を介して固定電極端子Ｖc2と
電気的に接続され、可動電極６６，６９は梁部６０，６
３を介して可動電極端子Ｖc3と電気的に接続されてい
る。

【００５５】図２２において、固定電極６５と可動電極
６６との間、および、固定電極６８と可動電極６９との
間にコンデンサ（容量Ｃ１）が形成されるとともに、固
定電極６７と可動電極６６との間、および、固定電極７
０と可動電極６９との間にコンデンサ（容量Ｃ２）が形
成される。この両コンデンサ間の可動電極端子Ｖc3から
差動容量が取り出される。

【００５６】尚、可動バルクマス（可動電極）とその両
側にある一対の固定電極により差動容量の最小構造単位
である差動容量ユニットが形成されるが、差動容量Ｃ
１，Ｃ２の容量値を大きくするときは、このユニットを
多数並列に接続することで容易に対応できる。つまり、
図では２ユニットとしたが、それ以上のユニット数とす
ることにより容量を大きくできる。

【００５７】又、図２１に示すように、固定電極６５，
６７，６８，７０の下面とシリコン基板５７との固定方
法として全領域で固定する必要はなく、局部的に犠牲層
を残してもよい。要は、固定電極６５，６７，６８，７
０が移動不能に固定されていればよい。

【００５８】加速度センサにおける加速度検出方向、即
ち、可動バルクマスの変位方向は、図中、Ｙにて示す方
向（基板の表面に平行な方向）である。このように本実
施例では、差動容量が基板の表面に平行に形成されるも
のであり、基板の表面に平行でかつ容量電極面（可動電
極面および固定電極面）に垂直な方向の加速度成分を指
向性よく検出することができる。 （第６実施例）次に、第６実施例を第５実施例との相違
点を中心に説明する。

【００５９】図２３は、本実施例の差動容量型センサの
平面図を示す。又、図２４は図２３のＦ−Ｆ断面図であ
る。シリコン基板７１に長方形状の空洞部７２が形成さ
れ、その空洞部７２における四隅部分にはＬ字状の梁部
７３がそれぞれ架設され、梁部７３の両端部が共にシリ
コン基板７１に固定されている。梁部７３はポリシリコ
ン薄膜よりなる。この梁部７３の屈曲部に重り部７４
（可動バルクマス）が固定されている。このように、ポ
リシリコン薄膜の梁部７３を複数方向（本実施例では直
交する２方向）に形成するすことにより重り部７４を精
度良く位置決めできる。

【００６０】又、重り部（可動コンデンサ電極）７４の
上方に所定間隔を隔ててポリシリコン薄膜よりなる梁構
造の上部固定電極（固定コンデンサ電極）７５が空洞部
７２を架設するように配置されている。そして、重り部
７４が可動電極部となる。つまり、重り部７４の上面お
よび下面がコンデンサの可動電極面となり、上部固定電
極７５の下面がコンデンサの対向電極面となるととも
に、空洞部７２における基板７１の上面がコンデンサの
対向電極面となる。このように、重り部７４（可動電
極）を上部固定電極７５と基板７１で挟んだ形となり、
電気的には差動容量Ｃ３，Ｃ４の直列接続となる。

【００６１】重り部７４は加速度により基板の表面に垂
直方向に変位して容量（差動容量）が変化する。これに
より２つの容量Ｃ３，Ｃ４の値が相反する方向に変化
し、その変化を電気信号として取り出し加速度検出を行
う。この際、重り部７４が過大に変位しようとすると、
重り部７４が移動規制梁部としての上部固定電極７５に
に接触して重り部７４のそれ以上の移動を規制する。よ
って、梁の破損が回避される。

【００６２】尚、上部固定電極７５は、必要な電極面積
を確保するためと確実に固定された固定電極とするた
め、３カ所以上（図では４カ所）でアンカー部により基
板の表面に固定されている。

【００６３】このように本実施例においては、重り部７
４を可動コンデンサ電極とするとともに上部固定電極７
５（梁部）を固定コンデンサ電極とし、上部固定電極７
５に対し重り部７４が変位すると、コンデンサ容量の変
化が加速度に応じたものとして検出でき、移動規制梁部
を固定コンデンサ電極として用いることができる。 （第７実施例）次に、第７実施例を第５実施例との相違
点を中心に説明する。

【００６４】図２５は、センサの平面図であり、図２６
は図２５のＧ−Ｇ断面図である。本センサは基板７６の
裏面からエッチングを行い、電極７７，７８，７９，８
０，８１，８２を形成している。この結果、シリコン基
板７６の厚さに相当する容量の電極面が得られるわけで
あるが、この際、電極７７，７８，７９，８０，８１，
８２の側面は斜状となり電極面積をかせぐことができ、
大きな容量が実現できる。基板７６はダイパッド８３の
上に固定され、固定電極７７，７９，８０，８２は接着
剤８４によりダイパッド８３に固定されている。

【００６５】他の態様として、梁はポリシリコン薄膜の
代わりに、アルミ等の金属薄膜を用いてもよい。上記実
施例では、加速度センサに具体化したが、ヨーレートや
振動等の力学量を検出する半導体力学量センサとしても
よい。

【００６６】

【発明の効果】以上詳述したように請求項１，３，４に
記載の発明によれば、小形で高感度化することができる
優れた効果を発揮する。

【００６７】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明の効果に加え、重り部の捩じれ等を防止で
きる。請求項５に記載の発明によれば、請求項１に記載
の発明の効果に加え、梁の破損を回避することができ
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。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図。

【図３】図１のＢ−Ｂ断面図。

【図４】図１のＣ−Ｃ断面図。

【図５】第１実施例の半導体加速度センサの製造工程を
示す断面図。

【図６】第１実施例の半導体加速度センサの製造工程を
示す断面図。

【図７】第１実施例の半導体加速度センサの製造工程を
示す断面図。

【図８】第１実施例の半導体加速度センサの製造工程を
示す断面図。

【図９】第１実施例の半導体加速度センサの製造工程を
示す断面図。

【図１０】第１実施例の半導体加速度センサの製造工程
を示す断面図。

【図１１】第１実施例の応用例の半導体加速度センサの
平面図。

【図１２】第２実施例の半導体加速度センサの製造工程
を示す断面図。

【図１３】第２実施例の半導体加速度センサの製造工程
を示す断面図。

【図１４】第３実施例の半導体加速度センサの製造工程
を示す断面図。

【図１５】第３実施例の半導体加速度センサの製造工程
を示す断面図。

【図１６】第４実施例の半導体加速度センサの平面図。

【図１７】図１６のＤ−Ｄ断面図。

【図１８】第４実施例の応用例の半導体加速度センサの
平面図。

【図１９】第４実施例の応用例の半導体加速度センサの
平面図。

【図２０】第５実施例の半導体加速度センサの平面図。

【図２１】図２０のＥ−Ｅ断面図。

【図２２】第５実施例の半導体加速度センサの電気回路
のモデル図。

【図２３】第６実施例の半導体加速度センサの平面図。

【図２４】図２３のＦ−Ｆ断面図。

【図２５】第７実施例の半導体加速度センサの平面図。

【図２６】図２５のＧ−Ｇ断面図。

【符号の説明】

１…半導体基板としてのシリコン基板、３…空洞部、４
…可動部を構成する重り部、５…可動部を構成する梁
部、６…可動部を構成する梁部、９…可動部を構成する
梁部、１０…可動部を構成する梁部、１１…可動部を構
成する梁部、１２…可動部を構成する梁部、１７…ゲー
ト電極用および移動規制のための梁部、１９…第１のソ
ース電極、２０…第１のドレイン電極、２１…第２のソ
ース電極、２２…第２のドレイン電極、７４…可動コン
デンサ電極としての重り部、７５…固定コンデンサ電極
用および移動規制のための上部固定電極

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板に支持された梁構造の可動部
   を有し、力学量の作用に伴う前記可動部の変位に基づい
   て力学量を検出するようにした半導体力学量センサであ
   って、 前記半導体基板の表面から、当該半導体基板に形成され
   た空洞部に延設された薄膜よりなる梁部と、 前記半導体基板の一部をなし、前記空洞部において前記
   梁部にて支持された重り部とを備えたことを特徴とする
   半導体力学量センサ。
2. 【請求項２】 前記梁部は、両持ち梁である請求項１に
   記載の半導体力学量センサ。
3. 【請求項３】 薄膜よりなるゲート電極用梁部を前記半
   導体基板の表面から前記重り部に対し所定の間隔を隔て
   た位置に配置し、前記重り部に不純物拡散層よりなるソ
   ース電極とドレイン電極とが離間して配置された請求項
   １に記載の半導体力学量センサ。
4. 【請求項４】 薄膜よりなる固定コンデンサ電極用梁部
   を前記半導体基板の表面から前記重り部に対し所定の間
   隔を隔てた位置に配置し、前記重り部を可動コンデンサ
   電極とした請求項１に記載の半導体力学量センサ。
5. 【請求項５】 薄膜よりなる移動規制梁部を前記半導体
   基板の表面から前記重り部に対し所定の間隔を隔てた位
   置に配置し、前記重り部の移動を規制するようにした請
   求項１に記載の半導体力学量センサ。