JPH11118826A

JPH11118826A - マイクロマシンセンサ

Info

Publication number: JPH11118826A
Application number: JP9275857A
Authority: JP
Inventors: Manabu Kato; 藤学加
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1997-10-08
Filing date: 1997-10-08
Publication date: 1999-04-30

Abstract

(57)【要約】【課題】基板上配線と検出エレメントとの容量結合に
よるＳ／Ｎ劣化を防止。配線と薄膜可動体との間の静電
引力による検出精度低下を防止。【解決手段】基板(1,2)に対して空隙を設けてほぼ平
行に配置された薄膜可動体(14,15,17,18)，その変位を
検出するエレメント(20)および配線(3,5)を有するマイ
クロマシンセンサにおいて、配線(3,5)を絶縁距離を置
いて被覆する導電性膜(8)、を有する。薄膜可動体と導
電性膜をＧＮＤ接続。薄膜可動体を振動駆動するための
エレメント(20)，薄膜可動体の変位を検出するためのエ
レメント(4)、および、それらのエレメント(20,4)に接
続した、基板上の配線(3,5)、を有し、かつ、配線(3,5)
の実質上全長の上に位置する導電性膜(8)を有する角速
度センサ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板に対して浮動
支持された薄膜可動体とその変位を検出するエレメント
を備え、変位，角速度，加速度等の物理量を計測するた
めのマイクロマシンセンサに関し、特に、これに限定す
る意図ではないが、マイクロ加工技術により、櫛歯と支
持梁を有する薄膜半導体を基板上に、基板から浮いて基
板表面と平行または垂直な方向に移動可に形成し、この
薄膜半導体の変位を検出するための電極を基板上に形成
したマイクロマシンに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のマイクロマシンには、導電性の
薄膜半導体を基板に対して可動に形成し、薄膜半導体に
対向する検出電極を基板上に形成して、薄膜半導体の変
位を検出電極を用いて検出する変位センサがある。この
変位センサは、薄膜半導体と検出電極の対向方向（変位
検出軸）方向に加速度が加わると薄膜半導体が該方向に
変位するので、加速度センサとして利用することができ
る。また、薄膜半導体と検出電極の対向方向（変位検出
軸）方向に流れる流体が薄膜半導体に接すると、流速に
対応して薄膜半導体が該方向に変位するので、流速セン
サとして利用することができる。変位検出軸を薄膜半導
体の平面に垂直なものとして、該方向に流体圧を加える
と流体圧対応で薄膜半導体が変位するので、圧力センサ
として利用することができる。

【０００３】最も注目されているものは、可動櫛歯電極
が一体連続の導電性の薄膜半導体を、可動櫛歯電極に対
してギャップを置いて噛み合う関係に基板上に形成され
た固定櫛歯電極と薄膜半導体との間にパルス的に電圧を
印加することにより、基板表面と平行なｘ方向に励振
し、基板表面に平行なｙ軸廻りの角速度が薄膜半導体に
加わることによって生ずる薄膜半導体のｚ軸（垂直軸）
方向の振動の変位（振幅）を、基板上の、ｚ方向で薄膜
半導体に対向する検出電極で検出する角速度センサであ
る（例えば特開平７−２１８２６８号公報）。また、ｘ
方向に振動する薄膜半導体に、ｚ軸廻りの角速度が加わ
ることによる薄膜半導体のｙ方向の振動の変位（振幅）
を、ｙ方向で薄膜半導体に対向する検出電極で検出する
角速度センサもある。

【０００４】図１６に、導電性の薄膜半導体１７をｘ方
向に励振し、それにｙ軸廻りの角速度が加わることによ
って生ずる薄膜半導体１７のｚ方向の振動の振幅（変
位）を検出電極４を用いて検出する、従来の角速度セン
サの一例を示し、そのＡ−Ａ線断面を図１７に、Ｂ−Ｂ
線断面を図１８に示す。絶縁膜２を形成したシリコン基
板１には、導電性とするための不純物を含むポリシリコ
ン（以下導電性ポリシリコン）の、浮動体アンカ１６，
固定電極２０および検出電極４が固定されている。導電
性ポリシリコンでなる半導体薄膜である浮動体（薄膜可
動体）１７は、絶縁膜２から上方に離れており、浮動体
１７と一体連続の支持梁１４，１５を介して、また浮動
体アンカ１６および絶縁膜２を介して、基板１で支持さ
れている。浮動体１７は支持梁および浮動体アンカ１６
を介して、絶縁膜２上に形成された配線６によって電極
パッドに接続されている。固定電極２０は同様な配線３
によって電極パッドに接続されており、検出電極４は配
線５によって電極パッドに接続されている。

【０００５】浮動体アンカ１７に、ｙ方向に延びる浮動
支持梁１５とそれに連続したｘ方向に延びる浮動支持梁
１４が連続しており、これらの支持梁とアンカ１６で、
基板１に対して浮動支持されている。

【０００６】浮動体１７から左右（ｘ方向）に、櫛歯状
にｙ方向に等ピッチで分布する複数個の、ｘ駆動用の可
動櫛歯電極１８が突出している。固定電極２０には、可
動櫛歯電極１８の歯間スロットに進入した、ｘ駆動用の
櫛歯状の固定櫛歯電極１９がある。これらのｘ駆動用の
可動櫛歯電極１８とｘ駆動用の固定櫛歯電極１９との間
には、微小ギャップがある。

【０００７】基板１上の絶縁膜２上には、浮動体１７の
本体矩形部と、微小ギャップを置いて面対向する検出電
極４があり、これに配線５が連続している。

【０００８】上述の、浮動支持梁１４，１５，浮動体１
７（およびその可動櫛歯電極１８）および固定電極２０
の櫛歯１９は、基板１（の上の絶縁膜２）の表面からｚ
方向に離れている。すなわち基板１の表面に、ギャップ
を置いて対向している。これらは、マイクロ加工技術に
より、浮動体アンカおよび固定電極の電極パッドをシリ
コン基板１の表面上に形成した後に、浮動体アンカおよ
び固定電極の電極パッドに、一体連続で形成される。上
述のように、基板１の表面からｚ方向に離れ、しかも基
板１に対してｘ方向，ｙ方向又はｚ方向に変位又は撓み
得る支持態様を本書において「浮動」又は「可動」と称
す。

【０００９】浮動体１７を支持する浮動支持梁１４，１
５が基体１から浮いておりしかも支持梁１５がｙ方向に
延びるので、ｙ方向には撓まないが、ｘ方向には撓み易
く、浮動体１７は、ｘ方向およびｚ方向に振動し易い。

【００１０】浮動体１７は、浮動支持梁１４，１５，ア
ンカ１６および配線６を介して、図示しないｘ駆動回路
に接続され、そこで機器ア−ス（ＧＮＤ）に接続されて
いる。浮動体１７を間に置いて相対向する１対の固定電
極２０はそれぞれ、配線３および電極パッド２１を介し
てｘ駆動回路に接続されている。ｘ駆動回路は、１対の
固定電極２０のそれぞれに交互に高電圧を印加しこれを
繰返す。浮動体１７は、その右側の固定電極に高電圧が
加わったときに図１上で右方に引かれ、その左側の固定
電極に高電圧が加わったときに左方に引かれて、左右方
向すなわちｘ方向に振動する。

【００１１】浮動体１７に、ｙ軸を中心とする回転の角
速度が加わると、浮動体１７にコリオリ力が加わって、
浮動体１７は、ｚ方向にも振動する楕円振動となる。浮
動体１７がｚ方向に振動する。浮動体１７は機器ア−ス
電位（ＧＮＤ）であるが、検出電極４は図示しない静電
容量検出回路に接続されている。該静電容量検出回路
は、浮動体１７と検出電極４の間の静電容量を表わす電
気信号を発生する。この電気信号のレベルが、浮動体１
７のｚ方向振動の振幅に対応する。この電気信号を図示
しない信号処理回路が角速度を表わす信号（角速度信
号）に変換する。

【００１２】以上は角速度検出原理の概要である。図１
６に示すマイクロマシンは、図１６に示されるように、
上述の角速度検出要素を、ｙ方向に延びる中心線Ｌｃｙ
に関して対称に、２組備えている。両組のｘ方向に延び
る支持梁１４は共通であって一体連続である。両組の浮
動体（１７）は、相対的に逆相励振され、左側の浮動体
１７が右に変位するとき右側の浮動体は左に変位する。
これにより、両浮動体にｙ軸廻りの角速度が加わると、
両浮動体はｚ方向に相対的に逆相で振動し、左側の浮動
体１７が上に変位するとき右側の浮動体は下に変位す
る。信号処理回路は、左側の浮動体１７とそれに対向す
る検出電極４の間の静電容量を表わす第１電気信号と、
右側の浮動体とそれに対向する検出電極の間の静電容量
を表わす第２電気信号とを差動増幅し、この処理で得た
電気信号を角速度信号に変換する。第１組の角速度検出
系（Ｌｃｙの左側のもの）と第２組の角速度検出系（Ｌ
ｃｙの右側のもの）に共通に加わるノイズが差動増幅に
よって相殺され、Ｓ／Ｎが高い角速度信号が得られる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、マイクロマ
シンの検出電極４の配線５と、浮動体(14,15,17,18;特
に、配線３の上方を横切る支持梁14)との間の静電引力
により、浮動体に不要な力が働き、Ｓ／Ｎ比の低下を招
く。特に、基板に対して平行にｘ方向に駆動し、基板に
平行かつ駆動方向に垂直なｙ方向を角速度の検出軸と
し、角速度の検出をコリオリの力により誘起される基板
に対して垂直なｚ方向の振動を検出する、上述のように
一例を示した角速度センサの場合、浮動体(14,15,17,1
8)に対して空隙を設けて基板上に配置される固定電極２
０と検出電極４との容量結合によるノイズのほかに、固
定電極２０の配線３と浮動体(14,15,17,18:特に14)の間
には、基板に対してｚ方向の静電引力が働き、浮動体に
ｘ励振周波数と一致するｚ方向振動を誘起する。上述の
振動型角速度センサの場合、角速度によって生ずる振動
方向ｚに誘起される、上述の静電引力によるｚ方向振動
の周波数はｘ励振の周波数と同じであるので、上述の容
量結合によるノイズ、および、上述の静電引力により誘
起される振動は、センサの角速度検出信号のオフセット
として現われ、センサの角速度検出精度の低下を招く。

【００１４】また、基板に平行な面内で浮動体をｘ方向
に励振し、基板に垂直なｚ軸廻りの角速度が浮動体に作
用する場合の、コリオリの力により誘起されるｙ方向の
振動を検出する角速度センサにおいても、浮動体下方に
駆動電極（２０）の配線が存在することにより、駆動電
極（２０）と、浮動体のｙ方向振動を検出するための検
出電極との容量結合によるノイズのほかに、基板に対し
て垂直方向の振動が浮動体に誘起され、浮動体と検出電
極の相対的な位置が変わりこれがノイズとなりＳ／Ｎを
劣化させる。

【００１５】本発明は、基板上の配線と検出エレメント
との容量結合によるＳ／Ｎの劣化を防止することを第１
の目的とし、基板上の配線と薄膜可動体との間の静電引
力による物理量検出精度の低下を防止することを第２の
目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】

（１）本発明は、基板(1,2)，該基板に対して空隙を設
けてほぼ平行に配置された薄膜可動体(14,15,17,18)，
前記基板で支持され前記薄膜可動体の変位を検出するた
めのエレメント(20)および基板上の電気配線(3,5)を有
するマイクロマシンセンサにおいて、前記電気配線(3,
5)を絶縁距離を置いて被覆する導電性膜(8)、を有する
ことを特徴とするマイクロマシンセンサ。なお、理解を
容易にするためにカッコ内には、図面に示し後述する一
実施例の対応要素の符号を、参考までに付記した。

【００１７】これによれば、導電性膜(8)が電気配線(3,
5)を電気的にシ−ルドするので、電気配線(3,5)とエレ
メント(20)との容量結合によるＳ／Ｎの劣化が低減す
る。また、基板上の配線(3,5)と薄膜可動体(14,15,17,1
8)との間の静電引力による物理量検出精度の低下を生じ
ない。

【００１８】

【発明の実施の形態】

（２）前記導電性膜は定電位に接続されているマイクロ
マシンセンサ。これにより上記シールド効果はより確実
となり検出精度の向上が図れる。

【００１９】（３）前記導電性膜は、前記薄膜可動体と
同電位であるマイクロマシンセンサ。これにより、薄膜
可動体に働く基板方向への静電引力を最小にでき、セン
サの動作が安定化し、精度の向上が図れる。

【００２０】（４）基板(1,2)，該基板に対して空隙を
設けてほぼ平行に配置された薄膜可動体(14,15,17,1
8)，前記基板で支持され前記薄膜可動体の変位を検出す
るためのエレメント(4)、および、該エレメントに接続
した、基板上の配線(5)、を有するマイクロマシンセン
サにおいて、前記配線(5)の少くとも前記薄膜可動体(1
4,15,17,18の14)に対向する部分と該薄膜可動体との間
に、両者に対して絶縁距離を置いて位置する導電性膜
(8)、を有することを特徴とするマイクロマシンセン
サ。これによれば、電気配線(5)とエレメント(20)と
の、薄膜可動体(14,15,17,18の14)を介した容量結合に
よるＳ／Ｎの劣化が低減する。

【００２１】（５）基板(1,2)，該基板に対して空隙を
設けてほぼ平行に配置された薄膜可動体(14,15,17,1
8)，前記基板で支持され該薄膜可動体を振動駆動するた
めのエレメント(20)、および、該エレメント(20)に接続
した、基板上の配線(3)、を有するマイクロマシンセン
サにおいて、前記配線(3)の少くとも前記薄膜可動体(1
4,15,17,18の14)に対向する部分と該薄膜可動体との間
に、両者に対して絶縁距離を置いて位置する導電性膜
(8)、を有することを特徴とするマイクロマシンセン
サ。

【００２２】これによれば、基板上の配線(3)と薄膜可
動体(14,15,17,18の14)との間の静電引力による物理量
検出精度の低下を生じない。

【００２３】（６）基板(1,2)，該基板に対して空隙を
設けてほぼ平行に配置された薄膜可動体(14,15,17,1
8)，前記基板で支持され該薄膜可動体を振動駆動するた
めのエレメント(20)，前記基板で支持され前記薄膜可動
体(14,15,17,18の17)の変位を検出するためのエレメン
ト(4)、および、それらのエレメント(20,4)に接続し
た、基板上の配線(3,5)、を有するマイクロマシンセン
サにおいて、前記配線(3,5)の少くとも前記薄膜可動体
(14,15,17,18の14)に対向する部分と該薄膜可動体との
間に、両者に対して絶縁距離を置いて位置する導電性膜
(8)、を有することを特徴とするマイクロマシンセン
サ。

【００２４】これによれば、電気配線(5)とエレメント
(20)との、薄膜可動体(14,15,17,18の14)を介した容量
結合によるＳ／Ｎの劣化が低減する。基板上の配線(3)
と薄膜可動体(14,15,17,18の14)との間の静電引力によ
る物理量検出精度の低下を生じない。

【００２５】（７）前記導電性膜(8)は、前記配線(3,5)
の、基板上の実質上全長の上に位置する。

【００２６】本発明の他の目的および特徴は、図面を参
照した以下の実施例の説明より明らかになろう。

【００２７】

【実施例】本発明の一実施例を図１に示し、そのＡ−Ａ
線断面を図２に、Ｂ−Ｂ線断面を図３に示す。この実施
例は、図１６に示し上述した従来の１つの角速度センサ
に、本発明に基づいて改良を加えたものであり、図１〜
図３において浮動体１４，１５，１６，１７，１８、固
定電極１９，２０、配線３，５，６等の構成は従来の角
速度センサ（図１６）と同様であり、動作原理も同様の
動作原理で角速度の検出を行う。したがってここでのこ
れらの要素の説明は省略し、改善した部位を説明する
と、導電層８を、絶縁膜７と共に、浮動体１４，１５，
１７，１８と配線３，５，６の間に挿入することによ
り、配線から出る電界を導電層８でシールドした。これ
により浮動体１７に対して不要な力が加わらず、精度の
高い検出が可能となる。また、検出用配線５に対して導
電層８が外乱に対するシールドとなりＳ／Ｎ比が向上す
る。次に、図１に示すセンサの製造工程例を示す。

【００２８】１）基板１基板１にＳｉ単結晶基板を用いる。なお、基板１はＳｉ
多結晶基板，ガラス基板，ステンレス基板でもよい。

【００２９】２）絶縁膜２の形成絶縁膜２としてＳｉＮ膜をプラズマＣＶＤを用いて１０
０ｎｍ形成する。なお基板に絶縁性基板を用いた場合、
絶縁膜２は形成しなくてもよい。また、絶縁膜２の厚み
は、１００ｎｍに限定しない。絶縁膜２としてＳｉ酸化
膜，Ａｌ₂０₃（酸化アルミニウム）膜，ＡｌＮ（チッ化
アルミニウム）膜を用いてもよい。成膜手段としてプラ
ズマＣＶＤの他に熱ＣＶＤ，スパッタ等を用いてもよ
い。なお成膜後たとえば１０００℃，３０分程度の熱処
理をしても良い。

【００３０】３）検出電極４および配線３，５，６の形
成（図４）熱ＣＶＤを用いてｎ型多結晶Ｓｉ（ポリシリコン）を５
００ｎｍ形成し、フォトリソグラフィ，エッチング工程
により検出電極４，固定電極２０および浮動体アンカ１
６と電極パッド２１を接続する配線３，５，６（図４）
を形成する。

【００３１】多結晶Ｓｉの形成は、プラズマＣＶＤ，ス
パッタ等を用いてもよく、ｎ型不純物のドーピングは成
膜と同時に行っても、成膜後、イオン注入，熱拡散を用
いてもよい。なお、膜厚は５００ｎｍとは限定せず、成
膜時に非晶質Ｓｉでもよい。また、ｎ型不純物にはＶ族
元素（Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ等）を用いる。また、上記半導体
薄膜（３〜６）にｐ型半導体薄膜を用いてもよいが、以
後の工程で形成される半導体薄膜は全てｐ型となる。ｎ
型Ｓｉ薄膜の形成後、またはｎ型不純物の導入後１００
０℃，３０分程度の熱処理をしてもよい。エッチング工
程にはＨＦ−ＨＮＯ₃−Ｈ₂Ｏ系のウェットエッチングで
もＲＩＥ，ＥＣＲプラズマエッチング等を用いたドライ
エッチングでもよい。エッチング後の基板１の上表面を
図４に示す。

【００３２】４）絶縁膜７の形成絶縁膜７としてＳｉＮ膜をプラズマＣＶＤを用いて１０
０ｎｍ形成する。なお、絶縁膜７の厚みは、１００ｎｍ
に限定しない。絶縁膜７としてＳｉ酸化膜，Ａｌ₂Ｏ
₃膜，ＡｌＮ膜を用いてもよい。成膜手段としてプラズ
マＣＶＤの他に熱ＣＶＤ，スパッタ等を用いてもよい。
好ましくはＳｉＮ，ＢＳＧ(Boro-Silicate-Glass)等、
後に付加するエッチング層９との選択比の大きい絶縁膜
を、上記Ｓｉ薄膜層の厚み以上に形成する。なお成膜後
たとえば１０００℃，３０分程度の熱処理をしても良
い。

【００３３】５）配線を被覆する導電層８の形成（図
５）熱ＣＶＤを用いてｎ型多結晶Ｓｉを５００ｎｍ形成し、
フォトリソグラフィ，エッチング工程により、少くと
も、検出電極４，固定電極２０，アンカ１６等の領域を
除去する。多結晶Ｓｉの形成は、プラズマＣＶＤ，スパ
ッタ等を用いてもよく、ｎ型不純物のドーピングは成膜
と同時に行っても、成膜後、イオン注入，熱拡散を用い
てもよい。なお、薄膜は５００ｎｍとは限定せず、成膜
時に非晶質Ｓｉでもよい。また、ｎ型不純物にはＶ族元
素（Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ等）を用いる。また、上記検出電極
４および配線３，５，６をｐ型半導体薄膜とした場合
は、導電層８はｐ型のものとする。ｎ型Ｓｉ薄膜の形成
後、またはｎ型不純物の導入後１０００℃，３０分程度
の熱処理をしてもよい。エッチング工程はＨＦ−ＨＮＯ
₃−Ｈ₂Ｏ系のウェットエッチングでもＲＩＥ，ＥＣＲプ
ラズマエッチング等を用いたドライエッチングでもよ
い。導電層８にエッチングにより検出電極４，固定電極
２０，アンカ１６等の領域を開けた状態を図５に示す。

【００３４】６）絶縁膜７のエッチング（図６）フォトリソグラフィ，エッチング工程により検出電極４
の領域を除去し、検出電極４を露出させる。なお、エッ
チング工程はＨＦ−ＮＨ₄Ｆ−Ｈ₂Ｏ系（ＢＨＦ：バッフ
ァードフッ酸）のウェットエッチングでもＲＩＥ，ＥＣ
Ｒプラズマエッチング等を用いたドライエッチングでも
よい。導電層８に開けた領域（絶縁膜７）のうちの、検
出電極４領域をエッチングして検出電極４を露出させた
状態を図６に示す。

【００３５】７）エッチング層９の形成（図７）エッチング層９として熱ＣＶＤを用いてＰＳＧ(Phospho
-Silicate-Glass)を２μｍ形成し、浮動体１７のアンカ
ー１６部のコンタクトホール，固定電極２０の固定部の
コンタクトホール１０，電極パッド２１のコンタクトホ
ール１１を形成し、導電層８の電極パッド接続部１２を
露出させる。

【００３６】なお、エッチング層９の厚みは限定しない
が、下部配線３，５，６の厚みと、絶縁膜７および導電
層８の厚みの総和以上であることが望ましい。また、成
膜方法は、絶縁膜２，７同様、熱ＣＶＤ以外の方法を用
いてもよく、コンタクトホールのエッチング工程は、Ｈ
Ｆ−ＮＨ₄Ｆ−Ｈ₂Ｏ系（ＢＨＦ：バッファードフッ酸）
のウェットエッチングでもＲＩＥ，ＥＣＲプラズマエッ
チング等を用いたドライエッチングでもよい。

【００３７】８）浮動体(14,15,17,18)および固定電極
(19,20)の形成（図８）浮動体(14,15,17,18)および固定電極(19,20)ならびに電
極パッド形状の半導体薄膜１３として、熱ＣＶＤを用い
てｎ型多結晶Ｓｉを所望の膜厚で形成し、フォトリソグ
ラフィ，エッチング工程により浮動体(14,15,17,18)，
固定電極(19,20)および電極パッド形状の半導体薄膜１
３の形状に加工する。

【００３８】製造しようとしている図１に示すセンサ
は、浮動体１７を基板１に平行にｘ方向に励振し、基板
１に垂直なｚ方向に誘起される振動を検出電極４で検出
して、角速度信号を生成する。この種の振動型角速度セ
ンサでは、１０〜２０ｋＨｚのｘ励振の共振周波数に対
して、１００Ｈｚ程度の差を設けた周波数に浮動体のｚ
方向の共振周波数を設定する必要があり、浮動体の膜厚
はｘ励振の共振周波数に対してほとんど影響を与えない
が、ｚ方向の共振周波数は浮動体の膜厚に大きく依存す
るため、浮動体の膜厚は高精度に制御する必要がある。

【００３９】なお、多結晶Ｓｉの形成は、プラズマＣＶ
Ｄ，スパッタ等を用いてもよく、ｎ型不純物のドーピン
グは成膜と同時に行っても、成膜後、イオン注入，熱拡
散を用いてもよい。なお、成膜時に非晶質Ｓｉでもよ
い。また、ｎ型不純物にはＶ族元素（Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ
等）を用いる。また、上記検出電極４および配線３，
５，６をｐ型半導体薄膜とした場合、浮動体(14,15,17,
18)および固定電極(19,20)，電極パッド形状の半導体薄
膜１３はｐ型となる。また、エッチング工程にはＲＩ
Ｅ，ＥＣＲプラズマエッチング等を用いた異方性ドライ
エッチングが好ましい。図８に、浮動体等の機能要素の
形成を終えた状態を示す。

【００４０】９）電極パッド２１の形成（図９）蒸着によりＡｌ（アルミニウム）薄膜を形成し、フォト
リソグラフィ，エッチングにより電極パッド２１を形成
する。Ａｌ薄膜の形成にスパッタを用いてもよい。エッ
チングは、リン酸系のエッチング液によるウェットエッ
チングでもＲＩＥ，ＥＣＲプラズマエッチング等を用い
たドライエッチングでもよい。また、リフトオフ法を用
いて電極パッド２１を形成してもよい。Ａｌ以外にＣ
ｒ，Ａｕ，Ｗ，Ｍｏ等の金属の単層または多層膜を用い
てもよい。

【００４１】１０）エッチング層９の除去（図１）フッ酸系のエッチング液（フッ酸またはバッファードフ
ッ酸）によりエッチング層９を除去する。エッチング方
法として、ＲＩＥ，ＥＣＲプラズマエッチング等を用い
た等方性ドライエッチングでもよい。エッチング層９を
除去すると、図１に示す角速度センサとなる。

【００４２】以上の工程により製造したセンサに駆動回
路および検出回路を接続することにより、角速度信号を
得ることができる。

【００４３】上記７）でエッチング層９に開けた浮動体
アンカ用のコントクトホ−ルに相当する部位で、浮動体
(14,15,17,18)は配線６につながり、固定電極用のコン
タクトホ−ル１０に相当する部位で、固定電極(19,20)
は配線３につながり、検出電極４は、配線を形成すると
きに配線５と一体連続で形成され、これらが電極パッド
用のコンタクトホ−ルの部位で電極パッド２１につなが
っている。したがって、電極パッド２１のそれぞれに
は、浮動体(14,15,17,18)，固定電極(19,20)，検出電極
４および導電層８が電気的につながっている。エッチン
グ層９の除去によって、基板１の大部分の領域を被覆し
た導電層８が露出し、この導電層８と、浮動体(14,15,1
7,18)および固定電極(19,20)との間には、先のエッチン
グ層９の厚みに相当するギャップがある。

【００４４】図１０に、図１に示す角速度センサに接続
した角速度検出回路の概要を示す。左側の浮動体１７お
よび右側の浮動体は、ｘ駆動回路３１に接続され、そこ
で機器ア−ス（ＧＮＤ）に接続されている。導電層８も
機器ア−ス（ＧＮＤ）に接続されている。

【００４５】左側の１対の固定電極２０と、右側の１対
の固定電極もｘ駆動回路３１に接続されている。ｘ駆動
回路３１は、左側の１対の固定電極２０の、左側浮動体
より右側のものと、右側の１対の固定電極の、右側浮動
体より左側のものに、実質上同一位相および同一電圧の
矩形波電圧ＶＤ１を印加する。また、左側の１対の固定
電極２０の、左側浮動体より左側のものと、右側の１対
の固定電極の、右側浮動体より右側のものに、実質上同
一位相および同一電圧の矩形波電圧ＶＤ２を印加する。
矩形波電圧ＶＤ１とＶＤ２とは、図１１に示すように１
８０度位相がずれたもの（逆相）である。これにより左
側浮動体１７と右側浮動体が、相対的に逆相で、ｘ方向
に振動する。

【００４６】両浮動体にｙ軸廻りの角速度が加わると、
両浮動体がｚ方向に、相対的に逆相で、振動する。これ
により、左側浮動体１７とそれに対向する検出電極４と
の間の静電容量が増減振動し、これと逆位相で、右側浮
動体とそれに対向する検出電極との間の静電容量が増減
振動する。静電容量検出回路３２は、左側浮動体１７と
それに対向する検出電極４との間の静電容量を表わす第
１電気信号と、右側浮動体とそれに対向する検出電極と
の間の静電容量を表わす第２電気信号とを差動増幅した
ｚ振動検出信号を発生し、上述のｘ方向の振動が一定で
ある場合、角速度とｚ振動検出信号との間には一定の関
係がある。信号処理回路３３は、この関係に基づいて、
ｚ振動検出信号を角速度を表わす信号（角速度信号）に
変換する。

【００４７】図１１に、ｘ駆動回路３１が上述のように
固定電極（２０）に加える電圧ＶＤ１，ＶＤ２と、左側
浮動体１７および右側浮動体のｘ振動（ｘ方向の変位）
の関係、ならびに、該ｘ振動と、角速度が加わったとき
のｚ振動との関係を示す。角速度の方向（時計廻り／反
時計廻り）により、ｚ振動検出信号の位相が１８０度の
ずれ（図１１上のｚ変位の太線と細線）を生ずる。信号
処理回路３３は、静電容量検出回路３２からのｚ振動検
出信号の、ｘ励振に対する位相差に基づいて角速度の方
向（時計廻り／反時計廻り）を判定してそれを表わす方
向信号と、ｚ振動検出信号の振幅に対応する角速度の絶
対値を表わす角速度値信号とを出力する。

【００４８】導電層８が、絶縁膜７を介して、基板１上
の配線３，５，６のすべてを覆い、浮動体の可動櫛歯電
極１９および固定電極の固定櫛歯電極１８の分布領域の
下部にも存在し、しかも検出電極４の外縁に存在するの
で、配線３，５，６，浮動体(14,15,17,18)および検出
電極４の、外来ノイズに対するシ−ルド効果が高い。ま
た、検出電極４の、静電結合による、駆動電圧（ＶＤ
１，ＶＤ２）対応の静電誘導電圧（誘導ノイズ）が大幅
に低減する。さらに、固定電極の配線３と浮動体(14,1
5,17,18の14)との間に導電層８が存在するので、配線３
と浮動体との間には、配線３の電位変動（ＶＤ１）によ
るｚ方向の静電引力は作用しない。

【００４９】なお、浮動体の励振効率を高くするため、
ｘ励振の周波数を浮動体のｘ振動の共振周波数に自動的
に調整するのが好ましい。そのようにする場合には、従
来も行なわれているように、浮動体(14,15,17,18)のｘ
方向の変位を検出する変位検出構造を付加し、浮動体の
ｘ振動検出信号を静電容量検出回路３４からｘ駆動回路
３１にフィ−ドバックする。変位検出構造としては、例
えば、可動櫛歯電極１８と固定櫛歯電極１９の組合せと
同様なものや、後述する図１３に示す可動櫛歯電極２３
と固定櫛歯電極２２の組合せと同様なもの（ただし図１
３のｘ軸とｙ軸とは入れ替える）を用いることができ
る。そして、ｘ振動検出信号を静電容量検出回路３４に
フィ−ドバックする場合は、ｘ駆動回路３１は、ｘ振動
検出信号（交流信号）のレベルの絶対値が設定値に達す
る度に、上述の、矩形波電圧ＶＤ１，ＶＤ２のレベル切
換え（立上り／立下り）を行なう。これにより、浮動体
１７が、所定振幅でｘ方向に振動する。

【００５０】また、駆動方法として静電容量検出回路３
４より得られる信号を用いて、ＰＬＬ（フェ−ズドロ
ックル−プ）制御により共振周波数で駆動し、静電容
量検出回路３４より得られる信号により駆動振幅を求
め、駆動電圧を増減して振幅が一定となるように制御し
てもよい。これらにより、ｘ励振効率が高い低電圧駆動
が可能となる。

【００５１】本発明の第２実施例を図１２に示す。この
第２実施例では、大略ロ型の浮動体１７が、左右の固定
電極に交互に電圧を印加することによりｘ方向に振動す
る。浮動体１７にｚ軸廻りの角速度が加わると浮動体１
７がｙ方向にも振動する。浮動体１７には、ｘ方向に延
びる梁状の、ｙ振動検出用の多数の可動電極２３が一体
連続であり、ｙ方向に所定ピッチで分布している。これ
らの電極２３の隣り合うものの間に、２組のｙ振動検出
用の多数の固定電極２２Ａ，２２Ｂがあり、浮動体１７
が＋ｙ方向に変位すると、可動電極２３と第１組の固定
電極２２Ａの間の静電容量が増大し、可動電極２３と第
２組の固定電極２２Ｂの間の静電容量が減少する。−ｙ
方向に変位するときには、その逆となる。したがって、
図示しない静電容量検出回路にて、可動電極２３／固定
電極２２Ａ間の静電容量を表わす第１電気信号と、可動
電極２３／固定電極２２Ｂ間の静電容量を表わす第２電
気信号を発生して、第１電気信号と第２電気信号とを差
動増幅することにより、浮動体１７のｙ振動を表わす電
気信号が得られ、この電気信号を図示しない信号処理回
路にて角速度信号に変換することができる。

【００５２】この第２実施例においても、上述の第１実
施例（図１）と同様に、基板１の略全面が絶縁膜７で被
覆され、その上に導電層８があり、この導電層８が、固
定電極２０の配線３および固定検出電極２２Ａ，２２Ｂ
の配線５Ａ，５Ｂの上にありかつ、浮動体(15,17,18,2
3)ならびに固定電極の固定櫛歯電極１９，固定検出電極
２２Ａ，２２Ｂの下方に存在する。導電層８は機器ア−
ス（ＧＮＤ）に接続される。したがってこの第２実施例
でも、上述の第１実施例と同様に、配線３，５Ａ，５
Ｂ，６，浮動体(15,17,18,23)および検出電極２２Ａ，
２２Ｂの、外来ノイズに対するシ−ルド効果が高く、し
かも固定電極２０と固定検出電極２２Ａ，２２Ｂとの静
電結合によって、検出電極２２Ａ，２２Ｂに、ｘ励振電
圧対応で誘起するノイズが小さい。

【００５３】本発明の第３実施例を図１３に示す。この
第３実施例では、浮動体１７がｙ方向に移動しうる。浮
動体１７には、ｘ方向に延びる梁状の、ｙ変位検出用の
多数の可動電極２３が一体連続であり、ｙ方向に所定ピ
ッチで分布している。これらの電極２３の隣り合うもの
の間に、２組のｙ変位検出用の多数の固定電極２２Ａ，
２２Ｂがあり、浮動体１７が＋ｙ方向に変位すると、可
動電極２３と第１組の固定電極２２Ａの間の静電容量が
増大し、可動電極２３と第２組の固定電極２２Ｂの間の
静電容量が減少する。−ｙ方向に変位するときには、そ
の逆となる。したがって、図示しない静電容量検出回路
にて、可動電極２３／固定電極２２Ａ間の静電容量を表
わす第１電気信号と、可動電極２３／固定電極２２Ｂ間
の静電容量を表わす第２電気信号を発生して、第１電気
信号と第２電気信号とを差動増幅することにより、浮動
体１７のｙ位置に対応するレベルの電気信号が得られ
る。図１３に示す矢印２５の方向（ｙ方向）の加速度が
浮動体１７に加わると、この加速度に対応して浮動体１
７が変位する。浮動体１７のｙ位置に対応するレベルの
電気信号を、図示しない信号処理回路にて、加速度を表
わす電気信号に変換すれば、加速度検出を行なうことが
できる。

【００５４】この第３実施例においても、上述の第１実
施例と同様に、基板１の略全面が絶縁膜７で被覆され、
その上に導電層８があり、この導電層８が、固定検出電
極２２Ａ，２２Ｂの配線２４Ａ，２４Ｂの上にありか
つ、浮動体(15,17,23)ならびに固定検出電極２２Ａ，２
２Ｂの下方に存在する。導電層８は機器ア−ス（ＧＮ
Ｄ）に接続される。したがってこの第３実施例でも、配
線２４Ａ，２４Ｂ３，浮動体(15,17,23)および検出電極
２２Ａ，２２Ｂの、外来ノイズに対するシ−ルド効果が
高い。

【００５５】本発明の第４実施例を図１４に示す。この
第４実施例は図１２に示す第２実施例と類似であるが、
第２実施例の浮動体１７をｙ方向には実質上変位不可と
し、かつｘ励振のための可動櫛歯電極１８および固定電
極２０を省略したものである。図示しない静電容量検出
回路にて、可動電極２３／固定電極２２Ａ間の静電容量
を表わす第１電気信号と、可動電極２３／固定電極２２
Ｂ間の静電容量を表わす第２電気信号を発生して、第１
電気信号と第２電気信号とを差動増幅することにより、
浮動体１７のｙ位置に対応するレベルの電気信号が得ら
れる。図１４に示す矢印２５の方向（ｙ方向）の加速度
が浮動体１７に加わると、この加速度に対応して浮動体
１７が変位する。浮動体１７のｙ位置に対応するレベル
の電気信号を、図示しない信号処理回路にて、加速度を
表わす電気信号に変換すれば、加速度検出を行なうこと
ができる。

【００５６】この第４実施例においても、上述の第１実
施例と同様に、基板１の略全面が絶縁膜７で被覆され、
その上に導電層８があり、この導電層８が、固定検出電
極２２Ａ，２２Ｂの配線２４Ａ，２４Ｂの上にありか
つ、浮動体(15,17,23)ならびに固定検出電極２２Ａ，２
２Ｂの下方に存在する。導電層８は機器ア−ス（ＧＮ
Ｄ）に接続される。したがってこの第４実施例でも、配
線２４Ａ，２４Ｂ，浮動体(15,17,23)および検出電極２
２Ａ，２２Ｂの、外来ノイズに対するシ−ルド効果が高
い。

【００５７】図１５に本発明の第５実施例を示す。この
第５実施例では、浮動体１７はｘ方向に変位可であるが
ｙ方向には不可である。浮動体１７には、左右に可動櫛
歯電極２３があり、それらの歯間に左右の固定検出電極
２０の固定櫛歯２２が突出している。浮動体１７が＋ｘ
方向（右方）に変位すると、右側の可動櫛歯電極２３と
右側の固定検出電極２０の間の静電容量が増大し、左側
の可動櫛歯電極と左側の固定検出電極の間の静電容量が
減少する。−ｘ方向（左方）に変位するときには、その
逆となる。したがって、図示しない静電容量検出回路に
て、右側の可動櫛歯電極２３／右側固定検出電極２０間
の静電容量を表わす第１電気信号と、左側の可動櫛歯電
極／左側固定検出電極間の静電容量を表わす第２電気信
号を発生して、第１電気信号と第２電気信号とを差動増
幅することにより、浮動体１７のｘ位置に対応するレベ
ルの電気信号が得られる。図１５に示す矢印２５の方向
（ｘ方向）の加速度が浮動体１７に加わると、この加速
度に対応して浮動体１７が変位する。浮動体１７のｘ位
置に対応するレベルの電気信号を、図示しない信号処理
回路にて、加速度を表わす電気信号に変換すれば、加速
度検出を行なうことができる。また、浮動体１７の表面
（平面）に沿って矢印２５方向に流体が流れると、浮動
体１７が連れ移動して矢印２５方向に変位し、変位量は
流体の流速に対応する。浮動体１７のｘ位置に対応する
レベルの電気信号を、図示しない信号処理回路にて、流
速を表わす電気信号に変換すれば、流速検出を行なうこ
とができる。

【００５８】この第５実施例においても、上述の第１実
施例と同様に、基板１の略全面が絶縁膜７で被覆され、
その上に導電層８があり、この導電層８が、固定検出電
極２０の配線２４の上にありかつ、浮動体(15,17,23)な
らびに固定櫛歯電極２２の下方に存在する。導電層８は
機器ア−ス（ＧＮＤ）に接続される。したがってこの第
５実施例でも、配線２４，浮動体(15,17,23)および検出
電極２２の、外来ノイズに対するシ−ルド効果が高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の平面図である。

【図２】図１に示す角速度センサのＡ−Ａ線断面図で
ある。

【図３】図１に示す角速度センサのＢ−Ｂ線断面図で
ある。

【図４】図１に示す角速度センサの製造途中の平面図
である。

【図５】図１に示す角速度センサの製造途中の平面図
である。

【図６】図１に示す角速度センサの製造途中の平面図
である。

【図７】図１に示す角速度センサの製造途中の平面図
である。

【図８】図１に示す角速度センサの製造途中の平面図
である。

【図９】図１に示す角速度センサの製造途中の平面図
である。

【図１０】図１に示す角速度センサに接続した電気回
路の概略構成を示すブロック図である。

【図１１】図１０に示す角速度センサの浮動体をｘ励
振する駆動電圧と、該浮動体の変位量を示すタイムチャ
−トである。

【図１２】本発明の第２実施例の平面図である。

【図１３】本発明の第３実施例の平面図である。

【図１４】本発明の第４実施例の平面図である。

【図１５】本発明の第５実施例の平面図である。

【図１６】従来の１つの角速度センサの平面図であ
る。

【図１７】図１６のＡ−Ａ線断面図である。

【図１８】図１６のＢ−Ｂ線断面図である。

【符号の説明】

１：基板２：絶縁膜３：配線４：検出電極５：配線６：配線７：絶縁膜８：導電層９：エッチング層１０：コンタク
トホール１１：コンタクトホール１２：コンタ
クトホール１３：半導体薄膜１４：連結梁１５：梁１６：アンカ１７：浮動体１８：可動櫛
歯電極１９：固定櫛歯電極２０：固定電
極２１：電極パッド２２Ａ，Ｂ：
固定検出電極２３：可動電極２４：配線２５：加速度または流速の検出方向

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板，該基板に対して空隙を設けてほぼ平
行に配置された薄膜可動体，前記基板で支持され前記薄
膜可動体の変位を検出するためのエレメントおよび基板
上の電気配線を有するマイクロマシンセンサにおいて、前記電気配線を絶縁距離を置いて被覆する導電性膜、を
有することを特徴とするマイクロマシンセンサ。
【請求項２】前記導電性膜は定電位に接続されている、
請求項１記載のマイクロマシンセンサ。
【請求項３】前記導電性膜は、前記薄膜可動体と同電位
である、請求項１又は請求項２記載のマイクロマシンセ
ンサ。