半導体力学量センサ

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【発明の名称】	半導体力学量センサ
【発明者】	【氏名】柳谷陽子【氏名】酒井峰一【氏名】青山正紀
【要約】	【課題】差動容量式の半導体加速度センサにおいて、センサの加工ばらつきにより、支持基板の開口縁部に固定される固定電極部の配線部の寄生容量がばらついても、センサのオフセットを極力低減可能とする。【解決手段】センサ１００は、可動電極部３０との間に各々第１の検出容量ＣＳ１、第２の検出容量ＣＳ２を形成する第１の固定電極部４０、５０及び第２の固定電極部６０、７０を備える。第１及び第２の固定電極部４０～７０を共に、各々が支持基板２０の開口部２１上にて可動電極部３０に対向配置された第１及び第２の対向電極４２、５２、６２、７２と、支持基板２０に固定されて第１及び第２の対向電極４２～７２をそれぞれ支持する第１及び第２の配線部４１、５１、６１、７１とにより構成し、これら両配線部４１～７１を互いに電気的に独立させ支持基板２０の開口縁部において互いに対向するように配置する。

【特許請求の範囲】
【請求項１】一面側に所定形状にて開口する開口部（２１）が形成された半導体よりなる支持基板（２０）と、この支持基板に支持され前記開口部上にて力学量の印加に応じて変位する可動電極部（３０）と、前記可動電極部との間に第１の検出容量を形成する第１の固定電極部（４０、５０）と、前記可動電極部との間に第２の検出容量を形成する第２の固定電極部（６０、７０）とを備え、力学量の印加に応じて前記可動電極部が変位したとき、前記第１の検出容量と前記第２の検出容量との差分に基づいて印加力学量を検出する半導体力学量センサにおいて、前記第１及び第２の固定電極部は共に、各々が前記開口部上にて前記可動電極部に対向配置された第１の対向電極（４２、６２）及び第２の対向電極（５２、７２）と、前記支持基板に固定されて前記第１の対向電極を支持する第１の配線部（４１、６１）及び前記支持基板に固定されて前記第２の対向電極を支持する第２の配線部（５１、７１）とにより構成されており、これら第１及び第２の配線部は、互いに電気的に独立し前記支持基板の開口縁部において対向するように配置されたものであることを特徴とする半導体力学量センサ。
【請求項２】前記第１及び第２の配線部（４１、５１、６１、７１）は、互いに略同一の配線面積を有するものであることを特徴とする請求項１に記載の半導体力学量センサ。
【請求項３】前記開口部（２１）の開口形状は矩形状であり、前記可動電極部（３０）は、前記支持基板（２０）の前記開口縁部のうち対向する１組の辺の間にて前記開口部上を横断するように配置されており、前記第１及び第２の配線部（４１、５１、６１、７１）は、各々が互いに、前記支持基板の前記開口縁部のうち対向する他の１組の辺に配置されたものであることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体力学量センサ。
【請求項４】前記可動電極部（３０）は、前記変位する方向の両端にて前記支持基板（２０）の開口縁部に支持された錘部（３１）と、この錘部から前記変位する方向と直交する方向にて互いに反対方向へ突出する第１及び第２の突出部（３４、３５）とよりなり、前記第１の突出部（３４）は、前記第１の固定電極部（４０、５０）における前記第１の対向電極（４２）に対向するものと、前記第２の固定電極部（６０、７０）における前記第１の対向電極（６２）に対向するものとより成り、前記第２の突出部（３５）は、前記第１の固定電極部における前記第２の対向電極（５２）に対向するものと、前記第２の固定電極部における前記第２の対向電極（７２）に対向するものとより成ることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の半導体力学量センサ。
【請求項５】一面側に開口する開口部（２１）が形成された半導体よりなる支持基板（２０）と、この支持基板に支持され前記開口部上にて力学量の印加に応じて変位する可動電極部（２３０）と、前記支持基板の開口縁部にて前記支持基板に固定され前記可動電極に対向して配置された固定電極部（２４０、２５０）とを備え、力学量の印加に応じて前記可動電極部が変位したとき、前記可動電極部と前記固定電極部との間の容量変化に基づいて印加力学量を検出する半導体力学量センサにおいて、前記固定電極部における前記支持基板の開口縁部に固定された部分は、外部に信号を取り出すための配線部（２４１、２５１）として構成されており、この配線部と前記支持基板とが重なり合う部分にて、前記支持基板が露出するように前記配線部の一部が除去された除去部（２６０～２６３）が形成されていることを特徴とする半導体力学量センサ。
【請求項６】前記除去部は、前記配線部（２４１、２５１）の表面から前記支持基板（２０）まで貫通し、互いにラーメン構造形状に連結された複数の矩形状の貫通孔（２６０）により構成されていることを特徴とする請求項５に記載の半導体力学量センサ。
【請求項７】一面側に開口する開口部（２１）が形成された半導体よりなる支持基板（２０）と、この支持基板に支持され前記開口部上にて力学量の印加に応じて変位する可動電極部（２３０）と、前記支持基板に固定され前記可動電極部に対向して配置された固定電極部（２４０、２５０）と、を備え、力学量の印加に応じて前記可動電極部が変位したとき、前記可動電極部と前記固定電極部との間の容量変化に基づいて印加力学量を検出する半導体力学量センサにおいて、前記可動電極部と外部とを電気的に接続するためのワイヤ（Ｗ１）が接続される可動電極パッド（２２３）が、前記支持基板の開口縁部の一側部位に形成され、前記固定電極部と外部とを電気的に接続するためのワイヤ（Ｗ２、Ｗ３）が接続される固定電極パッド（２４１ａ、２５１ａ）が、前記支持基板の開口縁部の前記一側部位と対向する他側部位に形成されていることを特徴とする半導体力学量センサ。
【請求項８】半導体よりなる支持基板（２０）と、この支持基板に支持されて力学量の印加に応じて変位する可動電極部（２３０）と、前記支持基板に固定され前記可動電極部に対向して配置された固定電極部（２４０、２５０）と、前記可動電極部と外部とを電気的に接続する可動電極ワイヤ（Ｗ１）と、前記固定電極部と外部とを電気的に接続する固定電極ワイヤ（Ｗ２、Ｗ３）とを備え、力学量の印加に応じて前記可動電極部が変位したとき、前記可動電極部と前記固定電極部との間の容量変化を、前記可動電極ワイヤ及び前記固定電極ワイヤを介して前記外部へ取り出すことにより、印加力学量を検出する半導体力学量センサにおいて、前記可動電極ワイヤと前記固定電極ワイヤとは、８０μｍ以上の距離を持って離れていることを特徴とする半導体力学量センサ。
【請求項９】前記可動電極ワイヤ（Ｗ１）と前記固定電極ワイヤ（Ｗ２、Ｗ３）とは、１００μｍ以上の距離を持って離れていることを特徴とする請求項８に記載の半導体力学量センサ。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体よりなる支持基板の半導体層に溝を形成することにより可動電極部及び当該可動電極部と対向する固定電極部とを形成してなり、これら可動及び固定電極部間の容量変化に基づき印加力学量を検出するようにした容量検出型の半導体力学量センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、例えば容量検出型の半導体加速度センサとして、図１５及び図１６に示す差動容量式のものが提案されている。ここで、図１５は平面図、図１６は図１５のＡ－Ａ断面図である。このものは、図１６に示す様に、第１の半導体層Ｊ１と第２の半導体層Ｊ２との間に絶縁層Ｊ３を有する半導体基板に半導体製造技術を利用した周知のマイクロマシン加工を施すことにより形成される。
【０００３】この半導体加速度センサは、半導体基板の第２の半導体層Ｊ２に溝を形成することにより、錘部Ｊ４と櫛歯状の突出部Ｊ５とが一体形成された可動電極部Ｊ６を形成すると共に、当該突出部Ｊ５と対向する櫛歯状の固定電極部Ｊ７、Ｊ８を形成してなる。ここで、第１の半導体層Ｊ１及び絶縁層Ｊ３により支持基板を構成し、この支持基板には、第２の半導体層Ｊ２側の面に開口する開口部Ｊ９が形成されている。図示例では、当該支持基板における第２の半導体層Ｊ２側の面からこれと反対側の面まで貫通するように開口部Ｊ９が形成されている。
【０００４】そして、可動電極部Ｊ６は、錘部Ｊ４の両端部にて上記支持基板の開口縁部に弾性支持され、開口部Ｊ９上にて印加加速度に応じて、図１５中の矢印Ｘ方向に変位するようになっている。また、固定電極部Ｊ７、Ｊ８は、開口部Ｊ９上にて可動電極部Ｊ６の突出部Ｊ５と対向する対向電極Ｊ７ａ、Ｊ８ａと、上記支持基板の開口縁部に固定されて対向電極Ｊ７ａ、Ｊ８ａを支持する配線部Ｊ７ｂ、Ｊ８ｂとからなる。このように従来の半導体加速度センサは、最低限１個の可動電極部Ｊ６と、この可動電極部Ｊ６の両側にそれぞれ設けられた第１の固定電極部Ｊ７及び第２の固定電極部Ｊ８という、２個の固定電極部を有した構成となっている。
【０００５】ここで、第１の固定電極部Ｊ７における対向電極Ｊ７ａと可動電極部Ｊ６における突出部Ｊ５との間の容量を第１の検出容量ＣＳ１、第２の固定電極部Ｊ８における対向電極Ｊ８ａと突出部Ｊ５との間の容量を第２の検出容量ＣＳ２とする。なお、図中には、各容量をコンデンサを示す記号にて示してある。そして、上記の印加加速度による可動電極部Ｊ６の変位に応じて、各検出容量ＣＳ１、ＣＳ２が変化するのであるが、これを両検出容量ＣＳ１、ＣＳ２の差分として検出（差動検出）することにより、印加加速度を検出することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、本発明者等が上記従来の半導体加速度センサについて検討したところ、センサの加工誤差によって、センサにおける出力誤差即ちオフセットが大きくなるという問題が発生した。次に、このオフセットの問題について、上記図１５及び図１６に示した従来のセンサに基づき、本発明者等が行った検討を示す。図４（ａ）に、差動容量式の半導体加速度センサの検出回路図を示す。ＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３は寄生容量を示している。
【０００７】ここで、上記従来のセンサにおいては、ＣＰ１は第１の固定電極部Ｊ７の配線部Ｊ７ｂと上記支持基板との間の容量、ＣＰ２は第２の固定電極部Ｊ８の配線部Ｊ８ｂと上記支持基板との間の容量、ＣＰ３は可動電極部Ｊ６の配線部Ｊ６ｂと上記支持基板との間の容量である。また、Ｊ１０はスイッチドキャパシタ回路（ＳＣ回路）であり、このＳＣ回路Ｊ１０は、容量がＣｆであるコンデンサＪ１１、スイッチＪ１２及び差動増幅回路Ｊ１３を備え、入力された容量差を電圧に変換するものである。
【０００８】また、図４（ａ）に示す回路に対するタイミングチャートの一例を図４（ｂ）に示す。上記従来のセンサにおいては、例えば、固定電極パッドＪ７ｃから搬送波１（周波数１００ｋＨｚ、振幅０～５Ｖ）、固定電極パッドＪ８ｃから搬送波１と位相が１８０°ずれた搬送波２（周波数１００ｋＨｚ、振幅０～５Ｖ）を入力し、ＳＣ回路Ｊ１０のスイッチＪ１２を図に示すタイミングで開閉する。そして、印加加速度は、下記の数式１に示す様に、電圧値Ｖ₀として出力される。
【０００９】
【数１】
V₀＝｛（CS1－CS2）+（CP1－CP2）・CP3｝・V／Cfここで、Ｖは両パッドＪ７ｃ、Ｊ８ｃの間の電圧である。従って、センサの出力は、寄生容量ＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３の影響を受ける。一般に、容量Ｃを構成する２つの部材の面積をＳ、間隔をｄとすると、Ｃ＝ε・Ｓ／ｄである。よって、加工ばらつき等により、配線部Ｊ７ｂ、Ｊ８ｂと上記支持基板との重なり部分の面積が変わったり、また、上記支持基板における絶縁層Ｊ３の厚さがばらついて容量Ｃを規定する間隔ｄが変わったりすると、寄生容量ＣＰ１及びＣＰ２にばらつきが生じ、ＣＰ１とＣＰ２とが等価でなくなる。即ち、加速度が０の時でも、寄生容量ＣＰ１とＣＰ２とに差が生じ、オフセットとして出力されてしまう。
【００１０】ここで、上記従来の半導体加速度センサにおいては、通常、フォトリソグラフィ技術を用い、半導体基板の半導体層及び上記支持基板をエッチングすることにより、開口部Ｊ９を形成するとともに、可動電極部Ｊ６及び固定電極Ｊ７、Ｊ８等がリリースされた構造体を形成する。そのため、上記重なり部分の面積が変わる原因としては、開口部Ｊ９のエッチング加工において、■上記支持基板に対するマスクの合わせずれ、■エッチング時のエッチング量の差、が考えられる。
【００１１】図１７は、これらの原因■及び■による開口部Ｊ９の加工ばらつきを示す説明図である。原因■によれば、例えば図１７（ａ）に示す様に、開口部Ｊ９を所定形状に形成できたとしても、破線に示すように一方向へ位置ずれを起こしてしまう。そのため、上記重なり部分の面積が、例えば容量ＣＰ１側では小さく、容量ＣＰ２側では大きくなる。
【００１２】また、原因■によれば、例えば図１７（ｂ）に示す様に、狙いの開口部Ｊ９の形状に対して破線に示す様な形状ずれを生じてしまう。そのため、上記重なり部分の面積が、例えば容量ＣＰ１側でのみ小さくなる。本発明者等の検討によれば、これら原因■及び■によるずれは共に、±１～５０μｍ程度であった。また、上記支持基板における絶縁層Ｊ２の厚さばらつきは±０．１μｍ程度であった。
【００１３】このように、本発明者等の検討によれば、従来の差動容量式のセンサにおいては、センサの加工ばらつきにより、支持基板における開口部の位置ずれや所定形状からの形状ずれが発生したり、支持基板の絶縁層の厚さばらつきが発生する。それによって、支持基板の開口縁部に固定される固定電極部の配線部の寄生容量がばらつくため、結果として、オフセットが大きくなることがわかった。
【００１４】また、センサの感度向上化に伴い、オフセットの問題について、更に検討したところ、次のような問題が発生することもわかった。上記従来の半導体加速度センサにおいては、図１５に示す様に、可動電極部Ｊ６と導通する可動電極パッドＪ６ｃ、及び固定電極部Ｊ７、Ｊ８の配線部Ｊ７ｂ、Ｊ８ｂと導通する固定電極パッドＪ７ｃ、Ｊ８ｃが、上記支持基板の開口縁部の同じ側に略一列に配置形成されている。
【００１５】そして、各パッドＪ６ｃ、Ｊ７ｃ、Ｊ８ｃには、Ａｌ（アルミニウム）やＡｕ（金）等により形成されたワイヤＪ６ｄ、Ｊ７ｄ、Ｊ８ｄの一端が接続され、これら各ワイヤの他端は、上記のＳＣ回路Ｊ１０を含む外部回路（図示せず）に接続される。ここにおいて、ワイヤＪ６ｄとワイヤＪ７ｄとの間、ワイヤＪ６ｄとワイヤＪ８ｄとの間には、それぞれ、寄生容量ＣＷ１、ＣＷ２が形成される。図４に対して、このワイヤ間の寄生容量も含めた検出回路図を図１３に示す。印加加速度は、下記の数式２に示す様に、電圧値Ｖ₀として出力される。
【００１６】
【数２】V₀＝｛（CS1－CS2）+（CW1－CW2）+（CP1－CP2）・CP3｝・V／Cfここで、上記ワイヤにおいては、上記のパッド及び外部回路との接続部分以外は可動であるため振動したり、また、ワイヤボンディングの位置ずれ等により、寄生容量ＣＷ１、ＣＷ２が大きく異なる。そのため、寄生容量ＣＷ１とＣＷ２とが等価でなくなり、センサのオフセットばらつきが大きくなったり、オフセットが変動するという問題が生じる。
【００１７】なお、このようなセンサの加工ばらつきによる上記固定電極部の配線部における寄生容量のばらつき、あるいは、ワイヤ間の寄生容量のばらつき、といった問題は、差動容量式に限らず、容量検出型の半導体力学量センサ一般において、起こるものである。つまり、可動電極部と固定電極部との間の容量を検出する際に、上記の寄生容量のばらつきは、検出容量に影響を及ぼし、同様にオフセットを発生させる。
【００１８】そこで、本発明は上記問題に鑑み、容量検出型の半導体力学量センサにおいて、センサの加工ばらつきにより、支持基板の開口縁部に固定される固定電極部の配線部の寄生容量がばらついても、センサのオフセットを極力低減可能とすることを第１の目的とする。また、本発明は、容量検出型の半導体力学量センサにおいて、可動電極部用のワイヤと固定電極部用のワイヤとの間の寄生容量を低減し、センサのオフセットばらつきを極力低減可能とすることを第２の目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、請求項１～請求項４記載の発明は、支持基板に形成された開口部上にて変位する可動電極部との間に各々第１の検出容量、第２の検出容量を形成する第１の固定電極部及び第２の固定電極部を備える差動容量式の半導体力学量センサについて、該第１の固定電極部を電気的に独立した一対の構成とし、また、該第２の固定電極部についても同じく電気的に独立した一対の構成とし、第１及び第２の固定電極部における当該一対の電極部の配置構成等に工夫を凝らしたものである。
【００２０】即ち、請求項１記載の発明においては、第１及び第２の固定電極部（４０～７０）を共に、各々が支持基板（２０）の開口部（２１）上にて可動電極部（３０）に対向配置された第１及び第２の対向電極（４２、５２、６２、７２）と、該支持基板に固定されて該第１及び第２の対向電極をそれぞれ支持する第１及び第２の配線部（４１、５１、６１、７１）とにより構成し、これら両配線部を互いに電気的に独立させ該支持基板の開口縁部において互いに対向するように配置したことを特徴としている。
【００２１】本発明によれば、第１及び第２の固定電極部（４０～７０）において、互いに電気的に独立した一対の配線部（４１～７１）を、支持基板（２０）の開口縁部において対向するように配置させている。それにより、センサの加工ばらつきによって所定形状の開口部（２１）の一方向への位置ずれが起こった場合に、例えば、各固定電極において、それぞれ、両配線部の寄生容量の面積が第１の配線部（４１、６１）側にて増加し、第２の配線部（５１、７１）側にて減少する。
【００２２】そして、各固定電極部においては、配線部の寄生容量は第１及び第２の配線部の総和であるため、上記の増加分と減少分とがキャンセルされ、開口部が位置ずれしない場合に比べて、見かけ上、配線部の寄生容量のばらつきを低減することができる。よって、本発明によれば、センサの加工ばらつきによる開口部の一方向への位置ずれに対応できるため、固定電極部の配線部の寄生容量がばらついても、センサのオフセットを極力低減することができる。
【００２３】また、請求項２記載の発明のように、第１及び第２の配線部（４１、５１、６１、７１）を互いに略同一の配線面積を有するものとすれば、上記の開口部の位置ずれによる寄生容量の増加分と減少分とを実質的に完全にキャンセルでき、好ましい。ここで、請求項３及び請求項４記載の発明は、可動電極部及び第１及び第２の固定電極部の具体的な構成を示すもので、従来の半導体力学量センサに対して大きく構成を変えることなく、適切に請求項１または請求項２の発明の効果を発揮可能なセンサ構成を提供することができる。
【００２４】また、請求項５～請求項９記載の発明は、容量検出型の半導体力学量センサ一般に適用可能なものである。まず、請求項５の発明においては、支持基板（２０）の開口縁部に固定された部分が外部に信号を取り出すための配線部（２４１、２５１）として構成されている固定電極部（２４０、２５０）において、該配線部と該支持基板とが重なり合う部分にて、該支持基板が露出するように該配線部の一部が除去された除去部（２６０～２６３）を形成したことを特徴としている。
【００２５】それによって、従来の固定電極部の配線部に比べて除去部の分だけ、配線部自体の配線面積を小さくできるため、上述のように、加工ばらつきによる開口部の位置ずれや形状ずれが発生したり、支持基板の絶縁層の厚さばらつきが発生しても、配線部における寄生容量の変化を小さいものとできる。よって、本発明によれば、センサの加工ばらつきにより固定電極部の配線部の寄生容量がばらついても、センサのオフセットを極力低減できる。
【００２６】ここで、請求項６の発明のように、除去部を、配線部（２４１、２５１）の表面から支持基板（２０）まで貫通し互いにラーメン構造形状に連結された複数の矩形状の貫通孔（２６０）により構成すれば、除去部を１個の大きな貫通孔にて構成するよりも、配線部の強度を向上させることができる。
【００２７】また、請求項７の発明では、容量検出型の半導体力学量センサにおいて、可動電極部（２３０）と外部とを電気的に接続するためのワイヤ（Ｗ１）が接続される可動電極パッド（２２３）を、支持基板（２０）の開口縁部の一側部位に形成し、固定電極部（２４０、２５０）と外部とを電気的に接続するためのワイヤ（Ｗ２、Ｗ３）が接続される固定電極パッド（２５１ａ）を、該支持基板の開口縁部の前記一側部位と対向する他側部位に形成したことを特徴としている。
【００２８】上述のように、一般に容量Ｃは、Ｃ＝ε・Ｓ／ｄである。本発明によれば、可動電極パッドと固定電極パッドとを、支持基板の開口縁部において互いに対向するように配置しているため、従来のように該開口縁部における同じ側の部位に両パッドを配置した場合に比べて、両パッドに接続されるワイヤ間の距離が大幅に大きくなる。そのため、可動電極部用のワイヤと固定電極部用のワイヤとの間の寄生容量を低減でき、センサのオフセットばらつきを極力低減することができる。
【００２９】また、本発明者等は、可動電極用及び固定電極用のワイヤ間の距離とセンサのオフセットとの関係について調査検討を行ったところ、図１４（ｂ）に示す様な結果が得られた。請求項８の発明は、この結果に基づき成されたものであり、可動電極部用の可動電極ワイヤ（Ｗ１）と固定電極部用の固定電極ワイヤ（Ｗ２、Ｗ３）とを備える容量検出型の半導体力学量センサにおいて、該可動電極ワイヤと該固定電極ワイヤとを８０μｍ以上の距離を持って離間させたことを特徴としている。
【００３０】本発明者等の検討によれば、センサの感度向上に伴い、オフセット（出力誤差）は１０％以内であることが実用上好ましい。ここで、可動電極ワイヤと固定電極ワイヤとの間の距離を８０μｍ以上、好ましくは１００μｍ以上とすれば、当該ワイヤ間の距離がばらついたり、変動したりしても、オフセットを１０％以内にとどめることが可能である。よって、本発明においても、請求項７の発明と同様に、本発明の第２の目的を達成することができる。
【００３１】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００３２】
【発明の実施の形態】（第１実施形態）本実施形態は、容量検出型の半導体力学量センサとして、差動容量式の半導体加速度センサについて本発明を適用したものであり、センサの加工ばらつきによる開口部の一方向への位置ずれに対応可能な構成とすることで、センサのオフセットを極力低減可能とすることを狙ったものである。図１に半導体加速度センサ１００の平面構成を示し、図２に図１中のＡ－Ａ線に沿った模式的な断面構造を示す。
【００３３】半導体加速度センサ（以下、単にセンサという）１００は、上記図１５等に示した従来のセンサと同様、半導体基板に周知のマイクロマシン加工を施すことにより形成される。センサ１００を構成する半導体基板は、図２に示す様に、第１の半導体層としての第１シリコン基板１１と第２の半導体層としての第２シリコン基板１２との間に絶縁層としての酸化膜１３を有する矩形状のＳＯＩ基板１０であり、第１シリコン基板１１及び酸化膜１３が本発明でいう支持基板２０に相当する。
【００３４】支持基板２０には、第２シリコン基板１２側の面からこれと反対側の面まで貫通する矩形状の開口部２１が形成されている。また、第２シリコン基板１２には、溝を形成することにより、可動電極部３０及び固定電極部４０、５０、６０、７０よりなる櫛歯形状を有する梁構造体が形成されている。開口部２１は、支持基板２０のうち上記梁構造体３０～７０が形成される領域を矩形状に除去した部分により構成されている。
【００３５】可動電極部３０は、支持基板２０の開口縁部のうち対向する１組の辺の間にて開口部２１上を横断するように配置されている。この可動電極部３０は、矩形状の錘部３１の両端を、矩形枠を有する梁部３２を介してアンカー部３３ａ及び３３ｂに一体に連結した構成となっており、これらアンカー部３３ａ及び３３ｂは支持基板２０の開口縁部における対向辺部上に支持されている。これにより、錘部３１及び梁部３２は、開口部２１に臨んだ状態となっている。
【００３６】また、矩形枠状をなす梁部３２は、その梁の長手方向と直交する方向に変位するバネ機能を有し、図１中の矢印Ｘ方向の成分を含む加速度を受けたときに錘部３１を矢印Ｘ方向へ変位させるとともに、加速度の消失に応じて元の状態に復元させる。よって、変位する方向（矢印Ｘ方向）における錘部３１の両端にて支持基板２０に支持された可動電極部３０は、加速度の印加に応じて、開口部２１上にて変位可能となっている。
【００３７】また、可動電極部３０は、上記変位する方向（矢印Ｘ方向）と直交した方向にて、錘部３１の両側面から互いに反対方向へ一体的に突出された第１の突出部３４及び第２の突出部３５を備えており、これら突出部３４及び３５も支持基板２０の開口部２１に臨んだ状態となっている。そして、これら第１及び第２の突出部３４及び３５は、断面矩形の梁状に形成されている。
【００３８】固定電極部４０～７０は、支持基板２０の開口縁部における対向辺部のうち、アンカー部３３ａ、３３ｂが支持されていないもう１組の対向辺部（以下、固定電極用対向辺部という）に支持されている。そして、固定電極用対向辺部のうち、アンカー部３３ａ寄り（図１中、上方寄り）の部位にて互いに対向配置された固定電極部４０及び５０が第１の固定電極部として構成され、アンカー部３３ｂ寄り（図１中、下方寄り）の部位にて互いに対向配置された固定電極部６０及び７０が第２の固定電極部として構成されている。また、各固定電極部４０～７０は互いに電気的に独立している。
【００３９】第１の固定電極部４０、５０は、支持基板２０の固定電極用対向辺部に固定され錘部３１と対向する配線部４１及び５１と、可動電極部３０の第１及び第２の突出部３４及び３５の側面と所定の検出間隔（検出空隙）を存して平行した状態で配置された対向電極４２及び５２とを有した構成となっている。対向電極４２、５２は、配線部４１、５１に片持ち状に支持された状態となっており、支持基板２０の開口部２１に臨んだ状態となっている。
【００４０】ここで、第１の固定電極部４０、５０は、更に、第１の突出部３４側（図１中、左側）の固定電極用対向辺部に位置する固定電極４０と、第２の突出部３５側（図１中、右側）の固定電極用対向辺部に位置する固定電極５０とより成る。固定電極４０においては、第１の突出部３４と対向する対向電極４２が第１の対向電極、この第１の対向電極４２を支持する配線部４１が第１の配線部として構成され、一方、固定電極５０においては、第２の突出部３５と対向する対向電極５２が第２の対向電極、この第２の対向電極５２を支持する配線部５１が第２の配線部として構成されている。
【００４１】また、第２の固定電極部６０、７０は、支持基板２０の固定電極用対向辺部に固定され錘部３１と対向する配線部６１及び７１と、可動電極部３０の第１及び第２の突出部３４及び３５の側面と所定の検出間隔（検出空隙）を存して平行した状態で配置された対向電極６２及び７２とを有した構成となっている。対向電極６２、７２は、配線部６１、７１に片持ち状に支持された状態となっており、支持基板２０の開口部２１に臨んだ状態となっている。
【００４２】ここで、第２の固定電極部６０、７０は、更に、第１の突出部３４側（図１中、左側）の固定電極用対向辺部に位置する固定電極６０と、第２の突出部３５側（図１中、右側）の固定電極用対向辺部に位置する固定電極７０とより成る。固定電極６０においては、第１の突出部３４と対向する対向電極６２が第１の対向電極、この第１の対向電極６２を支持する配線部６１が第１の配線部として構成され、一方、固定電極７０においては、第２の突出部３５と対向する対向電極７２が第２の対向電極、この第２の対向電極７２を支持する配線部７１が第２の配線部として構成されている。
【００４３】ここで、本実施形態における固定電極４０～７０の構成をまとめると、第１の固定電極４０、５０は、第１の配線部４１及び第１の対向電極４２よりなる固定電極４０と、第２の配線部５１及び第２の対向電極５２よりなる固定電極５０と、により構成されている。また、第２の固定電極６０、７０は、第１の配線部６１及び第１の対向電極６２よりなる固定電極６０と、第２の配線部７１及び第２の対向電極７２よりなる固定電極７０と、により構成されている。
【００４４】また、第１の固定電極部４０、５０における各対向電極４２、５２は、各々対向する可動電極部３０の突出部３４、３５との検出空隙に、容量ＣＳ４０、ＣＳ５０を形成する。また、第２の固定電極部６０、７０における各対向電極６２、７２は、各々対向する可動電極部３０の突出部３４、３５との検出空隙に、容量ＣＳ６０、ＣＳ７０を形成する。なお、図１中には、これら容量ＣＳ４０～ＣＳ７０をコンデンサを示す記号にて示してある。
【００４５】そして、第１の固定電極部における容量ＣＳ４０とＣＳ５０との和（ＣＳ４０＋ＣＳ５０）が第１の検出容量、第２の固定電極部における容量ＣＳ６０とＣＳ７０との和（ＣＳ６０＋ＣＳ７０）が第２の検出容量を構成する。なお、図１に示す様に、各対向電極は、各々対向する突出部の両側面部を挟むように、断面矩形の梁状のものが２本設けられているが、これは、センサの感度を向上させるべく、対向する面積を大きくして各容量を大きくするためである。
【００４６】また、第１及び第２の固定電極部４０～７０において、互いに電気的に独立した第１の配線部４１、６１と第２の配線部５１、７１とは、互いに略同一の配線面積を有することが好ましい。本例では、４つの配線部４１～７１が互いに略同一形状、同一の配線面積を有している。そして、支持基板２０上における各固定電極の各配線部４１、５１、６１、７１上の所定位置には、それぞれワイヤボンディング用の固定電極パッド４１ａ、５１ａ、６１ａ、７１ａが形成されている。
【００４７】また、支持基板２０上には、可動電極部３０における一方のアンカー部３３ｂと一体に連結された状態の可動電極用配線部２２が形成されており、この配線部２２上の所定位置には、ワイヤボンディング用の可動電極パッド２３が形成されている。上記の各電極パッド２３、４１ａ～７１ａは、例えばアルミニウムにより形成されている。
【００４８】次に、上記構成に基づき、本実施形態に係るセンサ１００の製造方法を説明する。図３に、上記のようなセンサ１００の製造工程を上記図２に対応した模式的な断面図として示す。まず、図３（ａ）に示す様に、上記したシリコン酸化膜１３を介して、例えば表面の面方位が（１００）に設定された単結晶シリコンウェハよりなる第１及び第２のシリコン基板１１、１２を接合したＳＯＩ基板１０を用意する（加工されていない状態を示す）。
【００４９】次に、図３（ｂ）に示す電極パッド形成工程を実行する。この工程では、第２シリコン基板１２上の全面にアルミニウムを例えば１μｍ程度の膜厚となるように蒸着した後に、そのアルミニウム膜をフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を利用してパターニングすることにより、上記電極パッド２３、４１ａ～７１ａ（図３中、パッド７１ａ以外は図示せず）を形成する。
【００５０】この状態から、図３（ｃ）に示す寸法調整工程を実行する。この工程では、第１シリコン基板１１の表面（酸化膜１３と反対側の面）側に切削・研磨加工を施すことによって、当該基板１１の厚さ寸法が例えば３００μｍとなるように調整し、その加工面に鏡面仕上げを施す。このように、第１シリコン基板１１の厚さ寸法を３００μｍまで減らすのは、後で述べるように、異方性エッチングにより開口部２１を形成する際にそのエッチング深さを低減し、以って異方性エッチングに起因するチップ設計寸法の拡大を防止するためである。
【００５１】次に、図３（ｄ）に示すマスク形成工程を実行する。この工程では、第１シリコン基板１１の表面（鏡面加工面）の全面に、シリコン窒化膜を例えばプラズマＣＶＤ法によて０．５μｍ程度の膜厚となるように堆積した後、そのシリコン窒化膜をフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を利用してパターニングすることにより、開口部２１をエッチングによって形成する際のマスクＭ１を形成する。
【００５２】この後、図３（ｅ）に示す溝（トレンチ）形成工程を実行する。この工程では、第２シリコン基板１２及び電極パッド２３、４１ａ～７１ａ上にドライエッチ耐性があるレジスト（図示せず）をマスクとして形成し、ドライエッチング装置により異方性ドライエッチングを実行することにより、第２シリコン基板１２中に、シリコン酸化膜１３に達する溝Ｔ１を形成する。このとき、第２シリコン基板１２に、図１に示したような可動電極部３０及び固定電極部４０～７０（固定電極部４０、５０は図示せず）からなる梁構造体のパターンが形成される。
【００５３】この状態から、図３（ｆ）に示す第１のエッチング工程を実行する。この第１のエッチング工程では、第１シリコン基板１２を、マスクＭ１を使用し且つ例えばＫＯＨ水溶液を利用して表面（シリコン酸化膜１３と反対側の面）側から選択エッチングする。本実施形態では、第１シリコン基板１１の膜厚が１０μｍ程度残存することを目標にしてエッチング時間を管理する。また、具体的には図示しなかったが、この第１のエッチング工程の実行前には、ＳＯＩ基板１０の表面側をレジストにより覆っておくものであり、このレジストは、例えば第１のエッチング工程終了後に除去するようにしている。
【００５４】次に、図３（ｇ）に示す第２のエッチング工程を実行する。この第２のエッチング工程では、第１シリコン基板１１の表面側から、例えばプラズマエッチング装置を利用したドライエッチングを施すことにより、第１のエッチング工程においてシリコン酸化膜１３との間に残した膜厚１０μｍ程度の第１シリコン基板１１を除去し、以ってシリコン酸化膜１３の裏面（下面）を露出させる。なお、このようなドライエッチングに伴い、マスクＭ１も同時に除去されることになる。
【００５５】次に、第３のエッチング工程（リリース工程）を実行する。この第３のエッチング工程では、ＨＦ系のエッチング液によりエッチングを施すことにより、シリコン酸化膜１３を除去する。このような第３のエッチング工程の実行に応じて、開口部２１が形成されるとともに、可動電極部３０及び固定電極部４０～７０がリリースされることになる。そして、ダイシングカットによりＳＯＩ基板１０を所定形状（本例では矩形状）のセンサチップに切断し、図１及び図２に示すセンサ１００を完成させる。
【００５６】次に、上記のように構成されたセンサ１００の作動について述べる。本センサ１００は加速度の印加に応じて可動電極部３０が変位したとき、第１の検出容量（ＣＳ４０＋ＣＳ５０）と第２の検出容量（ＣＳ６０＋ＣＳ７０）との差分に基づいて印加加速度を検出する差動容量式の加速度センサである。そのため、その基本動作は、上記した図４に基づいて説明することができる。
【００５７】図４（ａ）に示す差動容量式の半導体加速度センサの検出回路において、第１の検出容量ＣＳ１及び第２の検出容量ＣＳ２は、それぞれ、本センサ１００における第１の検出容量（ＣＳ４０＋ＣＳ５０）及び第２の検出容量（ＣＳ６０＋ＣＳ７０）に相当する。また、図１に、本センサ１００の各寄生容量ＣＰ３、ＣＰ４０～ＣＰ７０が示してあるが、これら寄生容量と図４（ａ）中の寄生容量ＣＰ１～ＣＰ３との関係は次のようである。
【００５８】まず、第１の固定電極部４０及び５０における寄生容量ＣＰ１は、第１の配線部４１と支持基板２０との間の容量ＣＰ４０、及び、第２の配線部５１と支持基板２０との間の容量ＣＰ５０の総和（ＣＰ４０＋ＣＰ５０）に相当する。また、第２の固定電極部６０及び７０における寄生容量ＣＰ２は、第１の配線部６１と支持基板２０との間の容量ＣＰ６０、及び、第２の配線部７１と支持基板２０との間の容量ＣＰ７０の総和（ＣＰ６０＋ＣＰ７０）に相当する。さらに、可動電極部３０における寄生容量ＣＰ３は、可動電極用配線部２２と支持基板２０との間の容量ＣＰ３に相当する。
【００５９】また、本センサ１００においても、図４（ｂ）に示すタイミングチャートのような、波形動作を示す。即ち、本センサ１００においては、例えば、固定電極パッド４１ａ、５１ａから搬送波１（周波数１００ｋＨｚ、振幅０～５Ｖ）を第１の固定電極４０、５０に対して入力し、固定電極パッド６１ａ、７１ａから搬送波１と位相が１８０°ずれた搬送波２（周波数１００ｋＨｚ、振幅０～５Ｖ）を第２の固定電極６０、７０に対して入力し、ＳＣ回路Ｊ１０のスイッチＪ１２を図に示すタイミングで開閉する。
【００６０】そして、本センサ１００においては、可動電極部３０が検出方向の加速度を受けると、錘部３１が図１中矢印Ｘ方向に変位し、各突出部３４及び３５と対向電極４２、５２、６２、７２との検出間隔が変動する。そのため、上記各容量ＣＳ４０～ＣＳ７０が変化する。この変化を、第１の検出容量ＣＳ１（つまりＣＳ４０＋ＣＳ５０）と第２の検出容量ＣＳ２（つまりＣＳ６０＋ＣＳ７０）との差分として、上記の数式１に示す様に、電圧値Ｖ₀として出力する。この電圧値Ｖ₀が印加加速度として検出される。
【００６１】ここで、本センサ１００において、例えば上記図３におけるマスクＭ１の位置ずれ等、センサの加工ばらつきによって開口部２１が一方向へ位置ずれした場合の一例を図５に示す。図５（ｂ）は、矩形状の開口部２１がその形状及び大きさを変えずに、所望の状態（図５（ａ））から右側へ位置ずれした場合を示すものである。なお、図５（ｂ）中の破線で示す開口部２１は、図５（ａ）における開口部２１の位置を示すものである。
【００６２】固定電極部における配線部４１、５１、６１、７１の各々の配線面積は、支持基板２０との接触面積であるため、図５中のハッチング部分に示されるように、それぞれ、Ｓ（４０）、Ｓ（５０）、Ｓ（６０）、Ｓ（７０）とする。なお、本例では、４つの配線部４１、５１、６１、７１が互いに同一形状及び大きさを有しているため、実質的に、Ｓ（４０）～Ｓ（７０）は各々等しい。そして、第１の固定電極４０、５０の配線面積をＳ１、第２の固定電極６０、７０の配線面積をＳ２とすると、図５（ａ）に示す状態では、これら配線面積Ｓ１、Ｓ２は下記の数式３のようになる。
【００６３】
【数３】Ｓ１＝Ｓ（４０）＋Ｓ（５０）
Ｓ２＝Ｓ（６０）＋Ｓ（７０）
次に、図５（ｂ）に示す様に開口部２１が位置ずれした状態において、固定電極部における配線部４１、５１、６１、７１の各々の配線面積を、それぞれ、Ｓ’（４０）、Ｓ’（５０）、Ｓ’（６０）、Ｓ’（７０）とする。ここで、各配線面積の変化分をｄｘとすると、各Ｓ’（４０）～Ｓ’（７０）は下記の数式４のようになる。
【００６４】
【数４】Ｓ’（４０）＝Ｓ（４０）＋ｄｘＳ’（５０）＝Ｓ（５０）－ｄｘＳ’（６０）＝Ｓ（６０）＋ｄｘＳ’（７０）＝Ｓ（７０）－ｄｘそして、図５（ｂ）に示す状態においては、第１の固定電極４０、５０の配線面積Ｓ１、第２の固定電極６０、７０の配線面積Ｓ２は下記の数式５のようになる。
【００６５】
【数５】
Ｓ１＝Ｓ’（４０）＋Ｓ’（５０）＝Ｓ（４０）＋ｄｘ＋Ｓ（５０）－ｄｘ＝Ｓ（４０）＋Ｓ（５０）
Ｓ２＝Ｓ’（６０）＋Ｓ’（７０）＝Ｓ（６０）＋ｄｘ＋Ｓ（７０）－ｄｘ＝Ｓ（６０）＋Ｓ（７０）
このように、本実施形態によれば、開口部２１が一方向へ位置ずれした場合、第１及び第２の固定電極部の各々において、例えば、寄生容量の面積が第１の配線部４１、６１側にて増加し、第２の配線部５１、７１側にて減少するようにキャンセルされるため、結果として、上記開口部２１の位置ずれによる配線部の寄生容量のばらつきを低減することができる。
【００６６】特に、第１の配線部４１、６１と第２の配線部５１、７１とを互いに略同一の大きさ及び形状を有するものとすれば、上記開口部２１の位置ずれによる寄生容量の増加分と減少分とを実質的に完全にキャンセルでき、好ましい。本例では、４つの配線部４１～７１が互いに同一の形状及び配線面積を有しているため、上記の数式５に示されるように、上記開口部２１の位置ずれにより、配線面積Ｓ１とＳ２とに面積差が生じない。
【００６７】よって、上記開口部２１の位置ずれにより、寄生容量ＣＰ１とＣＰ２の差（ＣＰ１－ＣＰ２）はばらつかないため、上記数式１からわかるように、センサのオフセットがばらついて大きくなるのを防止できる。このように、本実施形態によれば、センサの加工ばらつきによる開口部の一方向への位置ずれに起因して、固定電極部の配線部の寄生容量がばらついても、センサのオフセットを極力低減することができる。
【００６８】（第２実施形態）本実施形態は、差動容量式の半導体加速度センサについて本発明を適用したものであるが、上記第１実施形態のように、センサの加工ばらつきによる開口部の一方向への位置ずれに対応可能であるだけでなく、開口部の形状ずれや支持基板の絶縁層の厚さばらつきにも対応可能な構成とすることで、センサのオフセットを極力低減可能とすることを狙ったものである。図６に半導体加速度センサ２００の平面構成を示し、図７に図６中のＢ－Ｂ線に沿った模式的な断面構造を示す。
【００６９】本実施形態に係る半導体加速度センサ（以下、単にセンサという）２００は、上記第１実施形態のセンサと同様、ＳＯＩ基板１０に周知のマイクロマシン加工を施すことにより形成される。また、上記第１実施形態と同様、第２シリコン基板１２には、溝を形成することにより、可動電極部２３０及び第１、第２の固定電極部２４０、２５０よりなる櫛歯形状を有する梁構造体が形成されており、支持基板２０のうち上記梁構造体２３０～２５０が形成される領域には、矩形状に除去された開口部２１が形成されている。
【００７０】可動電極部２３０は、支持基板２０の開口縁部のうち対向する１組の辺の間にて開口部２１上を横断するように配置されている。この可動電極部２３０においては、上記第１実施形態の可動電極部をその基本構造としている。即ち、可動電極部２３０は、矩形状の錘部２３１の両端を、矩形枠を有する梁部２３２を介してアンカー部２３３ａ及び２３３ｂに一体に連結した構成となっており、これらアンカー部２３３ａ及び２３３ｂは支持基板２０の開口縁部における対向辺部上に支持されている。
【００７１】ここで、梁部２３２は、上記第１実施形態と同様のバネ機能を有し、可動電極部２３０は、加速度の印加に応じて、開口部２１上にて図中の矢印Ｘ方向へ変位可能となっている。また、可動電極部２３０は、上記変位する方向と直交した方向にて、錘部２３１の両側面から互いに反対方向へ一体的に突出された第１の突出部２３４及び第２の突出部２３５を備えている。ここで、両突出部２３４、２３５は、断面矩形の梁状に形成されている。
【００７２】第１の固定電極部２４０は、支持基板２０の開口縁部に固定され錘部２３１と対向する配線部２４１と、可動電極部２３０の第１の突出部２３４の一方の側面と所定の検出間隔（検出空隙）を存して平行した状態で配置された例えば３個の対向電極２４２とを一体に有した構成となっている。各対向固定電極２４２は、配線部２４１に片持ち状に支持された状態となっており、支持基板２０の開口部２１に臨んだ状態となっている。
【００７３】また、第２の固定電極部２５０は、支持基板２０の開口縁部に固定され錘部２３１と対向する配線部２５１と、可動電極部２３０の第２の突出部２３５の一方の側面と所定の検出間隔（検出空隙）を存して平行した状態で配置された例えば３個の対向電極２５２とを一体に有した構成となっている。各対向電極２５２は、配線部２５１に片持ち状に支持された状態となっており、支持基板２０の開口部２１に臨んだ状態となっている。
【００７４】ここで、対向電極２４２、２５２は、断面矩形の梁状に形成されている。また、外部に信号を取り出すための配線部２４１及び２５１上の所定位置には、ワイヤボンディング用の固定電極パッド２４１ａ及び２５１ａが形成されている。また、支持基板２０上には、可動電極部２３０における一方のアンカー部２３３ｂと一体に連結された状態の可動電極用配線部２２２が形成されており、この配線部２２２上の所定位置には、ワイヤボンディング用の可動電極パッド２２３が形成されている。上記の各電極パッド２２３、２４１ａ、２５１ａは、例えばアルミニウムにより形成されている。
【００７５】更に、本実施形態では、可動電極部２３０における錘部２３１、アンカー部２３３ａ及び２３３ｂ、第１及び第２の突出部２３４、２３５、及び固定電極部における各対向電極２４２、２５２は、図６に示す様なラーメン構造形状となっている。即ち、これら各部には、開口部２１側から反対側に貫通する矩形状の貫通孔２３６が複数形成されており、これら貫通孔２３６により、矩形枠状部を複数組み合わせた所謂ラーメン構造形状が形成されている。これにより可動電極部２３０及び各対向電極２４２、２５２の軽量化、捩じり強度の向上がなされる。
【００７６】また、配線部２４１、２５１と支持基板２０とが重なり合う部分にも、互いにラーメン構造形状に連結された複数の矩形状の貫通孔２６０が形成されており、図６に示す様に、貫通孔２６０の一部は、配線部２４１、２５１の表面から支持基板２０まで貫通している。この配線部に形成された貫通孔２６０は本発明でいう配線部の一部が除去された除去部として構成されており、この貫通孔２６０を介して支持基板２０の酸化膜１３が露出する。
【００７７】また、本センサ２００においては、可動電極部２３０の第１の突出部２３４と第１の固定電極部２４０の対向電極２４２との間に第１の検出容量（第１のコンデンサ）ＣＳ１が形成され、また、可動電極部２３０の第２の突出部２３５と第２の固定電極部２５０の対向電極２５２との間に第２の検出容量（第２のコンデンサ）ＣＳ２が形成されている。そのため、本センサ２００も、加速度の印加に応じて可動電極部２３０が変位したとき、第１の検出容量ＣＳ１と第２の検出容量ＣＳ２との差分に基づいて印加加速度を検出することができ、その基本動作は、上記した図４に基づいて説明することができる。
【００７８】また、図４（ａ）中の寄生容量ＣＰ１～ＣＰ３と本センサ２００の寄生容量との関係は、次のようになる。第１の固定電極部２４０における寄生容量ＣＰ１は、配線部２４１と支持基板２０との間の容量に相当し、第２の固定電極部２５０における寄生容量ＣＰ２は、配線部２５１と支持基板２０との間の容量に相当する。また、可動電極部２３０における寄生容量ＣＰ３は、可動電極用配線部２２２と支持基板２０との間の容量に相当する。
【００７９】そして、本センサ２００においては、上記第１実施形態と同様、図４に示す如く、例えば、固定電極パッド２４１ａから搬送波１（周波数１００ｋＨｚ、振幅０～５Ｖ）を第１の固定電極２４０に対して入力し、固定電極パッド２５１ａから搬送波１と位相が１８０°ずれた搬送波２（周波数１００ｋＨｚ、振幅０～５Ｖ）を第２の固定電極２５０に対して入力し、ＳＣ回路Ｊ１０のスイッチＪ１２を図に示すタイミングで開閉する。
【００８０】そして、本センサ２００においては、可動電極部２３０が検出方向の加速度を受けると、錘部２３１が図６中矢印Ｘ方向に変位し、各突出部２３４及び２３５と対向電極２４２、２５２との検出間隔が、変動する。この変化を、第１の検出容量ＣＳ１と第２の検出容量ＣＳ２との差分として、上記の数式１に示す様に、電圧値Ｖ₀として出力する。この電圧値Ｖ₀が印加加速度として検出される。
【００８１】ところで、本実施形態によれば、従来の固定電極部の配線部に比べて貫通孔（除去部）２６０の分だけ、配線部２４１、２５１自体の配線面積を小さくできる。そのため、上述のように、加工ばらつきによる開口部２１の位置ずれや形状ずれが発生したり、支持基板２０の酸化膜（絶縁層）１３の厚さばらつきが発生しても、配線部２４１、２５１における寄生容量の変化を小さいものとできる。よって、センサの加工ばらつきにより固定電極部２４０、２５０の配線部２４１、２５１の寄生容量がばらついても、センサのオフセットを極力低減できる。
【００８２】なお、本実施形態における除去部としては、図８に示す様な構成（第１の変形例）であってもよい。図８において（ａ）は平面構成、（ｂ）は（ａ）中のＣ－Ｃ断面図である。本例は、矩形状の貫通孔２６２と除去領域２６３とにより除去部が構成されており、上記の本実施形態の効果を得ることができる。更には、本実施形態における除去部を図９に示す様な１個の大きな貫通孔２６１により構成（第２の変形例）しても、上記の本実施形態の効果を得ることができる。
【００８３】しかし、特に、図６に示す様に、互いにラーメン構造形状に連結された複数の矩形状の貫通孔２６０により構成すれば、配線部２４１、２５１の強度（捩じり強度等）の向上が図れ、好ましい。また、本実施形態のセンサ２００も、上記図３に示した製造方法より製造することができ、各除去部２３６、２６０～２６３は、上記溝（トレンチ）形成工程により形成することができる。
【００８４】ここで、本実施形態の具体的な効果を図１０に示しておく。これは、センサの加工ばらつきによる狙いの位置（図１０の横軸における０μｍの位置）からの開口部２１の位置ずれ度合との加速度が０のときの出力（オフセット）との関係を調べたものである。図１０中、横軸に上記位置ずれ度合（単位：μｍ）、縦軸に上記オフセットとしての０Ｇ誤差（単位：ｍＶ）を示す。図１０からわかるように、除去部の無い従来のセンサに比べて、本センサ２００は、開口部の位置ずれに対し殆どオフセットを生じないことがわかる。なお、上記第１実施形態のセンサも、この図１０に示すのと同様な効果が得られることを確認している。
【００８５】（第３実施形態）本実施形態は、差動容量式の半導体加速度センサについて本発明を適用したものであるが、可動電極部用のワイヤと固定電極部用のワイヤとの間の寄生容量を低減可能な構成とすることで、センサのオフセットばらつきを極力低減可能とすることを狙ったものである。図１１に半導体加速度センサ３００の平面構成を示し、図１２に図１１中のＤ－Ｄ線に沿った模式的な断面構造を示す。なお、本センサ３００は、上記図６及び図７に示すセンサの構造及び作動を基本としたものであり、図６及び図７と同一部分には、図１１及び図１２中、同一符号を付して説明を簡略化し、主として異なるところを述べる事とする。
【００８６】本センサ３００は、一面側に開口する開口部２１が形成された半導体よりなる支持基板２０と、この支持基板２０に支持され開口部２１上にて加速度の印加に応じて図中のＸ方向へ変位する可動電極部２３０と、支持基板２０に固定され可動電極部２３０に対向して配置された第１及び第２の固定電極部２４０、２５０とを備えている。
【００８７】ここで、本センサ３００は、上記図６に示すセンサに対して、固定電極部２４０、２５０の配線部２４１、２５１に除去部が形成されていないものであるが、形成されていても構わない。また、本センサ３００は、図１２に示す様に、支持基板２０の裏面側にて接着剤３１０を介してパッケージ３２０に固定されている。このパッケージ３２０には図示しない外部回路が収納されている。
【００８８】そして、本センサ３００においては、可動電極用配線部２２２が、可動電極部２３０における他方のアンカー部２３３ａと一体に連結された状態に形成されていることが、上記図６のセンサとは相違する。このような構成に伴い、可動電極部２３０と外部とを電気的に接続するためのワイヤＷ１が接続される可動電極パッド２２３と、固定電極部２４０、２５０と外部とを電気的に接続するためのワイヤＷ２、Ｗ３が接続される固定電極パッド２４１ａ、２５１ａとの配置関係も上記図６とは相違する。
【００８９】即ち、支持基板の開口縁部の同じ側に配置された従来のパッドの配置構成（図１５参照）とは異なり、可動電極パッド２２３と固定電極パッド２４１ａ、２５１ａとは、支持基板２０の開口縁部において、互いに対向する部位に形成されている。そして、このようなパッドの配置とすることにより、可動電極パッド２２３に接続されたワイヤ（可動電極ワイヤ）Ｗ１と、固定電極パッド２４１ａ、２５１ａに接続されたワイヤ（固定電極ワイヤ）Ｗ２及びＷ３とは、８０μｍ以上の距離を持って離れている。
【００９０】かかる本センサ３００も、上記第２実施形態に係るセンサと同様に、上記図３に示した製造方法より製造することができる。各ワイヤＷ１～Ｗ３は、アルミニウム（Ａｌ）や金（Ａｕ）等のワイヤボンディングにより、各バッド２２３、２４１ａ、２５１ａとパッケージ３２０に収納された上記外部回路（図示せず）とを結線することで形成される。各ワイヤＷ１～Ｗ３は、その線径がワイヤボンディングに用いられるφ３０μｍ、φ５０μｍ程度のものが通常用いられ、長さは特に限定しないが、例えば２ｍｍ程度である。
【００９１】そして、本センサ３００における第１の検出容量ＣＳ１及び第２の検出容量ＣＳ２、各寄生容量ＣＰ１～ＣＰ３は、上記第２実施形態にて述べたものと同様であり、その検出動作も同様である。本実施形態では各ワイヤＷ１～Ｗ３によるワイヤ寄生容量が検出動作に影響するが、このワイヤ寄生容量を含む検出回路は、上記図１３に示したものと同様に説明できる。
【００９２】図１３中、各容量ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＰ１～ＣＰ３は上記第２実施形態にかかるセンサと同様であり、ワイヤの寄生容量ＣＷ１は可動電極ワイヤＷ１と一方（固定電極パッド２４１ａ側）の固定電極ワイヤＣＷ２との間に形成されるコンデンサによるもの、ワイヤの寄生容量ＣＷ２は可動電極ワイヤＷ１と他方（固定電極パッド２５１ａ側）の固定電極ワイヤＣＷ３との間に形成されるコンデンサによるものである。
【００９３】そして、本センサ３００においても、上記図４に示す様に、例えば、固定電極パッド２４１ａから上記搬送波１を第１の固定電極２４０に対して入力し、固定電極パッド２５１ａから上記搬送波２を第２の固定電極２５０に対して入力し、ＳＣ回路Ｊ１０のスイッチＪ１２を図に示すタイミングで開閉する。ここにおいて、加速度が印加されると、ワイヤの寄生容量を含めた場合の印加加速度は上記数式２のように求められる。
【００９４】ところで、本実施形態によれば、可動電極パッド２２３と固定電極パッド２４１ａ、２５１ａとを、支持基板２０の開口縁部において互いに対向するように配置しているため、従来のように該開口縁部における同じ側の部位に可動電極パッド及び固定電極パッドを配置した場合に比べて、可動電極ワイヤＷ１と固定電極ワイヤＷ２、Ｗ３との間の距離（ワイヤ間隔）が大幅に大きくなる。
【００９５】そのため、ワイヤの寄生容量ＣＷ１及びＣＷ２を低減でき、ワイヤＷ１～Ｗ３が振動したり、ワイヤボンディングの際に位置ずれしたりしても、当該寄生容量ＣＷ１、ＣＷ２の変動は検出回路全体からみて相対的に小さくなる。よって、本実施形態によれば、センサのオフセットばらつきを極力低減することができる。
【００９６】ここで、本実施形態においては、可動電極ワイヤＷ１と固定電極ワイヤＷ２及びＷ３との距離（ワイヤ間隔）を８０μｍ以上としている。これは、ワイヤの寄生容量ＣＷ１及びＣＷ２を低減すべく上記ワイヤ間隔を大きくするという、本実施形態の着想に基づき、本発明者等が検討した結果得られた好適な距離範囲である。このような検討の一例として、各ワイヤＷ１～Ｗ３を線径φ３０μｍ、長さ２ｍｍのＡｌもしくはＡｕより成るものとした場合を、図１４に示す。
【００９７】図１４（ａ）は、ワイヤ間隔とワイヤの寄生容量ＣＷ１、ＣＷ２との関係を示すもので、ワイヤ間隔が１００μｍより小さくなるあたりから、容量（単位：ｐＦ）が急激に増加することがわかる。また、図１４（ｂ）はワイヤ間隔が上記の振動や位置ずれにより１０μｍずれた時のセンサの出力（単位：ｍＶ）とワイヤ間隔（単位：μｍ）との関係を示している。
【００９８】ここで、本発明者等の検討によれば、センサの感度向上に伴い、オフセット（出力誤差）は１０％以内であることが実用上好ましい。例えば、本検討例ではセンサの出力が４０ｍＶ／Ｇ（加速度１Ｇ当たり４０ｍＶの電圧値が出力される）であるため、オフセットは４ｍＶ以下であることが好ましい。図１４（ｂ）から、ワイヤ間隔が８０μｍ以上であれば、オフセットが４ｍＶ以下を満足していることがわかる。
【００９９】この図１４（ｂ）に示す傾向は、通常の線径（例えばφ３０μｍ～φ５０μｍ程度）であれば、ワイヤの材質や長さに関係なく成立することを確認している。なお、ワイヤ間隔は上記のように８０μｍ以上が好ましいが、このようなワイヤ間隔を設定する際の加工上のばらつきや出力値のばらつき等を考慮すると、より好ましくは１００μｍ以上であることが望ましい。
【０１００】（他の実施形態）なお、支持基板の一面側に開口する開口部は、少なくとも一面側が開口していれば良く、他面側が閉じたものでも良い。このような開口部は、例えば、上記ＳＯＩ基板１０において、第２シリコン基板１２に溝を形成し、酸化膜１３を犠牲層としてエッチングして除去することで、支持基板２０において第２シリコン基板１２側にのみ開口した開口部を形成することが可能である。また、上記第１及び第３実施形態において、各配線部４１、５１、６１、７１、２４１、２５１に上記第２実施形態に示す様な除去部を形成しても良い。
【０１０１】また、上記第２及び第３実施形態は、差動容量式に限らず、容量検出型の半導体力学量センサ一般に適用可能である。その場合も、各実施形態における寄生容量のばらつきを抑制する効果によって、該ばらつきが検出容量に与える影響を低減し、オフセットを低減させることができる。また、本発明は、半導体加速度センサ以外にも、角速度センサや圧力センサ等の力学量を検出する種々のセンサに適用可能である。

【出願人】	【識別番号】０００００４２６０【氏名又は名称】株式会社デンソー
【出願日】	平成１１年７月２７日（１９９９．７．２７）
【代理人】	【識別番号】１００１０００２２【弁理士】【氏名又は名称】伊藤洋二（外２名）
【公開番号】	特開２００１－４１９７３（Ｐ２００１－４１９７３Ａ）
【公開日】	平成１３年２月１６日（２００１．２．１６）
【出願番号】	特願平１１－２１２７３４