JP3346379B2 - 角速度センサおよびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、振動計測や車両制
御や運動制御などに利用される角速度センサ並びにその
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】運動する物体にかかる加速度または角速
度などを検出する慣性力センサには、圧電式、歪ゲージ
式、差動トランスを利用した磁気方式、およびコンデン
サの容量変化を検出する容量式など各種のものがある。
近年、特に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
するピエゾ抵抗効果を利用した加速度センサ、並びにコ
ンデンサの容量の変化を検出することで加速度を算出す
る加速度センサ、および角速度センサが注目を集めてい
る。これらは、装置の小型化、量産性、高精度化および
高信頼性などの長所をもつ。特に、コンデンサの容量の
変化から加速度を電気的に検出する加速度センサについ
ては、ＣＡＰＡＳＩＴＩＶＥ ＡＣＣＥＬＥＲＯＭＥＴ
ＥＲ ＷＩＴＨ ＨＩＧＨＬＹ ＳＹＭＭＥＴＲＩＣＡ
Ｌ ＤＥＳＩＧＮ，ＳＥＮＳＯＲＳ ＆ ＡＣＴＵＡＴ
ＯＲＳ，Ａ２１−Ａ２３（１９９０）３１２−３１５に
記載の技術であり、この技術について以下に図１９を用
いて説明する。また、回転運動する物体の角速度をコン
デンサの容量の変化から電気的に検出する角速度センサ
として特開昭６２−９３６６８号公報、米国特許４７５
０３６４などがある。

【０００３】従来の技術を説明する。図１９は、ＣＡＰ
ＡＳＩＴＩＶＥ ＡＣＣＥＬＥＲＯＭＥＴＥＲ ＷＩＴ
Ｈ ＨＩＧＨＬＹ ＳＹＭＭＥＴＲＩＣＡＬ ＤＥＳＩ
ＧＮ，ＳＥＮＳＯＲＳ ＆ ＡＣＴＵＡＴＯＲＳ，Ａ２
１−Ａ２３（１９９０）３１２−３１５に記載された加
速度センサの平面図（図１９（ａ））とＧ−Ｇでの断面
図（図１９（ｂ））である。図１９において、３は梁、
４は質量体、６および７は固定電極、５５は梁３と質量
体４とを有するシリコン基板、５６および５７はガラス
基板である。この加速度センサの構成および動作を説明
する。この加速度センサは、エッチングにより空洞部を
形成することによりできた梁３および質量体４からなる
シリコン基板５５、エッチングにより形成した溝の表面
に固定電極６を取り付けたガラス基板５６、並びにエッ
チングにより形成した溝の表面に固定電極７を取り付け
たガラス基板５７からなる。シリコン基板５５の質量体
４に電極を形成することにより固定電極６と質量体４、
および固定電極７と質量体４とによりコンデンサを２つ
形成している。シリコン基板５５の梁３の厚さをその幅
に対し適当に薄くすることにより、本加速度センサのシ
リコン基板５５の質量体４はｚ軸方向の加速度を受ける
と上下方向に振動する。このとき、質量体４の変位によ
るコンデンサの静電容量の変化から加速度を算出する。

【０００４】また、この加速度センサは、エッチングに
より空洞部を形成することによりできた梁３と、質量体
４とを有するシリコン基板５５と、エッチングにより形
成した溝の表面に固定電極を取り付けたガラス基板５６
およびガラス基板５７とをそれぞれ独立に製造した後、
これら３つを接合するという製造工程をとっている。ま
たシリコン基板５５に梁３を形成する際、梁３を形成す
る部分にｐ型不純物による非常に高濃度なドーピングを
行う。これにより、ｐ型不純物によるドーピングを行っ
た部分はエッチングレートが低下する。よって、梁３を
形成する部分にｐ型不純物による非常に高濃度なドーピ
ングを行った後エッチング処理を行うと梁３を形成する
部分以外の部分にエッチングが進行することにより梁３
が形成される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の加速度センサ
は、加速度に起因した質量体４の変位により質量体４と
固定電極６、および質量体４と固定電極７とがなすコン
デンサの静電容量の変化を検出する方式をとっている。
このため、ガラス基板５６とガラス基板５７とシリコン
基板５５とを張り合わせ接合する際に残留ひずみが生じ
るために電極間隔が設計値と異なることが問題である。
また電極間隔が温度変化に応じて変動することにより加
速度センサの特性が変化することが問題である。

【０００６】またシリコン基板５５の梁３を製造する工
程で梁３を形成する部分にｐ型不純物の非常に高濃度な
ドーピングを行うため完成されたシリコン基板５５の梁
３には、ｐ型不純物による残留ひずみを生じる。このた
め梁３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）が低下するといった問題があ
る。また、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があった。

【０００７】この発明は上記のような種々の問題点を解
消するためになされたものであり、信頼性の高い角速度
センサおよびその製造方法を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、あらかじめ
基板とウエハとを接合したものから角速度センサを構成
する素子をエッチングを用いて作る技術（バルクマイク
ロマシニンング技術）を利用して製造した角速度センサ
に関するものである。本発明の第１の構成による角速度
センサは、基板と、該基板に接合し、かつ単結晶シリコ
ンからなるウエハをエッチングすることにより作られた
構造体とを備え、該構造体は、前記基板に対し空隙を有
して位置する２つの質量体と、該質量体のそれぞれを支
持し、かつ前記基板に対し空隙を有して位置する梁と、
該梁を支持し、かつ前記基板に接合するアンカーとを備
えた振動体、前記各質量体の外側に位置する振動モニタ
用固定電極、前記各質量体の間に位置する固定電極、お
よび前記各質量体の下面に位置する下部固定電極を備
え、前記各質量体を可動電極とし、該可動電極の変位を
電気的に検出することを特徴とする角速度センサにおい
て、前記構造体の周囲に補助支持部と、該補助支持部の
上に前記構造体を密閉するための保護基板とを備え、前
記保護基板には、前記構造体が密閉されたままで、前記
各質量体と前記梁とが振動自在となる溝と、前記アンカ
ー及び前記各固定電極に各々設けた金属電極と向かい合
う部分のみに穴とを設け、上記質量体の回りの空洞部を
減圧雰囲気としたものである。

【０００９】本発明の第２の構成による角速度センサ
は、第１の構成において、前記補助支持部が前記構造体
と分離しており、前記補助支持部に電極を設け、補助支
持部を接地したものである。

【００１０】本発明の角速度センサの製造方法は下記の
（１）から（４）の工程を含むものである。 （１） ２つの下部固定電極が形成された基板と、表面
の結晶面が（１１０）面であり、かつ２つのエッチング
溝を有する単結晶シリコンからなるウエハとを、前記エ
ッチング溝と前記下部固定電極とが対向するように接合
する工程、 （２） 前記ウエハの前記エッチング溝を有する面の背
面に絶縁膜を堆積し、該絶縁膜に希望するパターンを得
るためにエッチングを用いて不要な絶縁膜を除去した
後、異方性エッチングを用いて前記ウエハの（１１１）
面に沿ってエッチングすることにより、前記基板に対し
空隙を有して位置する２つの質量体と、該質量体のそれ
ぞれを支持し、かつ前記基板に対し空隙を有して位置す
る梁と、該梁を支持し、かつ前記基板に接合するアンカ
ーとを備えた振動体、前記各質量体の外側に位置する振
動モニタ用固定電極、前記各質量体の間に位置する固定
電極、及び前記振動体と前記各固定電極とからなる構造
体の周囲に位置する補助支持部を形成する工程 （３） 前記アンカーと前記各固定電極との上に金属電
極を選択メタライズする工程 （４） 前記各質量体と前記梁とが振動自在となる溝
と、前記アンカー及び前記各固定電極に各々設けた金属
電極と向かい合う部分のみに穴とを設けた保護基板を、
前記ウエハ上に設置し、前記保護基板と前記ウエハとを
減圧雰囲気で陽極接合する工程

【００１１】

【発明の実施の形態】参考例１． 図１は、この発明に係わる加速度センサの構成を示すも
のである。図１（ａ）は、この加速度センサの平面図、
図１（ｂ）は、Ａ−Ａで切断したときの断面図、図１
（ｂ）は、図１（ａ）をＢ−Ｂで切断したときの断面図
を表す。

【００１２】図１において、３は梁、４は質量体、５は
アンカー、６は固定電極、７は固定電極、８は金属電
極、９はシリコンからなる基板である。梁３、質量体４
およびアンカー５は一体化形成され振動体を構成する。
さらに振動体と、固定電極６と、固定電極７とで構造体
を構成する。構造体は、基板９に絶縁膜を介して接合さ
れた表面の結晶面が（１１０）である単結晶シリコンか
らなるウエハを異方性エッチングすることにより作る。
振動体には電極が形成されている。これにより質量体４
は固定電極６と、固定電極７との間を変位することが可
能な可動電極を構成する。構造体の側面の結晶面は、ウ
エハの表面の結晶面（１１０）面に対して垂直となる
（１１１）面で構成されている。振動体、固定電極６お
よび固定電極７の表面には金属電極８が形成されてい
る。振動体の梁３と質量体４とは、基板９に対し、例え
ば約２μｍから３μｍの空隙を有しており、アンカー５
が基板９に接合している。

【００１３】加速度センサは、その感度を上げるため特
定の方向（参考例１ではｙ方向）の感度のみ大きくする
ことが望ましい。これを実現するためには、前記特定の
方向の感度を他の方向の感度よりも十分高くなるように
設計すればよい。このため梁３は、厚さｔに比べ幅ｗが
極めて小さくなるようなハイアスペクト（例えば、ｗ／
ｔ＜０．１）な構造を有している。梁３をハイアスペク
トな構造にすることによりｘ軸、ｙ軸およびｚ軸にそれ
ぞれ等しい慣性力を加えたとき、質量体４のｚ軸方向の
変位は、ｙ軸方向の変位に対して数十倍小さく設計する
こと（例えば、１／５０以下）が可能となり、ｚ軸方向
の感度を非常に低く設計することが可能となる。また、
ｘ軸方向の変位は、梁３の圧縮モードまたは引張りモー
ドにより規定され、ｚ軸方向の曲げモードに比較して小
さくできるので、ｚ軸方向の変位よりもさらに小さく設
計することが可能となる。

【００１４】質量体４は、その形状は、平行四辺形であ
り、その鋭角は、７０．５３度、鈍角は１０９．４７度
である。このような角度になるのは、ウエハに作り込ま
れる構造体の側面の結晶面が（１１０）面に垂直となる
ような（１１１）面で形成されるように異方性エッチン
グを行ったためである。

【００１５】次に、図１に示す加速度センサの動作につ
いて図２を用いて説明する。図２において、１０および
１１は、質量体４と固定電極７、および質量体４と固定
電極６とが形成するコンデンサ、１２はＡＣ信号源、１
３は反転増幅器、１４はコンデンサ１０とコンデンサ１
１とを有する加速度センサ素子、１５はチャージアン
プ、１６は同期検波器などの復調器、１７はＬＰＦから
なるフィルタである。今、ｙ軸正の方向に外力を加えた
とする。この時、加速度センサにはｙ軸負の方向に慣性
力をうけるので質量体４はｙ軸負の方向に変位する。質
量体４には、電極が形成されているので質量体４は、可
動電極とみることができる。この質量体４の変位によ
り、質量体４と、固定電極６と固定電極７とがなすコン
デンサの静電容量が慣性力を受ける前に比べ変化をおこ
す。この様子を図２（ａ）に、また図２（ａ）をコンデ
ンサ１０、および１１に置き換えたものを図２（ｂ）に
示す。また、加速度センサ素子１４を用いて加速度を検
出するための検出回路の一例を図２（ｃ）で図示する。
検出回路の一例としては、発振周波数の変化を調べる回
路、コンデンサの容量変化に伴うインピーダンス変化を
取り出す回路、電化蓄積の差動量を電圧に変換する回路
などがある。ここでは、質量体４の変位によるコンデン
サの容量変化に伴うインピーダンス変化を計測しその値
から加速度を算出するような回路の構成について説明す
る。

【００１６】図２（ｃ）に上記検出回路の一例を示す。
ＡＣ信号源１２と反転増幅器１３により固定電極６と、
固定電極７とにそれぞれ位相の反転した電圧を加える。
固定電極６と質量体４との電極間距離と、固定電極７と
質量体４との電極間距離との和を２ｄ、質量体４の平衡
状態（外力が加わらない状態）からの変位をΔｄとする
と差動容量ΔＣおよび質量体４に流れる電流Ｉは次式で
表される。 ΔＣ ≒ ２Ｃ０×Δｄ／ｄ （ Δｄ《ｄ のとき ）・・・・（１） Ｉ ＝ ｊω×ΔＣ×Ｖ ・・・・（２） ここで、 Ｃ０： 平衡状態における固定電極６または固定電極７と質量体４と がなすコンデンサの静電容量 Ｉ ： 質量体４に流れる電流 Ｖ ： ＡＣ信号源１２の電圧 ω ： ＡＣ信号源１２の角周波数 ｔ ： 時間 質量体４に流れる電流をチャージアンプ１５により検出
し、これを電圧に変換する。これに後段の同期検波器な
どからなる復調器１６により復調される。この後、ＬＰ
Ｆなどのフィルタ１７を通して質量体４の変位による２
つのコンデンサの差動容量変化に比例した電圧信号を出
力する。本発明に係わる加速度センサは、このように加
速度に応じて差動容量が変化するので、その差動容量の
変化にともない出力される電圧信号により加速度を検出
する構成となっている。さらに、梁３と質量体４とがウ
エハ面内で１８０度の回転対称となるような形状をもつ
ことより、質量体４は、ｙ軸方向の慣性力に対して平行
に変位することができ、質量体４が平行に変位すること
により、質量体４の変位する量を大きくすることができ
るため、質量体４と、固定電極６および７とがなすコン
デンサの静電容量の変化を大きくすることができる。

【００１７】図３に前記構成の加速度センサの製造方法
について説明する。図３において、１８および１９は酸
化膜、２０は単結晶シリコンからなり結晶面が（１１
０）面を有するデバイスウエハ、２１はエッチング溝、
２２および２３は酸化膜または窒化膜などからなるパッ
シベーション膜、２４はｐ型またはｎ型の不純物拡散
層、２５は加速度を検出するための検出回路ＩＣ、２６
は検出回路ＩＣ２５を組み込むためのシリコンＩＣ基
板、２７はボンディングワイヤーである。まず、デバイ
スウエハ２０上に厚さ３μｍ程度の酸化膜１８を堆積し
た後、半導体リソグラフィー技術を用いて酸化膜１８上
にパターンを形成する。その後ドライエッチングまたは
ウエットエッチングにより酸化膜１８表面から２μｍか
ら３μｍ程度の深さをもつエッチング溝２１を形成す
る。また、エッチング溝２１は完成後の質量体４および
梁３を自由に振動させるためのものであるから、基板９
上の酸化膜１９の上にエッチング溝２１を設けてもよ
い。その後、このデバイスウエハ２０と酸化膜１９を堆
積した基板９を融合接合（ヒュージョンボンディング）
技術を用いて両者を接合する（図３（ａ））。

【００１８】次に、デバイスウエハ２０の表面を研磨し
デバイスウエハ２０の厚さを所望する厚さに調節する
（図３（ｂ））。この後、デバイスウエハ２０の表面を
保護するためにパッシベーション膜２２、および基板９
の表面を保護するためにパッシベーション膜２３をＣＶ
Ｄ法（ＬＰＣＶＤ、ＰＥＣＶＤなど）やスパッタ法によ
りデバイスウエハ２０、および基板９の表面に形成す
る。その後、パッシベーション膜２２の表面に加速度セ
ンサを構成する構造体の平面図パターンをドライエッチ
ング（例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）な
ど）で形成する。

【００１９】但し、パッシベーション膜２２の表面に加
速度センサのパターンを形成する際、デバイスウエハ２
０の結晶面方位を考慮にいれておく必要がある。これ
は、デバイスウエハ２０にエッチング処理を施す際に垂
直方向のエッチングの進行が横方向のエッチングのエッ
チングの進行よりも速く、エッチング処理終了後には、
垂直または垂直に近い断面形状が得られれば、デバイス
ウエハ２０により形成される固定電極６と質量体４とが
なす電極面間のギャップ、および固定電極７と質量体４
とがなす電極面間のギャップの広がりを抑えることがで
き、かつエッチングにより形成される電極面がデバイス
ウエハ２０の表面に対してともに垂直となるような構造
となるためである。

【００２０】このような垂直方向のエッチングの進行が
横方向のエッチングのエッチングの進行よりも速く、エ
ッチング処理終了後には、デバイスウエハ２０の表面に
対し、垂直となる断面形状が得られるようなエッチング
方法を異方性エッチングという。表面の結晶面が（１１
０）である単結晶シリコンをエッチングする際、エッチ
ング液の浸透により形成される側面の結晶面が（１１
０）面に対して垂直となる（１１１）面となるようにエ
ッチングを行ったときエッチング液の横方向の進行をか
なり抑えることが可能となることが知られている。この
ため、結晶の表面が（１１０）であるデバイスウエハ２
０において異方性エッチングを行うためには、エッチン
グ液の浸透により形成される側面の結晶面がデバイスウ
エハ２０の表面の結晶面である（１１０）面に対して垂
直となるような（１１１）面となる結晶面の面方位を調
べておく必要がある。

【００２１】結晶面（１１１）の面方位を調べる方法と
して、デバイスウエハ２０の結晶方向を確認するために
デバイスウエハ２０に付けられたメジャーフラット（方
位マーク）をもとにして（１１１）面を調べる方法があ
る。または、結晶面が（１１０）であるデバイスウエハ
２０のパッシベーション膜２２の上にあらかじめ面方位
を調べるための例えば角度を０．１度づつずらせたいく
つかの矩形状のパターンを形成し、これらのパターンに
エッチングを行い、横方向のエッチングの進行速度が最
小となる面を採用するようにしてもよい（図示せず）。

【００２２】このように、異方性エッチングにより形成
される側面の結晶面が（１１０）面に対し垂直となるよ
うな（１１１）面となるようにデバイスウエハ２０のパ
ッシベーション膜２２上に加速度センサを構成する構造
体および固定電極のパターンを形成した後、異方性エッ
チング液（例えば、ＫＯＨ、ＴＭＡＨ、ヒドラジン、Ｃ
ｓＯＨなど）を用いてパッシベーション膜２２のパター
ン面からデバイスウエハ２０と酸化膜１８の境界に到達
するまで異方性エッチングを行う。この工程により加速
度センサの基本的構成要素である振動体と、固定電極６
と、固定電極７とを有する構造体が、同一のデバイスウ
エハ２０から形成される（図３（ｃ））。異方性エッチ
ングの深さは、製造する加速度センサの電極間のギャッ
プと、エッチングレートの選択比（シリコンの（１１
０）面のエッチングレートとシリコンの（１１１）面の
エッチングレートとの比）と、加速度センサの構造と、
要求性能とにより適切な値が選ばれる。静電容量の変化
から加速度を検出する加速度センサにおいては、電極間
ギャップを小さくすることにより電極間容量を大きくす
ることが、感度を高めるために重要である。形成される
電極間のギャップは、パターニング精度と、エッチング
レートの選択比と、エッチングの深さとに依存する。こ
のためパターニング精度と、エッチングレートの選択比
とを一定値とすると、形成される電極間のギャップの最
小値は、エッチングの深さにより決めることができる。
よって、同じ厚みをもつウエハの異方性エッチングで
も、一方向からの異方性エッチングを行うのと両面から
異方性エッチングを行うのとでは、後者の方が横方向の
エッチングの進行をより抑えることができる。よって、
図３（ａ）工程において、酸化膜１８上にエッチング溝
２１を形成した後、エッチング溝２１をもつ表面に構造
体のパターンをもつ窒化膜をマスクとしてウエハの厚み
の半分程度の厚みを異方性エッチングを用いてあらかじ
めエッチングしておくのもよい（図示せず）。

【００２３】次に、デバイスウエハ２０からエッチング
により形成された構造体において、その表面のパッシベ
ーション膜２２をエッチングにより除去し、ｐ型または
ｎ型の不純物を構造体の表面及び側面に拡散しｐ型また
はｎ型の不純物拡散層２４を形成する。構造体の表面お
よび側面に不純物拡散層２４を形成することにより、固
定電極６、固定電極７および振動体の導電率を高くする
ことができる。ただし、不純物拡散層２４を形成する工
程は、デバイスウエハ２０の材質である単結晶シリコン
の導電率が高い場合は省略してもよい。その後、振動体
の梁３と質量体４とを支持している酸化膜１８をエッチ
ングにより除去し梁３と質量体４とを解放する（図３
（ｄ））。そしてデバイスウエハ２０から形成される構
造体の振動体、固定電極６および固定電極７の上に金属
電極８をスパッタ装置などにより選択メタライズする
（図３（ｅ））。

【００２４】次に、別に用意された、加速度を検出する
ための検出回路をＩＣ化した検出回路ＩＣ２５を組み込
んだシリコンＩＣ基板２６をダイボンディング剤を用い
て上述の工程により作成された加速度センサ素子１４の
上に接合する。または、シリコンの低温融合接合技術を
用いて加速度センサ素子１４と接合してもよい。ここで
シリコンの低温融合接合技術を用いるのは検出回路ＩＣ
２５が熱破壊をおこさないようにするためである（図３
（ｇ））。その後、ボンディングワイヤー２７を用いて
構造体、および検出回路ＩＣ２５の上の金属電極８を配
線する。そしてダイシングにより個々の加速度センサに
分離する。このダイシングの工程は、検出回路ＩＣ２５
を組み込んだシリコンＩＣ基板２６と加速度センサ素子
１４とを接合する前に行ってもよい。

【００２５】または、上述のように加速度を検出するた
めの検出回路をＩＣ化した検出回路ＩＣ２５を組み込ん
だシリコンＩＣ基板２６を別に用意するのではなく、デ
バイスウエハ２０にあらかじめ検出回路ＩＣ２５を組み
込んでおくのでもよい。組み込みの方法として、図３
（ｂ）工程の終了後デバイスウエハ２０の上に検出回路
ＩＣ２５を鏡面化された面に作り込めばよい。または、
初めからデバイスウエハ２０にＩＣ化された検出回路Ｉ
Ｃ２５を組込んでおくのでもよい。上述のように図３
（ｂ）工程、つまりデバイスウエハ２０の表面を研磨
し、デバイスウエハ２０の厚さを所望する厚さに調節し
た後、デバイスウエハ２０の上に検出回路ＩＣ２５を鏡
面化された面に組み込み、パッシベーション膜２２を堆
積し、加速度センサのパターンを形成し、異方性エッチ
ングにより振動体、固定電極６、固定電極７、およびシ
リコンＩＣ基板２６を形成する。その後、パッシベーシ
ョン膜２２を除去し、異方性エッチングにより外気にさ
らされた酸化膜１８をエッチングにより除去することに
より梁３と質量体４とを解放する。その後、金属電極８
を形成し、ボンディングワイヤー２７を用いて構造体お
よび検出回路ＩＣ２５の上の金属電極８を配線する（図
３（ｆ））。このような方法を用いると検出回路ＩＣ２
５を組み込んだシリコンＩＣ基板２６を基板９に接合す
る工程を省略することができる。

【００２６】また次のような方法を用いても加速度セン
サは、製造することができる。これを図４を用いて説明
する。これは、デバイスウエハ２０の上に酸化膜１８を
堆積しパターン化しエッチングにより酸化膜１８上にエ
ッチング溝２１を形成するかわりに、デバイスウエハ２
０自体をエッチングすることによりデバイスウエハ２０
にエッチング溝２１を形成し、その後に酸化膜１８を熱
酸化やスパッタ法ＣＶＤ法を用いてデバイスウエハ２０
の上に堆積させる（図４（ａ））。その後、シリコンの
融合接合を用いて基板９と接合する（図４（ｂ））。そ
の後は、図３（ｃ）工程以降の工程をとることによって
も加速度センサを製造することが可能となる。この方法
のようにデバイスウエハ２０自体に適当な深さをもつエ
ッチング溝２１をエッチング技術により形成し、その深
さを調整（例えば、数百μｍ）することにより、図３
（ｂ）の工程、つまりデバイスウエハ２０の表面を研磨
しその厚さを調節する工程を省略することができる。

【００２７】基板９の材質はシリコンとしたが、ガラス
（例えば、アルミノ珪酸塩、ホウ珪酸系のガラスなどの
ようなシリコンの線膨張係数に近い材質）などを基板９
の材料に用いてもよい。このガラスからなる基板９を用
いて加速度センサを製造する工程の一例を図５を用いて
説明する。図５において、２８は酸化膜または窒化膜な
どからなるパッシベーション膜である。

【００２８】検出回路ＩＣ２５をあらかじめ組み込んだ
デバイスウエハ２０にパッシベーション膜２８を堆積
し、エッチングを用いてエッチング溝２１を形成する
（図５（ａ））。次にパッシベーション膜２８を除去し
た後、陽極接合を用いてデバイスウエハ２０と基板９と
を接合する（図５（ｂ））。または、基板９とデバイス
ウエハ２０とを直接陽極接合するのではなく、酸化膜ま
たは窒化膜などからなる絶縁膜を介して基板９とデバイ
スウエハ２０とを陽極接合するのでもよい。その後、異
方性エッチングによりデバイスウエハ２０から構造体
と、シリコンＩＣ基板２６とを作る（図５（ｃ））。パ
ッシベーション膜２２を除去し、構造体に金属電極８を
選択メタライズする（図５（ｄ））。あるいは異方性エ
ッチングをするためにパッシベーション膜２２に構造体
とシリコンＩＣ基板２６のパターンを形成する前に金属
電極８のパターンを形成し、リフトオフによりＣｒ、Ａ
ｕなどからなる金属電極８を形成してもよい。

【００２９】次に上述したいずれかの方法により製造さ
れた加速度センサをパッケージ収納した状態の平面図と
側面図（図６及び図７）を示す。図６および図７におい
て、２９はリードピン、３０はステム、３１はキャッ
プ、３２は接着剤である。図示したものは、検出回路Ｉ
Ｃ２５を組み込んだシリコンＩＣ基板２６が加速度セン
サ素子１４の上に接合された加速度センサをパッケージ
したもの（図６）、および検出回路ＩＣ２５をデバイス
ウエハ２０に組み込んで製造した加速度センサをパッケ
ージ（図７）したものである。検出回路をＩＣ化してい
ない場合は、ハイブリッドＩＣ用のセラミック基板上に
検出回路ＩＣ２５を除いた加速度センサの構成部分と、
検出回路を構成するディスクリート電子部品からなる検
出回路とをマウントしこれをパッケージしてもよい（図
示せず）。キャップ３１内には、センサの周波数特性を
調整する場合、必要に応じて圧力媒体（例えば、ある特
定圧力の空気、窒素またはＡｒ等の不活性ガス）や液体
（例えば、シリコンオイルなど）を封入すればよい。

【００３０】加速度センサをパッケージする工程は、微
細なごみや埃が加速度センサの電極間に入り込むことに
より加速度センサに悪影響を与えることがあるので、こ
の工程を行う際には、クリーンな環境で行う必要があ
る。またダイシングの工程で発生する切り屑による汚染
から加速度センサを守る必要もある。

【００３１】また、図８に示すような構成にしてもよ
い。図８において、３３は補助支持部、３４は保護基
板、３５はエッチング溝である。また保護基板３４に
は、エッチング溝３５、および金属電極８と向い合う部
分に穴が形成されている。図８のように補助支持部３３
を加速度センサ素子１４の側面を取り囲むように（検出
回路ＩＣ２５が同基板上に作られている場合これを含
む）形成し、ガラスなどからなる保護基板３４を補助支
持部３３と陽極接合することにより加速度センサは汚染
防止される。陽極接合する際、補助支持部３３を陽極と
し、保護基板３４を陰極として陽極接合をする。また
は、基板９の材質がガラスである場合、基板９を陽極と
し、保護基板３４を陰極として陽極接合をするのでもよ
い。または基板９および補助支持部３３を陽極とし、保
護基板３４を陰極として陽極接合するのでもよい。保護
基板３４には、酸化膜または窒化膜などの絶縁膜を有す
るシリコンを用いてもよい。絶縁膜を有するシリコンか
らなる保護基板３４を用いる場合は、補助支持部３３と
の接合にシリコンの低温融合接合を用いて接合してもよ
い。陽極接合の際には、加速度センサの周波数特性の最
適化を行うために不活性ガスを導入したり、内部圧力を
調整することがある。また補助支持部３３に電気的に接
地するための電極を設けて接地することにより、浮遊容
量を安定化することができ、静電シールドとして利用す
ることもできる（図示せず）。

【００３２】こうして作られた補助支持部３３と保護基
板３４を有する加速度センサの構造体は検出回路ＩＣ２
５またはディスクリート部品からなる検出回路とともに
セラミックスなどからなる基板上にマウントされ、簡易
なプラスチックパッケージに収納することが可能となる
（図示せず）。これにより、加速度センサのパッケージ
のコストを下げることが可能となり、より低コストの加
速度センサを提供することが可能となる。

【００３３】図８にみられるように、保護基板３４の質
量体４の鉛直上方付近に位置する部分には、あらかじめ
ウエットエッチングなどによりエッチング溝３５が設け
られており質量体４の上下方向の過大な変位を防ぐスト
ッパの機能をもつ。エッチング溝３５は質量体４と梁３
とを自由に振動させるためのものであるからデバイスウ
エハ２０にエッチング溝３５を設けてもよい。

【００３４】参考例２． 図９の加速度センサにおいて、３６は加速度センサの周
波数特性を調節するためのダンピング調節機構である。
慣性力により質量体４が変位する際、変位方向に直角な
全ての質量体４の側面は、周囲の媒体（周波数特性を調
整するために封入した圧力媒体や液体など）により抵抗
力をうける。この抵抗力は、質量体４の振動方向に垂直
な側面の面積が大きいほど、大きくなる。図１の加速度
センサにおいて、固定電極６および固定電極７は質量体
４に対向するように配置しているので、これらの構成自
体ダンピング調節機能を有しているといえる。しかし、
図１で構成される加速度センサにおける質量体４の振動
方向に垂直な側面の面積だけでは、希望する抵抗力がえ
られない場合がある。

【００３５】図９の加速度センサは、質量体４の振動方
向に垂直な側面の面積を増やすために、質量体４の相向
かう２辺を櫛形の形状にし、かつこの櫛形の形状に向か
い合う櫛形形状のダンピング調整機構３６を設けたもの
である。これにより構造体の表面の結晶面（１１０）面
に対し３５．２６度の角度をなす新たな（１１１）面の
結晶面を生じる。これは、構造体の表面の結晶面である
（１１０）面と垂直になる２つの（１１１）面のなす角
度が７０．５３度をとなる部分に異方性エッチングを行
うことにより形成される。参考例１では（１１０）面と
３５．２６度の角度をなす（１１１）面が生じないよう
に設計している。異方性エッチングを行うことにより
（１１０）面と３５．２６度の角度をなす（１１１）面
が形成される場合、この面が質量体４の運動を妨げない
ように設計しなければならない。

【００３６】加速度センサの質量体４が慣性力により変
位する際に受ける抵抗力は、質量体４の振動方向に垂直
な側面の面積に比例する。よって、櫛形形状のダンピン
グ調節機構３６と質量体４の櫛の本数と長さを調節する
ことにより質量体４の受ける抵抗力を調節することが可
能となり、これより図１０のように加速度センサの周波
数特性を任意に調節してやること（例えば、臨界減衰状
態：ζ＝０．７０７、ζ：減衰係数）が可能となる。ま
た、この周波数特性はパッケージ内の気体圧力を変えた
り、粘性がある液体を封入することにより調整すること
も可能である。

【００３７】このように櫛形構造のダンピング調節機構
３６と質量体４のなす櫛形のペアのうち少なくとも１つ
のペアのギャップをある一定値に設計することにより、
過大な衝撃加速度により質量体４が大変位することによ
る梁３の破壊、または質量体４と固定電極の静電引力に
よる吸着を防止するストッパの機能も備えることが可能
となる。以上のように櫛形構造をもつダンピング調節機
構３６および質量体４を設けることにより周波数特性、
耐衝撃性、信頼性に優れた加速度センサを提供すること
が可能となる。

【００３８】参考例３． 参考例 ３の加速度センサの一例を図１１に示す。図１１
において、３８および３９は櫛形の固定電極、４０はア
クチュエート用電極である。質量体４の櫛は、質量体４
の櫛と隣り合う固定電極３９の櫛とのギャップを、一方
が他方よりも小さくなるような非対称な配置をしてい
る。これは、慣性力により質量体４が変位する際、質量
体４の櫛と隣合う固定電極３９とのギャップが小さい部
分で形成されるコンデンサが、質量体４の櫛と隣合う固
定電極３９の櫛とのギャップが大きい部分で形成される
コンデンサよりも、その静電容量を十分大きく変化させ
ることができるようにギャップの値を設計しているから
である。これより、質量体４の櫛と、隣り合う固定電極
３９の櫛とのギャップが、一方が他方よりも小さくなる
部分で櫛形電極ペア３７を形成しており、１組の櫛形電
極ペアでコンデンサを形成している。また、質量体４の
櫛と隣り合う固定電極３８の櫛とにも同じ関係がある。
また、質量体４と固定電極３８とがなす櫛形電極ペア３
７のギャップを質量体４と固定電極６との電極間のギャ
ップに等しくし、かつ質量体４と固定電極３９とがなす
櫛形電極ペア３７のギャップを質量体４と固定電極７と
の電極間のギャップに等しくしている。さらに、固定電
極６と固定電極３８とを外部で電気的に接続し、かつ固
定電極７と固定電極３９とを外部で電気的に接続してい
る。または、はじめから固定電極６と固定電極３８とを
共通にし、かつ固定電極７と固定電極３９とを共通にし
てもよい。

【００３９】コンデンサの容量の変化から加速度を検出
する場合、質量体４と固定電極とが形成するコンデンサ
の静電容量が大きい程、加速度をより高感度に検出する
ことが可能である。またコンデンサの静電容量は、電極
面積に比例する。よって固定電極３８および固定電極３
９と、質量体４とを櫛形にし、かつ質量体４と、固定電
極３８とで形成される櫛形電極ペア３７のギャップを質
量体４と固定電極６とのギャップに等しく設定し、かつ
質量体４と固定電極３９とで形成される櫛形電極ペア３
７のギャップを質量体４と固定電極７とのギャップに等
しく設定し、かつ櫛形電極ペア３７の数を増やすことに
より限られた面積内（素子のサイズが同じであったとし
ても）でコンデンサの静電容量を増加させることが可能
となる。固定電極３８および固定電極３９を櫛形電極で
構成することにより、固定電極３８および固定電極３９
は、ダンピング調節機能と、コンデンサの静電容量を増
加させる機能とを合わせもつことになる。よって、櫛形
電極ペア３７のペア数の設計においては、両者を考慮に
入れて設計する必要がある。

【００４０】また図１１では、質量体４に空洞を設け、
その中にアクチュエート用電極４０を設けている。これ
により加速度センサに自己診断機能をもたせることが可
能である。つまり、アクチュエート用電極４０と質量体
４との間に電位差を生じさせると静電引力により質量体
は変位をする。この静電引力は加速度センサに外力を与
えたのに見かけ上等しく、加速度センサの質量体４がこ
れにより確実に変位するかどうかをコンデンサの容量変
化にともない出力された値から診断することができる。
この意味で加速度センサにはアクチュエート用電極４０
を設けることにより自己診断機能をもたせることが可能
となる。または、固定電極３８の一部を電気的に切り離
すことによりアクチュエート用電極とすることができ
る。このアクチュエート用電極４０は、図１、図８、図
９および後述する図１２、図１３、図１６に対しても適
用することが可能となる。また、固定電極６と固定電極
３８、または固定電極７と固定電極３９のいずれかのペ
アを他方のペアに対して若干質量体４寄りに配置するこ
とにより質量体４の変位を制限するストッパとすること
も可能である。

【００４１】参考例４． 参考例 ４の加速度センサの一例を図１２に示す。図１２
において４１は質量体突き出し部である。図１２のよう
に梁３を質量体４から突き出さず、質量体４の一辺にそ
った形にすることで加速度センサをより小型に製造する
ことが可能となる。また、振動体に質量体突き出し部４
１を設けることで、梁３とおよびアンカー５とこの質量
体突き出し部４１との間隔を梁３と固定電極との間隔よ
りも小さい値に設計することによりセルフストッパとす
ることが可能である。

【００４２】図１３は、図１２に改良を加えたものであ
る。図１３において、４２は質量体４の質量を調整する
ための質量体質量調整ホールである。図１３は、櫛形の
固定電極６および固定電極７と、ダンピング調節機構３
６と、アクチュエート用電極４０と、質量体質量調整ホ
ール４２とを設けたものである。この質量体質量調整ホ
ール４２の大きさにより質量体４の質量を調節すること
ができる。これより、梁３の長さを変えずに加速度セン
サの周波数特性と、感度の調節とを質量体質量調整ホー
ル４２の大きさを変化させることで実行することができ
る。

【００４３】参考例５． 図１４は、質量体４の内側に梁３とアンカー５とを作っ
たものである。これまでの参考例のように構造体がアン
カーを２つ有する場合、基板９と構造体との材質が異な
る場合、線膨張係数が異なるため温度変化により基板９
と振動体の２つのアンカー４に生じるひずみから梁３に
応力を生じるといった問題がある。振動体をこのような
構造にすると、基板９と線膨張係数が異なっても基板９
とアンカーに生じるひずみにより梁３が応力を受けると
いうことはない。

【００４４】参考例６． 図１５は変位可能な方向が互いに直交する２つの加速度
センサを同一の基板上に製造したものである。図１５に
おいて、４３はｘ軸方向の加速度を検出するためのｘ軸
方向加速度センサ、４４はｙ軸方向の加速度を検出する
ためのｙ軸方向加速度センサである。これによりｘ軸お
よびｙ軸の２軸の加速度を測定することが可能となる。

【００４５】実施の形態１． 実施の形態１は、回転運動をする物体の角速度を検知す
ることが可能な角速度センサであり、本発明による角速
度センサを示すものである。図１６は、回転運動をする
物体の角速度を検知する角速度センサの構成を示す平面
図（ａ）とそのＦ−Ｆでの断面図（ｂ）である。図１６
において、４５は駆動電極、４６および４７は振動モニ
タ用電極、並びに４８および４９は下部固定電極であ
る。この角速度センサの振動体は、４つの梁３、２つの
質量体４、および３つのアンカー５を備えている。ま
た、この角速度センサの構造体は、振動体と駆動電極４
５、振動モニタ用固定電極４６および振動モニタ用電極
４７を備えている。このセンサの具体的な構造は、振動
体において電気的に電位が等しい２つの質量体４の間に
固定電極である駆動電極４５を配置し、各質量体４の外
側には振動モニタ用固定電極４６、および振動モニタ用
固定電極４７を配置したものである。この角速度センサ
は、振動体と、駆動電極４５と、振動モニタ用固定電極
４６と、振動モニタ用固定電極４７とを有する構造体を
同一ウエハから異方性エッチングにより作っている。さ
らに各質量体４の下面に位置する基板９上には、質量体
４の振動を検出するための下部固定電極４８と、下部固
定電極４９とを設けたものである。また加速度センサと
同様に補助支持部３３に電気的に接地するための電極を
設けて接地することにより、浮遊容量を安定化すること
ができ、静電シールドとして利用することもできる（図
示せず）。

【００４６】次に、この角速度センサの動作を図１７を
用いて説明する。図１７において、５０および５１は質
量体４と、下部固定電極４８および４９とで構成される
コンデンサ、５２はＤＣバイアス電圧源、５３はＡＧＣ
（オートゲインコントロール）回路、５４はＣ−Ｖ（容
量ー電圧）変換器、５８はＡＣ電圧源である。駆動電極
４５に接続されたＡＣ電圧源５８とバイアスのためのＤ
Ｃバイアス電圧源５２とにより、２つの質量体４は駆動
電極４５との間に生じる静電引力により互いに１８０度
の位相差をもってＡＣ電圧源５８の周波数に応じて励起
振動する。このとき図の平面図に示す水平軸方向の角速
度ベクトルΩｘがある場合、すなわち角速度センサが、
水平軸のまわりに回転運動することにより生じる角速度
Ωｘがある場合、質量体４には図１６（ｂ）Ｆ−Ｆ断面
図に示す方向に慣性力としてのコリオリ力が発生する。
よって、回転運動をする場合、このセンサの質量体４
は、ＡＣ電圧源５８による励起振動と、回転運動により
生じたコリオリ力による振動とを重畳した振動をする。
また、ＡＣ電圧源５８により生じた静電引力による励起
振動の方向と、回転運動により生じたコリオリ力による
振動の方向とは互いに直交する。

【００４７】質量体４の励起振動によるｙ方向の変位ｕ
ｙ、ｙ方向の速度ｕｙ’に以下の関係があるとする。 ｕｙ ＝ Ａ×ｓｉｎ（ωｒＴ） ・・・・・・・・・（３） ｕｙ’＝ Ａ×ωｒ×ｃｏｓ（ωｒＴ） ・・・・・・・・・（４） Ａ ： 質量体４のｙ方向の最大変位 ωｒ： 質量体４のｙ方向振動の角周波数 回転運動をするとき、質量体４は、ｕｙ’に比例するコ
リオリ力Ｆｃを生じ、その方向は図１６に図示した通り
である。コリオリ力Ｆｃは、測定対象の角速度をΩｘ、
各質量体４の質量をｍとすると Ｆｃ ＝ ２Ωｘ×ｍ×ｕｙ’ ・・・・・・・・・（５） なる関係がある。また、コリオリ力Ｆｃとｚ方向の変位
ｕｚとの関係は、ｚ方向の剛性率をｋｚとすると Ｆｃ ＝ ｋｚ×ｕｚ ・・・・・・・・・（６） なる関係がある。これら（６）、（７）の２式より ｕｚ ＝ （２Ωｘ×ｍ×ｕｙ’）／ｋｚ ・・・・・・・・・（７） となる。これより質量体４と下部固定電極４８との間の
静電容量、並びに質量体４と下部固定電極４９との間の
静電容量の変化が励起振動で変調された形で変化するこ
とが分かる。この様子を図１７（ａ）に、またこの等価
回路を図１７（ｂ）に図示する。また角速度を検出する
ための検出回路構成の一例を図１７（ｃ）に示す。

【００４８】２つの質量体４のｙ方向の励起振動変位ｕ
ｙは、お互いに位相が１８０度ずれているため、２つの
質量体に働くコリオリ力Ｆｃの位相もお互いに１８０度
ずれる。よって、質量体４と下部固定電極４８とがなす
コンデンサの容量、並びに質量体４と下部固定電極４９
とがなすコンデンサの容量は一方が増加すれば他方は減
少する。この差動容量変化に比例した電圧を図１７
（ｃ）で示す回路でとりだす。この検出回路は、図２
（ｃ）と基本的な構成は同じである。異なる点は、質量
体を一定振幅で励起振動させるため、ＤＣバイアス電圧
源５２、ＡＣ電圧源５８とＡＧＣ（オートゲインコント
ロール）回路５３、振動モニター用電極４６および振動
モニタ用電極４７を有する点である。またＣ−Ｖ（容量
ー電圧）変換器５４は、図２（ｃ）の１２、１３、１
５、１６、１７で形成される回路で表される。

【００４９】次に、この回転運動をする物体の角速度を
検出する角速度センサの製造工程の一例を図１８により
説明する。図１８は基板９の材質がガラス（例えば、ア
ルミノ珪酸塩、ホウ珪酸系のガラスなどのようなシリコ
ンの線膨張係数に近い材質）である場合の角速度センサ
の製造工程を示す図である。このセンサの製造工程は、
直線運動する物体の加速度を検出する加速度センサの製
造工程と共通している点が多い。ここで、梁３は、その
幅と、厚さとを等しくする必要がある。なぜなら、ｙ軸
方向の振動の駆動周波数は、検出感度を上げるため、そ
の振動方向の構造上の共振点またはその付近を利用する
ため、この周波数で変調されるｚ軸方向の構造上の共振
点と共通にしておくのが望ましいからである。

【００５０】まず、デバイスウエハ２０上にフォトリソ
グラフィーおよびエッチングによりエッチング溝２１を
設け、その後エッチング溝２１を設けた表面に酸化膜１
８を形成する。この場合、角速度検出の感度は、質量体
４と下部固定電極４８および４９とが形成するコンデン
サ容量に依存する。エッチング溝２１は質量体４の変位
できる量を規定する。つまり検出感度はエッチング溝２
１の深さに依存するため、数μｍ（例えば、２μｍから
３μｍ）程度とする。一方、基板９に下部固定電極４８
および下部固定電極４９を蒸着またはスパッタなどによ
り選択メタライズする（図１８（ａ））。またはリフト
オフにより金属電極８を形成するのでもよい。この後、
デバイスウエハ２０と基板９をアライメントし、陽極接
合をする。次に、デバイスウエハ２０の厚みを調整す
る。ｙ軸方向の振動の駆動周波数は、検出感度を上げる
ため、その振動方向の構造上の共振点またはその付近を
利用するため、この周波数で変調されるｚ軸方向の構造
上の共振点と共通にしておくのが望ましい。よって、デ
バイスウエハ２０の厚みは、デバイスウエハ２０から形
成される梁３の幅と同じになるように調整してやるとよ
い（図１８（ｂ））。または、質量体４の質量を調整す
るために質量体４に質量体質量調整ホール４２（図示せ
ず）を設けることにより、角速度センサの周波数特性と
感度とを調節することも可能である。

【００５１】また、基板９がシリコンからなる場合、基
板９と下部固定電極４８および下部固定電極４９との間
を絶縁する必要があるため、基板９の表面に酸化膜また
は窒化膜からなる絶縁膜を堆積し、下部固定電極４８お
よび下部固定電極４９のパターンを形成後、蒸着または
スパッタなどにより下部固定電極４８および下部固定電
極４９を選択メタライズする。または、下部固定電極４
８および下部固定電極４９のレジストパターンを形成後
蒸着またはスパッタを行いリフトオフにより下部固定電
極４８および下部固定電極４９を形成するのでもよい。
または、酸化膜または窒化膜などからなる絶縁膜をマス
クとして基板９自体にｐ型またはｎ型の不純物を拡散さ
せることにより形成される不純物拡散層を下部固定電極
４８および４９としてもよい（図示せず）。この後、デ
バイスウエハ２０と基板９をアライメントし、低温融合
接合により両者を接合する。

【００５２】次に、デバイスウエハ２０の表面にＰＥＣ
ＶＤまたはスパッタなどにより窒化膜または酸化膜など
からなるパッシベーション膜２２を堆積させた後、パタ
ーニングする（図１８（ｃ））。この際、次の工程でデ
バイスウエハ２０をエッチングする際に異方性エッチン
グを利用する場合、デバイスウエハ２０の結晶方向を考
慮して行わなければならない。結晶方向を調べる方法、
および異方性エッチングについては、既に述べたので、
ここでは省略する。

【００５３】次に、異方性エッチング液によるウエット
エッチング、またはドライエッチング（例えば、反応性
イオンエッチング（ＲＩＥ）法など）を用いてデバイス
ウエハ２０を異方性エッチングすることにより振動体、
駆動電極４５、振動モニタ用固定電極４６、および振動
モニタ用固定電極４７を有する構造体、並びに補助支持
部５４を作り、パッシベ−ション膜２２を除去し、蒸着
またはスパッタなどにより金属電極８を選択メタライズ
する（図１８（ｄ））。あるいは異方性エッチングをす
るためにパッシベーション膜２２に構造体とシリコンＩ
Ｃ基板２６のパターンを形成する前に金属電極８のパタ
ーンを形成し、リフトオフによりＣｒ、Ａｕなどからな
る金属電極８を形成してもよい。

【００５４】次に、減圧雰囲気（例えば真空または真空
に近い状態）で、エッチング溝３５および金属電極８と
向い合う部分に穴を設けた保護基板３４（この例では材
質はガラス）と、デバイスウエハ２０とを陽極接合す
る。陽極接合する際、補助支持部３３を陽極とし、保護
基板３４を陰極として陽極接合をする。または、基板９
の材質がガラスである場合、基板９を陽極とし、保護基
板３４を陰極として陽極接合をするのでもよい。また
は、基板９および補助支持部３３を陽極とし、保護基板
３４を陰極として陽極接合するのでもよい。保護基板３
４がシリコンである場合、低温融合接合する。回転運動
する物体の角速度を検出する角速度センサにおいては、
質量体の共振現象を利用するため質量体とその他の電極
との間に生じるダンピング（例えば、空気粘性によるダ
ンピングまたはスクイーズダンピングなど）を極力抑え
る必要がある。よって保護基板３４のエッチング溝３５
とデバイスウエハ２０のエッチング溝２１によりできた
質量体４の周りの空洞部は、真空または真空に近い状態
であることが望ましい（図１８（ｅ））。

【００５５】以上の工程により回転運動をする物体の角
速度を検出する角速度センサの構造体が完成する。この
工程は、前述の直線運動する物体の加速度を検出する加
速度センサの製造工程と共通部分が多いので、直線運動
する物体の加速度を検出する加速度センサの製造工程を
用いて回転運動をする物体の角速度を検出する角速度セ
ンサを製造することが可能である。また角速度を検出す
るための検出回路ＩＣ２５を基板９に作り込むことも可
能である。

【００５６】また、回転運動をする物体の角速度を検出
する２つの角速度センサにおいて、ＡＣ電圧源５８によ
る振動励起方向が互いに直交するように同一基板上に配
置することにより回転方向が異なる２軸に対して角速度
を検出することができる角速度センサができる（図示せ
ず）。

【００５７】また、実施の形態１の角速度センサと参考
例１から参考例５に述べた少なくともいずれか１つの加
速度センサを同一基板上に作り込むことにより回転運動
による角速度と直線運動による加速度とを検出すること
が可能な角速度センサができる。（図示せず）

【００５８】

【発明の効果】この発明の第１の構成による角速度セン
サは、基板と、該基板に接合し、かつ単結晶シリコンか
らなるウエハをエッチングすることにより作られた構造
体とを備え、該構造体は、前記基板に対し空隙を有して
位置する２つの質量体と、該質量体のそれぞれを支持
し、かつ前記基板に対し空隙を有して位置する梁と、該
梁を支持し、かつ前記基板に接合するアンカーとを備え
た振動体、前記各質量体の外側に位置する振動モニタ用
固定電極、前記各質量体の間に位置する固定電極、およ
び前記各質量体の下面に位置する下部固定電極を備え、
前記各質量体を可動電極とし、該可動電極の変位を電気
的に検出することを特徴とする角速度センサにおいて、
前記構造体の周囲に補助支持部と、該補助支持部の上に
前記構造体を密閉するための保護基板とを備え、前記保
護基板には、前記構造体が密閉されたままで、前記各質
量体と前記梁とが振動自在となる溝と、前記アンカー及
び前記各固定電極に各々設けた金属電極と向かい合う部
分のみに穴とを設け、上記質量体の回りの空洞部を減圧
雰囲気としたので、信頼性の高い角速度センサが得られ
ると共に、パッケージのコストを下げることが可能とな
る。

【００５９】この発明の第２の構成による角速度センサ
は、第１の構成において、前記補助支持部が前記構造体
と分離しており、前記補助支持部に電極を設け、補助支
持部を接地したので、浮遊容量を安定化することができ
る効果がある。

【００６０】この発明の角速度センサの製造方法は下記
の（１）から（４）の工程を含むもので、高感度、高信
頼性の角速度センサを提供することが可能となる。ま
た、質量体とその他の電極との間に生じるダンピングを
抑制できる効果がある。 （１） ２つの下部固定電極が形成された基板と、表面
の結晶面が（１１０）面であり、かつ２つのエッチング
溝を有する単結晶シリコンからなるウエハとを、前記エ
ッチング溝と前記下部固定電極とが対向するように接合
する工程、 （２） 前記ウエハの前記エッチング溝を有する面の背
面に絶縁膜を堆積し、該絶縁膜に希望するパターンを得
るためにエッチングを用いて不要な絶縁膜を除去した
後、異方性エッチングを用いて前記ウエハの（１１１）
面に沿ってエッチングすることにより、前記基板に対し
空隙を有して位置する２つの質量体と、該質量体のそれ
ぞれを支持し、かつ前記基板に対し空隙を有して位置す
る梁と、該梁を支持し、かつ前記基板に接合するアンカ
ーとを備えた振動体、前記各質量体の外側に位置する振
動モニタ用固定電極、前記各質量体の間に位置する固定
電極、及び前記振動体と前記各固定電極とからなる構造
体の周囲に位置する補助支持部を形成する工程 （３） 前記アンカーと前記各固定電極との上に金属電
極を選択メタライズする工程 （４） 前記各質量体と前記梁とが振動自在となる溝
と、前記アンカー及び前記各固定電極に各々設けた金属
電極と向かい合う部分のみに穴とを設けた保護基板を、
前記ウエハ上に設置し、前記保護基板と前記ウエハとを
減圧雰囲気で陽極接合する工程

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係わる参考例１の加速度センサの平
面図と断面図である。

【図２】 本発明に係わる参考例１の加速度センサの検
出原理を示す図、その等価回路を示す図、加速度を検出
するための検出回路の一例を示す図である。

【図３】 本発明に係わる参考例１の加速度センサの製
造工程の一例を示す図である。

【図４】 本発明に係わる参考例１の加速度センサの製
造工程の一例を示す図である。

【図５】 本発明に係わる参考例１の加速度センサの製
造工程の一例を示す図である。

【図６】 本発明に係わる参考例１の加速度センサのパ
ッケージングの一例を示す図である。

【図７】 本発明に係わる参考例１の加速度センサのパ
ッケージングの一例を示す図である。

【図８】 本発明に係わる参考例１の加速度センサをガ
ラス基板でパッケージングしたときの平面図（ａ）と断
面図（ｂ）を示す図である。

【図９】 本発明に係わる参考例２の加速度センサの平
面図と断面図を示す図である。

【図１０】 本発明に係わる参考例２の加速度センサに
ダンピング調節を行ったときと行わないときの周波数に
対するゲインの変化を示す図である。

【図１１】 本発明に係わる参考例３の加速度センサの
平面図と断面図を示す図である。

【図１２】 本発明に係わる参考例４の加速度センサの
一例を示す図である。

【図１３】 本発明に係わる参考例４の加速度センサの
一例を示す図である。

【図１４】 本発明に係わる参考例５の加速度センサの
一例を示す平面図と断面図である。

【図１５】 本発明に係わる参考例６の加速度センサの
一例を示す図である。

【図１６】 本発明の実施の形態１による角速度センサ
の平面図と断面図を示す図である。

【図１７】 本発明の実施の形態１による角速度センサ
の検出原理を示す図、その等価回路を示す図（ｂ）、角
速度を検出するための検出回路の一例を示す図である。

【図１８】 本発明の実施の形態１による角速度センサ
の製造工程の一例を示す図である。

【図１９】 従来の加速度センサを示す図である。

【符号の説明】

３：梁 ４：質量体 ５：
アンカー ６：固定電極 ７：固定電極 ８：
金属電極 ９：基板 １０：コンデンサ １
１：コンデンサ １２：ＡＣ信号源 １３：反転増幅器 １
４：加速度センサ素子 １５：チャージアンプ １６：復調器 １
７：フィルタ １８：酸化膜 １９：酸化膜 ２
０：デバイスウエハ ２１：エッチング溝 ２２：パッシベーション膜 ２３：パッシベーション膜 ２
４：不純物拡散層 ２５：検出回路ＩＣ ２６：シリコンＩＣ基板 ２
７：ボンディングワイヤー ２８：パッシベーション膜 ２
９：リードピン ３０：ステム ３１：キャップ ３
２：接着剤 ３３：補助支持部 ３４：保護基板 ３
５：エッチング溝 ３６：ダンピング調節機構 ３７
櫛形電極ペア ３８：固定電極 ３９：固定電極 ４
０：アクチュエート用電極 ４１：質量体突き出し部 ４
２：質量体質量調整ホール ４３：ｘ軸方向加速度センサ ４
４：ｙ軸方向加速度センサ ４５：駆動電極 ４６：振動モニタ用電極 ４
７：振動モニタ用電極 ４８：下部固定電極 ４９：下部固定電極 ５
０：コンデンサ ５１：コンデンサ ５２：ＤＣバイアス電圧源 ５３：ＡＧＣ（オートゲインコントロール）回路 ５４：Ｃ−Ｖ（容量ー電圧）変換器 ５
５：シリコン基板 ５６：ガラス基板 ５７：ガラス基板 ５
８：ＡＣ電圧源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−123628（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−174978（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−340959（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−163934（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−32090（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−169645（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−731（ＪＰ，Ａ) 特表 平５−503994（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 29/84 G01P 15/125

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と、該基板に接合し、かつ単結晶シ
   リコンからなるウエハをエッチングすることにより作ら
   れた構造体とを備え、該構造体は、前記基板に対し空隙
   を有して位置する２つの質量体と、該質量体のそれぞれ
   を支持し、かつ前記基板に対し空隙を有して位置する梁
   と、該梁を支持し、かつ前記基板に接合するアンカーと
   を備えた振動体、前記各質量体の外側に位置する振動モ
   ニタ用固定電極、前記各質量体の間に位置する固定電
   極、および前記各質量体の下面に位置する下部固定電極
   を備え、前記各質量体を可動電極とし、該可動電極の変
   位を電気的に検出することを特徴とする角速度センサに
   おいて、前記構造体の周囲に補助支持部と、該補助支持
   部の上に前記構造体を密閉するための保護基板とを備
   え、前記保護基板には、前記構造体が密閉されたまま
   で、前記各質量体と前記梁とが振動自在となる溝と、前
   記アンカー及び前記各固定電極に各々設けた金属電極と
   向かい合う部分のみに穴とを設け、上記質量体の回りの
   空洞部を減圧雰囲気としたことを特徴とする角速度セン
   サ。
2. 【請求項２】 前記補助支持部は前記構造体と分離して
   おり、前記補助支持部に電極を設け、前記補助支持部を
   接地したことを特徴とする請求項１記載の角速度セン
   サ。
3. 【請求項３】 下記の（１）から（４）の工程を含むこ
   とを特徴とする角速度センサの製造方法。 （１） ２つの下部固定電極が形成された基板と、表面
   の結晶面が（１１０）面であり、かつ２つのエッチング
   溝を有する単結晶シリコンからなるウエハとを、前記エ
   ッチング溝と前記下部固定電極とが対向するように接合
   する工程、 （２） 前記ウエハの前記エッチング溝を有する面の背
   面に絶縁膜を堆積し、該絶縁膜に希望するパターンを得
   るためにエッチングを用いて不要な絶縁膜を除去した
   後、異方性エッチングを用いて前記ウエハの（１１１）
   面に沿ってエッチングすることにより、前記基板に対し
   空隙を有して位置する２つの質量体と、該質量体のそれ
   ぞれを支持し、かつ前記基板に対し空隙を有して位置す
   る梁と、該梁を支持し、かつ前記基板に接合するアンカ
   ーとを備えた振動体、前記各質量体の外側に位置する振
   動モニタ用固定電極、前記各質量体の間に位置する固定
   電極、及び前記振動体と前記各固定電極とからなる構造
   体の周囲に位置する補助支持部を形成する工程 （３） 前記アンカーと前記各固定電極との上に金属電
   極を選択メタライズする工程 （４） 前記各質量体と前記梁とが振動自在となる溝
   と、前記アンカー及び前記各固定電極に各々設けた金属
   電極と向かい合う部分のみに穴とを設けた保護基板を、
   前記ウエハ上に設置し、前記保護基板と前記ウエハとを
   減圧雰囲気で陽極接合する工程