特許 5662100 静電容量型加速度センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5662100

(24)【登録日】2014年12月12日

(45)【発行日】2015年1月28日

(54)【発明の名称】静電容量型加速度センサ

(51)【国際特許分類】

   G01P 15/125 20060101AFI20150108BHJP

   G01P 15/18 20130101ALI20150108BHJP

   H01L 29/84 20060101ALI20150108BHJP

   B81B 3/00 20060101ALI20150108BHJP

【ＦＩ】

   G01P15/125 Z

   G01P15/00 K

   H01L29/84 Z

   B81B3/00

【請求項の数】8

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2010-232910(P2010-232910)

(22)【出願日】2010年10月15日

(65)【公開番号】特開2012-88083(P2012-88083A)

(43)【公開日】2012年5月10日

【審査請求日】2013年10月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】000116024

【氏名又は名称】ローム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087701

【弁理士】

【氏名又は名称】稲岡 耕作

(74)【代理人】

【識別番号】100101328

【弁理士】

【氏名又は名称】川崎 実夫

(74)【代理人】

【識別番号】100149766

【弁理士】

【氏名又は名称】京村 順二

(72)【発明者】

【氏名】仲谷 吾郎

【審査官】 續山 浩二

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−３３７１３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−０７６１８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０７５０４７５７（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特表平１１−５１５０９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／０１０６３７２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−２８６５３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５００６３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１７５４８２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｐ １５／１２５

Ｂ８１Ｂ ３／００

Ｇ０１Ｐ １５／１８

Ｈ０１Ｌ ２９／８４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部に上壁および底壁が形成された空洞を有し、当該空洞の前記上壁を形成する表面部および前記底壁を形成する裏面部を有する半導体基板と、
前記半導体基板の前記表面部を加工して形成され、互いに間隔を空けて噛み合う櫛歯状の第１電極および第２電極とを含み、
前記第１電極または前記第２電極が他方に対して上下したときの加速度を、前記第１電極と前記第２電極との間の静電容量の変化を検出することにより検出する静電容量型加速度センサであって、
前記第１電極は、前記第２電極との対向方向に直交する厚さ方向に沿って、その表面または裏面から途中部に至る所定厚さを有し、前記対向方向に沿って所定幅を有する誘電層と、当該誘電層を除く残余の部分からなる導電層とを含み、
前記誘電層は、前記対向方向に沿う前記第１電極の幅方向一端面に選択的に露出するように、当該幅方向の一端側に片寄って形成されており、
前記導電層は、前記誘電層の露出面の反対側の前記第１電極の幅方向他端面において、前記第１電極の厚さ方向全域に露出するように形成され、前記誘電層に対して前記幅方向他端側に隣接して形成された第１部分と、前記誘電層の下方に形成され、前記第１部分よりも大きな幅を有する第２部分とを含む、静電容量型加速度センサ。

【請求項2】

前記第１電極が可動電極であり、前記第２電極が固定電極である、請求項１に記載の静電容量型加速度センサ。

【請求項3】

前記第１電極が固定電極であり、前記第２電極が可動電極である、請求項１に記載の静電容量型加速度センサ。

【請求項4】

前記半導体基板が、導電性シリコン基板である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の静電容量型加速度センサ。

【請求項5】

前記第１電極の幅方向に沿って前記第１電極を横切るように埋め込まれた絶縁層を含み、
前記第１電極の前記絶縁層よりも先端側の部分は、当該絶縁層の反対側の部分から絶縁されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の静電容量型加速度センサ。

【請求項6】

前記誘電層は、前記絶縁層から前記第１電極の先端に至るまで設けられている、請求項５に記載の静電容量型加速度センサ。

【請求項7】

前記誘電層および前記絶縁層は、酸化シリコンによって一体的に形成されている、請求項５または６に記載の静電容量型加速度センサ。

【請求項8】

前記絶縁層を挟んで前記第１電極の先端側の部分およびその反対側の部分に跨って設けられ、前記第１電極の先端側の部分に電気的に接続された配線を含む、請求項５〜７のいずれか一項に記載の静電容量型加速度センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、静電容量型加速度センサに関する。

【背景技術】

【0002】

静電容量型加速度センサは、互いに対向する電極間（固定電極−可動電極間）の静電容量の変化量を検出することにより、加速度を検出する。
特許文献１の図１ａ〜図１ｇに開示された加速度センサ（１００）は、たとえば、絶縁層（１３２）を介して順に積層されたＳｉ電極（１１２）およびメタル電極（１２２）の２層からなる固定部（４００）と、固定部（４００）のＳｉ電極（１１２）と同一形状をなし、基準姿勢（特許文献１の図１ｄ）において当該Ｓｉ電極（１１２）に完全に向かい合うＳｉ電極（１１６）の単層からなる可動部（３００）とを備えている。この加速度センサ（１００）は、加速度の作用により上下に振動する可動部（３００）のＳｉ電極（１１６）と、固定部（４００）のＳｉ電極（１１２）との間の静電容量の変化量を検出することにより、Ｚ軸方向の加速度を検出する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許第６７９２８０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上下に振動する可動電極とそれに噛み合う固定電極との間の静電容量の変化量に基づいて加速度を検出する手法において、加速度ベクトルを正確に検出するには、静電容量の変化量だけでなく、可動電極の変位方向を検出する必要がある。より具体的には、可動電極が、固定電極に対して上側に振れているか下側に振れているかを検出する必要がある。このような検出を行うことにより、加速度がＺ軸方向の上側および下側のいずれに作用しているか確実に検出できる。

【0005】

特許文献１の加速度センサ（１００）では、可動部（３００）のＳｉ電極（１１６）と、固定部（４００）のＳｉ電極（１１２）およびメタル電極（１２２）とがそれぞれ独立したキャパシタを構成している。そして、当該加速度センサ（１００）は、Ｓｉ電極（１１６）とメタル電極（１２２）とにより構成されるキャパシタ（１４２）の静電容量が、可動部（３００）が上昇するに従って増加し（特許文献１の図１ｂ）、可動部（３００）が下降するに従って減少する（特許文献１の図１ｆ）という原理を利用して、可動部（３００）の変位方向を検出している。

【0006】

しかしながら、１つの固定部（４００）に独立したキャパシタ構造を複数設ける必要があるので、センサ構造が複雑になるという不具合がある。
本発明の目的は、簡単な構造で、かつ検出感度に優れる静電容量型加速度センサを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するための請求項１記載の発明は、内部に上壁および底壁が形成された空洞を有し、当該空洞の前記上壁を形成する表面部および前記底壁を形成する裏面部を有する半導体基板と、前記半導体基板の前記表面部を加工して形成され、互いに間隔を空けて噛み合う櫛歯状の第１電極および第２電極とを含み、前記第１電極または前記第２電極が他方に対して上下したときの加速度を、前記第１電極と前記第２電極との間の静電容量の変化を検出することにより検出する静電容量型加速度センサであって、前記第１電極は、前記第２電極との対向方向に直交する厚さ方向に沿って、その表面または裏面から途中部に至る所定厚さを有し、前記対向方向に沿って所定幅を有する誘電層と、当該誘電層を除く残余の部分からなる導電層とを含み、前記誘電層は、前記対向方向に沿う前記第１電極の幅方向一端面に選択的に露出するように、当該幅方向の一端側に片寄って形成されており、前記導電層は、前記誘電層の露出面の反対側の前記第１電極の幅方向他端面において、前記第１電極の厚さ方向全域に露出するように形成され、前記誘電層に対して前記幅方向他端側に隣接して形成された第１部分と、前記誘電層の下方に形成され、前記第１部分よりも大きな幅を有する第２部分とを含む、静電容量型加速度センサである。

【0008】

この構成によれば、加速度を検出するためのキャパシタは、第１電極と第２電極とが互いに対向することによって構成されている。当該キャパシタは、第１電極または第２電極の振動によって変化する静電容量の変化量に基づいて、加速度を検出する。
当該キャパシタにおいて、第１電極の一部は、第１電極と第２電極との対向方向に直交する厚さ方向に沿って所定厚さを有し、当該対向方向に沿って所定幅を有する誘電層により構成されている。

【0009】

これにより、当該キャパシタにおいて、誘電層と第２電極とが対向する部分では、キャパシタの電極間距離ｄ１が、当該キャパシタ本来の電極間距離ｄ２（第１電極と第２電極との距離）よりも、誘電層の幅Ｗ分大きくなる（つまり、ｄ１＝ｄ２＋Ｗ）。そのため、同一のキャパシタ内において、静電容量の差を設けることができる。
たとえば、第１電極がＺ軸方向に沿って振動する可動電極であって、その可動電極（第１電極）の表面から途中部に誘電層が埋め込まれている場合の加速度を検出する方法について説明する。

【0010】

センサにＺ軸方向の加速度が作用すると、櫛歯状の第１電極（可動電極）が振り子であるかのように、同じく櫛歯状の第２電極（固定電極）を振動の中心として、第２電極に対してＺ軸方向に沿って上下に振動する。
この際、第１電極が、第２電極に対して最初に空洞から離れる側（上側）へ振れると、キャパシタの静電容量は、誘電層が第２電極と対向している間、電極間距離ｄ１に基づく減少率Ｄ１（Ｄ１≧０）で減少する。その後、誘電層が第２電極の上方に完全に食み出し、導電層のみが第２電極と対向する状態になると、その時点からの静電容量は、本来の電極間距離ｄ２に基づく減少率Ｄ２（Ｄ２≧０）で減少する。この静電容量の減少率Ｄ２は、電極間距離ｄ２が電極間距離ｄ１よりも小さく、単位時間当たりに減少する静電容量が大きくなるので、減少率Ｄ１よりも大きくなる。すなわち、第１電極が上側へ振れ始める場合、キャパシタの静電容量は、第１の減少率Ｄ１で減少した後、第１の減少率Ｄ１よりも大きな第２の減少率Ｄ２で減少する。

【0011】

これに対し、第１電極が、第２電極に対して最初に空洞に近づく側（下側）へ振れると、キャパシタの静電容量は、誘電層の一部が第２電極よりも下方に食み出し始めるまでの間、電極間距離ｄ２に基づく減少率Ｄ２で減少する。その後、誘電層の一部が第２電極よりも下方に食み出し始めると、その時点からの静電容量は、電極間距離ｄ１に基づく減少率Ｄ１で減少する。この静電容量の減少率Ｄ１は、電極間距離ｄ１が電極間距離ｄ２よりも大きく、単位時間当たりに減少する静電容量が小さくなるので、減少率Ｄ２よりも小さくなる。すなわち、第１電極が下側へ振れ始める場合、キャパシタの静電容量は、第２の減少率Ｄ２で減少した後、第２の減少率Ｄ２よりも小さな第１の減少率Ｄ１で減少する。

【0012】

したがって、当該キャパシタの静電容量が、相対的に小さな減少率Ｄ１で減少した後、相対的に大きな減少率Ｄ２で減少するのか（Ｄ１→Ｄ２）、または、相対的に大きな減少率Ｄ２で減少した後、相対的に小さな減少率Ｄ１で減少するのか（Ｄ２→Ｄ１）を検出することにより、第１電極が最初に振れた方向（空洞から離れる方向または空洞に近づく方向）を容易に把握することができる。その結果、加速度ベクトルの方向を正確に検出できるので、検出感度を向上させることができる。

【0013】

しかも、このような検出感度の向上が、キャパシタを構成する第１電極に誘電層を埋め込むことによって発現されるので、センサ構造の複雑化を防止することができる。

【0014】

また、この構成によれば、導電層が、第１電極の表面から裏面に至るまで厚さ方向全域にわたって形成されている。
そのため、たとえば、前述のように第１電極がＺ軸方向に沿って振動する可動電極である場合、第２電極に対する第１電極の振れる方向（上側方向または下側方向）に関わらず、第１電極の導電層と第２電極との対向面積が、必ず減少する。具体的には、第１電極が、最初に上側に振れると、導電層の第１部分と第２電極との対向面積が減少し、一方、最初に下側に振れると、導電層の第２部分と第２電極との対向面積が減少する。すなわち、この構成は、前述の検出方法において、Ｄ１＞０およびＤ２＞０の場合を表している。

【0015】

これにより、第１電極の振れ始め直後に静電容量の変化を検出できるので、振れ始め直後の加速度ベクトルの大きさも検出することができる。

【0018】

また、前記第１電極および前記第２電極は、請求項２に記載のように、前記第１電極が可動電極であり、前記第２電極が固定電極であってもよい。また、請求項３記載のように、前記第１電極が固定電極であり、前記第２電極が可動電極であってもよい。
また、請求項４記載の発明は、前記半導体基板が、導電性シリコン基板である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の静電容量型加速度センサである。

【0019】

半導体基板が導電性シリコン基板であれば、所定の形状に成形された第１電極および第２電極に対して導電性を付与するための特別な処理を施さなくても、成形後の構造をそのまま電極として利用することができる。また、電極として利用される部分を除く部分を、配線として利用することができる。
また、請求項５記載の発明は、前記第１電極の幅方向に沿って前記第１電極を横切るように埋め込まれた絶縁層を含み、前記第１電極の前記絶縁層よりも先端側の部分は、当該絶縁層の反対側の部分から絶縁されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の静電容量型加速度センサである。
また、請求項６記載の発明は、前記誘電層は、前記絶縁層から前記第１電極の先端に至るまで設けられている、請求項５に記載の静電容量型加速度センサである。
また、請求項７記載の発明は、前記誘電層および前記絶縁層は、酸化シリコンによって一体的に形成されている、請求項５または６に記載の静電容量型加速度センサである。
また、請求項８記載の発明は、前記絶縁層を挟んで前記第１電極の先端側の部分およびその反対側の部分に跨って設けられ、前記第１電極の先端側の部分に電気的に接続された配線を含む、請求項５〜７のいずれか一項に記載の静電容量型加速度センサである。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の一実施形態に係る加速度センサの模式平面図である。

【図2】図１に示すセンサ部の模式平面図である。

【図3】図２に示すＸ軸センサの要部平面図である。

【図4】図２に示すＸ軸センサの要部断面図であって、図３の切断面ＩＶ−ＩＶにおける断面を示す。

【図5】図２に示すＺ軸センサの要部平面図である。

【図6】図２に示すＺ軸センサの要部断面図であって、図５の切断面ＶＩ−ＶＩにおける断面を示す。

【図7A】本発明の一実施形態に係る加速度センサの製造工程の一部を示す断面図であって、図６と同じ位置での切断面を示す。

【図7B】図７Ａの次の工程を示す図である。

【図7C】図７Ｂの次の工程を示す図である。

【図7D】図７Ｃの次の工程を示す図である。

【図7E】図７Ｄの次の工程を示す図である。

【図7F】図７Ｅの次の工程を示す図である。

【図7G】図７Ｆの次の工程を示す図である。

【図8】図６に示すＺ可動電極の参考例を示す図である。

【図9】図６に示す誘電層の変形例を示す図である。

【図10】図８に示す誘電層の変形例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
＜加速度センサの全体構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る加速度センサの模式平面図である。
加速度センサ１は、平面視四角形状の半導体基板２と、半導体基板２の中央部に配置されたセンサ部３と、半導体基板２におけるセンサ部３の側方に配置され、センサ部３に電力を供給するための電極パッド４とを含んでいる。

【0022】

センサ部３は、三次元空間において直交する３つの軸に沿う方向に作用する加速度をそれぞれ検出するセンサとして、Ｘ軸センサ５、Ｙ軸センサ６およびＺ軸センサ７を有している。この実施形態では、半導体基板２の表面に沿って直交する２方向をＸ軸方向およびＹ軸方向とし、これらＸ軸およびＹ軸方向に直交する半導体基板２の厚さ方向に沿う方向をＺ軸とする。

【0023】

これら３つのセンサ５〜７は、たとえばシリコン基板からなる蓋基板８が半導体基板２の表面に接合されることにより、蓋基板８により覆われて密閉されている。
電極パッド４は、互いに等しい間隔を空けて複数（図１では、５つ）設けられている。
＜Ｘ軸センサおよびＹ軸センサの構成＞
次に、図２〜図４を参照して、Ｘ軸センサおよびＹ軸センサの構成を説明する。

【0024】

図２は、図１に示すセンサ部の模式平面図である。図３は、図２に示すＸ軸センサの要部平面図である。図４は、図２に示すＸ軸センサの要部断面図であって、図３の切断面ＩＶ−ＩＶにおける断面を示す。
半導体基板２は、導電性シリコン基板（たとえば、５Ω・ｍ〜５００Ω・ｍの抵抗率を有する低抵抗基板）からなる。この半導体基板２は、内部に空洞１０を有しており、当該空洞１０を表面側から区画する天面を有する半導体基板２の上壁１１（表面部）にＸ軸センサ５、Ｙ軸センサ６およびＺ軸センサ７が形成されている。つまり、Ｘ軸センサ５、Ｙ軸センサ６およびＺ軸センサ７は半導体基板２の一部からなり、空洞１０を裏面側から区画する底面を有する半導体基板２の底壁１２（裏面部）に対して浮いた状態で支持されている。

【0025】

Ｘ軸センサ５およびＹ軸センサ６は、間隔を空けて互いに隣接して配置されており、これらＸ軸センサ５およびＹ軸センサ６のそれぞれを取り囲むようにＺ軸センサ７が配置されている。この実施形態では、Ｙ軸センサ６は、Ｘ軸センサ５を平面視で９０°回転させたものとほぼ同様の構成を有している。したがって、以下では、Ｙ軸センサ６の構成については、Ｘ軸センサ５の各部の説明の際に、当該各部に対応する部分を括弧書きで併記して、具体的な説明に代える。

【0026】

Ｘ軸センサ５とＺ軸センサ７との間およびＹ軸センサ６とＺ軸センサ７との間には、これらを浮いた状態で支持するための支持部１４が形成されている。支持部１４は、半導体基板２の空洞１０を横側から区画する側面を有する一側壁１５から、Ｚ軸センサ７を横切ってＸ軸センサ５およびＹ軸センサ６へ向かって延びる直線部１６と、Ｘ軸センサ５およびＹ軸センサ６を取り囲む環状部１７とを一体的に含んでいる。

【0027】

Ｘ軸センサ５およびＹ軸センサ６は、個々の環状部１７の内側に配置され、環状部１７の内側壁における相対する２箇所において両持ち支持されている。Ｚ軸センサ７は、直線部１６の両側壁において両持ち支持されている。
Ｘ軸センサ５（Ｙ軸センサ６）は、空洞１０内に設けられた支持部１４に固定されたＸ固定電極２１（Ｙ固定電極４１）と、Ｘ固定電極２１に対して振動可能に保持されたＸ可動電極２２（Ｙ可動電極４２）とを有している。Ｘ固定電極２１およびＸ可動電極２２は、同じ厚さで形成されている。

【0028】

Ｘ固定電極２１（Ｙ固定電極４１）は、支持部１４に固定された平面視四角環状のベース部２３（Ｙ固定電極４１のベース部４３）と、ベース部２３の内壁に沿って等しい間隔を空けて櫛歯状に配列された複数組の電極部２４（Ｙ固定電極４１の電極部４４）とを含んでいる。
Ｘ可動電極２２（Ｙ可動電極４２）は、Ｘ固定電極２１の電極部２４を横切る方向に延び、その両端が、当該方向に沿って伸縮自在なビーム部２５（Ｙ軸センサ６のビーム部４５）を介してＸ固定電極２１のベース部２３に接続されたベース部２６（Ｙ可動電極４２のベース部４６）と、当該ベース部２６から、互いに隣接するＸ固定電極２１の電極部２４間に向かって両側に延び、Ｘ固定電極２１の電極部２４に接触しないように噛み合う櫛歯状に配列された電極部２７（Ｙ可動電極４２の電極部４７）とを含んでいる。

【0029】

Ｘ軸センサ５では、ビーム部２５が伸縮してＸ可動電極２２のベース部２６が半導体基板２の表面に沿って振動（振動Ｕｘ）することによって、Ｘ固定電極２１の電極部２４に櫛歯状に噛み合ったＸ可動電極２２の個々の電極部２７が、Ｘ固定電極２１の電極部２４に対して近づく方向および離れる方向に交互に振動する。
Ｘ固定電極２１のベース部２３は、互いに平行に延びる直線状の主フレームを有しており、当該主フレームに沿って三角形の空間が繰り返されるように、主フレームに対して補強フレームが組み合わされたトラス状の骨組み構造を有している。

【0030】

また、Ｘ固定電極２１の電極部２４は、個々の基端部がベース部２３に接続され、それらの先端部が互いに対向する平面視直線状の２つの電極部を１組として、それらが等しい間隔を空けて複数設けられている。個々の電極部２４は、互いに平行に延びる直線状の主フレームと、当該主フレーム間に架設された複数の横フレームとを含む平面視梯子状の骨組み構造を有している。

【0031】

Ｘ可動電極２２のベース部２６は、互いに平行に延びる複数（この実施形態では、６本）の直線状のフレームからなり、その両端がビーム部２５に接続されている。ビーム部２５は、Ｘ可動電極２２のベース部２６の両端に２つずつ設けられている。
また、Ｘ可動電極２２の電極部２７は、ベース部２６の各フレームを横切って互いに平行に延びる直線状の主フレームと、当該主フレーム間に架設された複数の横フレームとを含む平面視梯子状の骨組み構造を有している。

【0032】

また、Ｘ可動電極２２では、個々の電極部２７を振動方向Ｕｘに直交する方向に沿って２分割するライン上に、その表面から空洞１０に至るまで、横フレームを横切る絶縁層２８（この実施形態では、酸化シリコン）が埋め込まれている。この絶縁層２８により、個々の電極部２７が、振動方向Ｕｘに沿って一方側および他方側の２つに絶縁分離されている。これにより、分離されたＸ可動電極２２の電極部２７が、Ｘ可動電極２２において、それぞれ独立した電極として機能する。

【0033】

Ｘ固定電極２１およびＸ可動電極２２を含む半導体基板２の表面には、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる第１絶縁膜３３および第２絶縁膜３４が順に積層されている。
この第２絶縁膜３４上に、Ｘ第１センサ配線２９（Ｙ第１センサ配線４９）およびＸ第２センサ配線３０（Ｙ第２センサ配線５０）が形成されている。
Ｘ第１センサ配線２９は、２つに絶縁分離された個々の電極部２７の一方側（この実施形態では、図３の紙面左側）に駆動電圧を供給するとともに、当該電極部２７から静電容量の変化に伴う電圧の変化を検出する。これに対し、Ｘ第２センサ配線３０は、２つに絶縁分離された個々の電極部２７の他方側（この実施形態では、図３の紙面右側）に駆動電圧を供給するとともに、当該電極部２７から静電容量の変化に伴う電圧の変化を検出する。

【0034】

Ｘ第１および第２センサ配線２９，３０は、この実施形態では、アルミニウム（Ａｌ）からなる。Ｘ第１および第２センサ配線２９，３０は、第１および第２絶縁膜３３，３４を貫通して個々の電極部２７に電気的に接続されている。
そして、Ｘ第１および第２センサ配線２９，３０は、Ｘ可動電極２２のビーム部２５、Ｘ固定電極２１のベース部２３を介して支持部１４上に引き回され、その一部が電極パッド４として露出している。なお、Ｘ第１および第２センサ配線２９，３０は、それぞれＸ可動電極２２のビーム部２５を通過する区間においては、導電性の半導体基板２の一部からなるビーム部２５自体を電流路として利用している。ビーム部２５上にアルミニウム配線を設けないので、ビーム部２５の伸縮性を保持することができる。

【0035】

また、支持部１４には、Ｘ固定電極２１の電極部２４から静電容量の変化に伴う電圧の変化を検出するＸ第３センサ配線３２が引き回されており、このＸ第３センサ配線３２も他の配線２９，３０と同様に、その一部が電極パッド４として露出している（図示せず）。
半導体基板２において、Ｘ固定電極２１およびＸ可動電極２２の上面および側面は、第１絶縁膜３３および第２絶縁膜３４とともに、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる保護薄膜３５で被覆されている。

【0036】

また、半導体基板２の表面における空洞１０外の部分では、第２絶縁膜３４上に、第３絶縁膜３６、第４絶縁膜３７、第５絶縁膜３８および表面保護膜３９が順に積層されている。
上記の構造のＸ軸センサ６では、Ｘ可動電極２２に対してＸ軸方向の加速度が作用すると、ビーム部２５が伸縮してＸ可動電極２２のベース部２６が半導体基板２の表面に沿って振動することによって、Ｘ固定電極２１の電極部２４に櫛歯状に噛み合ったＸ可動電極２２の個々の電極部２７が、Ｘ固定電極２１の電極部２４に対して近づく方向および離れる方向に交互に振動する。これにより、互いに隣接するＸ固定電極２１の電極部２４と、Ｘ可動電極２２の電極部２７との対向距離ｄｘが変化する。そして、当該対向距離ｄｘの変化に起因するＸ可動電極２２−Ｘ固定電極２１間の静電容量の変化を検出することによって、Ｘ軸方向の加速度ａｘが検出される。

【0037】

なお、この実施形態では、Ｘ軸方向の加速度ａｘは、絶縁分離されたＸ可動電極２２の一方および他方それぞれの電極部の検出値の差分をとることにより求められる。
また、Ｙ軸センサ７では、Ｙ可動電極４２に対してＹ軸方向の加速度が作用すると、ビーム部４５が伸縮してＹ可動電極４２のベース部４６が半導体基板２の表面に沿って振動することによって、Ｙ固定電極４１の電極部４４に櫛歯状に噛み合ったＹ可動電極４２の個々の電極部４７が、Ｙ固定電極４１の電極部４４に対して近づく方向および離れる方向に交互に振動する。これにより、互いに隣接するＹ固定電極４１の電極部４４と、Ｙ可動電極４２の電極部４７との対向距離が変化する。そして、当該対向距離の変化に起因するＹ可動電極４２−Ｙ固定電極４１間の静電容量の変化を検出することによって、Ｙ軸方向の加速度ａｙが検出される。
＜Ｚ軸センサの構成＞
次に、図２および図５〜図６を参照して、Ｚ軸センサの構成を説明する。

【0038】

図５は、図２に示すＺ軸センサの要部平面図である。図６は、図２に示すＺ軸センサの要部断面図であって、図５の切断面ＶＩ−ＶＩにおける断面を示す。
図２を参照して、導電性シリコンからなる半導体基板２は、上述したように、内部に空洞１０を有している。半導体基板２の上壁１１（表面部）には、Ｘ軸センサ５およびＹ軸センサ６のそれぞれを取り囲むように、半導体基板２の底壁１２に対して浮いた状態で支持部１４に支持されたＺ軸センサ７が配置されている。

【0039】

Ｚ軸センサ７は、空洞１０内に設けられた支持部１４（直線部１６）に固定された第２電極としてのＺ固定電極６１と、Ｚ固定電極６１に対して振動可能に保持された第１電極としてのＺ可動電極６２とを有している。Ｚ固定電極６１およびＺ可動電極６２は、同じ厚さで形成されている。
このＺ軸センサ７では、２つのＺ軸センサ７のうち一方のＺ軸センサ７は、Ｚ可動電極６２が支持部１４の環状部１７を取り囲むように配置されており、このＺ可動電極６２をさらに取り囲むように、Ｚ固定電極６１が配置されている。他方のＺ軸センサ７は、Ｚ固定電極６１が支持部１４の環状部１７を取り囲むように配置されており、このＺ固定電極６１をさらに取り囲むように、Ｚ可動電極６２が配置されている。Ｚ固定電極６１およびＺ可動電極６２は、支持部１４の直線部１６の両側壁に一体的に接続されている。

【0040】

Ｚ固定電極６１は、支持部１４に固定された平面視四角環状のベース部６３と、当該ベース部６３における、Ｘ軸センサ５（Ｙ軸センサ６）に対して直線部１６とは反対側の部分に設けられ、櫛歯状に配列された電極部６４とを含んでいる。
Ｚ可動電極６２は、平面視四角環状のベース部６５と、当該ベース部６５から、互いに隣接するＺ固定電極６１の櫛歯状の電極部６４の各間に向かって延び、Ｚ固定電極６１の電極部６４に接触しないように噛み合うように櫛歯状に配列された電極部６６とを含んでいる。このＺ可動電極６２のベース部６５は、互いに平行に延びる直線状の主フレームを有しており、当該主フレームに沿って三角形の空間が繰り返されるように、主フレームに対して補強フレームが組み合わされたトラス状の骨組み構造を有している。かかる構造のＺ可動電極６２のベース部６５は、電極部６６が配置される側とは反対側の部分において、補強フレームが省略されている区間を有しており、当該区間の主フレームがＺ可動電極６２を上下動可能にするためのビーム部６７として機能する。

【0041】

すなわち、このＺ軸センサ７では、ビーム部６７が弾性的に歪み、Ｚ可動電極６２のベース部６５があたかも振り子であるかのように、ビーム部６７を支点として空洞１０に対して近づく方向および離れる方向に回動（振動Ｕｚ）することによって、Ｚ固定電極６１の電極部６４に櫛歯状に噛み合ったＺ可動電極６２の電極部６６が上下に振動する。
Ｚ固定電極６１のベース部６３は、互いに平行に延びる直線状の主フレームを有しており、当該主フレームに沿って三角形の空間が繰り返されるように、主フレームに対して補強フレームが組み合わされたトラス状の骨組み構造を有している。

【0042】

Ｚ固定電極６１の個々の電極部６４は、基端部がＺ固定電極６１のベース部６３に接続され、先端部がＺ可動電極６２へ向かって延び、ベース部６３の内壁に沿って等しい間隔を空けて櫛歯状に配列されている。また、個々の電極部６４の基端部寄りの部分には、電極部６４を幅方向に横切るように、その表面から空洞１０に至るまで絶縁層６８（この実施形態では、酸化シリコン）が埋め込まれている。この絶縁層６８により、Ｚ固定電極６１の個々の電極部６４が、Ｚ固定電極６１の他の部分から絶縁されている。

【0043】

Ｚ可動電極６２の個々の電極部６６は、基端部がＺ可動電極６２のベース部６５に接続され、先端部がＺ固定電極６１の電極部６４の各間へ向かって延び、Ｚ固定電極６１の電極部６４に接触しないように噛み合う櫛歯状に配列されている。これにより、各電極部６６の幅方向一方側および他方側には、電極部６４が一つずつ配置されている。
Ｚ可動電極６２の個々の電極部６６の基端部寄りの部分には、電極部６６を幅方向に横切るように、半導体基板２の表面から空洞１０に至るまで絶縁層７４（この実施形態では、酸化シリコン）が埋め込まれている。この絶縁層７４により、Ｚ可動電極６２の個々の電極部６６が、Ｚ可動電極６２の他の部分から絶縁されている。

【0044】

各電極部６６には、半導体基板２の表面から空洞１０へ向かう厚さ方向途中部まで、誘電層７０（この実施形態では、酸化シリコン）が埋め込まれている。
各誘電層７０は、電極部６６の幅方向一端側（各電極部６６の基端部から先端部へ向かう方向に対して右側）に片寄って設けられている。これにより、電極部６６は、平面視において、幅方向一端側に設けられた誘電層７０と、当該誘電層７０に対して他端側（各電極部６６の基端部から先端部へ向かう方向に対して左側）に設けられた導電層８０とに区画されている。

【0045】

導電層８０は、電極部６６において半導体基板２の一部を利用して構成された部分である。導電層８０は、誘電層７０に対して幅方向他端側に隣接して形成された第１部分７６と、誘電層７０に対して厚さ方向空洞１０側に隣接して形成された第２部分７８とを一体的に有している。
Ｚ固定電極６１およびＺ可動電極６２を含む半導体基板２の表面には、上述したように、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる第１絶縁膜３３および第２絶縁膜３４が順に積層されている。

【0046】

第２絶縁膜３４上には、Ｚ第１センサ配線７５およびＺ第２センサ配線７７が形成されている。Ｚ第１センサ配線７５およびＺ第２センサ配線７７は、互いに隣接するＺ固定電極６１の電極部６４およびＺ可動電極６２の電極部６６（導電層８０）にそれぞれ接続されている。
具体的には、Ｚ第１センサ配線７５は、Ｚ固定電極６１のベース部６３に沿って形成され、Ｚ固定電極６１の個々の電極部６４の絶縁層６８を跨って電極部６４の先端部へ向かって分岐するアルミニウム配線を含んでいる。その分岐されたアルミニウム配線は、個々の電極部６４における絶縁層６８よりも先端側に、第１絶縁膜３３および第２絶縁膜３４を貫通して電気的に接続されている。また、図２に示すように、Ｚ第１センサ配線７５は、Ｚ固定電極６１のベース部６３を介して支持部１４上に引き回され、その一部が電極パッド４として露出している。

【0047】

Ｚ第２センサ配線７７は、Ｚ可動電極６２のベース部６５に沿って形成され、Ｚ可動電極６２の個々の電極部６６の基端部寄りの絶縁層７４を跨って電極部６６へ向かって分岐するアルミニウム配線を含んでいる。その分岐されたアルミニウム配線は、個々の電極部６６に、第１絶縁膜３３および第２絶縁膜３４を貫通して電気的に接続されている。また、図２に示すように、Ｚ第２センサ配線７７は、Ｚ可動電極６２のベース部６５を介して支持部１４上に引き回され、その一部が電極パッド４として露出している。

【0048】

半導体基板２において、Ｚ固定電極６１およびＺ可動電極６２の上面および側面は、第１絶縁膜３３および第２絶縁膜３４とともに、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる保護薄膜３５で被覆されている。
また、半導体基板２の表面における空洞１０外の部分では、第２絶縁膜３４上に、第３絶縁膜３６、第４絶縁膜３７、第５絶縁膜３８および表面保護膜３９が順に積層されている。

【0049】

そして、このＺ軸センサ７では、Ｚ第１センサ配線７５が接続された電極部６４と、Ｚ第２センサ配線７７が接続された電極部６６の導電層８０とが、互いに対向し、これらの間に一定電圧が印加され、その対向面積Ｓの変化により静電容量が変化する容量素子（キャパシタ）の電極を構成している。
Ｚ可動電極６２に対してＺ軸方向の加速度が作用すると、櫛歯状のＺ可動電極６２が振り子であるかのように、同じく櫛歯状のＺ固定電極６１を振動の中心として、Ｚ固定電極６１に対してＺ軸方向に沿って上下に振動する。これにより、互いに隣接するＺ固定電極６１の電極部６４と、Ｚ可動電極６２の電極部６６との対向面積Ｓが変化する。そして、当該対向面積Ｓの変化に起因するＺ可動電極６２−Ｚ固定電極６１間の静電容量の変化を検出することによって、Ｚ軸方向の加速度ａｚが検出される。

【0050】

この実施形態では、電極部６６の導電層８０が、誘電層７０を介してＺ固定電極６１の電極部６４に対向する第１部分７６と、誘電層７０を介さずに電極部６４に対向する第２部分７８とを有している。
したがって、Ｚ固定電極６１の電極部６４とＺ可動電極６２の電極部６６とが対向することによって構成されるキャパシタにおいて、導電層８０の第１部分７６と電極部６４ととが対向する部分では、キャパシタの電極間距離ｄ１が、当該キャパシタ本来の電極間距離ｄ２（導電層８０の第２部分７８とＺ固定電極６１の電極部６４との距離）よりも、誘電層７０の幅Ｗ分大きくなる（つまり、ｄ１＝ｄ２＋Ｗ）。そのため、同一のキャパシタ内において、静電容量の差を設けることができる。

【0051】

そのため、Ｚ可動電極６２が、Ｚ固定電極６１に対して最初に空洞１０から離れる側（上側）へ振れると、キャパシタの静電容量は、導電層８０の第１部分７６がＺ固定電極６１の電極部６４と対向している間、電極間距離ｄ１に基づく減少率Ｄ１（Ｄ１＞０）で減少する。その後、第１部分７６がＺ固定電極６１の上方に完全に食み出し、導電層８０の第２部分７８のみがＺ固定電極６１の電極部６４と対向する状態になると、その時点からの静電容量は、本来の電極間距離ｄ２に基づく減少率Ｄ２（Ｄ２＞０）で減少する。

【0052】

この静電容量の減少率Ｄ２は、電極間距離ｄ２が電極間距離ｄ１よりも小さく、単位時間当たりに減少する静電容量が大きくなるので、減少率Ｄ１よりも大きくなる。すなわち、Ｚ可動電極６２が上側へ振れ始める場合、キャパシタの静電容量は、第１の減少率Ｄ１で減少した後、第１の減少率Ｄ１よりも大きな第２の減少率Ｄ２で減少する。
これに対し、Ｚ可動電極６２が、Ｚ固定電極６１に対して最初に空洞１０に近づく側（下側）へ振れると、キャパシタの静電容量は、第２部分７８がＺ固定電極６１よりも下方に完全に食み出すまでの間、電極間距離ｄ２に基づく減少率Ｄ２で減少する。その後、第２部分７８がＺ固定電極６１よりも下方に完全に食み出し、第１部分７６のみがＺ固定電極６１の電極部６４と対向する状態になると、その時点からの静電容量は、電極間距離ｄ１に基づく減少率Ｄ１で減少する。この静電容量の減少率Ｄ１は、電極間距離ｄ１が電極間距離ｄ２よりも大きく、単位時間当たりに減少する静電容量が小さくなるので、減少率Ｄ２よりも小さくなる。すなわち、Ｚ可動電極６２が下側へ振れ始める場合、キャパシタの静電容量は、第２の減少率Ｄ２で減少した後、第２の減少率Ｄ２よりも小さな第１の減少率Ｄ１で減少する。

【0053】

したがって、当該キャパシタの静電容量が、相対的に小さな減少率Ｄ１で減少した後、相対的に大きな減少率Ｄ２で減少するのか（Ｄ１→Ｄ２）、または、相対的に大きな減少率Ｄ２で減少した後、相対的に小さな減少率Ｄ１で減少するのか（Ｄ２→Ｄ１）を検出することにより、Ｚ可動電極６２が最初に振れた方向（空洞１０から離れる方向または空洞１０に近づく方向）を容易に把握することができる。その結果、加速度ベクトルの方向を正確に検出できるので、検出感度を向上させることができる。

【0054】

しかも、この実施形態では、導電層８０が、第１部分７６および第２部分７８を一体的に有することによって、Ｚ可動電極６２の表面から裏面に至るまで厚さ方向全域にわたって形成されている。そのため、Ｚ固定電極６１に対するＺ可動電極６２の振れる方向（上側方向または下側方向）に関わらず、Ｚ可動電極６２の導電層８０とＺ固定電極６１との対向面積Ｓが、必ず減少する。具体的には、Ｚ可動電極６２が、最初に上側に振れると、導電層８０の第１部分７６とＺ固定電極６１の電極部６４との対向面積が減少し、一方、最初に下側に振れると、導電層８０の第２部分７８とＺ固定電極６１の電極部６４との対向面積が減少する。

【0055】

これにより、Ｚ可動電極６２の振れ始め直後に静電容量の変化を検出できるので、振れ始め直後の加速度ベクトルの大きさも検出することができる。
また、このような検出感度の向上が、キャパシタを構成するＺ可動電極６２の電極部６６に誘電層７０を埋め込むことによって発現されるので、センサ構造の複雑化を防止することができる。

【0056】

さらに、半導体基板２が導電性シリコン基板であるので、所定の形状に成形されたＸ固定電極２１，Ｙ固定電極４１およびＺ固定電極６１、ならびにＸ可動電極２２，Ｙ可動電極４２およびＺ可動電極６２に対して導電性を付与するための特別な処理を施さなくても、成形後の構造をそのまま電極として利用することができる。また、電極として利用される部分を除く部分を、配線（Ｚ第１センサ配線７５、Ｚ第２センサ配線７７など）として利用することができる。

【0057】

なお、この実施形態では、Ｚ軸方向の加速度ａｚは、Ｘ軸センサ６を取り囲むＺ軸センサ７の検出値と、Ｙ軸センサ７を取り囲むＺ軸センサ７の検出値との差分をとることにより求められる。差分は、たとえば、図２に示すように、Ｘ軸センサ５を取り囲むＺ軸センサ７の固定電極および可動電極と、Ｙ軸センサ６を取り囲むＺ軸センサ７の固定電極および可動電極との位置関係を反対にすることによって得ることができる。これにより、１対のＺ軸センサ７間において、Ｚ可動電極６２の揺れ方が異なるので、差分が生じることとなる。
＜加速度センサ１の製造方法＞
次に、図７Ａ〜図７Ｇを参照して、上述したジャイロセンサの製造工程を工程順に説明する。なお、この項では、Ｚ軸センサの製造工程のみを図示し、Ｘ軸センサおよびＹ軸センサの製造工程は省略するが、Ｘ軸センサおよびＹ軸センサの製造工程は、Ｚ軸センサの製造工程と同様にして、Ｚ軸センサの製造工程と並行して実行される。

【0058】

図７Ａ〜図７Ｇは、本発明の一実施形態に係る加速度センサ１の製造工程の一部を工程順に示す模式的な断面図であって、図６と同じ位置での切断面を示す。
この加速度センサ１を製造するには、まず、図７Ａに示すように、導電性シリコンからなる半導体基板２の表面が熱酸化（たとえば、温度１１００〜１２００℃、膜厚５０００Å）される。これにより、半導体基板２の表面に第１絶縁膜３３が形成される。次いで、公知のパターニング技術により、第１絶縁膜３３がパターニングされ、誘電層７０および絶縁層６８，７４を埋め込むべき領域に開口が形成される。次いで、第１絶縁膜３３をハードマスクとする異方性のディープＲＩＥ（Reactive Ion Etching：反応性イオンエッチング）により、具体的にはボッシュプロセスにより、半導体基板２が掘り下げられる。これにより、半導体基板２にトレンチが形成される。ボッシュプロセスでは、ＳＦ_６（六フッ化硫黄）を使用して半導体基板２をエッチングする工程と、Ｃ_４Ｆ_８（パーフルオロシクロブタン）を使用してエッチング面に保護膜を形成する工程とが交互に繰り返される。これにより、高いアスペクト比で半導体基板２をエッチングすることができるが、エッチング面（トレンチの内周面）にスキャロップと呼ばれる波状の凹凸が形成される。続いて、半導体基板２に形成されたトレンチ内部および半導体基板２の表面が熱酸化され（たとえば、温度１１００〜１２００℃）、その後、酸化膜の表面がエッチバックされる（たとえば、エッチバック後の膜厚が２１８００Å）。これにより、トレンチを埋め尽くす誘電層７０および絶縁層６８，７４が同時に形成される（誘電層７０および絶縁層７４のみ図示）。

【0059】

次いで、図７Ｂに示すように、ＣＶＤ法により、半導体基板２上に、酸化シリコンからなる第２絶縁膜３４が積層される。次いで、第２絶縁膜３４および第１絶縁膜３３が連続してエッチングされる。これにより、第２絶縁膜３４および第１絶縁膜３３にコンタクトホールが形成される。次いで、当該コンタクトホールを埋め尽くすコンタクトプラグが形成された後、スパッタ法により、第２絶縁膜３４上にアルミニウムが堆積（たとえば、７０００Å）され、そのアルミニウム堆積層がパターニングされる。これにより、第２絶縁膜３４上に、配線７５，７７が形成される。

【0060】

次いで、図７Ｃに示すように、ＣＶＤ法により、第２絶縁膜３４上に、第３絶縁膜３６第４絶縁膜３７、第５絶縁膜３８および表面保護膜３９が順に積層される。次いで、半導体基板２の空洞１０を形成すべき領域上の第３〜第５絶縁膜３６〜３８および表面保護膜３９が、エッチングにより除去される。
次いで、図７Ｄに示すように、Ｚ固定電極６１およびＺ可動電極６２を形成すべき領域以外の領域に開口を有するレジストが、第２絶縁膜３４上に形成される。続いて、当該レジストをマスクとする異方性のディープＲＩＥにより、具体的にはボッシュプロセスにより、半導体基板２が掘り下げられる。これにより、半導体基板２の表面部が、Ｚ固定電極６１およびＺ可動電極６２の形状に成形されるとともに、それらの間にトレンチ６０が形成される。ボッシュプロセスでは、ＳＦ_６（六フッ化硫黄）を使用して半導体基板２をエッチングする工程と、Ｃ_４Ｆ_８（パーフルオロシクロブタン）を使用してエッチング面に保護膜を形成する工程とが交互に繰り返される。ディープＲＩＥ後、レジストが剥離される。

【0061】

次いで、図７Ｅに示すように、熱酸化法またはＰＥＣＶＤ法により、Ｚ固定電極６１、Ｚ可動電極６２の表面全域およびトレンチ６０の内面全域（つまり、トレンチ６０を区画する側面および底面）に、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる保護薄膜３５が形成される。
次いで、図７Ｆに示すように、エッチバックにより、保護薄膜３５におけるトレンチ６０の底面上の部分が除去される。これにより、トレンチ６０の底面が露出した状態となる。

【0062】

次いで、図７Ｇに示すように、表面保護膜３９をマスクとする異方性のディープＲＩＥにより、トレンチ６０の底面がさらに掘り下げられる。これにより、トレンチ６０の底部に、半導体基板２の結晶面が露出した露出空間８３が形成される。この異方性のディープＲＩＥに引き続いて、等方性のＲＩＥにより、トレンチ６０の露出空間８３に反応性イオンおよびエッチングガスが供給される。そして、その反応性イオンなどの作用により、半導体基板２が、各露出空間８３を起点に半導体基板２の厚さ方向にエッチングされつつ、半導体基板２の表面に平行な方向にエッチングされる。これにより、互いに隣接する全ての露出空間８３が一体化して、半導体基板２の内部に空洞１０が形成されるとともに、空洞１０内において、Ｚ固定電極６１およびＺ可動電極６２が浮いた状態となる。

【0063】

以上の工程を経て、図１に示す加速度センサ１（Ｚ軸センサ７）が得られる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することもできる。また、本発明の参考例として以下の形態を例示することもできる。
たとえば、参考例として、図８に示すように、Ｚ可動電極６２の電極部６６は、電極部６６の幅方向一端から他端まで形成された誘電層８１と、当該誘電層８１の下方に形成された導電層８２との積層構造を有していてもよい。

【0064】

この構成によれば、Ｚ可動電極６２の表面または裏面から途中部までの部分が、全て誘電層８１で構成されている。この場合、Ｚ固定電極６１の電極部６４とＺ可動電極６２の電極部６６とが対向することによって構成されるキャパシタにおいて、誘電層８１とＺ固定電極６１の電極部６４とが対向する部分では、Ｚ固定電極６１に対向する導電層が存在しないので、静電容量が０（ゼロ）となる。

【0065】

そのため、Ｚ可動電極６２が、Ｚ固定電極６１に対して最初に空洞１０から離れる側（上側）へ振れると、キャパシタの静電容量は、誘電層８１がＺ固定電極６１の電極部６４と対向している間、変化しない（つまり、減少率Ｄ１＝０）。その後、誘電層８１がＺ固定電極６１の上方に完全に食み出し、導電層８２のみがＺ固定電極６１と対向する状態になると、その時点からの静電容量は、本来の電極間距離ｄ２に基づく減少率Ｄ２（Ｄ２＞０）で減少する。

【0066】

これに対し、Ｚ可動電極６２が最初に空洞１０に近づく側（下側）へ振れると、キャパシタの静電容量は、導電層８２がＺ固定電極６１の電極部６４と対向している間、電極間距離ｄ２に基づく減少率Ｄ２で減少する。その後、導電層８２がＺ固定電極６１よりも下方に完全に食み出し、誘電層８１のみがＺ固定電極６１と対向する状態となると、その時点からの静電容量は、変化しない（つまり、減少率Ｄ１＝０）。

【0067】

したがって、この構成によれば、加速度ベクトルの方向を、静電容量の減少率が０か０でないか、つまり、静電容量の変化の有無に基づいて判断することができる。よって、加速度検出を簡易に行うことができる。
また、誘電層７０，８１の材料は、誘電性を有する材料であれば、酸化シリコンでなくてもよい。

【0068】

また、誘電層７０は、図９に示すように、Ｚ可動電極６２に設けられる代わりに、Ｚ固定電極６１に設けられていてもよい。また、誘電層８１も同様に、図１０に示すように、Ｚ可動電極６２に設けられる代わりに、Ｚ固定電極６１に設けられていてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
また、この明細書および図面の記載から、抽出される特徴を以下に示す。
（項１）内部に上壁および底壁が形成された空洞を有し、当該空洞の前記上壁を形成する表面部および前記底壁を形成する裏面部を有する半導体基板と、前記半導体基板の前記表面部を加工して形成され、互いに間隔を空けて噛み合う櫛歯状の第１電極および第２電極とを含み、前記第１電極または前記第２電極が他方に対して上下したときの加速度を、前記第１電極と前記第２電極との間の静電容量の変化を検出することにより検出する静電容量型加速度センサであって、前記第１電極は、前記第２電極との対向方向に直交する厚さ方向に沿って、その表面または裏面から途中部に至る所定厚さを有し、前記対向方向に沿って所定幅を有する誘電層と、当該誘電層を除く残余の部分からなる導電層とを含む、静電容量型加速度センサ。
この構成によれば、加速度を検出するためのキャパシタは、第１電極と第２電極とが互いに対向することによって構成されている。当該キャパシタは、第１電極または第２電極の振動によって変化する静電容量の変化量に基づいて、加速度を検出する。
当該キャパシタにおいて、第１電極の一部は、第１電極と第２電極との対向方向に直交する厚さ方向に沿って所定厚さを有し、当該対向方向に沿って所定幅を有する誘電層により構成されている。
これにより、当該キャパシタにおいて、誘電層と第２電極とが対向する部分では、キャパシタの電極間距離ｄ１が、当該キャパシタ本来の電極間距離ｄ２（第１電極と第２電極との距離）よりも、誘電層の幅Ｗ分大きくなる（つまり、ｄ１＝ｄ２＋Ｗ）。そのため、同一のキャパシタ内において、静電容量の差を設けることができる。
たとえば、第１電極がＺ軸方向に沿って振動する可動電極であって、その可動電極（第１電極）の表面から途中部に誘電層が埋め込まれている場合の加速度を検出する方法について説明する。
センサにＺ軸方向の加速度が作用すると、櫛歯状の第１電極（可動電極）が振り子であるかのように、同じく櫛歯状の第２電極（固定電極）を振動の中心として、第２電極に対してＺ軸方向に沿って上下に振動する。
この際、第１電極が、第２電極に対して最初に空洞から離れる側（上側）へ振れると、キャパシタの静電容量は、誘電層が第２電極と対向している間、電極間距離ｄ１に基づく減少率Ｄ１（Ｄ１≧０）で減少する。その後、誘電層が第２電極の上方に完全に食み出し、導電層のみが第２電極と対向する状態になると、その時点からの静電容量は、本来の電極間距離ｄ２に基づく減少率Ｄ２（Ｄ２≧０）で減少する。この静電容量の減少率Ｄ２は、電極間距離ｄ２が電極間距離ｄ１よりも小さく、単位時間当たりに減少する静電容量が大きくなるので、減少率Ｄ１よりも大きくなる。すなわち、第１電極が上側へ振れ始める場合、キャパシタの静電容量は、第１の減少率Ｄ１で減少した後、第１の減少率Ｄ１よりも大きな第２の減少率Ｄ２で減少する。
これに対し、第１電極が、第２電極に対して最初に空洞に近づく側（下側）へ振れると、キャパシタの静電容量は、誘電層の一部が第２電極よりも下方に食み出し始めるまでの間、電極間距離ｄ２に基づく減少率Ｄ２で減少する。その後、誘電層の一部が第２電極よりも下方に食み出し始めると、その時点からの静電容量は、電極間距離ｄ１に基づく減少率Ｄ１で減少する。この静電容量の減少率Ｄ１は、電極間距離ｄ１が電極間距離ｄ２よりも大きく、単位時間当たりに減少する静電容量が小さくなるので、減少率Ｄ２よりも小さくなる。すなわち、第１電極が下側へ振れ始める場合、キャパシタの静電容量は、第２の減少率Ｄ２で減少した後、第２の減少率Ｄ２よりも小さな第１の減少率Ｄ１で減少する。
したがって、当該キャパシタの静電容量が、相対的に小さな減少率Ｄ１で減少した後、相対的に大きな減少率Ｄ２で減少するのか（Ｄ１→Ｄ２）、または、相対的に大きな減少率Ｄ２で減少した後、相対的に小さな減少率Ｄ１で減少するのか（Ｄ２→Ｄ１）を検出することにより、第１電極が最初に振れた方向（空洞から離れる方向または空洞に近づく方向）を容易に把握することができる。その結果、加速度ベクトルの方向を正確に検出できるので、検出感度を向上させることができる。
しかも、このような検出感度の向上が、キャパシタを構成する第１電極に誘電層を埋め込むことによって発現されるので、センサ構造の複雑化を防止することができる。
（項２）前記誘電層が、前記第１電極の幅方向一端側に片寄って形成されており、前記導電層は、前記誘電層に対して前記幅方向他端側に隣接して形成された第１部分と、前記誘電層の下方に形成され、前記第１部分よりも大きな幅を有する第２部分とを含む、項１に記載の静電容量型加速度センサ。
この構成によれば、導電層が、第１電極の表面から裏面に至るまで厚さ方向全域にわたって形成されている。
そのため、たとえば、前述のように第１電極がＺ軸方向に沿って振動する可動電極である場合、第２電極に対する第１電極の振れる方向（上側方向または下側方向）に関わらず、第１電極の導電層と第２電極との対向面積が、必ず減少する。具体的には、第１電極が、最初に上側に振れると、導電層の第１部分と第２電極との対向面積が減少し、一方、最初に下側に振れると、導電層の第２部分と第２電極との対向面積が減少する。すなわち、この構成は、前述の検出方法において、Ｄ１＞０およびＤ２＞０の場合を表している。
これにより、第１電極の振れ始め直後に静電容量の変化を検出できるので、振れ始め直後の加速度ベクトルの大きさも検出することができる。
（項３）前記誘電層が、前記第１電極の幅方向一端から他端に至るまで形成され、前記第１電極と同じ幅を有しており、前記第１電極が、当該誘電層と、当該誘電層の下方に形成された前記導電層との積層構造を有している、項１に記載の静電容量型加速度センサ。
この構成によれば、第１電極の表面または裏面から途中部までの部分が、全て誘電層で構成されている。この場合、誘電層と第２電極とが対向する部分においては、第２電極に対向する導電層が存在しないので、静電容量が０（ゼロ）となる。
そのため、たとえば、前述のように第１電極がＺ軸方向に沿って振動する可動電極である場合、第１電極が最初に上側へ振れると、キャパシタの静電容量は、誘電層が第２電極と対向している間、変化しない（つまり、Ｄ１＝０）。その後、誘電層が第２電極の上方に完全に食み出し、導電層のみが第２電極と対向する状態になると、その時点からの静電容量は、本来の電極間距離ｄ２に基づく減少率Ｄ２（Ｄ２＞０）で減少する。
これに対し、第１電極が最初に下側へ振れると、キャパシタの静電容量は、誘電層が第２電極よりも下方に食み出し始めるまでの間、電極間距離ｄ２に基づく減少率Ｄ２（Ｄ＞０）で減少する。その後、誘電層が第２電極よりも下方に食み出し始めると、その時点からの静電容量は、変化しない（つまり、Ｄ１＝０）。
したがって、この構成によれば、加速度ベクトルの方向を、静電容量の減少率が０か０でないか、つまり、静電容量の変化の有無に基づいて判断することができる。よって、加速度検出を簡易に行うことができる。
（項４）前記第１電極が可動電極であり、前記第２電極が固定電極である、項１〜３のいずれか一項に記載の静電容量型加速度センサ。
（項５）前記第１電極が固定電極であり、前記第２電極が可動電極である、項１〜３のいずれか一項に記載の静電容量型加速度センサ。
（項６）前記半導体基板が、導電性シリコン基板である、項１〜５のいずれか一項に記載の静電容量型加速度センサ。
半導体基板が導電性シリコン基板であれば、所定の形状に成形された第１電極および第２電極に対して導電性を付与するための特別な処理を施さなくても、成形後の構造をそのまま電極として利用することができる。また、電極として利用される部分を除く部分を、配線として利用することができる。

【符号の説明】

【0069】

１ 加速度センサ
２ 半導体基板
７ Ｚ軸センサ
１０ 空洞
１１ （空洞の）上壁
１２ （空洞の）底壁
６１ Ｚ固定電極
６２ Ｚ可動電極
６４ （Ｚ固定電極の）電極部
６６ （Ｚ可動電極の）電極部
７０ 誘電層
７６ 第１部分
７８ 第２部分
８０ 導電層
８１ 誘電層
８２ 導電層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図7D】

【図7E】

【図7F】

【図7G】

【図8】

【図9】

【図10】