特許 6562878 角速度取得装置

(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】6562878

(24)【登録日】2019年8月2日

(45)【発行日】2019年8月21日

(54)【発明の名称】角速度取得装置

(51)【国際特許分類】

   G01C 19/5762 20120101AFI20190808BHJP

   B81B 3/00 20060101ALI20190808BHJP

   H01L 29/84 20060101ALI20190808BHJP

【ＦＩ】

   G01C19/5762

   B81B3/00

   H01L29/84 Z

【請求項の数】5

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-130106(P2016-130106)

(22)【出願日】2016年6月30日

(65)【公開番号】特開2018-4383(P2018-4383A)

(43)【公開日】2018年1月11日

【審査請求日】2018年8月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317011920

【氏名又は名称】東芝デバイス＆ストレージ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108062

【弁理士】

【氏名又は名称】日向寺 雅彦

(72)【発明者】

【氏名】冨澤 泰

(72)【発明者】

【氏名】山本 悠

(72)【発明者】

【氏名】池橋 民雄

【審査官】 小野寺 麻美子

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−３２５７２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１３９１７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０８１８２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０８１３３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００２／０１６７２４８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０２９７８７３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｃ １９／００ − Ｇ０１Ｃ １９／７２

Ｂ８１Ｂ １／００ − Ｂ８１Ｂ ７／０４

Ｂ８１Ｃ １／００ − Ｂ８１Ｃ ９９／００

Ｈ０１Ｌ ２９／８４

Ｈ０３Ｂ ５／３０ − Ｈ０３Ｂ ５／４２

Ｈ０３Ｈ ３／００７ − Ｈ０３Ｈ ３／０６

Ｈ０３Ｈ ９／００ − Ｈ０３Ｈ ９／１３５

Ｈ０３Ｈ ９／１５ − Ｈ０３Ｈ ９／２４

Ｈ０３Ｈ ９／３０ − Ｈ０３Ｈ ９／４０

Ｈ０３Ｈ ９／４６ − Ｈ０３Ｈ ９／６２

Ｈ０３Ｈ ９／６６

Ｈ０３Ｈ ９／７０

Ｈ０３Ｈ ９／７４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１方向、およびコリオリ力に基づく第２方向に振動する可動体であって、前記第２方向に延びる可動電極部を有する可動体と、
前記第２方向に延び、ギャップを隔てて前記可動電極部に対向する固定電極部を有するホールド電極と、
前記固定電極部と前記可動電極部との間に配置され、前記固定電極部の前記可動電極部に対向する面よりも前記可動電極部側に位置する端部をもつストッパと、
を備えた角速度取得装置。

【請求項2】

前記固定電極部の前記第２方向の両端に一対の前記ストッパが配置されている請求項１記載の角速度取得装置。

【請求項3】

複数の前記可動電極部と複数の前記固定電極部が前記第１方向に交互に並び、前記固定電極部の前記第１方向の両側に前記ストッパが配置されている請求項１または２に記載の角速度取得装置。

【請求項4】

前記可動電極部の前記第２方向の両端が、前記可動体に固定されている請求項１〜３のいずれか１つに記載の角速度取得装置。

【請求項5】

前記固定電極部および前記ストッパは、基板上の同じレイヤーに設けられ、
前記固定電極部および前記ストッパは、前記固定電極部および前記ストッパが設けられた前記レイヤーの下方のレイヤーに設けられた配線に接続し、
前記配線は、前記固定電極部に接続された第１配線と、前記ストッパに接続され、前記第１配線に対して分離した第２配線とを有する請求項１〜４のいずれか１つに記載の角速度取得装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

実施形態は、角速度取得装置に関する。

【背景技術】

【0002】

回転系で振動する物体に働くコリオリ力を利用して角速度を検出するジャイロセンサとして、MEMS（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて形成されたものが知られている。そのMEMS技術における加工ばらつきは、ジャイロセンサの正常な動作を損なわせる場合がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許第６９２８８７２号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

実施形態によれば、加工ばらつきが動作に影響しにくい角速度取得装置が提供される。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態によれば、角速度取得装置は、第１方向、およびコリオリ力に基づく第２方向に振動する可動体であって、前記第２方向に延びる可動電極部を有する可動体と、前記第２方向に延び、ギャップを隔てて前記可動電極部に対向する固定電極部を有するホールド電極と、前記固定電極部と前記可動電極部との間に配置され、前記固定電極部の前記可動電極部に対向する面よりも前記可動電極部側に位置する端部をもつストッパと、を備えている。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】実施形態の角速度取得装置のＭＥＭＳ部の模式平面図。

【図2】図１におけるＡ部の拡大模式平面図。

【図3】図２に示す可動体のホールド状態を示す模式平面図。

【図4】実施形態の角速度取得装置の構成を示すブロック図。

【図5】実施形態の角速度取得装置の動作タイミングチャート。

【図6】実施形態の角速度取得装置の製造方法を示す模式断面図。

【図7】実施形態の角速度取得装置の製造方法を示す模式平面図。

【図8】実施形態の角速度取得装置の可動電極部およびホールド電極の他の例を示す模式平面図。

【図9】図８における一部分の拡大模式平面図。

【図10】（ａ）は図９におけるＢ−Ｂ’断面図であり、（ｂ）は図９におけるＣ−Ｃ’断面図。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、図面を参照し、実施形態について説明する。なお、各図面中、同じ要素には同じ符号を付している。

【0008】

図１は、実施形態の角速度取得装置のＭＥＭＳ部１０の模式平面図である。

【0009】

図１に示すＭＥＭＳ部１０の要素は、基板上に設けられた膜をパターニングして得られる。基板は例えばシリコン基板であり、ＭＥＭＳ部１０の要素を構成する膜は例えばシリコン膜である。

【0010】

ＭＥＭＳ部１０は、可動体１１と、ドライブ電極２０と、センス電極５０と、ホールド電極４０と、ストッパ３０とを有する。

【0011】

可動体１１は、Ｙ方向およびＸ方向に振動することができる。Ｘ方向はＹ方向に対して直交している。可動体１１は、主マス部１２と、ドライブ・ホールド用の電極１７と、センス用の電極１３とを有する。主マス部１２、電極１３、および電極１７は、一体に設けられている。

【0012】

一対のドライブ・ホールド用の電極１７がＹ方向に離間して配置され、主マス部１２は一対の電極１７の間に配置されている。電極１７のＸ方向の側方にアンカー部１８とばね部１９が配置され、ばね部１９はアンカー部１８と電極１７を連結している。

【0013】

電極１７は、Ｘ方向に延びる複数のホールド用の可動電極部１５と、Ｙ方向に延びる複数のドライブ用の可動電極部１４とを有する。複数のホールド用の可動電極部１５は、互いに離間してＹ方向に並んでいる。複数のドライブ用の可動電極部１４は、互いに離間してＸ方向に並んでいる。

【0014】

電極１７は、Ｙ方向に延びる支持部１６をさらに有する。支持部１６のＹ方向の両端は、複数の可動電極部１５のうちのＹ方向の最も外側に位置する一対の可動電極部１５ａに固定されている。最も外側の可動電極部１５ａの内側に配置された複数の可動電極部１５ｂの一端は支持部１６に固定され、それら内側の可動電極部１５ｂは支持部１６に対して片持ち支持されている。

【0015】

ドライブ用の可動電極部１４の近くに、Ｙ方向に延びる複数のドライブ電極２０が配置されている。複数のドライブ電極２０は、互いに離間してＸ方向に並んでいる。Ｙ方向に延びるドライブ電極２０の一部は、Ｘ方向で隣接する可動電極部１４の間に位置している。複数の可動電極部１４と複数のドライブ電極２０が櫛歯パターンで配置されている。複数のドライブ電極２０は、パッド部２２に接続している。

【0016】

ドライブ電極２０にはパッド部２２を通じて、可動体１１をＹ方向に強制的に振動させるためのドライブ電圧が与えられる。ドライブ電極２０に与えられるドライブ電圧は、例えばＡＣ（alternating current）電圧である。

【0017】

主マス部１２のＸ方向の側方に、Ｙ方向に延びる複数のセンス用の電極１３が配置されている。複数の電極１３は、互いに離間してＸ方向に並んでいる。

【0018】

センス用の電極１３の近くに、Ｙ方向に延びる複数のセンス電極５０が配置されている。１本のセンス電極５０は、可動体１１のＸ方向で隣接する電極１３間に配置されている。電極１３とセンス電極５０がＸ方向に交互に並んでいる。電極１３とセンス電極５０は、ギャップを隔てて対向している。複数のセンス電極５０は、パッド５１に接続している。

【0019】

可動体１１のドライブ・ホールド用の電極１７の内側に、ホールド電極４０が配置されている。ホールド電極４０は、複数のパッド部４２と、Ｘ方向に延びる複数の固定電極部４１とを有する。複数の固定電極部４１は、互いに離間してＹ方向に並んでいる。複数の固定電極部４１はパッド部４２に接続している。

【0020】

Ｘ方向に延びる可動電極部１５と、Ｘ方向に延びる固定電極部４１とが、Ｙ方向に交互に並んでいる。可動電極部１５と固定電極部４１とが、ギャップを隔てて対向している。

【0021】

Ｘ方向に延びる１本の固定電極部４１は、Ｙ方向の一方の側（図１において下側）で可動電極部１５に対向する第１対向面４１ａと、Ｙ方向の他方の側（図１において上側）で可動電極部１５に対向する第２対向面４１ｂとを有する。

【0022】

可動電極部１５と固定電極部４１との間に、複数のストッパ３０が配置されている。複数のストッパ３０は、固定電極部４１が延びるＸ方向に沿って、互いに離間して配置されている。

【0023】

図２は、図１におけるＡ部の拡大模式平面図である。

【0024】

Ｘ方向に延びる固定電極部４１の一端はパッド部４２に接続されている。固定電極部４１は、パッド部４２に接続された一端から、可動体１１の電極１７の支持部１６に向かって延びている。固定電極部４１の他端（図２において左端）は支持部１６に対して離間し、固定電極部４１はパッド部４２に対して片持ち支持されている。

【0025】

固定電極部４１のＸ方向の両端に一対のストッパ３０が配置されている。固定電極部４１の両端に配置されたストッパ３０は、固定電極部４１の第１対向面４１ａ側で可動電極部１５に対向する端部３０ａをもつ。

【0026】

第１対向面４１ａ側で可動電極部１５に対向するストッパ３０の端部３０ａは、固定電極部４１の第１対向面４１ａよりも、可動電極部１５側に突き出て、可動電極部１５に近い側に位置する。固定電極部４１の第１対向面４１ａと、その第１対向面４１ａ側に配置されたストッパ３０の端部３０ａとの間の距離ｄは、例えば０．３μｍ〜０．５μｍである。

【0027】

固定電極部４１の第２対向面４１ｂ側にもストッパ３０が配置されている。第２対向面４１ｂ側に配置されたストッパ３０のＸ方向の位置は、固定電極部４１の両端に配置されたストッパ３０の間にある。

【0028】

第２対向面４１ｂ側に配置されたストッパ３０は、その第２対向面４１ｂ側で可動電極部１５に対向する端部３０ａをもつ。第２対向面４１ｂ側で可動電極部１５に対向するストッパ３０の端部３０ａは、固定電極部４１の第２対向面４１ｂよりも、可動電極部１５側に突き出て、可動電極部１５に近い側に位置する。

【0029】

固定電極部４１の第１対向面４１ａおよび第２対向面４１ｂには、図２に示す平面視で凹状の領域が形成され、その凹状の領域にストッパ３０が配置されている。ストッパ３０と固定電極部４１との間にはギャップが形成され、ストッパ３０と固定電極部４１は接していない。

【0030】

可動体１１はＹ方向に振動することができる。ストッパ３０は、可動体１１のＹ方向の移動を図３に示す所定位置（ホールド位置）で規制する。ストッパ３０に可動体１１の可動電極部１５が接触することで、可動体１１の図１〜３における上方への移動が規制される。

【0031】

固定電極部４１を含むホールド電極４０には、可動体１１の電極１７を図３に示すホールド位置にホールドするためのホールド電圧が与えられる。ホールド電圧は、例えばＤＣ（direct current）電圧である。

【0032】

図３に示すように、固定電極部４１の第１対向面４１ａ側に配置されたストッパ３０の端部３０ａに可動電極部１５が接触したときに、固定電極部４１にホールド電圧が与えられ、固定電極部４１と可動電極部１５との間に静電引力が生じる。

【0033】

可動体１１の電極１７が図３に示すホールド位置にあるとき、可動電極部１５はストッパ３０に接触し、固定電極部４１の第１対向面４１ａと可動電極部１５との間にはギャップｇ１が存在する。固定電極部４１の第２対向面４１ｂと可動電極部１５との間にはギャップｇ２が存在する。

【0034】

ギャップｇ１を隔てて対向する固定電極部４１の第１対向面４１ａと可動電極部１５との間の距離は、ギャップｇ２を隔てて対向する固定電極部４１の第２対向面４１ｂと可動電極部１５との間の距離よりも小さい。したがって、固定電極部４１の第１対向面４１ａと可動電極部１５との間に働く静電引力は、固定電極部４１の第２対向面４１ｂと可動電極部１５との間に働く静電引力よりも大きい。そのため、可動電極部１５が固定電極部４１の第１対向面４１ａ側に引き寄せられた図３に示すホールド状態が保持される。

【0035】

図１に示すセンス電極５０と、このセンス電極５０に対向する可動体１１の電極１３とは、可変キャパシタを構成する。この可変キャパシタのキャパシタンスの変化をパッド部５１を通じて検出することができる。このキャパシタンスの変化から可動体１１の角速度を検出することができる。

【0036】

可動体１１がＹ方向に振動しているときに、Ｘ方向およびＹ方向に対して垂直な軸のまわりに回転運動をしていると、コリオリ力によって可動体１１がＹ方向に対して垂直なＸ方向に振動する。一般に、角速度は、可動体１１に働くコリオリ力に基づく可動体１１のＸ方向の振動の振幅に比例する。

【0037】

したがって、可動体１１のＸ方向の振動の振幅から、可動体１１の回転運動に基づく角速度を算出することが可能である。実施形態によれば、Ｙ方向に振動している可動体１１がコリオリ力によってＸ方向に振動すると、センス電極５０と可動体１１の電極１３との間の距離が変化し、センス電極５０および電極１３を対向電極にもつ可変キャパシタのキャパシタンスが変化する。このキャパシタンスの変化を検出することで、可動体１１のＸ方向の振動の振幅を求めることができ、可動体の角速度を算出することができる。

【0038】

図４は、実施形態の角速度取得装置の構成を示すブロック図である。

【0039】

実施形態の角速度取得装置は、図１に示すＭＥＭＳ部１０に加えて、ドライブ回路６０と、電圧印加回路７０と、検出部８０と、角速度算出部９０とを有する。

【0040】

ＭＥＭＳ部１０、ドライブ回路６０、電圧印加回路７０、検出部８０、および角速度算出部９０は、同じ半導体基板上に形成され、１チップ化されている。または、ＭＥＭＳ部１０と、回路系要素とは別々のチップに形成され、それらチップがインターポーザ（配線基板）に実装され、１つのパッケージ部品を構成している。

【0041】

ドライブ回路６０は、ドライブ電極２０にドライブ電圧（ＡＣ電圧）を与える。ドライブ電極２０は、図１に示すパッド部２２およびパッド部２２にボンディングされた配線（図示せず）を通じて、ドライブ回路６０と電気的に接続されている。

【0042】

電圧印加回路７０は、ホールド電極４０にホールド電圧（ＤＣ電圧）を与える。ホールド電極４０の固定電極部４１は、図１に示すパッド部４２およびパッド部４２にボンディングされた配線（図示せず）を通じて、電圧印加回路７０と電気的に接続されている。

【0043】

検出部８０は、図１に示すパッド部５１およびパッド部にボンディングされた配線（図示せず）を通じて、センス電極５０と電気的に接続されている。

【0044】

検出部８０は、Ｙ方向に振動している可動体１１に働くコリオリ力に基づく可動体１１のＸ方向の振動の振幅に依存する所定物理量を検出する。所定物理量は、例えば、可動体１１の電極１３とセンス電極５０との間のキャパシタンスに基づく物理量である。

【0045】

すでに述べたように、コリオリ力によって可動体１１がＸ方向に振動すると、センス電極５０と可動体１１の電極１３とで構成される可変キャパシタのキャパシタンスが変化する。このキャパシタンスの変化を検出することで、可動体１１のＸ方向の振動の振幅を求めることができる。具体的には、検出部８０は、可変キャパシタのキャパシタンスに基づくセンス電極５０と電極１３との間の電位差を検出している。この電位差から、可動体１１のＸ方向の振動の振幅を実質的に求めることができる。

【0046】

角速度算出部９０は、検出部８０で検出された上記所定物理量に基づいて可動体１１の角速度を算出する。すでに述べたように、角速度はコリオリ力に基づく可動体１１のＸ方向の振動の振幅に比例するため、検出部８０での検出結果に基づいて可動体１１の角速度を算出することができる。

【0047】

次に、図５に示すタイミングチャートを参照して、実施形態の角速度取得装置の動作を説明する。図５において、縦軸は可動体１１のＹ方向の振幅を、横軸は時間軸を表す。

【0048】

実施形態の角速度取得装置が起動されると、可動体１１は初期状態から動作を開始する。初期状態で、可動体１１は、図３に示すホールド位置にホールドされておらず、Ｙ方向の自由振動の中心位置に静止している。

【0049】

そして、ドライブ回路６０からドライブ電極２０にドライブ電圧を印加し、可動体１１をＹ方向に強制振動させる。図５において時刻ｔ０から可動体１１の強制振動が開始される。ドライブ回路６０からドライブ電極２０にドライブ電圧が与えられるのは、通常は上述した角速度取得装置の起動時のみである。

【0050】

可動体１１のＹ方向の振動の振幅が一定レベルに達した後、時刻ｔ１で強制振動を停止させる。例えば、可動体１１のＹ方向の振動の振幅がピークに達したときに、ドライブ電極２０へのドライブ電圧の印加を停止するとともに、電圧印加回路７０からホールド電極４０へのホールド電圧の印加を開始する。

【0051】

ホールド電極４０の固定電極部４１と、可動体１１の可動電極部１５との間に静電引力が発生し、可動電極部１５が固定電極部４１の第１対向面４１ａ側に引き寄せられる。図３に示すように、第１対向面４１ａ側に配置されたストッパ３０に可動電極部１５が接触し、可動体１１の電極１７が図３に示すホールド位置にホールドされる。上述した時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間を初期設定期間Ｐ０と呼ぶ。

【0052】

初期設定期間Ｐ０が終了すると、センシング期間が開始される。センシング期間では、可動体１１は、Ｙ方向に間欠的に振動する。図５の例では、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間Ｐ１、および時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間Ｐ３では、可動体１１は上述したホールド位置にホールドされており、可動体１１のＹ方向の振動は停止している。このＹ方向の振動が停止している期間Ｐ１、Ｐ３をホールド期間と呼ぶ。

【0053】

時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間Ｐ２、および時刻ｔ４から時刻ｔ５までの期間Ｐ４では、可動体１１はＹ方向に振動している。この可動体１１がＹ方向に振動している期間Ｐ２、Ｐ４を振動期間と呼ぶ。時刻ｔ５以降においても同様に、ホールド期間と振動期間とが一定周期で交互に繰り返される。

【0054】

ホールド期間から振動期間へ移行させる際には、ホールド電極４０へのホールド電圧の印加を停止する。可動体１１は、ホールド位置からＹ方向への自由振動を開始する。すなわち、振動期間では、ドライブ回路６０からドライブ電極２０にドライブ電圧は供給されず、可動体１１はＹ方向に自由振動する。

【0055】

可動体１１がＹ方向に自由振動を開始してから所定時間が経過し、可動体１１のＹ方向の振動がピークに達したタイミングで、電圧印加回路７０からホールド電極４０にホールド電圧が印加される。上述した初期設定期間Ｐ０の終了時点（時刻ｔ１）での動作と同様に、ホールド電極４０に与えられるホールド電圧によって固定電極部４１と可動電極部１５との間に静電引力が生じ、可動電極部１５が固定電極部４１に引き寄せられ、可動体１１はストッパ３０によって図３に示すホールド位置で停止する。

【0056】

可動体１１がＹ方向に自由振動している振動期間において、可動体１１が回転運動をしていると、コリオリ力によって可動体１１がＸ方向に振動する。すでに述べたように、コリオリ力によって可動体１１がＸ方向に振動すると、センス電極５０と、可動体１１の電極１３とで構成される可変キャパシタのキャパシタンスが変化する。このキャパシタンスの変化を検出することで、可動体１１のＸ方向の振動の振幅を求めることができ、可動体１１の角速度を算出することができる。

【0057】

実施形態によれば、ストッパ３０とホールド電極４０により、可動体１１を所定の位置にホールドすることができる。そして、ホールドされた状態から可動体１１を解放し自由振動させ、可動体１１が自由振動をしている期間内に角速度を検出する。可動体１１のホールド動作および可動体１１の自由振動で消費される電力は、ドライブ電極２０による可動体１１の強制振動で消費される電力に比べて非常に小さい。実施形態によれば、低消費電力の角速度取得装置を提供することができる。

【0058】

ストッパ３０は、ホールド電極４０の固定電極部４１と、可動体１１の可動電極部１５との接触および短絡を防ぐ。ストッパ３０の電位はフローティングである。

【0059】

ストッパ３０は、Ｘ方向に延びる固定電極部４１の両端に配置されている。そのため、図３に示すホールド状態において、可動体１１の支持部１６に片持ち支持された可動電極部１５ｂのＸ方向の両端部がストッパ３０に接触する。

【0060】

片持ち支持された可動電極部１５ｂは固定電極部４１との間に働く静電引力によって、その両端を固定電極部４１に近づけるように、たわむことがあり得る。固定電極部４１と可動電極部１５ｂとが対向する領域のＸ方向の両端に配置されたストッパ３０は、たわみを持った可動電極部１５ｂの両端が、固定電極部４１に接触するのを確実に阻止する。

【0061】

固定電極部４１の第２対向面４１ｂ側に配置されたストッパ３０は、固定電極部４１と可動電極部１５との間に静電引力が働いていないときのそれら両者の接触を防ぐ。例えば図１および図２に示す初期位置にある可動体１１に対して下方へ移動させる力が加わったときに、第２対向面４１ｂに対向する可動電極部１５が、第２対向面４１ｂ側に配置されたストッパ３０に接触して、可動電極部１５と固定電極部４１との接触が阻止される。

【0062】

図６（ａ）〜図６（ｃ）は、実施形態のＭＥＭＳ部１０の製造方法を示す模式断面図である。図６（ａ）〜図６（ｃ）に示す断面は、図２におけるＡ−Ａ’部分の断面に対応する。

【0063】

図６（ａ）に示すように、基板１００上に絶縁膜１１０が形成され、その絶縁膜１１０上にＭＥＭＳ部１０を構成する膜１２０が形成される。例えば、基板１００はシリコン基板、絶縁膜１１０はシリコン酸化膜、膜１２０はシリコン膜である。

【0064】

膜１２０は、図１に示す形状にパターニングされる。シリコン膜である膜１２０が、例えば、フッ素を含むガスを用いたＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法によりエッチングされる。図６（ｂ）に示すように、膜１２０に、絶縁膜１１０に達するトレンチＴが形成される。

【0065】

そのトレンチＴに露出する絶縁膜（シリコン酸化膜）１１０は、例えばフッ酸蒸気を用いてエッチングされる。このエッチングは等方的に進行し、図６（ｃ）に示すように、可動体１１の可動電極部１５の下の絶縁膜１１０が除去される。

【0066】

可動体１１の他の部分の下の絶縁膜１１０も除去される。可動体１１、および図１に示すバネ部１９は、基板１００から浮いた状態になる。図１における可動体１１およびバネ部１９以外の要素は、絶縁膜１１０を介して基板１００上に支持されている。可動体１１は、バネ部１９を介してアンカー部１８に支持されている。

【0067】

膜１２０は、膜１２０の上に形成されたマスクを用いてエッチングされる。そのマスクは、図１に示す形状にパターニングされている。

【0068】

図７は、マスクの一部分３０mask、４１maskの模式平面図である。

【0069】

膜１２０は、ＲＩＥ法により縦方向（膜厚方向）にエッチングされる。そのとき、膜１２０に対してサイドエッチング（横方向へのオーバーエッチング）も進み、図７において破線で示すように、膜１２０の平面サイズがマスク３０mask、４１maskの平面サイズよりも小さくなる場合がある。膜１２０のトレンチＴに露出する側面がマスク３０mask、４１maskのエッジよりも内側に後退する。

【0070】

膜１２０のサイドエッチングのレートは、トレンチＴの幅、疎密に依存する傾向がある。ストッパ３０と固定電極部４１が離れた位置に配置された場合において、それらの配置領域の疎密などに起因してストッパ３０と固定電極部４１との間でサイドエッチングのレートに大きな差が生じると、可動電極部１５とストッパ３０の端部３０ａとの間の距離と、可動電極部１５と固定電極部４１の第１対向面４１ａとの間の距離との間の適切な関係を実現できなくなる場合がある。すなわち、可動電極部１５がストッパ３０に接触する前に、固定電極部４１に接触し、可動電極部１５と固定電極部４１が短絡してしまう可能性がある。

【0071】

実施形態によれば、ストッパ３０において可動電極部１５に接触する端部３０ａは、固定電極部４１の第１対向面４１ａに対して略同一辺上で近接して配置されている。そのため、膜１２０のＲＩＥのとき、ストッパ３０の端部３０ａがマスク３０maskのエッジから後退する量と、固定電極部４１の第１対向面４１ａがマスク４１maskのエッジから後退する量との間の差を小さくできる。

【0072】

したがって、マスク３０mask、４１mask上での第１対向面とストッパの端部との間の距離ｄ１と、エッチング後の固定電極部４１の第１対向面４１ａとストッパ３０のの端部３０ａとの間の距離ｄ２との差を小さくできる。すなわち、ほぼ設計値通りの距離ｄ２が得られる。高精度且つ安定した距離ｄ２の実現は、ホールド位置での可動電極部１５と固定電極部４１との短絡を確実に防ぐ。

【0073】

また、前述したようなプロセスばらつきを考慮して距離ｄ１（ｄ２）を大きめに設計すると、図３に示すホールド状態での固定電極部４１と可動電極部１５との間の距離ｄが大きくなる。これは、ホールド状態を維持するためのホールド電圧の上昇および消費電力の増大につながり得る。

【0074】

実施形態によれば、プロセスばらつきの影響を受けずに高精度に距離ｄを形成できるため、距離ｄの狭小化が可能となる。これは、消費電力の低減につながる。

【0075】

図８は、可動電極部１５およびホールド電極４０の他の例を示す模式平面図である。

【0076】

この実施形態において、可動体１１は、図１に示す電極１７の代わりに、図８に示す電極２７を有する。

【0077】

電極２７は、Ｘ方向に延びる複数の可動電極部１５と、Ｙ方向に延びる複数の支持部１６とを有する。可動電極部１５のＸ方向の両端は支持部１６に固定され、可動電極部１５は両持ち支持されている。可動電極部１５の両持ち支持は、片持ち支持に比べて、可動電極部１５の機械的強度を高める。

【0078】

上記実施形態と同様、電極２７の内側にホールド電極４０が配置されている。ホールド電極４０は、Ｘ方向に延びる複数の固定電極部４１を有する。固定電極部４１と可動電極部１５が、Ｙ方向に交互に並んでいる。

【0079】

電極２７は格子状に区切られた複数の領域を有し、１つの領域に１本の固定電極部４１が配置されている。１つの領域内に配置された１本の固定電極部４１のＸ方向の両端は、電極２７の支持部１６に対して離間している。

【0080】

図９は、図８における一部分の拡大模式平面図である。

【0081】

１本の固定電極部４１のＸ方向の両端に一対のストッパ３０が配置されている。それら一対のストッパ３０は、固定電極部４１の第１対向面４１ａ側で可動電極部１５に対向する端部３０ａを有する。それら一対のストッパ３０の端部３０ａは、固定電極部４１の第１対向面４１ａよりも可動電極部１５側に突き出ている。

【0082】

固定電極部４１の第２対向面４１ｂ側にもストッパ３０が配置されている。その第２対向面４１ｂ側のストッパ３０は、固定電極部４１の両端に配置された一対のストッパ３０の間に位置し、第２対向面４１ｂ側で可動電極部１５に対向している。

【0083】

ストッパ３０と固定電極部４１との間にはギャップが形成され、ストッパ３０と固定電極部４１は接触していない。

【0084】

図１０（ａ）は図９におけるＢ−Ｂ’断面図であり、（ｂ）は図９におけるＣ−Ｃ’断面図である。

【0085】

図６（ａ）〜（ｃ）を参照して前述したように、固定電極部４１およびストッパ３０は、基板１００上に形成された膜１２０をパターニングして形成される。したがって、固定電極部４１およびストッパ３０は、基板１００上の同じレイヤーに設けられている。

【0086】

図８および図９に示すレイアウトをもつＭＥＭＳ部において、図１０（ａ）および（ｂ）に示すように、基板１００上に絶縁膜１１０が設けられ、その絶縁膜１１０上に配線２０１、２０２が設けられている。その配線２０１、２０２上に絶縁膜１３０が設けられ、その絶縁膜１３０上に膜１２０をパターニングして得られた固定電極部４１およびストッパ３０が設けられている。

【0087】

絶縁膜１３０上の膜１２０にＲＩＥ法でトレンチを形成して膜１２０をパターニングした後、例えばシリコン酸化膜である絶縁膜１３０をフッ酸蒸気を用いてエッチングして、可動体１１の下の絶縁膜１３０は除去される。

【0088】

固定電極部４１は、図１０（ａ）に示すように、ビア３０２を介して、配線２０２に接続している。固定電極部４１の下のビア３０２のまわりの絶縁膜１３０は残される。

【0089】

ストッパ３０は、図１０（ｂ）に示すように、ビア３０１を介して、配線２０１に接続している。ストッパ３０の下のビア３０１のまわりの絶縁膜１３０は残される。

【0090】

配線２０１および配線２０２を、図９において破線で表す。配線２０２は、ホールド電圧を与える電圧印加回路７０に接続されている。配線２０２は、グランドに接続されている。

【0091】

固定電極部４１は、ビア３０２および配線２０２を通じて、電圧印加回路７０に接続されている。固定電極部４１をパッドおよびボンディングワイヤで電圧印加回路７０と接続する構成に比べて、ホールド電極４０の配置面積の省スペース化を実現できる。

【0092】

ストッパ３０は、ビア３０１および配線２０１を通じて、グランドに接続されている。そのためストッパ３０のチャージアップを防いで、ストッパ３０と接触した可動電極部１５の電位変動、およびスティクションを抑制することができる。スティクションとは、ストッパ３０と可動電極部１５がチャージ起因の静電力で吸着してしまい、ホールド電圧の印加をとめてもストッパ３０と可動電極部１５が離れなくなる動作不良現象を表す。

【0093】

図１に示すレイアウトにおいて、ドライブ電極２０およびこのドライブ電極２０に対して近接配置された可動体１１の電極１４は、可動体１１の主マス部１２と電極１７との間に配置してもよい。

【0094】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0095】

１０…ＭＥＭＳ部、１１…可動体、１５，１５ａ，１５ｂ…可動電極部、２０…ドライブ電極、３０…ストッパ、４０…ホールド電極、４１…固定電極部、５０…センス電極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】