JPH10335675A

JPH10335675A - 半導体マイクロマシン

Info

Publication number: JPH10335675A
Application number: JP9158047A
Authority: JP
Inventors: Manabu Kato; 加藤　　学
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1997-05-30
Filing date: 1997-05-30
Publication date: 1998-12-18

Abstract

(57)【要約】【課題】加速度センサ，角速度センサ，圧力センサ等
といった物理量センサとして使用することができ，測定
精度が高く，製造の歩留まり率が高く，取扱い容易であ
る半導体マイクロマシンを提供すること。【解決手段】基板１１と可動部１２とよりなると共
に，それぞれ基板側電極１１１及び可動部側電極１２１
が設けてある。基板側電極１１１と可動部側電極１２１
との間の静電容量を検出するための検出回路５２を有
し，ここの検出値より基板１１と可動部１２との距離変
位量等を検出し，可動部１２にはスパイラル状の第一コ
イル１８を設けてある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は，加速度センサ，角速度センサ，
圧力センサ等の物理量センサとして使用可能な半導体マ
イクロマシンに関する。

【０００２】

【従来技術】従来，微小な加速度センサ，角速度セン
サ，圧力センサ等を作成する技術として，Ｓｉ等の半導
体材料を利用したマイクロマシニング技術が開発されて
いる。この技術によれば，通常の半導体回路等の作成技
術を組み合わせ，１ミリ以下の微小な上記センサ等を作
成することができる。このような技術により作成された
製品の一例として，以下に示すごとき加速度センサとし
て機能する半導体マイクロマシンがある。

【０００３】図１９〜図２１に示すごとく，上記半導体
マイクロマシン９は，基板１１と，該基板１１に間隙部
１００を設けて対向配置され，かつ４本の針状体１３，
１５によって支持された可動部１２とよりなる。そし
て，上記基板１１及び上記可動部１２にはそれぞれ基板
側電極１１１及び可動部側電極１２１が設けてある。

【０００４】上記基板側電極１１１は，図２０に示すご
とく，基板１１に設けた配線１４４を経由して電極パッ
ド１４３と電気的に接続されている。一方，上記可動部
側電極１２１は，図１９，図２１に示すごとく，針状体
１５，該針状体１５を支持する支持部１５９，配線１４
２を経由して電極パッド１４１と電気的に接続されてい
る。また，上記電極パッド１４１，１４３には図示を略
した検出回路が接続されてなる。上記検出回路は間隙部
１００の静電容量を検出することができる。

【０００５】上記半導体マイクロマシン９を用いた加速
度の検出は以下に示すごとく行うことができる。まず，
上記可動部側電極１２１−基板側電極１１１間に電位差
を付与する。この状態で上記半導体マイクロマシン９に
測定対象となる基板に対して垂直方向の加速度が加わる
ことにより，上記可動部１２が変位する。このため，上
記基板１１と上記可動部１２との間の距離も変化し，こ
れに伴って上記間隙部１００における静電容量が変化す
る。

【０００６】この静電容量の変化に伴う信号電流を上記
検出回路において検出する。以上により，上記可動部１
２の変位は上記検出回路により検出され，ここに加速度
に対応した検出値を得ることができる。

【０００７】なお，他の角速度センサ，圧力センサにお
いても同様に角速度，圧力と比例するような変位，振動
を上記可動部に生じさせ，上記検出回路によってこれら
の値と対応した検出値を得る。

【０００８】また，上記半導体マイクロマシンにおける
可動部は以下に示すごとく作製されている。まず，基板
側電極１１１等を予め設けた基板１１の表面にＰＳＧ
（リンガラス）等からなるエッチング層を設け，該エッ
チング層の表面に半導体薄膜を形成する。次いで，上記
半導体薄膜を可動部１２あるいは針状体１３，１５の形
状にエッチング加工する。その後，上記エッチング層を
ウエット処理等を利用して除去する。以上により，基板
１１と可動部１２との間の空隙部１００が形成され，所
望の形状の可動部１２を得ることができる。

【０００９】

【解決しようとする課題】しかしながら，上記半導体マ
イクロマシンには以下に示す問題点がある。ところで，
上記半導体マイクロマシンにおける両電極間の静電容量
Ｃは，可動部側電極及び基板側電極の有効面積をＳ，両
電極間の距離をｔとすると，Ｃ＝ε₀Ｓ／ｔとなる。な
おε₀は真空の誘電率である。

【００１０】そして，上記基板に対し垂直方向に加速度
が加わった場合の両電極間の距離の変動をΔｔ，この時
の静電容量の変動をΔＣ，また両電極間に加えた電位差
をＶとすると，ΔＣ＝Ｃ−ε₀Ｓ／（ｔ＋Δｔ）あるい
はΔＣ＝Ｃ−ε₀Ｓ／（ｔ−Δｔ）となる。ここにｔ＞
＞Δｔとなることから，ΔＣはおよそＣΔｔ／ｔ（即
ち，ε₀ＳΔｔ／ｔ²）あるいは−ＣΔｔ／ｔ（即ち，
−ε₀ＳΔｔ／ｔ²）となる。この時，検出回路を流れ
る信号電流ＩはＩ＝ｄ（ΔＣＶ）／ｄＴ（Ｔ：時間）と
なり，該信号電流が大きくなるほど半導体マイクロマシ
ンの測定精度も高くなる。

【００１１】従って，半導体マイクロマシンの測定精度
を高めるには，ΔＣまたはＶを大きくすればよい。そし
て，ε₀が定数であることから考えると，以下の方法が
考えられる。（１）有効面積Ｓを大きくする。（２）両電極間の距離ｔを小さくする。（３）Δｔを大きくする。即ち，針状体のバネ定数を小
さくする，あるいは可動部の質量を大きくして，可動部
の変位を増やす。（４）電位差Ｖを大きくする。

【００１２】しかしながら，可動部側電極−基板側電極
間には電位差があるため，可動部−基板間には静電引力
Ｆが作用する。上記静電引力ＦはＦ＝Ｖ²ε₀Ｓ／（２
ｔ²）となる。このため，上述した（１），（２），
（４）の方法では静電引力Ｆも増大してしまうため，可
動部及び基板が接触・固着するという不具合が発生する
おそれがあった。

【００１３】そして（３）の方法であるが，可動部の質
量を増大させるに当たり，有効面積Ｓの増大を防止する
ためには，該可動部の厚みを増大させねばならない。し
かし，上記可動部は半導体薄膜により形成されており，
厚みを増大させることは困難である。つまり，膜の形成
時間の増加による生産性の悪化，内部応力による歪みの
増大，エッチング加工の困難等の問題が生じるためであ
る。

【００１４】更に針状体のバネ定数をより小さくするこ
とにより，上記可動部はより微少な外力により揺動する
ようになる。よって，上記静電引力により可動部及び基
板が接触・固着するという不具合が発生するおそれがあ
った。

【００１５】ところで，上述したごとく上記半導体マイ
クロマシンの製造に当たっては，ウエット処理を利用す
ることがあるが，この場合，処理液の表面張力のために
可動部が基板に接触し，固着して離れなくなってしまう
というスッティッキング現象が生じるという問題があっ
た。この現象が生じた半導体マイクロマシンは不良品と
なるため，製造の歩留まりの低下を招いていた。

【００１６】なお，上記スティッキング現象は，完成し
た半導体マイクロマシンについても発生するおそれがあ
る。つまり，上記基板と可動部との間に静電気等を原因
とした静電引力が作用した場合である。従って，従来の
半導体マイクロマシンの取扱いには厳重な注意が必要で
あった。

【００１７】本発明は，かかる問題点に鑑み，加速度セ
ンサ，角速度センサ，圧力センサ等といった物理量セン
サとして使用することができ，測定精度が高く，製造の
歩留まり率が高く，取扱い容易である半導体マイクロマ
シンを提供しようとするものである。

【００１８】

【課題の解決手段】請求項１の発明は，基板と，該基板
に間隙部を設けて対向配置され，かつ針状体によって支
持された可動部とよりなると共に，上記基板及び上記可
動部にはそれぞれ基板側電極及び可動部側電極が設けて
なり，更に上記基板側電極と上記可動部側電極との間の
静電容量を検出するための検出回路を有し，該検出回路
の検出値より上記基板と上記可動部との距離変位量また
は上記基板に対する上記可動部の可動部変位量を検出す
る半導体マイクロマシンにおいて，上記可動部にはスパ
イラル状の第一コイルを設けてあることを特徴とする半
導体マイクロマシンにある。

【００１９】上記第一コイルは可動部に対して形成され
た導電性の薄膜よりなる。その形状は『スパイラル状』
である。この表現は後述する図１に示すごとく角渦巻形
状の他，円渦巻形状等の各種の螺旋形状を含む表現であ
る。

【００２０】本発明の作用につき，以下に説明する。本
発明にかかる半導体マイクロマシンにおいては，上記可
動部にスパイラル状の第一コイルを設けてある。そし
て，上記半導体マイクロマシンは基板垂直方向に磁化さ
れて，磁界中（正しくは発散磁界中）に該半導体マイク
ロマシンは置かれている。上記第一コイルは通電により
磁界を発生する。この磁界により上記基板と上記可動部
との間には斥力が生じる。このため，上記可動部が上記
基板と接触することを防止することができる。

【００２１】また，仮に上記可動部が上記基板と接触・
固着した場合においても（スティッキング現象が発生し
た場合においても），第一コイルが発する磁界が両者を
分離させることができる。

【００２２】このため，上記従来技術において提示した
半導体マイクロマシンの測定精度を高める方法において
生じる可動部及び基板の接触・固着という問題を防止す
ることができる。このため，本発明にかかる半導体マイ
クロマシンは測定精度の高い優れたものである。

【００２３】また，製造中にスティッキング現象が生じ
た場合においても，第一コイルに通電することで可動部
と基板とを分離することができるため，製造の歩留まり
を高めることができる。また，スティッキング現象の発
生防止を図る作業を不要とすることができる。このた
め，本発明にかかる半導体マイクロマシンの取扱いは容
易である。

【００２４】また，上記第一コイルは，上記半導体マイ
クロマシンを製造する半導体プロセスにて容易に製造す
ることができる。よって，特殊プロセスを必要とせず，
安価に上記半導体マイクロマシンは製造することができ
る。また，上記第一コイルはスパイラル状であるため，
上記基板に対して平行方向に上記可動部が振動する場合
（例えば角速度センサ等），振動する可動部の重心変化
が少なく，可動部の振動が安定する。このため，上記半
導体マイクロマシンの特性の劣化を抑制することができ
る。

【００２５】以上のように，本発明によれば，加速度セ
ンサ，角速度センサ，圧力センサ等といった物理量セン
サとして使用することができ，測定精度が高く，製造の
歩留まり率が高く，取扱い容易である半導体マイクロマ
シンを提供することができる。

【００２６】なお，本発明にかかる半導体マイクロマシ
ンは上述したセンサの他，可動部の変位を利用して何ら
かの値を検出するという機構を持ったセンサについて応
用することができる。

【００２７】次に，請求項２の発明のように，上記第一
コイルは上記可動部側電極に対して上記基板と反対側に
設けてあることが好ましい（後述の図２参照）。これに
より，第一コイルへの通電を原因とする検出値へのノイ
ズの混入を防止することができる。

【００２８】次に，請求項３の発明のように，上記基板
は永久磁石よりなることが好ましい。これにより，基板
と可動部との間の斥力をより強くすることができる。ま
た，外部電源を用いることなく磁界を発生できるため，
磁界印加用の電極パッド，回路，配線等を不要とするこ
とができ，半導体マイクロマシンの構造をより簡単とす
ることができる。

【００２９】次に，請求項４の発明のように，上記永久
磁石の磁界は上記基板に対し垂直方向に形成されている
ことが好ましい。これにより，基板と可動部との斥力の
大きさを最大とすることができる。

【００３０】次に，請求項５の発明のように，上記基板
にはスパイラル状の第二コイルが設けてあることが好ま
しい。これにより，基板と可動部との間の斥力をより強
くすることができる。また，上記第二コイルはＳｉ−Ｉ
Ｃプロセスにて製造することができるため，半導体マイ
クロマシンの製造工程を簡略とすることができる。ま
た，半導体マイクロマシンを小型化することができる。

【００３１】次に，請求項６の発明のように，上記第二
コイルは上記基板側電極に対して上記可動部と反対側に
設けてあることが好ましい。これにより，第二コイルへ
の通電を原因とする検出値へのノイズの混入を防止する
ことができる。

【００３２】次に，請求項７の発明のように，上記第一
コイル及び上記第二コイルは直列接続または並列接続さ
れていることが好ましい。これにより，第一コイルと第
二コイルに対して電流を印加するための回路を共有する
ことができ，半導体マイクロマシンの構造を簡略とする
ことができる。

【００３３】次に，請求項８の発明のように，上記可動
部には上記可動部側電極と共に可動部側配線が設けてあ
り，上記第一コイルは上記可動部側電極及び上記可動部
側配線とは電気的に絶縁されていることが好ましい。こ
れにより，第一コイルと可動部側電極及び可動部側配線
との間において，クロストーク（電荷の移動）が発生し
難くなり，Ｓ／Ｎ比を高め，測定感度を高くすることが
できる。

【００３４】次に，請求項９の発明のように，上記第二
コイルと上記基板側電極とは電気的に絶縁されているこ
とが好ましい。この場合にも，請求項８と同様に，Ｓ／
Ｎ比を高め，測定感度を高くすることができる。

【００３５】次に，請求項１０の発明のように，上記基
板に対して垂直方向の磁界と，上記検出回路より得られ
る信号値をもとに上記静電容量の変動を抑制するよう上
記第一コイルに流れる電流値を制御する第一コイル電流
制御回路とを設けてなることが好ましい。

【００３６】これにより，上記可動部の変位を抑制する
ことができるため，検出可能な物理量の範囲を広くする
ことができる。また，上記可動部の変位に対する静電容
量の変動がより比例関係に近い領域下を用いることがで
き，検出された値の直線性に優れた半導体マイクロマシ
ンを得ることができる。なお，直線性に優れるとは，測
定する物理量の変化と出力との比例関係のズレが小さい
ことを意味している。

【００３７】次に，請求項１１の発明によれば，上記検
出回路より得られる信号値をもとに上記静電容量の変動
を抑制するよう上記第一コイル及び上記第二コイルに流
れる電流値を制御する第一コイル電流制御回路及び第二
コイル電流制御回路とを設けてなることが好ましい。

【００３８】これにより，第一コイルより発生する磁界
と第二コイルにより発生する磁界の大きさをそれぞれ調
節することができ，基板と可動部との間の斥力の大きさ
を調節することができる。これにより，上記可動部の変
位を抑制できるため，測定対象の変化に対する可動部の
変位を少なくすることができる。このため，検出可能な
物理量の範囲を広くすることができる。また，上記可動
部の変位に対して，容量の変化は電極距離間に反比例で
あるが，変位は抑制することにより容量変化の非直線性
の小さい領域で作用できる直線性の高い半導体マイクロ
マシンを得ることができる。

【００３９】

【発明の実施の形態】

実施形態例１本発明の実施形態例にかかる半導体マイクロマシンにつ
き，図１〜図３を用いて説明する。なお，本例にかかる
半導体マイクロマシンは加速度センサとして使用するも
のである。

【００４０】図１〜図３に示すごとく，本例の半導体マ
イクロマシン１は，基板１１と該基板１１に間隙部１０
０を設けて対向配置され，かつ４本の針状体１３，１
５，１６によって支持された可動部１２とよりなる。ま
た，上記基板１１及び上記可動部１２にはそれぞれ基板
側電極１１１及び可動部側電極１２１が設けてある。更
に，上記基板側電極１１１と上記可動部側電極１２１と
の間の静電容量を検出するための検出回路を設けてあ
る。そして，上記可動部１２にはスパイラル状の第一コ
イル１８を設けてある。

【００４１】以下，詳細に説明する。図２に示すごと
く，上記基板１１の表面は絶縁膜１１０にて被覆され，
該絶縁膜１１０の表面に基板側電極１１１，配線１４
２，１４４，エッチング層１１３が設けてある。上記エ
ッチング層１１３には電極パッド１４１，１４３，１４
５が設けてなり，配線１４２，１４４の一部は上記エッ
チング層１１３の下方を経由して電極パッド１４１，１
４３の下部に接続されている。なお，上記エッチング層
１１３はＰＳＧ（リンガラス），ＳｉＯ₂等の絶縁膜１
１０との選択比が大きく，エッチングされやすいものを
使用することが好ましい。

【００４２】なお，図２に示すごとく，上記基板側電極
１１１は配線１４４と一体的に構成されている。よっ
て，上記基板側電極１１１，配線１４４及び電極パッド
１４３は電気的に導通した状態にある。

【００４３】上記可動部１２は４本の針状体１３，１
５，１６によって基板１１に対し支持されている。２本
の針状体１３は上記可動部１２を支持するだけの役割を
負っている。一方，針状体１５は可動部１２を支持する
と共に配線としての役割も負っている。また，上記針状
体１６の表面には配線１８２が設けてある。なお，上記
エッチング層１１３は針状体１３，１５，１６，可動部
１２の形成の際に残留した部分である（実施形態例２参
照）。

【００４４】図１，図２に示すごとく，上記可動部１２
は絶縁膜１２０にて上面で被覆された可動部側電極１２
１より構成されている。上記絶縁膜１２０の表面にはス
パイラル状の薄膜よりなる第一コイル１８が設けてあ
る。上記第一コイル１８の中心部１８０の下方にあたる
絶縁膜１２０にはスルーホール１２２が設けてあり，こ
こにおいて上記第一コイル１８と上記可動部側電極１２
１との電気的導通が確保されている。

【００４５】また，上記第一コイル１８は可動部１２に
おける基板１１と対面しない側の面に設けてある。即
ち，上記第一コイル１８は上記可動部側電極１２１に対
して上記基板１１と反対側に設けてある。

【００４６】上記可動部側電極１２１は上記針状体１
５，該針状体１５の支持部１５９，該支持部１５９の下
部に設けられた配線１４２を経て，上記電極パッド１４
１に電気的に接続されている。一方，上記第一コイル１
８はスルーホール１２２と中心部１８０とが導通され，
端部１８１が上記針状体１６，該針状体１６の支持部１
６９の表面に設けられた配線１８２を経由して，電極パ
ッド１４５に電気的に接続されている。上記電極パッド
１４１，１４３に対しては検出回路５２が接続されてい
る。また，上記電極パッド１４１，１４５に対しては電
源５１が接続されている（図４参照）。

【００４７】また，本例における半導体マイクロマシン
１において，上記可動部側電極１２１，針状体１３，１
５，１６，第一コイルはｎ型多結晶Ｓｉよりなる。ま
た，上記絶縁膜１１０，１２０はＳｉ窒化膜よりなる。
また，上記基板１１は単結晶Ｓｉよりなる。

【００４８】なお，上記第一コイル１８はｐ型多結晶Ｓ
ｉ，ｐ型及びｎ型非晶質Ｓｉ，金，白金，Ｖ，Ｎｂ，Ｔ
ａ，Ｗ，Ｍｏ，モリブデンシリサイド，タングステンシ
リサイドなどのエッチングされ難い導電体を使用するこ
ともできる。また，上記絶縁膜はＳｉ酸化膜，Ａｌ窒化
膜，Ａｌ酸化膜等で形成することもできる。また，上記
可動部１２はｎ型またはｐ型のＳｉ，Ｇｅ，Ｃ，Ｓｉ_x
Ｇｅ_1-x，ＳｉＣ，Ｓｉ_xＧｅ_yＣ_1-x-yよりなる多結
晶薄膜または非晶質薄膜より構成することができる。

【００４９】また，上記可動部１２内にｐｎ接合，ｎｉ
接合，ｐｉ接合が形成されるように可動部側電極１２
１，第一コイル１８の材質を選択することもできる。こ
の場合にはプロセスの簡略化が可能となり，コストを低
くすることができる。なお，上記基板１１内においても
同様のことがいえる。また，上記半導体マイクロマシン
１には，後述する外部磁界を付与するため，外部にコイ
ルまたは永久磁石を配置してある。

【００５０】次に，上記半導体マイクロマシン１による
加速度の検出について説明する。上記基板１１と垂直方
向に外部磁界を付与する。また，上記基板１１及び可動
部１２との間に斥力が働くように第一コイル１８に対し
電源５１より電流を流す。上記可動部側電極１２１は電
極パッド１４１を介してアースされている。また，上記
基板側電極１１１は電極パッド１４３を介して一定電位
に保持されている。これにより，上記可動部側電極１２
１と上記基板側電極１１１との間に電位差が付与され
る。

【００５１】そして，上記基板側電極１１１の電位を電
極パッド１４５を介して第一コイル１８に流れる電流を
制御して，上記基板側電極１１１と可動部側電極１２１
との間に働く斥力と，基板側電極１１１と可動部側電極
１２１との間に働く静電引力とが等しくなるようにす
る。

【００５２】この状態にある半導体マイクロマシン１に
測定対象となる加速度が加わると，該加速度の大きさに
比例して，上記基板１１と上記可動部１２との間の距離
が変動する。

【００５３】前記従来技術において示すごとく，距離の
変動をΔｔ，静電容量の変動をΔＣ，また両電極間の電
位差をＶとすると，ΔＣはおよそＣΔｔ／ｔ（即ち，ε
₀ＳΔｔ／ｔ²）あるいは−ＣΔｔ／ｔ（即ち，−ε₀
ＳΔｔ／ｔ²）となる。そして，上記検出回路５２に流
れる信号電流はＩはＩ＝ΔＣＶとなる。この信号電流を
上記検出回路５２が検出することにより，加速度を測定
することができる。

【００５４】次に，本例における作用効果につき説明す
る。本例にかかる半導体マイクロマシン１においては，
上記可動部１２にスパイラル状の第一コイル１８を設け
てある。上記第一コイル１８には通電により磁界が発生
する。この磁界と上記外部磁界とにより上記基板側電極
１１１と上記可動部側電極１２１との間には斥力が生じ
る。そして，この斥力と上記基板側電極１１１と上記可
動部側電極１２１との間に作用する静電引力が等しくな
るよう，上記基板側電極１１１及び可動部側電極１２１
には電位差を加えてある。

【００５５】このため，斥力がない場合と比較して，本
例のマイクロマシンにおいては，より高い電位差を両電
極１２１，１１１間に加えることができる。そして，上
記検出回路５２を流れる信号電流Ｉも上記電位差に比例
して大きくなることから（Ｉ＝ｄ（ΔＣＶ）／ｄＴ），
半導体マイクロマシン１の測定精度も高くなる。

【００５６】なお，本例にかかる半導体マイクロマシン
１の基板１１を該基板１１と垂直方向に磁化された永久
磁石で構成することもできる。この場合には外部磁場が
不要となるため，よりコンパクトな半導体マイクロマシ
ン１とすることができる。

【００５７】また，図４に示すごとく，本例にかかる半
導体マイクロマシン１の上記検出回路５２，上記電源５
１に対し，上記検出回路５２において検出した信号電流
の値に応じて，上記電源５１をフィードバック制御する
第一コイル電流制御回路５３を設けることもできる。こ
の第一コイル電流制御回路５３は検出回路５２における
信号電流の値が増減した場合，この信号電流の増減分を
打ち消すように，第一コイル１８に流れる電流を増減さ
せて，基板側電極１１１と可動部側電極１２１との間に
働く斥力を増減させる機能を有している。

【００５８】実施形態例２本例は，図５〜図１８に示すごとく，可動部に第一コイ
ル，基板に第二コイルを設けた半導体マイクロマシンで
ある。図５〜図７に示すごとく，上記半導体マイクロマ
シン２の基板１１の表面は絶縁膜１１０にて被覆され，
該絶縁膜１１０の表面にスパイラル状の第二コイル２２
が設けてある。上記第二コイル２２は絶縁膜２１１，２
１２にて，基板側電極１１１と絶縁されている。また，
後述するごとく，上記第二コイル２２は配線２３によっ
て，電極パッド２４７，２４９に対し，電気的導通を確
保しつつ接続されている。

【００５９】また，図１６に示すごとく，上記電極パッ
ド１４１，１４３には検出回路５２が接続されている。
上記電極パッド２４７，２４９には電源５４が接続さ
れ，該電源５４が第二コイル２２に電流を流している。
また，上記電極パッド１４５には電源５１が接続され，
ここから第一コイル１８に電流を流し，可動部側電極１
２１に電圧を印可する。そして，上記検出回路５２と電
源５１との間には第一コイル電流制御回路５３が設けて
ある。その他は実施形態例１と同様である。

【００６０】次に，本例にかかる半導体マイクロマシン
２の製造方法について説明する。まず，基板１１を準備
する。次いで，該基板１１の表面に絶縁膜１１０を形成
する。次に，図８に示すごとく，上記絶縁膜１１０の表
面に配線２３を形成する。その後，図９に示すごとく，
絶縁膜２１１を形成し，上記配線２３の端部２３１，２
３２が露出するように該絶縁膜２１１にスルーホールを
形成する。

【００６１】次に，図１０に示すごとく，上記絶縁膜２
１１の表面に第二コイル２２，配線２４６，２４８，パ
ッド２４０を形成する。この時，上記第二コイル２２の
中心部２２０は上記端部２３２と重なる位置に形成され
る。つまり，この中心部２２０において，上記配線２３
と上記第二コイル２２が導通する。また，上記配線２４
６の端部は上記配線２３の端部２３２と重なる位置に，
また上記配線２４８は第二コイル２２と一体的に設けて
ある。そして，上記配線２４６，配線２４８の端部には
パッド２４０が形成されている。

【００６２】次に，図１１に示すごとく，絶縁膜２１２
を被覆形成し，パッド２４０の一部が露出するようにス
ルーホールを形成する。次に，図１２に示すごとく，上
記絶縁層２１２の表面に，電極パッド１４１，１４３，
２４７，２４９，基板側電極１１１，配線１４４，パッ
ド１５０，配線１４２を形成する。

【００６３】なお，上記パッド１５０は針状体１５の支
持部１５９を介して該針状体１５と電極パッド１４１と
を導通させるために設けてある。なお，上記電極パッド
２４７，２４９は上記パッド２４０の上に電気的導通を
確保しつつ設ける。

【００６４】次に，図１３に示すごとく，エッチング層
２６を設ける。但し，上記電極パッド１４１，１４３，
２４７，２４９，パッド１５０の一部は露出した状態
に，また，針状体１３，１６の支持部１３９，１６９が
形成される予定の部分は，絶縁膜２１２が露出するよう
にエッチングホール１３０，１６０を設ける。その後，
上記エッチング層２６及び電極パッド１４１，１４３，
２４７，２４９等の全て被覆するようにｎ型多結晶Ｓｉ
膜を設け，更にその表面に絶縁膜１２０を設ける。ま
た，絶縁膜１２０にスルーホール１２２を設ける。

【００６５】次に，図１４に示すごとく，上記絶縁膜１
２０に第一コイル１８，配線１８２，電極パッド１４５
を設ける。この時，上記スルーホール１２２を介して第
一コイル１８の中心部１８０で，上記ｎ型多結晶Ｓｉ膜
と電気的に導通させる。次に，可動部１２，針状体１６
となる部分以外の絶縁膜１２０をエッチングにより除去
する。更に，可動部１２，針状体１３，１５，１６，配
線１８２，電極パッド１４１，２４７，１９３，２４
９，１４５となる部分以外のｎ型多結晶Ｓｉ膜をエッチ
ングにより除去する。以上により，図１５に示すごと
く，すべての電極パッド１４１，１４３，１４５，２４
７，２４９が外部に露出する。

【００６６】更に，これらの電極パッド１４１，１４
３，１４５，２４７，２４９の表面にメタル層を設け
る。但し，この段階では，可動部１２と基板１１とは未
だ分離されいない。

【００６７】次に，上記針状体１３，１５，１６及びそ
の近傍以外をレジストにより保護し，上記針状体１３，
１５，１６となる部分を残して，エッチングにより可動
部１２と基板１１との間を分離させ，間隙部１００を形
成する。更に，上記レジストを除去する。以上により，
図５に示すごとき，本例にかかる半導体マイクロマシン
２を得た。

【００６８】本例の半導体マイクロマシン２において
は，可動部１２に第一コイル１８，基板１１に第二コイ
ル２２を設けてある。そして，上記第一コイル１８及び
第二コイル２２にそれぞれ通電し，両コイル１８，２２
にて磁界を発生させ，可動部側電極１２１と基板側電極
１１１との間に斥力を発生させる。このため，外部磁界
が不要となり，半導体マイクロマシンの小型化を図るこ
とができる。また，永久磁石で基板を構成する必要がな
いため，通常の半導体プロセスにより製造が可能とな
る。このため，製造設備に対するコストが安価となる。
その他は実施形態例１と同様の作用効果を有する。

【００６９】なお，本例の半導体マイクロマシン２にお
いて，上記基板側電極１１１と第二コイル２２の間に絶
縁層で挟まれた導電層を挿入し，該導電層を定電位に保
持することができる。これにより，上記第二コイル２２
と上記基板側電極１１１との間の静電容量が低減でき，
信号のノイズレベルの低減を行うことができる。

【００７０】また，本例の半導体マイクロマシン２にお
いて，上記第一コイル１８及び第二コイル２２を直列ま
たは並列に接続することができる。これにより，磁界の
制御回路を一元化でき，回路の簡易化を図ることができ
る。

【００７１】また，図１７に示すごとく，本例の半導体
マイクロマシン２において，上記電極パッド１４１，１
４３に検出回路５２を接続し，上記電極パッド２４７，
２４９には電源５４を接続し，上記電極パッド１４５に
は電源５１を接続，そして，上記検出回路５２と電源５
４との間に第二コイル電流制御回路５５を設けるような
構成とすることもできる。

【００７２】これにより，第二コイル２２に流れる電流
値を検出回路５２の信号電流の大きさに応じて制御する
ことができ，サーボ機構として使用することができる。
これにより，直線性の向上，ダイナミックレンジの拡大
を図ることができる。

【００７３】また，図１８に示すごとく，本例の半導体
マイクロマシン２において，上記電極パッド１４１，１
４３に検出回路５２を接続し，上記電極パッド２４７，
２４９には電源５４を接続し，上記電極パッド１４５に
は電源５１を接続し，そして，上記検出回路５２と電源
５１との間に第一コイル電流制御回路５３を，上記検出
回路５２と電源５４との間に第二コイル電流制御回路５
５を設けるような構成とすることもできる。

【００７４】この場合についても，第一コイル１８，第
二コイル２２に流れる電流値を検出回路５２の信号電流
の大きさに応じて制御することができ，サーボ機構とし
て用いることが可能となる。また，直線性を高めること
ができ，ダイナミックレンジを拡大することができる。

【発明の効果】本発明によれば，加速度センサ，角速度
センサ，圧力センサ等といった物理量センサとして使用
することができ，測定精度が高く，製造の歩留まり率が
高く，取扱い容易である半導体マイクロマシンを提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態例１にかかる，加速度センサとして利
用する半導体マイクロマシンの平面説明図。

【図２】実施形態例１にかかる，半導体マイクロマシン
のＡ−Ａ矢視断面説明図。

【図３】実施形態例１にかかる，半導体マイクロマシン
のＢ−Ｂ矢視断面説明図。

【図４】実施形態例１にかかる，半導体マイクロマシン
の第一コイル電流制御回路の説明図。

【図５】実施形態例２にかかる，第二コイルを基板に設
けた半導体マイクロマシンの平面説明図。

【図６】実施形態例２にかかる，半導体マイクロマシン
のＡ−Ａ矢視断面説明図。

【図７】実施形態例２にかかる，半導体マイクロマシン
のＢ−Ｂ矢視断面説明図。

【図８】実施形態例２にかかる，基板に配線を設けた説
明図。

【図９】実施形態例２にかかる，絶縁膜を形成した説明
図。

【図１０】実施形態例２にかかる，第二コイルと配線と
を設けた説明図。

【図１１】実施形態例２にかかる，絶縁膜を形成した説
明図。

【図１２】実施形態例２にかかる，基板側電極と配線と
を設けた説明図。

【図１３】実施形態例２にかかる，エッチング層を形成
した説明図。

【図１４】実施形態例２にかかる，第一コイルと配線と
を設けた説明図。

【図１５】実施形態例２にかかる，可動部と針状体を形
成した説明図。

【図１６】実施形態例２にかかる，半導体マイクロマシ
ンの第一コイル電流制御回路の説明図。

【図１７】実施形態例２にかかる，半導体マイクロマシ
ンの第二コイル電流制御回路の説明図。

【図１８】実施形態例２にかかる，半導体マイクロマシ
ンの第一コイル電流制御回路及び第二コイル電流制御回
路の説明図。

【図１９】従来技術にかかる，半導体マイクロマシンの
平面説明図。

【図２０】従来技術にかかる，半導体マイクロマシンの
Ｅ−Ｅ矢視断面説明図。

【図２１】従来技術にかかる，半導体マイクロマシンの
Ｆ−Ｆ矢視断面説明図。

【符号の説明】

１．．．半導体マイクロマシン，１００．．．間隙部，１１．．．基板，１１１．．．基板側電極，１２．．．可動部，１２１．．．可動部側電極，１８．．．第一コイル，１３，１５，１６．．．針状体，２２．．．第二コイル，５２．．．検出回路，５３．．．第一コイル電流制御回路，５５．．．第二コイル電流制御回路，

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と，該基板に間隙部を設けて対向配
置され，かつ針状体によって支持された可動部とよりな
ると共に，上記基板及び上記可動部にはそれぞれ基板側
電極及び可動部側電極が設けてなり，更に上記基板側電極と上記可動部側電極との間の静電容
量を検出するための検出回路を有し，該検出回路の検出
値より上記基板と上記可動部との距離変位量または上記
基板に対する上記可動部の可動部変位量を検出する半導
体マイクロマシンにおいて，上記可動部にはスパイラル状の第一コイルを設けてある
ことを特徴とする半導体マイクロマシン。
【請求項２】請求項１において，上記第一コイルは上
記可動部側電極に対して上記基板と反対側に設けてある
ことを特徴とする半導体マイクロマシン。
【請求項３】請求項１又は２において，上記基板は永
久磁石よりなることを特徴とする半導体マイクロマシ
ン。
【請求項４】請求項３において，上記永久磁石の磁界
は上記基板に対し垂直方向に形成されていることを特徴
とする半導体マイクロマシン。
【請求項５】請求項１又は２において，上記基板には
スパイラル状の第二コイルが設けてあることを特徴とす
る半導体マイクロマシン。
【請求項６】請求項５において，上記第二コイルは上
記基板側電極に対して上記可動部と反対側に設けてある
ことを特徴とする半導体マイクロマシン。
【請求項７】請求項５又は６において，上記第一コイ
ル及び上記第二コイルは直列接続または並列接続されて
いることを特徴とする半導体マイクロマシン。
【請求項８】請求項１〜７のいずれか一項において，
上記可動部には上記可動部側電極と共に可動部側配線が
設けてあり，上記第一コイルは上記可動部側電極及び上
記可動部側配線とは電気的に絶縁されていることを特徴
とする半導体マイクロマシン。
【請求項９】請求項５〜８のいずれか一項において，
上記第二コイルと上記基板側電極とは電気的に絶縁され
ていることを特徴とする半導体マイクロマシン。
【請求項１０】請求項１又は２において，上記基板に
対して垂直方向の磁界と，上記検出回路より得られる信
号値をもとに上記静電容量の変動を抑制するよう上記第
一コイルに流れる電流値を制御する第一コイル電流制御
回路とを設けてなることを特徴とする半導体マイクロマ
シン。
【請求項１１】請求項５〜８のいずれか一項におい
て，上記検出回路より得られる信号値をもとに上記静電
容量の変動を抑制するよう上記第一コイル及び上記第二
コイルに流れる電流値を制御する第一コイル電流制御回
路及び第二コイル電流制御回路とを設けてなることを特
徴とする半導体マイクロマシン。