(57)【要約】【課題】本発明は、封止型デバイスである静電容量型の力学量センサにおいて、対称性をもって錘部を多軸方向に変位可能に支持する可撓部の形状不良を低減して他軸感度を低減し、かつ、錘部が配置される封止空間内の真空封止状態を良好に維持する力学量センサ及びその製造方法を提供する。【解決手段】力学量センサは、フレーム部と、フレーム部の内側に配置された錘部と、錘部とフレーム部とを接続する可撓部と、を備えた半導体基板と、フレーム部の一方の側に接合された第１基板と、フレーム部の他方の側に接合された第２基板と、第１基板上に設けられ、錘部と対向する第１電極と、第２基板上に設けられ、錘部と対向する第２電極と、を備え、可撓部は保護膜で被覆され、錘部はフレーム部と第１基板及び第２基板との接合により半導体基板内に形成された封止空間内に配置されている。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレーム部と、前記フレーム部の内側に配置された錘部と、前記錘部と前記フレーム部とを接続する可撓部と、を備えた半導体基板と、
前記フレーム部の一方の側に接合された第１基板と、
前記フレーム部の他方の側に接合された第２基板と、
前記第１基板上に設けられ、前記錘部と対向する第１電極と、
前記第２基板上に設けられ、前記錘部と対向する第２電極と、を備え、
前記可撓部は保護膜で被覆され、前記錘部は前記フレーム部と前記第１基板及び前記第２基板との接合により前記半導体基板内に形成された封止空間内に配置されたことを特徴とする力学量センサ。
【請求項２】
前記可撓部は、少なくとも一つの軸とそれに直交する方向から前記錘部と前記フレーム部とを接続し、前記錘部を外力に応じて多軸方向に変位可能に支持することを特徴とする請求項１記載の力学量センサ。
【請求項３】
半導体基板に、フレーム部、前記フレーム部の内側に配置される錘部、および前記錘部と前記フレーム部とを接続する可撓部となる各領域を形成し、
前記フレーム部領域、前記錘部領域、および前記可撓部領域の上に第１材料により第１保護膜を形成し、
前記第１保護膜上に第２材料により第２保護膜を形成し、
第１エッチング処理により少なくとも前記フレーム部領域上の前記第２保護膜を除去し、
第２エッチング処理により前記フレーム部の接合面に残る前記第１保護膜を除去し、
前記フレーム部の一方の側と接合される第１基板上に、第１電極を形成し、
前記フレーム部の他方の側と接合される第２基板上に、第２電極を形成し、
前記錘部と前記第１電極とを対向させて前記第１基板と前記フレーム部の一方の側とを接合し、
前記錘部と前記第２電極とを対向させて前記第２基板と前記フレーム部の他方の側とを接合し、
前記フレーム部と前記第１基板及び前記第２基板との接合により前記半導体基板内に封止空間を形成し、前記封止空間内に前記錘部を配置したことを特徴とする力学量センサの製造方法。
【請求項４】
前記第１保護膜は、前記第２エッチング処理に対するエッチングストップ層であることを特徴とする請求項３記載の力学量センサの製造方法。
【請求項５】
前記第１保護膜はシリコン酸化膜であり、前記第２保護膜はシリコン窒化膜であることを特徴とする請求項３又は４記載の力学量センサの製造方法。
【請求項６】
前記第１エッチング処理及び前記第２エッチング処理に際して、前記第１材料のエッチング速度は、前記第２材料のエッチング速度より小さいことを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項に記載の力学量センサの製造方法。
【請求項７】
前記可撓部は、少なくとも一つの軸とそれに直交する方向から前記錘部と前記フレーム部とを接続するように形成され、前記錘部が外力に応じて多軸方向に変位可能に支持したことを特徴とする請求項３又は４項に記載の力学量センサの製造方法。
【請求項８】
請求項１又は２に記載の力学量センサと、
前記力学量センサにより検出される力学量検出信号を処理する処理回路と、
を備えることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外力に応じて変位可能な容量素子を用いて力学量を検出する力学量センサ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種電子機器の小型軽量化、多機能化や高機能化が進み、実装される電子部品にも高密度化が要求されている。このような要求に応じて各種電子部品が半導体デバイスとして製造されるものが増加している。このため、回路素子として製造される半導体デバイス以外に力学量を検出するセンサ等も半導体デバイスを用いて製造されて、小型軽量化が図られている。例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いて小型で単純な構造を有する加速度センサあるいは角速度センサでは、外力に応じて変位する可動部を半導体基板に形成し、この可動部の変位が静電容量素子を利用して検出されるタイプのセンサ（いわゆる静電容量型センサ）等が実用化されている。
【０００３】
このようなセンサでは、可動部を安定して変位させるため、半導体基板を封止材（例えば、ガラス基板等）で密封する構造がとられており、密封された封止空間はガス抜き等が行われて、可動部の変位を阻害する要因が排除されている。このような可動部を密封した封止構造を有するデバイスを、本書面では封止型デバイスと呼称するものとする。封止型デバイスには、ＭＥＭＳ素子以外に、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）素子やＦ−ＢＡＲ（Thin Film Bulk Acoustic Wave Resonators）素子等も含まれる。静電容量型センサは、一般に一対のガラス基板に挟まれて接合された半導体基板内に、所定の自由度をもって変位可能な錘部を用意し、当該錘部を加速度や角速度などに伴う変位を検出する錘部として利用する。変位の検出は、容量素子の静電容量の値に基づいて行われる。静電容量型センサにおいて、多軸成分の力学量を検出するために、従来、１軸のセンサを複数組み合わせて使われていたが、サイズやコストの点で問題であった。
【０００４】
そこで、１つのセンサ素子によって多軸成分の検出を行うことが可能な静電容量型センサの研究が進んでいる。このような１つのセンサ素子によって多軸成分の力学量を検出するセンサが開示されている（非特許文献１）。
【０００５】
静電容量型の角速度センサの動作原理について、図１２を参照して説明する。図１２（Ａ）及び（Ｂ）は、静電容量型の角速度センサの概略構成と、基本動作を示す図である。図１２（Ａ）において、角速度センサ７００は、上ガラス基板（第１基板）７０１と、半導体基板７０２と、下ガラス基板（第２基板）７０３と、により構成される。上ガラス基板７０１の半導体基板７０２との対向面には、駆動用の電極７０４が形成されている。半導体基板７０２には、錘部７０５と、錘部７０５を図中の上下方向に変位可能に支持する可撓部７０６が形成されている。半導体基板７０２は、その上面と下面が上ガラス基板７０１と下ガラス基板７０３に接合されて封止されることにより、その内部は真空封止されている。
【０００６】
図１２（Ａ）は、電極７０４に駆動電圧として５Ｖを印加した状態を示す図である。この場合、錘部７０５は電極７０４との間の静電引力Ｆｃにより上方に引っ張り上げられる。図１２（Ｂ）は、電極７０４に印加する駆動電圧を０Ｖにした状態を示す図である。この場合、錘部７０５は可撓部７０６のばね復元力Ｆｂにより元の位置に戻される。この角速度センサ７００では、図１２（Ａ）及び（Ｂ）の駆動電圧の印加動作を繰り返すことにより錘部７０５を振動させた状態で、角速度に伴うコリオリ力が検出される。
【０００７】
図１２では、真空封止された静電容量型の角速度センサを例示したが、真空封止を必要としない静電容量型の加速度センサの製造方法が、例えば、特許文献１により提案されている。この加速度センサでは、シリコン基板をエッチング処理することにより互いに分離して形成された固定部と可動部とから構成されるくし形電極を有している。この加速度センサの製造方法では、シリコン基板の一側面のうち、固定部の固定電極と可動部の梁、質量部及び可動電極に相当する部位に保護膜（シリコン酸化膜：ＳｉＯ２）を形成し、エッチング処理により固定部及び可動部を分離して形成する際の寸法精度を良くすることを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８−１５３０７号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ  ｏｎ  Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｓ，Ｖｏｌ．１２６，Ｎｏ．６，２００６（電気学会論文誌Ｅ，１２６巻，６号，２００６年）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述の特許文献１により提案された加速度センサの製造方法では、最初に、固定部及び可動部の形成部位に関わらずシリコン基板の一側面全体にシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を形成し、パターンニングにより固定部及び可動部の形成部位のシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を除去し、エッチング処理により固定部及び可動部を分離形成し、半導体基板とガラス基板とを接合する前に余分なシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を除去している。このため、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）の形成時に半導体基板のガラス基板との接合面に強い応力を生じさせ、成膜された接合面に結晶欠陥が発生しやすくなる。このため、特許文献１の製造方法では、上述の封止型デバイスにおいて必須となる真空封止状態を維持することは困難である。
【００１１】
また、上述の図１２に示したような静電容量型の角速度センサの製造では、可撓部の上面と下面にはシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）が形成されており、エッチング処理により可撓部を形成する時のエッチングストップ層となる。しかし、可撓部の側壁はシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）が形成されておらず、シリコン（Ｓｉ）が露出しているため、錘部をエッチング処理（ＤＲＩＥ：Ｄｅｅｐ  Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）により形成する際にエッチングガスの回り込み等により側壁部が腐食して、可撓部に形状不良が発生することを確認した。図１３は、可撓部の側壁にエッチングガスによる腐食が発生する現象を模式的に示した図である。図１４は、エッチングガスにより実際に腐食が発生した可撓部の部分を撮影した顕微鏡写真である。図１４に示すように、エッチングガスにより可撓部の側壁が腐食すると、その側壁部分に形状不良が発生する。また、図１４には示していないが、可撓部と錘部とが接続される付根部分にもエッチングガスによる腐食が発生し、付根部分が抉られて形状不良が発生する。
【００１２】
上述のように可撓部及び付根部分に形状不良が発生すると、錘部を多軸方向（Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向）に変位可能に支持する可撓部の対称性が損なわれ、角速度センサの他軸感度を上昇させ、角速度の検出誤差を増加させる原因となる。すなわち、角速度センサでは、加えられる外力に応じて可撓部が撓むことにより錘部を外力に応じた方向のみに変位させることが好ましいが、可撓部の対称性が損なわれると錘部を異なる方向にも変位させることになる。このため、例えば、Ｘ軸方向の外力に対してＸ軸方向の変位のみが計測されるべき場合に、Ｙ軸方向の変位も計測されてしまい、Ｘ軸方向の変位の計測値に対してＹ軸方向の変位の計測値がノイズ成分となり、角速度センサの検出精度を低下させる原因となる。このようなノイズ成分が発生する割合を示す値（％）が、角速度センサの他軸感度である。
【００１３】
本発明は上記に鑑み、封止型デバイスである静電容量型の力学量センサにおいて、対称性をもって錘部を多軸方向に変位可能に支持する可撓部の形状不良を低減して他軸感度を低減し、かつ、錘部が配置される封止空間内の真空封止状態を良好に維持する力学量センサ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の実施の形態に係る力学量センサは、フレーム部と、前記フレーム部の内側に配置された錘部と、前記錘部と前記フレーム部とを接続する可撓部と、を備えた半導体基板と、前記フレーム部の一方の側に接合された第１基板と、前記フレーム部の他方の側に接合された第２基板と、前記第１基板上に設けられ、前記錘部と対向する第１電極と、前記第２基板上に設けられ、前記錘部と対向する第２電極と、を備え、前記可撓部は保護膜で被覆され、前記錘部は前記フレーム部と前記第１基板及び前記第２基板との接合により前記半導体基板内に形成された封止空間内に配置されたことを特徴とする。
【００１５】
本発明の実施の形態に係る力学量センサの製造方法は、半導体基板に、フレーム部、前記フレーム部の内側に配置される錘部、および前記錘部と前記フレーム部とを接続する可撓部となる各領域を形成し、前記フレーム部領域、前記錘部領域、および可撓部領域の上に第１材料により第１保護膜を形成し、前記第１保護膜上に第２材料により第２保護膜を形成し、第１エッチング処理により少なくとも前記フレーム部領域上の前記第２保護膜を除去し、第２エッチング処理により前記フレーム部の接合面に残る前記第１保護膜を除去し、前記フレーム部の一方の側と接合される第１基板上に、第１電極を形成し、前記フレーム部の他方の側と接合される第２基板上に、第２電極と、前記第２電極を形成し、前記錘部と前記第１電極とを対向させて前記第１基板と前記フレーム部の一方の側とを接合し、前記錘部と前記第２電極とを対向させて前記第２基板と前記フレーム部の他方の側とを接合し、前記フレーム部と前記第１基板及び前記第２基板との接合により前記半導体基板内に封止空間を形成し、前記封止空間内に前記錘部を配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、封止型デバイスである静電容量型の力学量センサにおいて、対称性をもって錘部を多軸方向に変位可能に支持する可撓部の形状不良を低減して他軸感度を低減し、かつ、錘部が配置される封止空間内の真空封止状態を良好に維持する力学量センサ及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施の形態に係る力学量センサを分解した状態を示す分解斜視図である。
【図２】半導体基板の構成を示す図であり、（Ａ）は半導体基板の上面を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線から見た半導体基板の断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線から見た半導体基板の断面図である。
【図３】基板の構成を示す図であり、（Ａ）は第１基板の下面を示す平面図、（Ｂ）は第２基板の上面を示す平面図である。
【図４】力学量センサの製造方法を示す図であり、（Ａ）は加工前の半導体基板を示す断面図、（Ｂ）は半導体基板にフレーム部、錘接合部及び可撓部に対応する領域に凹部を形成する工程を示す断面図、（Ｃ）は半導体基板にフレーム部、錘接合部、可撓部及びブロック上層部を形成する工程を示す断面図、（Ｄ）はフレーム部、錘接合部、可撓部及びブロック上層部の表面に酸化膜を形成する工程を示す断面図である。
【図５】力学量センサの製造方法を示す図であり、（Ａ）は半導体基板の上面に窒化膜を形成する工程を示す断面図、（Ｂ）はフレーム部及びブロック上層部の上面の窒化膜を除去して錘接合部及び可撓部の上面にレジストを形成する工程を示す断面図、（Ｃ）はフレーム部上面、ブロック上層部及びＢＯＸ層の酸化膜を除去して錘接合部及び可撓部上面のレジストを除去する工程を示す断面図、（Ｄ）はフレーム部、錘接合部、可撓部及びブロック上層部に残る窒化膜を除去する工程を示す断面図である。
【図６】力学量センサの製造方法を示す図であり、（Ａ）はブロック上層部に導通部を形成する工程を示す断面図、（Ｂ）は半導体基板に第１基板を接合する工程を示す断面図、（Ｃ）は錘接合部等に対応する領域に凹部を形成する工程を示す断面図である。
【図７】力学量センサの製造方法を示す図であり、（Ａ）は半導体基板にフレーム部、錘部及びブロック下層部を形成する開口を形成する工程を示す断面図、（Ｂ）は半導体基板に第２基板を接合する工程を示す断面図である。
【図８】形状を改善した可撓部の顕微鏡写真を示す図である。
【図９】力学量センサにより検出される角速度の変位信号を処理する角速度処理回路の一例を示す図である。
【図１０】力学量センサと処理回路を実装したセンサモジュールの一例を示す図である。
【図１１】センサモジュールを実装したモバイル端末機の一例を示す図である。
【図１２】静電容量型の角速度センサの動作原理を示す図である。
【図１３】可撓部の側壁にエッチングガスによる腐食が発生する現象を模式的に示す図である。
【図１４】形状不良が発生した可撓部の顕微鏡写真を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の一実施の形態を詳細に説明する。なお、本実施の形態では、封止型デバイスとして力学量センサの例について説明する。
【００１９】
＜力学量センサの構造＞
図１は力学量センサ１００を分解した状態を示す分解斜視図である。図１では力学量センサ１００の面内に直交する２軸（Ｘ軸とＹ軸）を設定し、この２軸に垂直な方向をＺ軸と定めている。力学量センサ１００は、半導体基板Ｗを、その上下に位置する第１基板１４０と第２基板１５０とで挟んで構成されている。半導体基板Ｗは、シリコン膜１１０、ＢＯＸ層１２０、シリコン基板１３０が順に積層して構成される。半導体基板Ｗは後述するような製造工程により、枠状のフレーム（フレーム部１１１とフレーム部１３１とを含む）と、このフレーム内に可撓性を有する可撓部１１３（１１３ａ〜１１３ｄ）により変位可能に支持される錘接合部（錘接合部１１２と錘接合部１３２とを含む）とが、一体的に構成され、力学量を検出するセンサ部を形成している。また、シリコン膜１１０には、フレーム部１１１、錘接合部１１２ａ〜１１２ｅ及び可撓部１１３（１１３ａ〜１１３ｄ）から離隔して、ブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊが形成されている。
【００２０】
シリコン膜１１０、ＢＯＸ層１２０、シリコン基板１３０、第１基板１４０、第２基板１５０は、その外周が例えば３ｍｍ×３ｍｍの略正方形状であり、これらの高さはそれぞれ２０μｍ、２μｍ、６００μｍ、５００μｍ、５００μｍである。これらの外形、高さは一例であり、上記に限定されるものではない。
【００２１】
シリコン膜１１０、ＢＯＸ層１２０、シリコン基板１３０から構成される半導体基板Ｗは、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いて製造可能である。また、第１基板１４０および第２基板１５０は、ガラス材料、半導体材料、金属材料、絶縁性樹脂材料のいずれかにより構成される。
【００２２】
次に、半導体基板Ｗの詳細な構成について、図２を参照して説明する。図２において、（Ａ）は半導体基板Ｗの平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線から見た半導体基板Ｗの断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線から見た半導体基板Ｗの断面図である。
【００２３】
図２（Ａ）に示すシリコン膜１１０には、フレーム部１１１、錘接合部１１２ａ〜１１２ｅ、可撓部１１３ａ〜１１３ｅ及びブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊが形成されている。フレーム部１１１は、外周が略正方形、内周が錘接合部１１２ａ〜１１２ｅの形状に応じた多角形の枠形状の基板である。錘接合部１１２ａ〜１１２ｅは、図２（Ａ）をＺ方向から見た場合、略クローバー状の形状を有している。錘接合部１１２ａ〜１１２ｅは、該錘接合部１１２ａ〜１１２ｅと略同一形状の錘部１３２（図２（Ｂ）及び（Ｃ）に示す錘部１３２）とＢＯＸ層１２０を介して接合され、フレーム部１１１に対して一体的に変位する。可撓部１１３ａ〜１１３ｄは、それぞれ略長方形の基板であり、フレーム部１１１と錘接合部１１２ｂ〜１１２ｅとを４方向で接続する。可撓部１１３ａ〜１１３ｄは、厚みが薄いため可撓性を有しており、撓みが可能な梁として機能する。可撓部１１３ａ〜１１３ｄが撓むことで、錘接合部１１２ａ〜１１２ｅがフレーム部１１１に対して変位可能である。なお、ブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊは、フレーム部１１１、錘接合部１１２ａ〜１１２ｅ及び可撓部１１３ａ〜１１３ｅから離間して形成されている。
【００２４】
錘接合部１１２ａ〜１１２ｅ及び可撓部１１３ａ〜１１３ｅは、その一部を図２（Ｂ）に示すように、フレーム部１１１表面よりも低い位置に形成されており、第１基板１４０に対して変位可能である。
【００２５】
錘接合部１１２ａの上面は、駆動用電極として機能する。この錘接合部１１２ａの上面は、第１基板１４０の下面に設置された後述する駆動用電極１４４ａ〜１４４ｅ（図３参照）との間に印加された電圧によって錘接合部１１２ａ〜１１２ｅをＺ軸方向に振動させる。この駆動の詳細については後述する。
【００２６】
錘接合部１１２ｂ〜１１２ｅの上面は、錘接合部１１２ｂ〜１１２ｅのＸ軸およびＹ軸方向の変位を検出する後述する検出用電極としてそれぞれ機能する。この錘接合部１１２ｂ〜１１２ｅの上面は、第１基板１４０の下面に設置された後述する検出用電極１４１ｂ〜１４１ｅとそれぞれ容量性結合する。なお、錘接合部１１２ｂ〜１１２ｅと検出用電極１４１ｂ〜１４１ｅにそれぞれ付した符号のアルファベット部分（ｂ〜ｅ）は、それぞれ相互の位置関係に対応させて同様の順序で付している。この検出の詳細については後述する。
【００２７】
図２（Ｂ）において、シリコン基板１３０には、フレーム部１３１と、錘部１３２（１３２ａ〜１３２ｅ）と、ブロック下層部１３４ａ〜１３４ｊと、が形成されている。シリコン基板１３０は、半導体基板Ｗをエッチングして開口を形成することで、フレーム部１３１と錘部１３２（１３２ａ〜１３２ｅ）が作成可能である。なお、錘部１３２の高さ（図２（Ｂ）のＺ軸方向）は、フレーム部１３１の高さより低く作成する。これは、錘部１３２と第２基板１５０との間に測定レンジに相当するギャップを確保し、錘部１３２の変位を可能にするためである。なお、ブロック下層部１３４ａ〜１３４ｊは、フレーム部１３１、錘部１３２及び可撓部１１３ａ〜１１３ｅから離間して形成されている。
【００２８】
フレーム部１３１は、外周が略正方形、内周が錘部１３２の形状に応じた多角形の枠形状の基板であり、シリコン膜１１０のフレーム部１１１と対応した形状を有する。フレーム部１３１は、ＢＯＸ層１２０ａを介してフレーム部１１１に接合されており、フレーム部１１１と一体化されている。
【００２９】
錘部１３２は、加速度に起因する力、あるいは、角速度に起因するコリオリ力を受ける錘（作用体）として機能する。錘部１３２は、略直方体形状の錘部１３２ａ〜１３２ｅに区分される。中心に配置された錘部１３２ａには、４方向から錘部１３２ｂ〜１３２ｅが接続され、全体として一体的に変位（移動、回転）することが可能となっている。即ち、錘部１３２ａは、錘部１３２ｂ〜１３２ｅを接続する接続部として機能する。錘部１３２は、図２（Ａ）を鉛直方向から見た場合に、略クローバー状の形状を有している。
【００３０】
錘部１３２ａ〜１３２ｅは、それぞれ錘接合部１１２ａ〜１１２ｅと対応する略正方形の断面形状（図２（Ａ）のＸ−Ｙ座標平面から見た形状）を有する。錘部１３２ａ〜１３２ｅは、ＢＯＸ層１２０ｂを介して錘接合部１１２ａ〜１１２ｅと接合される。錘部１３２ａ〜１３２ｅに加わった力に応じて錘接合部１１２が変位し、その結果、力学量の測定が可能となる。
【００３１】
錘部１３２を錘部１３２ａ〜１３２として構成している理由は、力学量センサ１００の小型化と高感度化の両立を図るためである。力学量センサ１００を小型化（小容量化）すると、錘部１３２の容量も小さくなり、その質量が小さくなることから、力学量に対する感度も低下する。可撓部１１３ａ〜１１３ｄの撓みを阻害しないように錘部１３２ｂ〜１３２ｅを分散配置することで、錘部１３２全体としての質量を確保している。この結果、力学量センサ１００の小型化と高感度化の両立が図られる。
【００３２】
錘部１３２ａの下面（第２基板１５０の上面に対向する面）は、後述する駆動用電極Ｅとして機能する。この錘部１３２ａの下面は、第２基板１５０の上面に設置された後述する駆動用電極１５１ａ（図３（Ｂ）参照）との間に印加された電圧によって錘接合部１１２ａ〜１１２ｅをＺ軸方向に振動させる。なお、この駆動の詳細については後述する。
【００３３】
錘部１３２ｂ〜１３２ｅのそれぞれの下面は、錘接合部１１２ｂ〜１１２ｅのＸ軸およびＹ軸方向の変位を検出する後述する検出用電極としてそれぞれ機能する。これらの錘部１３２ｂ〜１３２ｅの裏面の検出用電極は、第２基板１５０の上面に設置された後述する検出用電極１５１ｂ〜１５１ｅ（図３（Ｂ）参照）とそれぞれ容量性結合する。なお、錘部１３２ｂ〜１３２ｅと検出用電極１５１ｂ〜１５１ｅにそれぞれ付した符号のアルファベット部分（ｂ〜ｅ）は、それぞれ相互の位置関係に対応させて同様の順序で付している。この検出の詳細については後述する。
【００３４】
図２（Ｂ）及び（Ｃ）に示すＢＯＸ層１２０は、フレーム部１１１とフレーム部１３１とを接続するＢＯＸ層１２０ａと、錘接合部１１２ａ〜１１２ｅと錘部１３２ａ〜１３２ｅを接続するＢＯＸ層１２０ｂと、ブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊとブロック下層部１３４ａ〜１３４ｊを接続するＢＯＸ層１２０ｃと、により構成される。ＢＯＸ層１２０は、図２（Ｂ）及び（Ｃ）に示す部分以外の部分では、シリコン膜１１０及びシリコン基板１３０とは接続されていない。
【００３５】
ブロック下層部１３４ａ〜１３４ｊは、それぞれブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊと対応する略正方形の断面形状を有し、ＢＯＸ層１２０ｃによりブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊと接合される。ブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊ及びブロック下層部１３４ａ〜１３４ｊを接合したブロックは、それぞれ駆動用電極１４１ａ及び検出用電極１４１ｂ〜１４１ｅと、後述する駆動用電極１５１ａ及び検出用電極１５１ｂ〜１５１ｅに電源を供給するための配線の用途で用いられる。
【００３６】
また、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すシリコン膜１１０のフレーム部１１１の一部及びブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊの各中央部と、ＢＯＸ層１２０ｂの一部及びＢＯＸ層１２０ｃの各中央部には、第１基板１４０とシリコン基板１３０とを必要な部分で導通させるため導通部１６０が形成されている。導通部１６０は、第１基板１４０とシリコン基板１３０とを導通させるものであり、シリコン膜１１０のフレーム部１１１の一部及びブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊと、ＢＯＸ層１２０ｂの一部及びＢＯＸ層１２０ｃを貫通して形成されている。導通部１６０は、例えば、テーパー形状の貫通孔内に金属層を配置して構成されている。これらの導通部１６０は、後述する第１基板１４０に形成された配線用端子Ｔ１〜Ｔ１１の各形成位置に合わせて形成されている。なお、導通部１６０はシリコン膜１１０の上面より突出しないことが好ましい。
【００３７】
次に、図３を参照して第１、第２基板１４０、１５０について説明する。図３（Ａ）は第１基板１４０をＺ正方向から透視した平面図である。第１基板１４０の下面（シリコン膜１１０と対向する側）には駆動電極１４１ａと検出電極１４１ｂ〜１４１ｅが配置されている。駆動電極１４１ａは配線Ｌ１を通じて配線用端子Ｔ１と電気的に接続されている。検出電極１４１ｂ〜ｅは配線Ｌ３〜Ｌ６を通じて配線用端子Ｔ３〜Ｔ６と電気的に接続されている。なお、添え字の番号は対応している。なお、配線Ｌ１，Ｌ３〜Ｌ６と配線用端子Ｔ１，Ｔ３〜Ｔ６にそれぞれ付した符号の数字部分（１，３〜６）は、それぞれ相互の位置関係に対応させて同様の順序で付している。このように、駆動電極１４１ａと検出電極１４１ｂ〜ｅからの電気信号を外部に取り出すことが可能である。
【００３８】
図３（Ｂ）はＺ正方向からみた第２基板１５０の平面図である。第２基板１５０の上面（シリコン基板１３０と対向する側）には駆動電極１５１ａと検出電極１５１ｂ〜ｅが配置されている。駆動電極１５１ａは配線Ｌ２を通じて配線用端子Ｔ２と電気的に接続されている。検出電極１５１ｂ〜ｅは配線Ｌ７〜Ｌ１０を通じて配線用端子Ｔ７〜Ｔ１０と電気的に接続されている。ここでは詳細を図示しないが、配線Ｌ１〜Ｌ１０は、ブロック部と第１基板または第２基板との間に介在された状態にある。このようにして、駆動電極１５１ａと検出電極１５１ｂ〜ｅからの電気信号を外部に取り出すことが可能である。なお、配線Ｌ２，Ｌ７〜Ｌ１０と配線用端子Ｔ２，Ｔ７〜Ｔ１０にそれぞれ付した符号の数字部分（２，７〜１０）は、それぞれ相互の位置関係に対応させて同様の順序で付している。
【００３９】
以上の図２及び図３に示した構成により、力学量センサ１００の外部（Ｃ−Ｖ変換回路など）と駆動用電極１４１ａ，１５１ａ及び検出用電極１４１ｂ〜１４１ｅ，１５１ｂ〜１５１ｅとの電気的接続を可能としている。
【００４０】
＜力学量センサの動作＞
上述したように、この力学量センサ１００では、錘接合部１１２と錘部１３２（１３２ａ〜１３２ｅ）が一体形成された錘部が、フレーム部１１１から延びる可撓部１１３により支持され、第１基板１４０、第２基板１５０、半導体基板Ｗにより囲まれた空間内で変位できるように構成されている。
【００４１】
力学量センサ１００を加速度センサとして用いる場合は、加速度の作用に起因して生じる錘部１３２の変位を検出すればよい。加速度は、錘接合部１１２および錘部１３２と検出電極とで形成した容量素子の静電容量変化により、錘部（錘接合部１１２と錘部１３２の接合体）の変位を検出する。Ｘ、Ｙ軸方向の加速度は錘部の傾き、Ｚ軸方向の加速度はＺ軸方向に沿った錘部の変位を検出することで検出可能である。
【００４２】
力学量センサ１００を角速度センサとして用いる場合は、錘部１３２を駆動用電極１４１ａ，１５１ａにより上下振動させ（一般に、交流電圧を印加し、単振動させる）、角速度の作用に起因して生じる錘部１３２の変位を検出すればよい。例えば、錘部１３２がＺ軸方向に速度ｖｚで移動しているときに角速度ωが印加されると錘部１３２にコリオリ力Ｆが作用する。具体的には、Ｘ軸方向の角速度ωｘおよびＹ軸方向の角速度ωｙそれぞれに応じて、Ｙ軸方向のコリオリ力ＦｙおよびＸ軸方向のコリオリ力Ｆｘが錘部１３２に作用する。Ｘ軸方向の角速度ωｘによるコリオリ力Ｆｙが印加されると、錘接合部１１２にＹ方向への傾きが生じる。このように、角速度ωｘ，ωｙに起因するコリオリ力Ｆｙ，Ｆｘによって錘接合部１１２にＹ方向、Ｘ方向の傾き（変位）が生じる。したがって、錘部１３２の各軸方向の変位をそれぞれ検出すれば、各軸方向成分の角速度の値を求めることができる。力学量センサ１００においては、各軸方向成分の角速度の値を、錘部１３２と各電極との間で形成される容量素子の静電容量変化を検出することで検出が可能である。
【００４３】
駆動原理の一例について説明する。駆動用電極と錘部の間に電圧を印加すると、クーロン力によって駆動用電極と錘部が互いに引き合い、錘部（錘接合部１１２と錘部１３２）はＺ軸正方向または負方向に変位する。上下の駆動用電極に電圧印加を交互に行うことで、錘接合部１１２（錘部１３２も）はＺ軸方向に振動する。この電圧の印加は正又は負の直流波形（非印加時も考慮するとパルス波形）、半波波形等を用いることができる。駆動用電極と錘部の間、又は駆動用電極のいずれか一方のみに、錘部１３２の固有振動数の１／２の周波数の交流電圧を印加してもよい。錘部はフレーム部、第１基板１４０、及び第２基板１５０で囲まれた減圧空間内に配置されているため、安定して変位することができる。
【００４４】
一般に、角速度信号は数ｋＨｚ以上であり、加速度信号は角速度信号よりも２桁以上低い周波数であるため、外部の信号処理回路において各々を識別することができる。すなわち、加速度、角速度は外部に設けた信号処理回路により、低周波数成分（あるいはバイアス成分）、振動周波数に追随する信号をそれぞれフィルタ回路で処理し、その処理後の各信号を検出することで、３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）方向の加速度および２軸（Ｘ，Ｙ）方向の角速度を検出することが可能である。すなわち、１つのセンサ素子である力学量センサ１００を用いることにより、３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）方向の加速度および２軸（Ｘ，Ｙ）方向の角速度の双方あるいはいずれか一方を検出することが可能である。本実施の形態に記載した力学量センサ１００は、３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）方向の加速度と、２軸まわり（Ｘ，Ｙ）の角速度を検出することができる。
【００４５】
＜力学量センサの製造方法＞
以下、力学量センサ１００の製造方法について図４（Ａ）〜（Ｄ）と、図５（Ａ）〜（Ｄ）と、図６（Ａ）〜（Ｄ）と、図７（Ａ），（Ｂ）を参照しながら説明する。なお、図４（Ａ）〜（Ｄ）、図５（Ａ）〜（Ｃ）、図６（Ａ）〜（Ｄ）、図７（Ａ），（Ｂ）は、図２（Ａ）に示したＡ−Ａ線から見た断面に基づいて各製造工程を示している。
【００４６】
（１）半導体基板Ｗの準備（図４（Ａ）参照）
シリコン膜１１０、ＢＯＸ層１２０、シリコン基板１３０を積層してなる半導体基板Ｗ（ＳＯＩ基板）を用意する。上述したように、シリコン膜１１０は、フレーム部１１１、錘接合部１１２、可撓部１１３、およびブロック上層部１１４を構成する層である。ＢＯＸ層１２０は、シリコン膜１１０とシリコン基板１３０とを接合する層であり、かつエッチングストッパ層として機能する層である。シリコン基板１３０は、フレーム部１３１、錘部１３２、およびブロック下層部１３４を構成する層である。半導体基板Ｗは、ＳＩＭＯＸないし、貼り合せ法等により作成される。
【００４７】
（２）シリコン膜１１０の加工（図４（Ｂ）参照）
フレーム部１１１、錘接合部１１２ａ〜１１２ｅ、可撓部１１３ａ〜１１３ｄ、ブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊを加工するためのマスクを形成し、該マスクを介してシリコン膜１１０をエッチングすることにより、フレーム部１１１と、錘接合部１１２ａ〜１１２ｅ及び可撓部１１３ａ〜１１３ｄを形成する位置に凹部１７０を形成する。エッチング方法として、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法を用いることができる。
【００４８】
（３）シリコン膜１１０とＢＯＸ層１２０の加工（図４（Ｃ）参照）
所定のマスクが形成されたシリコン膜１１０をエッチングすることにより、フレーム部１１１、錘接合部１１２ａ〜１１２ｅ、可撓部１１３ａ〜１１３ｄ、ブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊをそれぞれ形成する。エッチング方法として、ＤＲＩＥ（Ｄｅｅｐ  Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）を用いることができる。この場合、酸化シリコンとシリコンとでエッチング選択性を有するガスを用いればよい。
【００４９】
（４）シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）の形成（図４（Ｄ）参照）
図４（Ｃ）においてフレーム部１１１、錘接合部１１２ａ〜１１２ｅ、可撓部１１３ａ〜１１３ｄ、ブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊが形成されたシリコン膜１１０上面の全面に熱酸化処理によりシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）２０１を形成する。この場合、熱酸化処理を用いることにより、フレーム部１１１、錘接合部１１２ａ〜１１２ｅ、可撓部１１３ａ〜１１３ｄ、ブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊの各表面（図中の上面及び側面を含む）にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）２０１を形成することができる。このシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）２０１は、後述するフレーム部１１１、錘接合部１１２ａ〜１１２ｅ、可撓部１１３ａ〜１１３ｄ、ブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊをエッチングにより分離する際に、特に、可撓部１１３ａ〜１１３ｄの表面（図中の上面及び側面を含む）をエッチングガスの腐食に対して保護するエッチングストッパ層（第１保護膜）になる。
【００５０】
（５）シリコン窒化膜（ＳｉＮ）の形成（図５（Ａ）参照）
図４（Ｄ）においてシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）２０１が形成されたシリコン膜１１０上面の全面にＬＰＣＶＤ（Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によりシリコン窒化膜（ＳｉＮ）２０２を形成する。この場合、ＬＰＣＶＤ法を用いることにより、フレーム部１１１、錘接合部１１２ａ〜１１２ｅ、可撓部１１３ａ〜１１３ｄ、ブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊの表面（図中の上面及び側面を含む）にシリコン窒化膜（ＳｉＮ）２０２を形成することができる。
【００５１】
（６）シリコン窒化膜（ＳｉＮ）の除去（図５（Ｂ）参照）
図５（Ｂ）において、錘接合部１１２ａ〜１１２ｅと可撓部１１３ａ〜１１３ｄの形成領域に対応するマスク（図示せず）を用いて、錘接合部１１２ａ〜１１２ｅと可撓部１１３ａ〜１１３ｄの上面にレジスト２０３を形成する。次いで、図中の上方からエッチングガスを流すドライエッチングにより、フレーム部１１１、錘接合部１１２ａ〜１１２ｅ、ブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊ、及びＢＯＸ層１２０の各上面のシリコン窒化膜（ＳｉＮ）２０２を除去する。ドライエッチング方法としては、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法を用いることができる。
【００５２】
（７）シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）とレジストの除去（図５（Ｃ）参照）
さらに、図５（Ｃ）において、ウエットエッチングにより、フレーム部１１１、錘接合部１１２ａ〜１１２ｅ、及びブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊの各上面のシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）と、これら各部の間のＢＯＸ層１２０を除去するとともに、可撓部１１３ａ〜１１３ｄ上面のレジスト２０３を除去する。
【００５３】
（８）シリコン窒化膜（ＳｉＮ）の除去（図５（Ｄ）参照）
次いで、熱リン酸を利用するウエットエッチングにより、フレーム部１１１及びブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊの側壁に残るシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を除去し、錘接合部１１２ａ〜１１２ｅ及び可撓部１１３ａ〜１１３ｄの上面と側壁に残るシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を除去する。
【００５４】
以上の工程により、可撓部１１３ａ〜１１３ｄの表面（図中の上面及び側面を含む）は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）で被覆されるため、素子を分離する際のエッチングガスの回り込みによる腐食から可撓部１１３ａ〜１１３ｄの表面（図中の上面及び側面を含む）を保護することが可能になる。また、第１基板１４０と接合されるフレーム部１１１及びブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊの各接合面からシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）とシリコン窒化膜（ＳｉＮ）の残滓は除去されるため、第１基板１４０に接合する際に密着性を向上できる。
【００５５】
（９）導通部１６０の形成（図６（Ａ）参照）
導通部１６０の形成領域に対応するマスク（図示せず）を用いてブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊ及びＢＯＸ層１２０をエッチングすることにより、導通部１６０の加工位置を決める開口（図示せず）を形成する。エッチング方法として、ＤＲＩＥ（Ｄｅｅｐ  Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）を用いることができる。続いて、ブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊとＢＯＸ層１２０ａを貫通する開口に対して、例えば、Ａｌを蒸着法やスパッタ法等により堆積させて、導通部１６０を形成する。ブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊの上面に堆積した不要な金属層（導通部１６０の上端の縁（図示せず）の外側の金属層）はエッチングで除去する。
【００５６】
（１０）第１基板の接合（図６（Ｂ）参照）
第１基板１４０の接合は、以下の１）〜３）に示す工程により行われる。
【００５７】
１）第１基板１４０の作成
第１基板１４０は、ガラス材料、半導体、金属材料、絶縁性樹脂材料のいずれかより構成される。第１基板１４０としてガラス材料を用いる場合について説明する。可動イオンを含むガラス基板（例えばテンパックス（登録商標）ガラス）を用いる。第１基板１４０のシリコン膜１１０との対向面の錘接合部１１２ａ〜１１２ｅにそれぞれ対向する位置に駆動用電極１４１ａ、検出用電極１４１ｂ〜１４１ｅ、及び配線Ｌ１，Ｌ３〜Ｌ６を、例えば、Ａｌからなるパターンによって形成する（図３（Ａ）参照）。また、第１基板１４０をエッチングあるいはサンドブラストにより、配線用端子Ｔ１〜Ｔ１１を形成するための上広の錐状貫通孔（図示せず）を１１個形成する（図６（Ｂ）、図３（Ａ）参照）。なお、図６（Ｂ）では、配線用端子Ｔ４，Ｔ６が形成された断面を示している。
【００５８】
２）半導体基板Ｗと第１基板１４０の接合
第１基板１４０と半導体基板Ｗとを、陽極接合により接合する（図６（Ｂ）参照）。可動部を形成する前に、第１基板１４０を陽極接合しているので、半導体基板Ｗと第１基板１４０の陽極接合時に静電引力が発生しても錘接合部１１２ａ〜１１２ｅは第１基板１４０側に引き寄せられることはない。
【００５９】
３）配線用端子Ｔ１〜Ｔ１１の形成
第１基板１４０の上面及び錐状貫通孔（図示せず）内に、例えば、Ｃｒ層、Ａｕ層の順に金属層を蒸着法やスパッタ法等により形成する。不要な金属層（配線用端子Ｔ１〜Ｔ１１の上端の縁の外側の金属層）をエッチングにより除去し、配線用端子Ｔ１〜Ｔ１１を形成する（図３（Ａ）参照）。配線用端子Ｔ１〜Ｔ１１は、半導体基板Ｗとの接合前に形成しておいてもよい。
【００６０】
（１１）シリコン基板１３０の加工（図６（Ｃ）参照）
シリコン基板１３０の第２基板１５０との対向面の、フレーム部１３１、錘部１３２ａ〜１３２ｅ及びブロック下層部１３４ａ〜１３４ｊの形成位置に対応する領域をエッチングすることにより凹部１８０を形成する。エッチング方法として、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法を用いることができる。
【００６１】
（１２）シリコン基板１３０の加工（図７（Ａ）参照）
フレーム部１３１、錘部１３２ａ〜１３２ｅ、ブロック下層部１３４ａ〜１３４ｊを加工するためのマスクを形成し、該マスクを介してシリコン基板１３０をエッチングすることにより、フレーム部１１１と、錘接合部１１２ａ〜１１２ｅ及び可撓部１１３ａ〜１１３ｄに対応する開口１８１を形成する。エッチング方法として、ＤＲＩＥ（Ｄｅｅｐ  Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法を用いることができる。なお、図７（Ａ）では、フレーム部１３１、錘部１３２ｃ，１３２ｄ、ブロック下層部１３４ｄ，１３４ｆが加工された断面を示している。
【００６２】
（１３）第２基板１５０の接合（図７（Ｂ）参照）
第２基板１５０の接合は、以下の１）〜２）に示す工程により行われる。
【００６３】
１）第２基板１５０の作成
第２基板１５０としては、前述した第１基板１４０と略同様の材料を用いることができる。本実施の形態では、第２基板１５０としてガラス基板を用いた場合について説明する。可動イオンを含むガラス基板の錘部１３２ａ〜１３２ｅにそれぞれ対向する位置に、駆動用電極１５１ａ、検出用電極１５１ｂ〜１５１ｅ、及び配線Ｌ２，Ｌ７〜Ｌ１０を、例えば、アルミニウムＡｌ等からなるパターンによって形成する（図３（Ｂ）参照）。
【００６４】
２）半導体基板Ｗと第２基板１５０の接合
第２基板１５０と半導体基板Ｗとを、真空中で陽極接合により接合する。図７（Ｂ）は、半導体基板Ｗと第２基板１５０を接合した状態を示す。
【００６５】
上述の第１基板１４０と第２基板１５０を半導体基板Ｗに陽極接合することにより、半導体基板Ｗの内部には封止空間が形成される。
【００６６】
（１４）半導体基板Ｗ、第１基板１４０、第２基板１５０のダイシング
互いに接合された半導体基板Ｗ、第１基板１４０、及び第２基板１５０をダイシングソー等で切断し、個々の力学量センサ１００に分離する。以上のように力学量センサ１００が製造できる。
【００６７】
上述の製造方法により製造された力学量センサ１００内の可撓部１１３ａ〜１１３ｄの一例を図８に示す。図８は、可撓部を上面から撮影した顕微鏡写真を示す図である。この可撓部は、その表面（図中の上面）がエッチングガスの腐食に対して保護するエッチングストッパ層（第１保護膜）になるシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）により被覆されている。このため、図８に示す可撓部では、図１４に示したような形状不良が発生していない。その結果、錘部を多軸方向（Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向）に変位可能に支持する可撓部の対称性を改善することができ、角速度センサの他軸感度を低減し、角速度の検出誤差を低減することが可能になる。また、図８には示していないが、可撓部と錘部とが接続される付根部分もシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）により被覆されているため、付根部分が抉られる形状不良が発生しなくなり、可撓部の対称性を改善することができ、角速度センサの他軸感度を低減し、角速度の検出誤差を低減することが可能になる。
【００６８】
他軸感度の低減について具体的に説明する。Ｘ軸方向の角速度を計測する場合は、錘部をＹ軸周りに回転させる。この場合、錘部はＹ軸を中心に傾き、Ｘ軸方向の左右のギャップが変化し、Ｙ軸を中心にして一方のギャップは拡がり、他方のギャップは縮まる。この時の静電容量の変化を、Ｘ１（電極１と錘部との静電容量差）とし、Ｘ２（電極２と錘部との静電容量差）とすると、計測される角速度信号Ｘは、Ｘ＝Ｘ１（電極１と錘部との静電容量差）−Ｘ２（電極２と錘部との静電容量差）に比例したものとみなせる。但し、電極１と電極２は、上述の第１基板１４０に形成された検出電極１４１ｂ〜１４１ｅと、第２基板１５０に形成された検出用電極１５１ｂ〜１５１ｅのことである。
【００６９】
また、Ｙ軸方向の角速度を計測する場合は、錘部をＸ軸周りに回転させる。この場合、錘部はＸ軸を中心に傾き、Ｙ軸方向の左右のギャップが変化し、Ｘ軸を中心にして一方のギャップは拡がり、他方のギャップは縮まる。この時の静電容量の変化を、Ｙ１（電極１と錘部との静電容量差）とし、Ｙ２（電極２と錘部との静電容量差）とすると、計測される角速度信号Ｙは、Ｙ＝Ｙ１（電極１と錘部との静電容量差）−Ｙ２（電極２と錘部との静電容量差）に比例したものとみなせる。
【００７０】
したがって、Ｘ軸方向の角速度を計測する場合は角速度信号Ｘのみが出力され、Ｙ軸方向の角速度を計測する場合は角速度信号Ｙのみが出力されることが望ましい。この前提に基づいて、Ｘ軸他軸感度とＹ軸他軸感度を以下に示す式（１），（２）により表すことができる。
Ｘ軸他軸感度（Ｙ軸回転）＝１００×（Ｙ軸感度／Ｘ軸感度）［％］・・・（１）
Ｙ軸他軸感度（Ｘ軸回転）＝１００×（Ｘ軸感度／Ｙ軸感度）［％］・・・（２）
但し、Ｙ軸感度：角速度信号Ｙ，Ｘ軸感度：角速度信号Ｘ
【００７１】
従来の製造方法で製造した力学量センサと、本実施の形態の製造方法で製造した力学量センサの他軸感度を計測した結果、従来の力学量センサは他軸感度が３０％以上であり、本実施の形態の力学量センサは他軸感度が５％に改善したことを確認した。
【００７２】
なお、上記実施の形態では、第１保護膜としてシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）を形成し、第２保護膜としてシリコン窒化膜（ＳｉＮ）を形成する場合を示したが、これらの材料の組み合わせに限るものではない。例えば、第１保護膜／第２保護膜の組み合わせとして、Ｔｉ／Ｃｒ，Ｔｉ／Ａｌ（合金を含む），Ｃｒ／Ａｌ，ＴｉＮｉ／Ｃｒ，ＴｉＮ／Ａｌ等も適用可能である。すなわち、第１保護膜に適用する材料の条件は、第２保護膜をドライエッチング処理で形成する際に選択比がとれること、ＤＲＩＥの回り込みエッチングで選択比がとれることである。また、第２保護膜に適用する材料の条件は、第１保護膜をウエットエッチング処理によりエッチングされないことである。
【００７３】
また、本実施の形態の力学量センサ１００は、第１基板１４０と接合されるフレーム部１１１及びブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊの各接合面からシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）とシリコン窒化膜（ＳｉＮ）の残滓は除去されるため、第１基板１４０に接合する際に密着性を向上でき、半導体基板Ｗ内で錘部が配置される封止空間内の真空封止状態を良好に維持することができる。
【００７４】
本発明の実施の形態に係る力学量センサ１００は、例えば、ＩＣ等の能動素子を搭載する回路基板上に実装され、ワイヤボンディング接続等の周知の方法および材料によって配線用端子Ｔ（Ｔ１〜Ｔ１１）と、電子回路基板もしくはＩＣ等の能動素子とを接続することにより、力学量センサと電子回路とを１つの電子部品として提供することができる。この電子部品は、例えば、ゲーム機、携帯電話等のモバイル端末機に搭載されて市場に流通することが可能である。
【００７５】
以下に、力学量センサ１００により検出される加速度と角速度の各変位信号を処理する処理回路について説明する。
【００７６】
＜処理回路＞
上記力学量センサ１００により検出される加速度と角速度の変位信号を処理する各処理回路の構成例について図９を参照して説明する。
【００７７】
図９は、力学量センサ１００により検出される加速度及び角速度の変位信号を処理する処理回路３００の回路構成を示す図である。図９において、処理回路３００は、Ｃ−Ｖコンバータ３０１と、アンプ回路（Ａｍｐ）３０２と、フィルタ回路３０３と、から構成される。
【００７８】
Ｃ−Ｖコンバータ３０１は、印加される加速度及び角速度に応じて力学量センサ１００から出力される各軸方向の各変位信号（静電容量変化）を電圧信号に変換してアンプ回路３０２に出力する。アンプ回路３０２は、Ｃ−Ｖコンバータ３０１から入力される電圧信号を所定の増幅率で増幅してフィルタ回路３０３に出力する。フィルタ回路３０３は、数ｋＨｚ以上の信号成分を通過させるフィルタ機能を有する。フィルタ回路３０３は、アンプ回路３０２で増幅された電圧信号から数ｋＨｚ以上の信号成分を通過させて、Ｘ軸方向とＹ軸方向の角速度検出信号として出力する。フィルタ回路３０３は、低周波数の信号成分をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の加速度検出信号として出力する。
【００７９】
次に、上記力学量センサ１００と処理回路３００を実装した半導体装置とした例について説明する。なお、本明細書において半導体装置とは、半導体技術を利用して機能しうる装置全般を指し、電子機器も半導体装置の範囲に含まれるものとする。
【００８０】
図１０は、上記力学量センサ１００と処理回路３００を実装した半導体装置として、例えば、センサモジュール４００の一例を示す図である。図１０において、センサモジュール４００は、上記処理回路３００を含む信号処理チップ４０１と、メモリチップ４０２と、上記力学量センサ１００を含むセンサチップ４０３と、が基板４０４上に実装されている。各チップ４０１，４０２，４０３は、ボンディングワイヤ４０５により接続されている。メモリチップ４０２は、信号処理チップ４０１の制御用のプログラムやパラメータ等を記憶するメモリである。
【００８１】
上記のようなセンサモジュール４００を提供することにより、ゲーム機、携帯電話等のモバイル端末機への実装が容易になる。
【００８２】
次に、図１０に示したセンサモジュール４００を電子機器として、例えば、モバイル端末機に実装した例について説明する。
【００８３】
図１１は、センサモジュール４００を実装した携帯型情報端末５００の一例を示す図である。図１１において、携帯型情報端末５００は、ディスプレイ部５０１と、キーボード部５０２と、から構成される。センサモジュール４００は、キーボード部５０２の内部に実装されている。携帯型情報端末５００は、その内部に各種プログラムを記憶し、各種プログラムにより通信処理や情報処理等を実行する機能を有する。この携帯型情報端末５００では、センサモジュール４００により検出される加速度や角速度をアプリケーションプログラムで利用することにより、例えば、落下時の加速度を検出して電源をオフさせる等の機能を付加することが可能になる。
【００８４】
上記のようにセンサモジュール４００をモバイル端末機に実装することにより加速度、角速度を精度良く検出できるようになるため、モバイル端末機の信頼性を向上させることが可能になる。
【符号の説明】
【００８５】
１００…力学量センサ、１１０…シリコン膜、１１１，１３１…フレーム部、１１２ａ〜１１２ｅ…錘接合部、１１３ａ〜１１３ｄ…可撓部、１２０…ＢＯＸ層、１３０…シリコン基板、１３２（１３２ａ〜１３２ｅ）…錘部、１４０…第１基板、１４１ａ，１５１ａ…駆動用電極、１４１ｂ〜１４１ｅ，１５１ｂ〜１５１ｅ…検出用電極、１５０…第２基板、１６０…導通部、２０１…シリコン酸化膜、２０２…シリコン窒化膜、３００…処理回路、４００…センサモジュール、５００…携帯型情報端末、Ｌ１，Ｌ２…（駆動用電極と接続する）配線、Ｌ３〜Ｌ１０…（検出用電極と接続する）配線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図８】
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【図１４】
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