(57)【要約】【課題】本発明に係る静電容量型の物理量センサは、センサ特性の低下を招くことなく、小型化あるいはセンサの感度を向上させる物理量センサ及びその製造方法を提供する。【解決手段】物理量センサは、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支持基板と、フレーム部の他方の側に接合された第２支持基板と、第１支持基板と第２支持基板の少なくとも一方に設けられ、第１支持基板又は第２支持基板の一方の側と他方の側を導通する配線用端子と、第１支持基板の面上に設けられ、錘部と対向する第１電極と、第２支持基板の面上に設けられ、錘部と対向する第２電極と、を備え、フレーム部には前記フレーム部の一方の側と他方の側を導通する貫通配線部が配設され、貫通配線部と前記配線用端子とは電気的に接続されている。【選択図】図１
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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支持基板と、
前記フレーム部の他方の側に接合された第２支持基板と、
前記第１支持基板と前記第２支持基板の少なくとも一方に設けられ、前記第１支持基板又は前記第２支持基板の一方の側と他方の側を導通する配線用端子と、
前記第１支持基板上に設けられ、前記錘部と対向する第１電極と、
前記第２支持基板上に設けられ、前記錘部と対向する第２電極と、を備え、
前記フレーム部には前記フレーム部の一方の側と他方の側を導通する貫通配線部が配設され、前記貫通配線部と前記配線用端子とは電気的に接続されたことを特徴とする物理量センサ。
【請求項２】
前記第１電極および前記第２電極は、前記第１電極および前記第２電極と前記錘部との間に形成される容量素子の静電容量変化を検出する検出用電極と、前記錘部を振動駆動させる駆動用電極と、を含むことを特徴とする請求項１記載の物理量センサ。
【請求項３】
前記フレーム部と前記第１支持基板、又は、前記フレーム部と前記第２支持基板とを接合する接合部材が、前記フレーム部と前記第１支持基板との間、又は、前記フレーム部と前記第２支持基板との間に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の物理量センサ。
【請求項４】
前記貫通配線部は、前記フレーム部の一方の側と他方の側を貫通する貫通孔と、前記貫通孔の内部及び前記貫通孔の開口周辺領域に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成された導電層と、を備え、
前記導電層により前記貫通配線部と前記配線用端子とは電気的に接続されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の物理量センサ。
【請求項５】
半導体基板に、フレーム部と、前記フレーム部の内側に配置される錘部と、前記錘部と前記フレーム部とを接続する可撓部と、を形成し、
前記フレーム部の一部領域に、前記フレーム部の一方の側と他方の側を貫通する貫通孔を形成し、
前記貫通孔の内部及び前記貫通孔の開口周辺領域に絶縁層と、前記絶縁層上に配置される導電層とを形成し、前記フレーム部の一方の側と他方の側を導通する貫通配線部を形成し、
前記フレーム部の一方の側と接合される第１支持基板上に、第１電極と、前記第１電極と電気的に接続される配線を形成し、
前記フレーム部の他方の側と接合される第２支持基板上に、第２電極と、前記第２電極と電気的に接続される配線を形成し、
前記錘部と前記第１電極とを対向させて前記第１支持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支持基板と前記フレーム部の他方の側とを接合し、
前記第１支持基板と前記第２支持基板の少なくとも一方に設けられ、前記第１支持基板又は前記第２支持基板の一方の側と他方の側を導通する配線用端子を形成し、
前記第１支持基板と前記第２支持基板に形成された前記配線を介して前記貫通配線部と前記配線用端子部とを電気的に接続したことを特徴とする物理量センサの製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の物理量センサと、
前記物理量センサにより検出される物理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、容量素子を用いて物理量を検出する物理量センサ及びその製造方法に関し、特に、複数の方向の加速度、又は／及び、角速度を検出するタイプのセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、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として、静電容量素子を利用したタイプのセンサ（いわゆる静電容量型センサ）が実用化されている。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、多軸成分の物理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。
【０００３】
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物理量を検出するセンサにあっては、容量素子を用いて多軸成分の物理量の検出、あるいは錘部の駆動を行うため、容量素子を構成する電極に対して外部への配線接続が必要になる。この配線接続を単純かつ効率的に行うために、例えば、半導体基板内に上下一対のガラス基板を連結し、錘部の周囲に導電性材料からなる配線用の柱状体を配設し、当該柱状体により電極及び金属配線との電気的接続を取るセンサが開示されている（特許文献１及び非特許文献１）。
【０００４】
しかしながら、配線用の柱状体の形成領域をセンサ内に確保することで、センサの小型化を妨げたり、あるいは錘部のサイズが制限されるといった問題があった。そこで錘部や該錘部とフレームを繋ぐ梁に柱状体（ポスト構造体）を配置したセンサが開示されている（特許文献２）。
【特許文献１】特開２００７−３１９２号公報
【特許文献２】特開２００７−１９２６２１号公報
【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）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２のセンサによれば、センサが配置されるウエハ面内における加工の不均一性から錘部や梁に柱状体を形成することは困難であり、このような加工不良がセンサの特性を低下させる。また、梁（脆弱な可撓部）に対して柱状体を設けることは梁の強度低下を招く。また、錘部に柱状体を設けることで錘部の質量を低下させ、センサの特性を低下させる。
【０００６】
本発明は上記に鑑み、静電容量型の物理量センサにおいて、センサ特性の低下を招くことなく、小型化あるいはセンサの感度を向上させることができる物理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】
【０００７】
本発明に係る物理量センサは、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支持基板と、前記フレーム部の他方の側に接合された第２支持基板と、前記第１支持基板と前記第２支持基板の少なくとも一方に設けられ、前記第１支持基板又は前記第２支持基板の一方の側と他方の側を導通する配線用端子と、前記第１支持基板上に設けられ、前記錘部と対向する第１電極と、前記第２支持基板上に設けられ、前記錘部と対向する第２電極と、を備え、前記フレーム部には前記フレーム部と一方の側と他方の側を導通する貫通配線部が配設され、前記貫通配線部と前記配線用端子とは電気的に接続されたことを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る物理量センサの製造方法は、半導体基板に、フレーム部と、前記フレーム部の内側に配置される錘部と、前記錘部と前記フレーム部とを接続する可撓部と、を形成し、前記フレーム部の一部領域に前記フレーム部と一方の側と他方の側を貫通する貫通孔を形成し、前記貫通孔の内部及び前記貫通孔の開口周辺領域に絶縁層と、前記絶縁層上に配置される導電層とを形成し、前記フレーム部と一方の側と他方の側を導通する貫通配線部を形成し、前記フレーム部の一方の側と接合される第１支持基板上に、第１電極と、前記第１電極と電気的に接続される配線を形成し、前記フレーム部の他方の側と接合される第２支持基板上に、第２電極と、前記第２電極と電気的に接続される配線を形成し、前記錘部と前記第１電極とを対向させて前記第１支持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支持基板と前記フレーム部の他方の側とを接合し、前記第１支持基板と前記第２支持基板の少なくとも一方に設けられ、前記第１支持基板又は前記第２支持基板の一方の側と他方の側を導通する配線用端子を形成し、前記第１支持基板と前記第２支持基板に形成された前記配線を介して前記貫通配線部と前記配線用端子部とを電気的に接続したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、静電容量型の物理量センサにおいて、フレーム部に貫通配線部を設けることにより、従来のセンサに比して小型化、あるいは錘部を大きくすることによってセンサの感度を向上させることができる物理量センサ及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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。
＜物理量センサの構造＞
図１は物理量センサ１００を分解した状態を示す分解斜視図である。図１では物理量センサ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。物理量センサ１００は、半導体基板Ｗを、その上下に位置する第１支持基板１４０と第２支持基板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、半導体基板Ｗの内側を刳り貫いたような開口を有する枠状のフレーム（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部（錘接合部１１２と錘部１３２とを含む）とが、一体的に構成され、物理量を検出するセンサ部を形成している。さらにフレームに半導体基板Ｗの上下を貫通して導通が確保された貫通配線部Ｐ（Ｐ１〜Ｐ１０）を有する（図面の見易さのため、ここでは図示せず）。
【００１１】
シリコン膜１１０、ＢＯＸ層１２０、シリコン基板１３０、第１支持基板１４０、第２支持基板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。なお、従来の物理量センサの外形サイズは３ｍｍ×３ｍｍ程度であり、本実施の形態の物理量センサ１００の外形サイズも３ｍｍ×３ｍｍとした場合を例示する。また、本実施の形態の物理量センサ１００では、後述する半導体基板Ｗの上面と下面を導通する貫通配線部Ｐが設けられる。この構成により、本実施の形態の物理量センサ１００は、従来の物理量センサに用いられる錘部のサイズを変えることなく、外形サイズを１．５ｍｍ×１．５ｍｍに縮小可能であり、従来の物理量センサ全体の外形サイズに比べて約１／４に小型化することが可能である。また、本実施の形態の物理量センサ１００全体の外形サイズを３ｍｍ×３ｍｍの略正方形状とすれば、後述する錘部１３２のサイズは、従来の物理量センサに用いられる錘部のサイズに比べて約４倍にすることが可能であり、物理量センサとしての感度を向上させることが可能である。
【００１２】
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支持基板１４０および第２支持基板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。
【００１３】
図２の（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ（Ａ）シリコン膜１１０、（Ｂ）ＢＯＸ層１２０、（Ｃ）シリコン基板１３０の上面を示す平面図である。図３の（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ（Ａ）第１支持基板１４０の下面、（Ｂ）第２支持基板１５０の上面（配線用端子を図示せず）、（Ｃ）第２支持基板１５０の下面を示す平面図である。
【００１４】
図２（Ａ）に示すシリコン膜１１０には、フレーム部１１１、錘接合部１１２（１１２ａ〜１１２ｅ）、可撓部１１３が形成されている。フレーム部１１１は、外周、内周が共に略正方形の枠状の基板である。錘接合部１１２（１１２ａ〜１１２ｅ）は、図２（Ａ）を鉛直方向から見た場合、略クローバー状の形状を有している。錘接合部１１２は、該錘接合部１１２と略同一形状の錘部１３２（図２（Ｃ）に示す錘部１３２ａ〜１３２ｅ）とＢＯＸ層１２０ｂ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。なお、図２（Ａ）と（Ｃ）において、錘接合部１１２ａ〜１１２ｅと錘部１３２ａ〜１３２ｅにそれぞれ付した符号のアルファベット部分（ａ〜ｅ）は、相互の位置関係に対応させて同様の順序で付している。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１１２ａ〜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。
【００１５】
錘接合部１１２ａの上面は、後述する駆動用電極Ｅ（図５参照）として機能する。この錘接合部１１２ａの上面の駆動用電極Ｅは、第１支持基板１４０の下面に設置された後述する駆動用電極１４４ａ（図５参照）と容量性結合し、これらの駆動用電極Ｅ−１４４ａ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。
【００１６】
錘接合部１１２ｂ〜１１２ｅの上面は、錘接合部１１２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Ｅ（図５参照）としてそれぞれ機能する。この錘接合部１１２ｂ〜１１２ｅの上面の検出用電極Ｅは、第１支持基板１４０の下面に設置された後述する検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅ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１４４ｂ〜１４４ｅ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。
【００１７】
シリコン基板１３０には、フレーム部１３１と錘部１３２（１３２ａ〜１３２ｅ）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支持基板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。
【００１８】
フレーム部１３１は、外周、内周が共に略正方形の枠状の基板であり、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。
【００１９】
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（Ｃ）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。
【００２０】
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（Ｃ）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、物理量の測定が可能となる。
【００２１】
錘部１３２を錘部１３２ａ〜１３２として構成している理由は、物理量センサ１００の小型化と高感度化の両立を図るためである。物理量センサ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、物理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、物理量センサ１００の小型化と高感度化の両立が図られる。
【００２２】
錘部１３２ａの下面（第２支持基板１５０の上面に対向する面）は、後述する駆動用電極Ｅ（図５参照）として機能する。この錘部１３２ａの下面の駆動用電極Ｅは、第２支持基板１５０の上面に設置された後述する駆動用電極１５４ａ（図５参照）と容量性結合し、これらの駆動用電極Ｅ−１５４ａ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。
【００２３】
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Ｅ（図５参照）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Ｅは、第２支持基板１５０の上面に設置された後述する検出用電極１５４ｂ〜１５４ｅ（図５参照）とそれぞれ容量性結合する。なお、錘部１３２ｂ〜１３２ｅと検出用電極１５４ｂ〜１５４ｅ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。
【００２４】
図２（Ｂ）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とにより構成される。ＢＯＸ層１２０は、図２（Ｂ）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。これは、可撓部１１３ａ〜１１３ｄの撓み、および錘部１３２の変位を可能とするためである。
【００２５】
本実施の形態では、シリコン膜１１０のフレーム部１１１とシリコン基板１３０のフレーム部１３１がＢＯＸ層１２０により接合された構造体をフレームと呼称するものとする。このフレームには、上下貫通した貫通配線部Ｐ（Ｐ１〜Ｐ１０）が形成されている。なお、貫通配線部Ｐ（Ｐ１〜Ｐ１０）の詳細については後述する。フレームの幅は、外形が３ｍｍの物理量センサ１００である場合、例えば、５００μｍ〜７５０μｍ程度であり、このフレームに、例えば、３０〜１００μｍ径の貫通配線部Ｐ（Ｐ１〜Ｐ１０）が配置されている。また、外形が１．５ｍｍ×１．５ｍｍの物理量センサ１００とした場合、フレームの幅は、例えば、２５０μｍ〜３００μｍ程度である。なお、このフレーム幅は、特に限定するものではない。
【００２６】
図１において、シリコン膜１１０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１６０〜１６１を形成している。導通部１６０は、フレーム部１１１とフレーム部１３１とを導通するものであり、フレーム部１１１およびＢＯＸ層１２０ａを貫通している。導通部１６１は、錘接合部１１２と錘部１３２とを導通するものであり、錘接合部１１２ａ及びＢＯＸ層１２０ｂを貫通している。導通部１６０〜１６１は、例えば、孔の縁、壁面及び底部に、Ａｌ等の金属層が形成されたものである。なお、孔の形状は特に制限されないが、Ａｌのスパッタ等により金属層を効果的に形成できるため、導通部１６０〜１６１の孔を順テーパの錐形状に形成することが好ましい。
【００２７】
次に、図３を参照して第１、第２支持基板１４０、１５０について説明する。図３（Ａ）は、第１支持基板１４０を下面（シリコン膜１１０の上面に対向する面）から見た平面図である。第１支持基板１４０は、略直方体の外形（図１参照）を有し、枠部１４１と底板部１４２とを有する。枠部１４１及び底板部１４２には、シリコン基板１３０に形成された錘部１３２が変位可能なように略直方体状（例えば、縦横１．０ｍｍ〜１．５ｍｍ、深さ５μｍ）の凹部１４３が形成されている。凹部１４３の大きさは、錘接合部１１２ａ〜１１２ｅの最大変位量に相当する値や、所望の検出感度に応じて適宜設定（変更）することができる。
【００２８】
枠部１４１は、その外周と内周が共に略正方形の枠状の基板である。枠部１４１の内周及び外周はフレーム部１１１の内周及び外周とする。底板部１４２は、外周が枠部１４１と略同一の略正方形の基板形状である。第１支持基板１４０に形成した凹部１４３は、錘接合部１１２が変位するための空間を確保するためである。
【００２９】
底板部１４２上（第１支持基板１４０の下面）には、錘接合部１１２と対向するように駆動用電極１４４ａ、検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅが配置されている。駆動用電極１４４ａ、検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅは、いずれも導電性材料で構成することができる。駆動用電極１４４ａは、例えば、略十字形状で、錘接合部１１２ａに対向するように凹部１４３の中央部に形成されている。検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅは、それぞれ略正方形で、駆動用電極１４４ａを４方向から囲み、それぞれ順に錘接合部１１２ｂ〜１１２ｅと対向して配置されている。駆動用電極１４４ａと検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅは、それぞれ離間している。
【００３０】
駆動用電極１４４ａには、貫通配線部Ｐ１と電気的に接続される配線Ｌ１が接続されている。検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅには、貫通配線部Ｐ３〜Ｐ６と電気的に接続される配線Ｌ３〜Ｌ６がそれぞれ接続されている。なお、配線Ｌ１，Ｌ３〜Ｌ６と貫通配線部Ｐ１，Ｐ３〜Ｐ６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。
【００３１】
駆動用電極１４４ａ、検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅ、及び配線Ｌ１，Ｌ３〜Ｌ６の構成材料には、例えば、Ａｌ等の金属材料を用いることができる。
【００３２】
図３（Ｂ）は、第２支持基板１５０を上面（シリコン基板１３０の下面に対向する面）から見た平面図である。第２支持基板１５０は、外形が略正方形の基板である。シリコン基板１３０のフレーム部１３１は、第２支持基板１５０と接合されている。錘部１３２はフレーム部１３１よりも高さが低いため、第２支持基板１５０と接合されない。錘部１３２と第２支持基板１５０との間にギャップを確保し、錘部１３２の変位を可能にするためである。
【００３３】
第２支持基板１５０の上面側には錘部１３２と対向するように駆動用電極１５４ａ、検出用電極１５４ｂ〜１５４ｅが配置されている。駆動用電極１５４ａ、検出用電極１５４ｂ〜１５４ｅは、いずれも導電性材料で構成することができる。駆動用電極１５４ａは、例えば、十字形状で、錘部１３２ａに対向するように第２支持基板１５０の上面の中央近傍に形成されている。検出用電極１５４ｂ〜１５４ｅは、それぞれ略正方形で、駆動用電極１５４ａを４方向（Ｘ軸正方向、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向、Ｙ軸負方向）から囲み、それぞれ順に錘部１３２ｂ〜１３２ｅに対向して配置される。駆動用電極１５４ａ、検出用電極１５４ｂ〜１５４ｅは、それぞれ離間している。
【００３４】
駆動用電極１５４ａには、貫通配線部Ｐ２と電気的に接続される配線Ｌ２が接続されている。検出用電極１５４ｂ〜１５４ｅには、貫通配線部Ｐ７〜Ｐ１０と電気的に接続される配線Ｌ７〜１０がそれぞれ接続されている。なお、配線Ｌ２，Ｌ７〜Ｌ１０と貫通配線部Ｐ２，Ｐ７〜Ｐ１０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。
【００３５】
駆動用電極１５４ａ、検出用電極１５４ｂ〜１５４ｅ、及び配線Ｌ２，Ｌ７〜Ｌ１０の構成材料には、例えば、Ａｌ等の金属材料を用いることができる。
【００３６】
図３（Ｃ）は、第２支持基板１５０を下面（シリコン基板１３０の下面に対向しない面）から見た平面図である。第２支持基板１５０の下面には、第２支持基板１５０を貫通する配線用端子Ｔ（Ｔ１〜Ｔ１１）が設けられており、物理量センサ１００の外部（Ｃ−Ｖ変換回路など）と駆動用電極１４４ａ，１５４ａ、検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅ，１５４ｂ〜１５４ｅへの電気的接続を可能としている。
【００３７】
配線用端子Ｔ１１の上端（シリコン基板１３０の下面に対向する端部）は、フレーム部１３１の下面に接続され、錘接合部１１２および錘部１３２の電位を定義するために用いられる。配線用端子Ｔ１〜Ｔ１０は、それぞれ貫通配線部Ｐ１〜Ｐ１０と接続されている。なお、配線用端子Ｔ１〜Ｔ１０と貫通配線部Ｐ１〜Ｐ１０にそれぞれ付した符号の数字部分（１〜１０）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。
【００３８】
配線用端子Ｔ１〜Ｔ１１は、例えば、Ａｌ等の金属膜がテーパ状の錐状貫通孔に形成されたものである。配線用端子Ｔ１〜Ｔ１１は、外部回路（後述する図９）とワイヤボンディング等で接続するための接続端子として使用できる。
【００３９】
図４を参照して、貫通配線部Ｐについて説明する。図４（Ａ）は、貫通配線部Ｐを模式的に示す断面図である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の貫通配線部Ｐを下面側から見た平面図である。貫通配線部Ｐは、フレームを上下に貫通した貫通孔１７０を穿設した後、その貫通孔１７０の内壁側から順に絶縁層１７１、導電層１７２を積層して形成される。貫通配線部Ｐ１〜Ｐ１０は、それぞれ電気的に独立させるため、絶縁層１７１はフレーム部１１１とフレーム部１３１の表面にも形成されている。また、絶縁層１７１はフレーム部１１１とフレーム部１３１の表面全体に形成してもよいし、接続される配線Ｌがフレーム部１１１とフレーム部１３１と接触する領域のみパターニング形成してもよい。図４（Ｂ）では絶縁層１７１をフレーム部１１１とフレーム部１３１の表面に形成し、その絶縁層１７１上に導電層１７２を形成している。フレームに第１支持基板１４０と第２支持基板１５０を接合する際に、フレーム部１１１とフレーム部１３１の表面に絶縁層１７１と導電層１７２を形成しておくことで配線Ｌとの電気的接続を容易にしている。
【００４０】
なお、フレーム部１１１とフレーム部１３１の外周領域には、第１支持基板１４０と第２支持基板１５０を接合可能な材料からなる接合部材１８０を形成しておくことが好ましい。この接合部材１８０は、その高さ（フレーム部１１１上面又はフレーム部１３１下面からの高さ）を、フレーム部１１１とフレーム部１３１の表面に形成された絶縁層１７１と導電層１７２を含む高さと略等しく形成することが更に好ましい。このように接合部材１８０を形成することにより、フレームの上下面と、第１支持基板１４０の下面及び第２支持基板１５０の上面との間に形成されるセンサギャップの平行度が保持でき、かつフレームに対して第１支持基板１４０と第２支持基板１５０を接合した後の封止安定性を上げることができる。
【００４１】
絶縁層１７１は、シリコン酸化物、シリコン窒化物等の無機絶縁層からなる。導電層１７２は、金属あるいは多結晶シリコン等の材料からなり、その材料は接合される第１支持基板１４０及び第２支持基板１５０の材料や接合方法等により適宜選択することが可能である。接合部材１８０は、金属あるいは多結晶シリコン等の材料からなり、その材料は接合される第１支持基板１４０及び第２支持基板１５０の材料や接合方法等により適宜選択することが可能である。接合部材１８０は、貫通配線部Ｐと略同様の層構成である場合には、貫通導通部Ｐと同時に形成して、エッチングによりパターニングして各々を分離することができ、製造上有利である。
【００４２】
なお、導電層１７２は、図４（Ａ）においては層として図示したが、導電層１７２を金属で形成する場合、導電層１７２を給電層として電解めっきにより導電材を貫通孔１７０に対して充填した構成であってもよい。
【００４３】
＜物理量センサの配線＞
次に、物理量センサ１００の配線及び電極について説明する。図５は、図１に示した物理量センサ１００のＡ−Ａ線から見た断面図であり、物理量センサ１００における６組の容量素子を示す図である。図５では錘部が電極として機能する部分をハッチングで示している。なお、図５では６組の容量素子を図示しているが、上述の物理量センサ１００には、図２（Ａ）（Ｂ）に示したように１０組の容量素子が形成される。
【００４４】
１０組の容量素子の一方の電極は、第１支持基板１４０に形成された駆動用電極１４４ａ及び検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅと、第２支持基板１５０に形成された駆動電極１５４ａ及び検出用電極１５４ｂ〜１５４ｅである。これらの電極１４４ａ〜１４４ｅ，１５４ａ〜１５４ｅに対向する電極は、錘接合部１１２ａの上面に形成された駆動用電極Ｅと、錘接合部１１２ｂ〜１１２ｅの上面にそれぞれ形成された検出用電極Ｅと、錘部１３２ａの下面に形成された駆動用電極Ｅと、錘部１３２ｂ〜１３２ｅの下面にそれぞれ形成された検出用電極Ｅである。
【００４５】
上記容量素子の容量は、各電極間の距離に反比例する。本実施の形態では、錘接合部１１２の上面及び錘部１３２の下面に駆動用電極Ｅや検出用電極Ｅがあるものと考える。駆動用電極Ｅや検出用電極Ｅは、錘接合部１１２の上面や、錘部１３２の下面の表層に別体として形成されているわけではない。錘接合部１１２の上面や、錘部１３２の下面が駆動用電極Ｅや検出用電極Ｅとして機能すると捉えている。
【００４６】
第１支持基板１４０に形成された駆動用電極１４４ａと検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅは、それぞれ順に、配線Ｌ１，Ｌ３〜Ｌ６（図３（Ａ）参照）を介して貫通配線部Ｐ１，Ｐ３〜Ｐ６（図２（Ａ）参照）と電気的に接続されている。第２支持基板１５０に形成された駆動用電極１５４ａと検出用電極１５４ｂ〜１５４ｅは、それぞれ順に、配線Ｌ２，Ｌ７〜Ｌ１０（図３（Ｂ）参照）を介して貫通配線部Ｐ２，Ｐ７〜Ｐ１０（図２（Ａ）参照）と電気的に接続されている。図５では、検出用電極１４４ｅが配線Ｌ１を介して貫通配線部Ｐ１と電気的に接続されている部分と、検出用電極１５４ｃが配線Ｌ２を介して貫通配線部Ｐ２と電気的に接続されている部分を示している。なお、図５では、貫通配線部Ｐ１，Ｐ２は貫通孔を導電材で充填した場合を示している。
【００４７】
これらの駆動用電極１４４ａ，１５４ａと、検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅ，１５４ｂ〜１５４ｅに対して外部と接続する配線は、貫通配線部Ｐ１〜Ｐ１０の下面に接続すればよい。図３（Ｃ）に示した配線用端子Ｔ１〜Ｔ１０は、それぞれ貫通配線部Ｐ１〜１０が形成されたフレーム部１３１の下面に対向する位置に配置されている。図３（Ｃ）に示した配線用端子Ｔ１１は、導通部１６０が形成された位置のフレーム部１３１の下面に対向する位置に配置されている。
【００４８】
以上のように配線用端子Ｔ１〜Ｔ１０は、それぞれ順に、貫通配線部Ｐ１〜１０を介して駆動用電極１４４ａ，１５４ａ、検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅ，１５４ｂ〜１５４ｅと電気的に接続されている。
【００４９】
駆動用電極Ｅと検出用電極Ｅは、錘接合部１１２の上面と錘部１３２の下面にそれぞれ形成されている。錘接合部１１２と錘部１３２は、導通部１６１を介して導通されており、いずれも導電性材料で構成されている。フレーム部１３１とフレーム部１１１は、導通部１６０を介して導通されており、いずれも導電性材料で構成されている。錘接合部１１２と可撓部１１３とフレーム部１１１は、導電性材料により一体的に構成されている。したがって、駆動用電極Ｅと検出用電極Ｅに対する配線は、フレーム部１３１の下面に接続すればよい。配線用端子Ｔ１１は、導通部１６０と対向するフレーム部１３１の下面に配置されているため、駆動用電極Ｅ、検出用電極Ｅと電気的に接続されている。
【００５０】
＜物理量センサの動作＞
上述したように、この物理量センサ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から延びる可撓性を有する可撓部１１３により支持され、第１支持基板１４０、第２支持基板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。
【００５１】
物理量センサ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の変位を検出すればよい。例えば、錘部に対して、Ｘ軸正方向の加速度が作用したとすると、この加速度に応じた外力により、錘部はＸ軸正方向に変位することになる。このときの変位量は作用する加速度の大きさに依存する。したがって、錘部のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の変位をそれぞれ検出すれば、各軸方向成分の加速度の値を求めることができる。物理量センサ１００においては、各軸方向成分の加速度の値を、錘部と電極と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。
【００５２】
物理量センサ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の変位を検出すればよい。例えば、錘部が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（＝２・ｍ・ｖｚ・ωｘ）およびＸ軸方向のコリオリ力Ｆｘ（＝２・ｍ・ｖｚ・ωｙ）が錘部１３２に作用する（ｍは、錘部１３２の質量）。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。物理量センサ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。
【００５３】
図５において、駆動用電極１４４ａ，Ｅ間に電圧を印加すると、クーロン力によって駆動用電極１４４ａ，Ｅが互いに引き合い、錘部（錘接合部１１２と錘部１３２）はＺ軸正方向に変位する。また、図５において、駆動用電極１５４ａ，Ｅ間に電圧を印加すると、クーロン力によって駆動用電極１５４ａ，Ｅが互いに引き合い、錘接合部１１２（錘部１３２も）はＺ軸負方向に変位する。即ち、駆動用電極１４４ａ，Ｅ間、駆動用電極１５４ａ，Ｅ間に対して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。錘接合部１１２の振動の周期は電圧を切り換える周期で決定される。この切換の周期は錘接合部１１２の固有振動数にある程度近接していることが好ましい。錘部の固有振動数は、可撓部１１３の弾性力や錘部１３２の質量等で決定される。錘部に加えられる振動の周期が固有振動数に対応しないと、錘部に加えられた振動のエネルギーが発散されてエネルギー効率が低下する。なお、駆動用電極１４４ａ，Ｅ間、又は駆動用電極１５４ａ，Ｅ間のいずれか一方のみに、錘部の固有振動数の１／２の周波数の交流電圧を印加してもよい。
【００５４】
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物理量センサ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）方向の角速度を検出することが可能である。また、物理量センサ１００を加速度／角速度のみを検出するセンサとして用いることができる。本実施の形態に記載した物理量センサ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。なお、３軸方向の加速度を検出する場合には、前述の駆動電極１４４ａ，１５４ａはＺ軸方向の加速度を検出する検出用電極として機能するものとする。
【００５５】
＜物理量センサ１００の製造方法＞
以下、物理量センサ１００の製造方法について図６（Ａ）〜図６（Ｄ）と図７（Ａ）〜（Ｃ）を参照しながら説明する。
（１）半導体基板Ｗの準備（図６（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。
【００５６】
（２）シリコン膜１１０の加工（図６（Ｂ）参照）
フレーム部１１１、錘接合部１１２、可撓部１１３、開口１１４、貫通孔１７０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、錘接合部１１２、可撓部１１３、開口１１４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。
【００５７】
（３）シリコン基板１３０の加工（図６（Ｃ）参照）
所定のマスクが形成されたシリコン基板１３０をエッチングすることにより、フレーム部１３１、錘部１３２、貫通孔１７０、ギャップ１９０それぞれの加工位置を決める開口を形成し、シリコン基板１３０を形成する。エッチング方法として、ＤＲＩＥ（Ｄｅｅｐ  Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）と呼ばれているエッチング方法を用いることができる。ＤＲＩＥでは材料層を厚み方向に浸食しながら掘り進むエッチング工程と、掘った穴の側面にポリマーの壁を形成するデポジション工程とを交互に繰り返し、ほぼ厚み方向にのみ浸食を進ませることが可能になる。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エッチング材料を用いればよい。例えば、エッチング段階では、ＳＦ６ガス、およびＯ２ガスの混合ガスを、デポジション段階では、Ｃ４Ｆ８ガスを用いることが考えられる。
【００５８】
（４）ＢＯＸ層１２０の加工（図６（Ｄ）参照）
シリコン膜１１０とシリコン基板１３０に対して不要なＢＯＸ層１２０をエッチングする。これによりフレーム部１１１とフレーム部１３１の間と、錘接合部１１２と錘部１３２の間にのみ必要なＢＯＸ層１２０ａ，１２０ｂ（図２（Ｂ）参照）が残される。エッチング方法として、バッファド弗酸（例えば、ＨＦ＝５．５ｗｔ％、ＮＨ４Ｆ＝２０ｗｔ％の混合水溶液）をエッチング液として用いるウェットエッチングを挙げることができる。また、ＣＦ４ガスとＯ２ガスとの混合ガスを用いたＲＩＥ法によるドライエッチングも適用可能である。
【００５９】
（５）導通部１６０〜１６１の形成（図７（Ａ）参照）
シリコン膜１１０とＢＯＸ層１２０ｂを貫通する開口１１４（図６（Ｄ）参照）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１６０〜１６１を形成する。シリコン膜１１０の上面に堆積した不要な金属層（導通部１６０〜１６１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。
【００６０】
（６）貫通配線部Ｐの形成（図４、図７（Ｂ）参照）
貫通配線部Ｐは、以下の１）〜２）によって行われる。
１）絶縁層１７１の形成
貫通孔１７０の内部および、シリコン膜１１０とシリコン基板１３０の各表面の所定領域に絶縁層１７１を形成する。絶縁層１７１としては、例えば、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）、あるいはシリコン窒化物（Ｓｉ３Ｎ４）等を用いることができる。シリコン酸化物の場合には、熱酸化法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃｌａｌ  Ｖａｐａｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いることができる。また、シリコン窒化物の場合にはＣＶＤ法を用いることができる。本実施の形態では、シリコン酸化物をＣＶＤ法により貫通孔１７０の内部および、シリコン膜１１０とシリコン基板１３０の各表面（上面と下面）に対して絶縁膜１７１を０．５μｍの厚さで堆積させた（図４参照）。その後、シリコン膜１１０とシリコン基板１３０の各表面の不要な絶縁層１７１はドライフィルムレジストのマスクを用いたエッチングによりパターニング（除去）する。
【００６１】
２）導電層１７２の形成（図４、図７（Ｂ）参照）
貫通孔１７０内部に導電性を有する導電層１７２を配設する場合、貫通孔１７０の内壁への成膜を考慮するとＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐａｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法あるいは電解めっき法を用いることが好ましい。例えば、ＣＶＤ法により貫通孔１７０の内壁および、シリコン膜１１０とシリコン基板１３０の各表面に対して多結晶シリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）からなる導電層１７２を０．５μｍの厚さで堆積させた（図４参照）。シリコン膜１１０とシリコン基板１３０の各表面（上面と下面）において導電層１７２が不要な部分（図示せず）についてはレジストなどにより保護しておき、貫通孔１７０に導電層１７２を形成した後、リフトオフして不要な導電層を除去する。導電層１７２としては、多結晶シリコン以外に、例えば、金属材料（Ｔｉ，Ｃｕなど）を用いることができる。この場合、後の第１支持基板１４０と第２支持基板１５０との接点には多結晶シリコン、Ａｌ等を成膜しておく。以上の製造方法により、半導体基板Ｗには貫通配線部Ｐ（Ｐ１〜Ｐ１０）が形成される。
【００６２】
このときフレーム部１１１とフレーム部１３１の外周に沿って導電層と同様の材料により接合部材１８０（図４参照）を形成しておくことが好ましい。上述の製造方法では、シリコン膜１１０とシリコン基板１３０の各表面の外周領域の絶縁層、導電層をパターニングすることで接合部材１８０を形成できる。
【００６３】
（７）第１支持基板１４０および第２支持基板１５０の接合（図７（Ｃ）参照）
第１支持基板１４０および第２支持基板１５０の接合は、以下の１）〜４）に示す工程により行われる。
【００６４】
１）第１支持基板１４０の作成
第１支持基板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支持基板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（いわゆるパイレックス（登録商標）ガラス）を用いる。第１支持基板１４０をガラス材料から構成する場合、例えば、可動イオンを含むガラス基板をエッチングして凹部１４３を形成する。次いで、凹部１４３内の錘接合部１１２ａ〜１１２ｅにそれぞれ対向する位置に駆動用電極１４４ａ、検出用電極１４４ｂ〜１４４ｅ、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）。
【００６５】
２）第２支持基板１５０の作成
第２支持基板１５０としては、前述した第１支持基板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支持基板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１５４ａ、検出用電極１５４ｂ〜１５４ｅ、及び配線Ｌ２、Ｌ８〜Ｌ１１を、例えば、Ａｌからなるパターンによって形成する（図３（Ｂ）参照）。また、第２支持基板１５０をエッチングあるいはサンドブラストして、配線用端子Ｔ１〜Ｔ１１を形成するためのテーパ状の錐状貫通孔を貫通配線部Ｐ１〜Ｐ１０及び導通部１６０にそれぞれ対応する位置に１１個形成する（図７（Ｃ）、図３（Ｃ）参照）。
【００６６】
３）半導体基板Ｗと第１支持基板１４０および第２支持基板１５０の接合
第１支持基板１４０および第２支持基板１５０と半導体基板Ｗとを、陽極接合により接合する。
【００６７】
４）配線用端子Ｔ１〜Ｔ１１の形成
第２支持基板１５０の上面及び錐状貫通孔内に、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Ｔ（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７（Ｃ）、図３（Ｃ）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。
【００６８】
上述の製造方法によれば、半導体基板Ｗの加工後に、第１支持基板１４０および第２支持基板１５０との接合を行うため、製造工程においてＳＯＩ基板のままハンドリング可能である。このため、センサの内部に異物（レジスト、ＤＲＩＥ時のデポジション堆積物など）が残存しづらい。したがって、信頼性の高い物理量センサ１００を提供することができる。
【００６９】
（８）半導体基板Ｗ、第１支持基板１４０、第２支持基板１５０のダイシング
互いに接合された半導体基板Ｗ、第１支持基板１４０、及び第２支持基板１５０をダイシングソー等で切断し、個々の物理量センサ１００に分離する。以上のように物理量センサ１００が製造できる。
【００７０】
以下、本実施の形態の変形例１〜３として、支持基板（第１支持基板１４０および第２支持基板１５０を含む）の材料を変更した場合について説明する。
【００７１】
＜変形例１＞
支持基板として半導体材料を用いる場合について説明する。半導体材料としては半導体基板Ｗと略同様の材料であるシリコン基板を用いることが好ましい。シリコン基板（図示せず）の錘接合部１１２あるいは錘部１３２と対向する面に絶縁層（例えば、シリコン酸化物）を備えた基板を用いる。このシリコン基板と半導体基板Ｗとの接合は、プラズマ接合法等の直接接合法を用いることができる。あるいは、支持基板側には絶縁層上にＣｒ，Ａｕ（もしくはＡｕ−Ｓｎ，Ａｇ−Ｓｎ）の順に、接合部材の一部を所定領域に形成する。センサ側（フレーム部１１１およびフレーム部１３１の表面に露出する導電層１７２上）には、Ｔｉ，Ａｕの順に接合部材の一部を形成しておき、Ａｕ−Ａｕなどのメタル接合を用いることにより、支持基板としてのシリコン基板と半導体基板Ｗとを接合することができる。
【００７２】
支持基板としてシリコン基板を用いた場合には、ダイシングの際にブレードの交換を必要としない。すなわち、従来はダイシング対象となる層の材料によって適合するブレードを選択していたのに対して、本変形例１では同一ブレードにより一括でダイシングが可能である。したがって、生産効率が向上する。さらに、従来、層毎にブレードを選択する場合にはダイシングを行う順にブレード幅を広いものから狭いものとしなくてはならず、ウエハ多面付けで物理量センサ１００を製造する場合にはダイシング領域の面積が不必要に多いものとなり、およそ３０％程度を占め、面付け効率が良くない。本変形例１によれば、同一ブレードにより一括でダイシング可能であるため、ダイシング領域の面積を低減することができ、面付け能率を上げることができる。
【００７３】
＜変形例２＞
支持基板として金属材料を用いる場合について説明する。金属材料としてはステンレス、インバーなどを用いることができる。金属板（図示せず）の錘接合部１１２あるいは錘部１３２と対向する面に絶縁層（例えば、絶縁性樹脂、シリコン酸化物）を備えた基板を用いる。この金属板と半導体基板Ｗとの接合はメタル接合を用いることができる。これはセンサ側（フレーム部１１１およびフレーム部１３１の表面に露出する導電層１７２上）に、例えば、Ｔｉ，Ａｕの順に接合部材の一部を形成する。金属板側には絶縁層上にＣｒ，Ａｕ（もしくはＡｕ−Ｓｎ，Ａｇ−Ｓｎ）の順に、接合部材の一部を所定の領域に形成する。次いで、センサ側のＡｕと、金属板側のＡｕとを接点にメタル接合を行う。支持基板として金属板を用いた場合には、材料強度の関係から５０μｍ以下の厚みのものを用いることができ、センサの薄型化を図ることができる。なお、支持基板として金属材料を用いる場合は、配線用端子Ｔに相当する錐状貫通孔をエッチングなどにより穿設した後、錐状貫通孔内壁に絶縁層を形成する必要がある。
【００７４】
＜変形例３＞
支持基板として絶縁性樹脂材料を用いる場合について説明する。絶縁性樹脂材料としてはポリイミド樹脂、エポキシ樹脂などを用いることが好ましい。この支持基板と半導体基板Ｗとの接合はメタル接合を用いることができる。これはフレーム部１１１およびフレーム部１３１の表面に露出する導電層１７２上に、例えば、Ｔｉ，Ａｕの順に接合部材の一部を形成する。絶縁樹脂基板側には絶縁層上にＣｒ，Ａｕ（もしくはＡｕ−Ｓｎ，Ａｇ−Ｓｎ）の順に、接合部材の一部を所定の領域に形成する。次いで、センサ側のＡｕと、絶縁樹脂基板側のＡｕとを接点にメタル接合を行う。
【００７５】
以上のように、物理量センサ１００において、半導体基板Ｗのフレーム部１１１，１３１に貫通配線部Ｐ１〜Ｐ１０を設けることにより、錘部１３２及び各電極１４４ａ〜１４４ｅ，１５４ａ〜１５４ｅ，Ｅの形成領域を干渉しないように配線Ｌ１〜Ｌ１０を接続することも可能になる。このため、錘部１３２の体積を確保し、かつ錘部１３２のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の変位量も確保することができる。このため、センサ性能を低下させることなく、物理量センサ１００の外形サイズの小型化を図ることができる。したがって、物理量センサ１００全体の外形サイズは、従来の物理量センサ全体の外形サイズに比べて約１／４に小型化することができる。また、物理量センサ１００を従来の物理量センサと外形サイズを等しくして錘部の容積を大きくした場合は、物理量センサとしての感度を向上させることができる。
【００７６】
近年、物理量センサを電子機器へ搭載する場合に実装高さが課題となっている。しかし、本発明に係る物理量センサでは半導体基板Ｗを薄くした（錘部が薄くなった）としても、従来に比べて錘部の体積を大きくしており、薄型化したことによる感度低下を補うことができる。
【００７７】
本発明の実施の形態に係る物理量センサ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、物理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。
【００７８】
以下に、物理量センサ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。
【００７９】
＜処理回路＞
上記物理量センサ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８を参照して説明する。
【００８０】
図８は、物理量センサ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８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。
【００８１】
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物理量センサ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。
【００８２】
次に、上記物理量センサ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、電子部品および電子機器も半導体装置の範囲に含まれるものとする。
【００８３】
図９は、上記物理量センサ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９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、上記物理量センサ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。
【００８４】
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。
【００８５】
次に、図９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。
【００８６】
図１０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１０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。
【００８７】
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、新たな機能を実現することができ、モバイル端末機の利便性や信頼性を向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の一実施の形態に係る物理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）はシリコン膜の上面を示す平面図、（Ｂ）はＢＯＸ層の上面を示す平面図、（Ｃ）はシリコン基板の上面を示す平面図である。
【図３】支持基板の構成を示す図であり、（Ａ）は第１支持基板の下面を示す平面図、（Ｂ）は第２支持基板の上面を示す平面図、（Ｃ）は第２支持基板の下面を示す平面図である。
【図４】半導体基板に形成される貫通配線部を模式的に示す図であり、（Ａ）は貫通配線部の構成を示す断面図、（Ｂ）は貫通配線部の構成を示す上面図である。
【図５】物理量センサ内に形成される容量素子の構成を示す断面図である。
【図６】物理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、可撓部、開口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、錘部を形成する工程を示す断面図、（Ｄ）は半導体基板に貫通孔を形成する工程を示す断面図である。
【図７】物理量センサの製造方法を示す図であり、（Ａ）は半導体基板に導通部を形成する工程を示す断面図、（Ｂ）は半導体基板に貫通配線部を形成する工程を示す断面図、（Ｃ）は半導体基板に第１支持基板と第２支持基板を接合し、第２支持基板に配線用端子を形成する工程を示す断面図である。
【図８】物理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９】物理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１０】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。
【符号の説明】
【００８９】
１００…物理量センサ、１１０…シリコン膜、１１１，１３１…フレーム部、１１２（１１２ａ〜１１２ｅ）…錘接合部、１１３…可撓部、１２０…ＢＯＸ層、１３０…シリコン基板、１３２（１３２ａ〜１３２ｅ）…錘部、１４０…第１支持基板、１４４ａ，１５４ａ…駆動用電極、１４４ｂ〜１４４ｅ，１５４ｂ〜１５４ｅ…検出用電極、１５０…第２支持基板、１６０，１６１…導通部、１７０…貫通孔、１７１…絶縁層、１７２…導電層、１８０…接合部材、１９０…ギャップ、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、Ｅ…（錘部の）駆動用電極，検出用電極、Ｌ３〜Ｌ１０…（検出用電極と接続する）配線、Ｔ１〜Ｔ１１Ｅ…線用端子、Ｐ１〜Ｐ１０…貫通配線部
【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８】
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【図９】
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【図１０】
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