(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１センサー素子が設けられている第１基板と、
第２センサー素子が設けられている第２基板と、を含み、
前記第２基板は、前記第１センサー素子と前記第２センサー素子とが平面視で互いに重なった状態で、前記第１基板上に配置され、
前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方には、第３センサー素子が設けられ、
前記第３センサー素子は、前記第１方向および前記第２方向を含む面と交差する第３方向の力が生じると容量値が変化する、第３センサー素子用の容量素子を含むことを特徴とする素子構造体。
【請求項２】
請求項１記載の素子構造体であって、
前記第１基板は、第１支持層と前記第１センサー素子との間に第１絶縁層が設けられ、
前記第２基板は、第２支持層と前記第２センサー素子との間に第２絶縁層が設けられていることを特徴とする素子構造体。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の素子構造体であって、
前記第１センサー素子は、
第１固定部と、前記第１固定部に第１弾性変形部を介して支持されている第１可動錘部と、前記第１可動錘部に設けられ前記第１可動錘部と一体的に変位する第１可動電極部と、前記第１可動電極部に対向して配置される第１固定電極部と、を備え、かつ、前記第１可動錘部に、平面視における第１方向の力が加わると、前記第１可動電極部は前記第１方向に変位し、
前記第２センサー素子は、
第２固定部と、前記第２固定部に第２弾性変形部を介して支持されている第２可動錘部と、前記第２可動錘部に設けられ前記第２可動錘部と一体的に変位する第２可動電極部と、前記第２可動電極部に対向して配置される第２固定電極部と、を備え、かつ、前記可動錘部に、前記第１方向と交差する、平面視における第２方向の力が加わると、前記第２可動電極部は前記第２方向に変位する、
ことを特徴とする素子構造体。
【請求項４】
請求項３記載の素子構造体であって、
前記第１センサー素子は、前記第１可動錘部に第１方向の力が加わったときに、容量値が減少する第１センサー用第１容量と、容量値が増大する第１センサー用第２容量と、を備え、
前記第２センサー素子は、前記第２可動錘部に第２方向の力が加わったときに、容量値が減少する第２センサー用第１容量と、容量値が増大する第２センサー用第２容量と、を備えることを特徴とする素子構造体。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の素子構造体であって、
前記第３センサー素子は、前記第３方向の力が生じると容量値が変化する、第３センサー素子用の第１容量を含み、
前記第３センサー素子用の第１容量は、前記第１基板に一端が支持され、かつ他端の周囲に空隙部が設けられている第１可動電極と、前記第２基板に固定されている第１固定電極と、の間に生じることを特徴とする素子構造体。
【請求項６】
請求項５記載の素子構造体であって、
前記第３センサー素子は、前記第３方向の力が生じると容量値が変化する、第３センサー素子用の第２容量を含み、
前記第３センサー素子用の第２容量は、前記第１基板に固定されている第２固定電極と、前記第２基板に一端が支持され、かつ他端の周囲に空隙部が設けられている第２可動電極と、の間に生じることを特徴とする素子構造体。
【請求項７】
請求項５または請求項６記載の素子構造体であって、
前記第３センサー素子は、平面視で、前記第１センサー素子および前記第２センサー素子の形成領域の周囲に設けられていることを特徴とする素子構造体。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の素子構造体であって、
前記第１基板と前記第２基板との間には、スペーサー部材が設けられていることを特徴とする素子構造体。
【請求項９】
請求項８記載の素子構造体であって、
前記スペーサー部材は枠状であり、
前記第１基板、前記第２基板および前記スペーサー部材によって、封止体が構成されていることを特徴とする素子構造体。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の素子構造体と、
前記素子構造体から出力される電気信号を処理する信号処理回路と、
を有することを特徴とする慣性センサー。
【請求項１１】
請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の素子構造体を有することを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、素子構造体、慣性センサー、電子機器等に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System:微小電気機械システム）技術を使用して、小型で高感度のＭＥＭＳセンサーを実現する技術が注目されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ポリシリコンの積層構造体を用いた半導体力学量センサーが開示されている。この半導体力学量センサーは、一つの可動構造体を用いて、３軸（Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸）の各々の方向の加速度成分を検出する。
【０００４】
また、特許文献２には、３つの加速度検知素子を一つのシリコン基板上に集積した、３軸加速度センサーが示されている。３つの加速度検知素子は、シリコンマイクロマシン製造プロセスによって同時に形成され、また、各加速度センサーは、一つのシリコン基板上に隣接して配置（並置）される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２８６５３５号公報
【特許文献２】特開平９−１１３５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の技術では、構造体内で、基板と垂直な方向に３つの絶縁分離構造が必要となる。よって、製造工程が複雑となるのは否めない。また、一つの可動構造体で３軸方向の加速度を検出することから、各軸の検出感度の独立性を確保することがむずかしく、いわゆる他軸感度特性をもつことは否めない。また、構造が複雑であることから、センサーの感度の向上、あるいはセンサーサイズの縮小の点で、限界がある。つまり、電極（ポリシリコン）を成膜プロセスで形成しており、厚膜化がプロセス的に難しいことから、センサー性能の向上には限界がある。また、センサー素子の封止（パッケージング）を行なう場合には、追加工程が必要になり、製造工程がさらに複雑化する。また、封止体の形成によってセンサーサイズがさらに増大する。
【０００７】
また、特許文献２の技術では、３つの加速度センサーを一つのセンサー上に並置することから、センサーの専有面積が増大するのは否めない。また、センサー素子の封止（パッケージング）を行なう場合には、追加工程が必要になる。また、封止体の形成によってセンサーサイズがさらに増大する。
【０００８】
本発明の少なくとも一つの態様によれば、例えば、容量素子を含む素子構造体の製造を容易化することができる。また、例えば、素子構造体の小型化を図ることも可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明の素子構造体の一態様は、第１支持層と、前記第１支持層の上方に設けられる第１センサー素子と、を有する第１基板と、第２支持層と、前記第２支持層の上方に設けられる第２センサー素子と、を有する第２基板と、を含み、前記第２基板は、前記第１センサー素子と前記第２センサー素子とが互いに対向した状態で、前記第１基板上にスペーサーを介して配置されている。
【００１０】
本態様では、第１センサー素子を有する第１基板と、第２センサー素子を有する第２基板とを対向配置することによって、２つのセンサー素子を有する素子構造体が構成される。第１基板と第２基板の各々は、例えば、所定距離だけ離間されて、互いに対向した状態で配置される。第１基板および第２基板としては、例えば、半導体基板上に複数層の絶縁膜や導体膜等が積層形成される多層構造の半導体基板や、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板、あるいはガラス基板等を用いることができる。また、第１センサー素子と第２センサー素子とは互いに対向しており、したがって、平面視において、第１センサー素子の形成領域と第２センサー素子の形成領域とが重なっている。
【００１１】
第１センサー素子の形成領域と第２センサー素子の形成領域は、平面視で重複していることから、各センサーが並置されている場合に比べて、素子の専有面積が減少し、よって、素子構造体の小型化が可能である。また、第１センサー素子と第２センサー素子の各々は、空間的に分離されていることから、第１センサー素子と第２センサー素子との相互干渉が防止され、各センサーの独立性が確保される。よって、本態様の素子構造体では、多軸感度特性が問題とならない。また、例えば、いずれか一方の基板を、封止用の蓋体としても使用することもでき、この場合には、小型の封止構造体（センサーパッケージ）を追加工程なく実現することができる。
【００１２】
（２）本発明の素子構造体の一態様は、前記第１支持層と前記第１センサー素子との間、および、前記第２支持層と前記第２センサー素子との間の少なくとも一方に絶縁層が形成される。
【００１３】
この構造によれば、第１基板と第２基板との絶縁性は確保される。したがって、各基板に設けられる導体層間の絶縁分離のために、特別な構造を形成する必要がない。つまり、第１基板と第２基板を、所定距離を保って対向配置すると、これに伴って、各基板に垂直な方向（例えばＺ軸方向）における、導体層（導電部材）間の絶縁分離は必然的に実現される。よって、容量素子を含む素子構造体の製造工程が簡素化される。
【００１４】
また、例えば、厚い活性層を持つＳＯＩ基板等を使用し、その厚い活性層によって可動梁を構成すると、慣性力（加速度や角速度等の物理量）を精度良く検出するために必要な質量（可動錘の質量）を容易に確保することができる。よって、センサー感度の向上が容易である。
【００１５】
（３）本発明の素子構造体の他の態様では、前記第１センサー素子は、第１固定枠部と、前記第１固定枠部に第１弾性変形部を介して支持され、周囲に第１空洞部が形成されている第１可動錘部と、前記第１可動錘部と一体的に形成され、前記第１可動錘部と一体的に変位する第１可動電極部と、前記第１固定枠部に一端が固定され、前記第１可動電極部に対向して配置される第１固定電極部と、を有し、かつ、前記第１可動錘部に、平面視における第１方向の力が加わると、前記第１可動電極部は前記第１方向に変位し、前記第２センサー素子は、第２固定枠部と、前記第２固定枠部に第２弾性変形部を介して支持され、周囲に第２空洞部が形成されている第２可動錘部と、前記第２可動錘部と一体的に形成され、前記第２可動錘部と一体的に変位する第２可動電極部と、前記第２固定枠部に一端が固定され、前記第２可動電極部に対向して配置される第２固定電極部と、を有し、かつ、前記可動錘部に、前記第１方向と交差する、平面視における第２方向の力が加わると、前記第２可動電極部は前記第２方向に変位する。
【００１６】
本態様では、第１センサー素子および第２センサー素子は共に容量素子であり、この容量素子は、固定枠部と、弾性変形部（バネ部）と、可動電極部と、可動錘部と、固定電極部とを有する。各部は、例えば、単結晶シリコン層（ならびにその上に設けられる絶縁層等）をフォトリソグラフィによってパターニングすることによって、一括して形成することができる。なお、第１センサー素子の構成要素には「第１」を冒頭に付し、第２センサー素子の構成要素には「第２」を冒頭に付し、両者を区別している。
【００１７】
例えば、弾性変形部の一端は固定枠部に連結（固定）され、他端は可動錘部に連結（固定）される。可動錘部は、弾性変形部を介して固定枠部に支持される。可動錘部は、空洞部中に浮いた状態となっていることから、所定方向に変位することができる。可動電極部は、例えば可動錘部と一体に形成されており、可動錘部に力が加わって可動錘部が変位すると、可動電極部も同様に変位する。可動電極部は、例えば、一端が可動錘部に固定され、かつ可動錘部の周囲の空洞部に向けて突出形成される。固定電極部は、可動電極部に対向して配置される。固定電極部は、例えば、一端が固定枠部に固定され、可動錘部の周囲の空洞部に向けて突出形成される。
【００１８】
また、第１センサー素子を構成する容量素子の容量値は、例えば、第１可動錘部が、水平面内の第１方向に変位することによって変化する。一方、第２センサー素子を構成する容量素子の容量値は、例えば、第２可動錘部が、水平面内で、第１方向と交差する第２方向（例えば直交する方向）に変位することによって変化する。つまり、第１センサー素子（を構成する容量素子）の検出軸の方向と、第２センサー素子（を構成する容量素子）の検出軸の方向は、互いに交差する方向（例えば直交する方向）である。したがって、本態様の素子構造体を用いると、２軸方向の加速度や角速度の検出が可能である。
【００１９】
（４）本発明の素子構造体の他の態様では、前記第１センサー素子は、前記第１可動錘部に第１方向の力が加わったときに、容量値が減少する第１センサー用第１容量と、容量値が増大する第１センサー用第２容量と、を有し、前記第２センサー素子は、前記第２可動錘部に第１方向の力が加わったときに、容量値が減少する第２センサー用第１容量と、容量値が増大する第２センサー用第２容量と、を有する。
【００２０】
本態様では、第１センサー素子および第２センサー素子の各々に、容量値の変化の方向が逆である２つの容量素子（第１容量と第２容量）を設ける。第１容量素子と第２容量素子は、差動容量として利用することができる。
【００２１】
例えば、第１センサー素子において、第１可動錘部に第１方向の力（加速度やコリオリ力）が加わったとき、例えば、第１容量を構成する可動電極と固定電極との間の距離（コンデンサーのギャップ）が拡大して第１容量の容量値が減少したとする(第１容量の容量値の変動量を「−ΔＣ」とする)。このとき、第２容量を構成する可動電極と固定電極との間の距離（コンデンサーのギャップ）は縮小して第２容量の容量値が増大する(第２容量の容量値の変動量は「＋ΔＣ」である)。第２センサーについても同様である。
【００２２】
第１容量および第２容量の各々の容量値の変動を電気信号として取り出すことによって、差動検出信号が得られる。検出信号を差動化することによって、同相ノイズを相殺することができる。また、２つの検出信号のうちのいずれの信号が増加しているかを検出することによって、力の方向（力が加わった向き）も検出することができる。また、複数の容量（第１容量および第２容量）が設けられることによって、慣性力の検出用の容量の容量値が実質的に増大したことになり、電荷の移動量が増大することから、検出信号の信号振幅を増大させる効果も得られる。
【００２３】
（５）本発明の素子構造体の他の態様では、前記第１基板および前記第２基板の少なくとも一方には、さらに第３センサー素子が設けられ、前記第３センサー素子は、前記第１方向および前記第２方向を含む面に垂直な第３方向の力が生じると容量値が変化する、第３センサー素子用の容量素子を含む。
【００２４】
これによって、第１方向、第２方向に加えて、第３方向にも検出感度をもつ素子構造体が実現される。第３センサー素子としての容量素子は、例えば、第３方向に延在する導体層を、所定距離だけ隔てて対向して配置し、一方の導体層の側面を固定電極として使用し、他方の導体層の側面を可動電極として使用することによって形成することができる。
【００２５】
（６）本発明の素子構造体の他の態様では、前記第１基板と前記第２基板とが対向配置されることによって、第３センサー素子が構成されており、前記第３センサー素子は、前記第１方向および前記第２方向を含む面と交差する第３方向の力が生じると容量値が変化する、第３センサー素子用の第１容量を含み、前記第３センサー素子用の第１容量は、前記第１基板における前記第１絶縁層によって一端部が支持され、かつ他端部の周囲に空隙部が形成されている、第１可動電極としての第１可動梁と、前記第２基板における前記第２絶縁層上に固定されている、第１固定電極としての第１固定部と、を有する。
【００２６】
本態様においても、第３方向に検出感度をもつ第３センサー素子が設けられる。但し、上記（５）の態様では、一つの基板に第３センサーが設けられていたが、本態様では、第１基板と第２基板とが組み合わされて第３センサーが形成され、この点で、第３センサーの実現方法が異なっている。
【００２７】
本態様では、第１基板に、第１可動電極としての第１可動梁がさらに設けられ、また、第２基板には、第１固定電極として機能する第１固定部がさらに設けられる。なお、「第１」を冒頭に付すのは、次の（８）の態様にて構成要素が追加されることから、構成要素同士の混同を避けるという形式的な理由である（本態様単独で考えるならば、「第１」という序詞は不要である）。
【００２８】
本態様では、第１基板と第２基板とが、例えば所定距離を隔てて対向配置されると、第１可動梁と第１固定部とが対向した状態（平面視で重なった状態）となり、これによって平行平板コンデンサーが形成される。各基板に垂直な方向（つまり第３方向）に力（加速度やコリオリ力）が加わったとき、第１可動梁の変位によって、第１可動電極と第１固定電極との間の距離（コンデンサーのギャップ）が変化し、これに伴って容量値が変動する。よって、第３方向の加速度やコリオリ力（回転角速度）を検出することができる。
【００２９】
第１基板と第２基板の各々は、所定距離だけ離間されて、互いに対向した状態で配置されており、よって、第１基板と第２基板との絶縁性は確保される。したがって、各基板に設けられる導体層間の絶縁分離のために、特別な構造を形成する必要がない。つまり、第１基板と第２基板を、所定距離を保って対向配置すると、これに伴って、各基板に垂直な方向（例えばＺ軸方向）における、導体層（導電部材）間の絶縁分離は必然的に実現される。よって、容量素子を含む素子構造体の製造工程が簡素化される。
【００３０】
また、例えば、厚い活性層を持つＳＯＩ基板等を使用し、その厚い活性層によって可動梁を構成すると、慣性力（加速度や角速度等の物理量）を精度良く検出するために必要な質量（可動錘の質量）を容易に確保することができる。よって、センサー感度の向上が容易である。
【００３１】
（７）本発明の素子構造体の他の態様では、第３センサー素子用の第２容量をさらに含み、前記第３センサー素子用の第２容量は、前記第１基板における前記第１絶縁層上に固定されている、第２固定電極としての第２固定部と、前記第２基板における前記第２絶縁層によって一端部が支持され、かつ他端部の周囲に空隙部が形成されている、第２可動電極としての第２可動梁と、を有する。
【００３２】
本態様では、第１基板には、第２固定電極としての第２固定部がさらに設けられ、第２基板には、第２可動電極としての第２可動梁がさらに設けられる。つまり、本態様では、第３センサーは、２つの容量素子（第１容量と第２容量）を含む。第３センサー素子用の第１容量に関して、第１可動電極は第１基板側に設けられ、第１固定電極は第２基板側に設けられる。一方、第３センサー素子用の第２容量に関して、第２可動電極は第２基板側に設けられ、第２固定電極は第１基板側に設けられる。つまり、第３センサー用の第１容量と第３センサー用の第２容量とでは、可動電極と固定電極の位置関係が逆になっている。よって、第３センサー用の第１容量と第３センサー用の第２容量は、差動容量として利用することができる。
【００３３】
各基板に垂直な方向（例えばＺ軸方向）に力（加速度やコリオリ力）が加わったとき、例えば、第１容量における、第１可動電極と第１固定電極との間の距離（コンデンサーのギャップ）が拡大して第１容量の容量値が減少したとする(第１容量素子の容量値の変動量を「−ΔＣ」とする)。この場合、第２容量における、第２可動電極と第２固定電極との間の距離（コンデンサーのギャップ）は縮小して第２容量素子の容量値が増大する(第２容量素子の容量値の変動量は「＋ΔＣ」である)。
【００３４】
第１容量および第２容量の各々の容量値の変動を電気信号として取り出すことによって、差動検出信号が得られる。検出信号を差動化することによって、同相ノイズを相殺することができる。また、２つの検出信号のうちのいずれの信号が増加しているかを検出することによって、力の方向（力が加わった向き）も検出することができる。また、複数の容量素子（つまり第１容量子および第２容量子）が設けられることによって、慣性力の検出用の容量の容量値が実質的に増大したことになり、電荷の移動量が増大することから、検出信号の信号振幅を増大させる効果も得られる。
【００３５】
また、本態様の構造を採用すると、第１容量と第２容量との間のカップリングによるクロストーク（相互影響）を、実用上、問題ないレベルまで低減できるという効果が得られる。例えば、容量素子の固定電極を共通電位とし、可動電極から検出信号が得られる場合を想定する。一般に、素子構造体の小型化を推進すると、第１容量と第２容量との距離が短縮され、各容量子の可動容量間で、寄生容量によるカップリングが生じやすくなる。
【００３６】
しかし、本態様の素子構造体の構造によれば、上述のとおり、第１容量の第１可動電極は第１基板側に設けられ、一方、第２容量第２可動電極は第２基板側に設けられている。各基板は、基板に垂直な方向（例えばＺ軸方向）に所定距離だけ離間していることから、第１可動電極と第２可動電極とが隣接して配置されたとしても、第１可動電極と第２可動電極との間の距離は確保され、よって、第１容量と第２容量との間のカップリングによるクロストーク（相互影響）は十分に低減される。したがって、本態様によれば、素子構造体を小型化しつつ、第３センサー素子の検出感度の低下を抑制することができる。
【００３７】
（８）本発明の素子構造体の他の態様では、前記第３センサー素子は、平面視で、前記第１センサー素子および前記第２センサー素子の形成領域の周囲にある空き領域に設けられる。
【００３８】
本態様は、第１基板と第２基板における第３センサー素子のレイアウトに関係する。先に説明したように、第１センサー素子と第２センサー素子とは、平面視で重畳しており、これによって、素子構造体の小型化が可能である。本態様では、さらに、第３センサー素子を、平面視での第１センサー素子および第２センサー素子の形成領域の周囲にある空き領域に設ける。
【００３９】
例えば、第１基板と第２基板とが平面視で重なり合う全領域を、素子形成領域とする。
第１センサー素子と第２センサー素子は、例えば、平面視の素子形成領域の中央部に設け、第３センサー素子の構成要素（固定部や可動梁）は、中央部の周囲の空き領域に分散させて配置するというレイアウトを採用することができる。これによって、素子形成領域を無駄なく使用したレイアウトとなる。よって、３軸の各々に検出感度をもつ、極めて小型の素子構造体（３軸素子構造体）を得ることができる。
【００４０】
（９）本発明の素子構造体の他の態様では、前記第１基板と前記第２基板との間には、スペーサー部材が設けられている。
【００４１】
本態様では、第１基板と第２基板との間にはスペーサー部材が設けられる。スペーサー部材によって、例えば、第２基板を、第１基板上において、所定距離だけ離間させて保持することができる。スペーサー部材としては、絶縁材料のみからなる絶縁性スペーサー部材を使用することができ、また、導電性材料を構成要素として含む導電性スペーサー部材を使用することもできる。また、絶縁性スペーサー部材と導電性スペーサー部材とを併用することもできる。
【００４２】
（１０）本発明の素子構造体の他の態様では、前記スペーサー部材として、平面視で閉じた線形状をもつスペーサー部材が使用され、前記第１基板、前記第２基板ならびに前記スペーサー部材によって、内部に空間が形成された封止体が形成されている。
【００４３】
例えば、第１基板を、第２基板を支持する支持基板として使用し、第２基板を、封止体の蓋部を構成する蓋基板として使用し、第１スペーサー部材を、気密封止用の側壁として使用することができる。第１基板および第２基板の少なくとも一方に、平面視で閉じた線形状をもつ第１スペーサー部材を形成した後、第１基板と第２基板をフェースツーフェースで貼り合わせることによって、封止体（パッケージ）を備える素子構造体が形成される。本態様によれば、封止体（パッケージ）を構成するための追加の製造工程が不要であり、したがって、素子構造体の製造工程が簡素化される。
【００４４】
（１１）本発明の素子構造体の他の態様では、前記スペーサー部材は、樹脂をパターニングして形成される樹脂コア部と、前記樹脂コア部の表面の少なくとも一部を覆うように形成される導電層と、を有する。
【００４５】
本態様では、スペーサー部材として樹脂コア部（樹脂コア）と、樹脂コア部（樹脂コア）の表面の少なくとも一部を覆うように形成される導電層とを有する、樹脂コア構造をもつ導電性スペーサー部材（導電材料を構成要素として含むスペーサー）を使用する。
【００４６】
樹脂としては、例えばレジンのような熱硬化性樹脂を使用することができる。樹脂は硬く、剛性を有することから、第１基板上において、第２基板を安定的に支持する（所定距離を保って支持する）のに役立つ。また、樹脂コアの表面の少なくとも一部を覆うように(樹脂コアに少なくとも接するように）導体層が形成される。
【００４７】
なお、導体層の厚みはごく薄く（また、第１基板と第２基板を貼り合わせると、樹脂コアの頂部はほぼ露出した状態となる場合もあり）、したがって、第１基板と第２基板との間の距離は、樹脂コアの高さで正確に決定することができる。
【００４８】
また、樹脂コアの少なくとも一部を覆う導体層が設けられていることから、その導体層を経由して、例えば、第１基板側の導体と第２基板側の導体とを相互に接続することも可能である。なお、例えば、第１基板側の絶縁層と第２基板の絶縁層との間に、樹脂コア構造をもつ導電性スペーサーを介在させた場合には、樹脂コアの少なくとも一部を覆う導体層の電気的な導通をとる機能は発揮されない。この場合は、樹脂コア構造をもつ導電性スペーサーは、実質的には絶縁性スペーサーとして機能しているとみることができる。
【００４９】
（１２）本発明の慣性センサーの一態様では、上記いずれかの素子構造体と、前記素子構造体から出力される電気信号を処理する信号処理回路と、を有する。
【００５０】
素子構造体は小型であり、かつ検出性能が高い。よって、小型、かつ高感度の慣性センサーを実現することができる。また、封止体（パッケージ）を備える、信頼性の高い（つまり耐湿性等に優れた）慣性センサーを得ることができる。慣性センサーの例としては、例えば、静電容量型加速度センサー、ならびにジャイロセンサー（角速度センサー）等が挙げられる。
【００５１】
（１３）本発明の電子機器の一態様は、上記慣性センサーを有する。
【００５２】
これによって、小型で、かつ、高性能（かつ信頼性の高い）な電子機器(例えば、ゲームコントローラーや携帯端末等)が得られる。
【００５３】
（１４）本発明の電子機器の他の態様は、第１センサーとしての、上記慣性センサーと、前記第１センサーとは異なる物理量を検出する第２センサーと、を有する。
【００５４】
これによって、小型で、かつ、高性能（かつ信頼性の高い）なセンサーモジュール（例えば、人の姿勢等の変化を検出するモーションセンサー：電子機器の一種）を実現することができる。
【００５５】
（１５）本発明の素子構造体の製造方法の一態様は、第１支持層と、前記第１支持層上に設けられる第１絶縁層と、前記第１絶縁層上に設けられる第１活性層と、を有する第１基板としての第１ＳＯＩ基板における、前記第１絶縁層ならびに前記第１活性層をパターニングし、これによって、第１固定枠部と、前記第１固定枠部に第１弾性変形部を介して支持され、周囲に第１空洞部が形成されている第１可動錘部と、前記第１可動錘部と一体的に形成され、前記第１可動錘部と一体的に変位する第１可動電極部と、前記第１固定枠部に一端が固定され、前記第１可動電極部に対向して配置される第１固定電極部と、を有する第１センサー素子を形成する工程と、第２支持層と、前記第２支持層上に設けられる第２絶縁層と、前記第２絶縁層上に設けられる第２活性層と、を有する第２基板としての第２ＳＯＩ基板における、前記第２絶縁層ならびに前記第２活性層をパターニングし、これによって、第２固定枠部と、前記第２固定枠部に第２弾性変形部を介して支持され、周囲に第２空洞部が形成されている第２可動錘部と、前記第２可動錘部と一体的に形成され、前記第２可動錘部と一体的に変位する第２可動電極部と、前記第２固定枠部に一端が固定され、前記第２可動電極部に対向して配置される第２固定電極部と、を有する第２センサー素子とを有する工程と、前記第１ＳＯＩ基板および前記第２ＳＯＩ基板の少なくとも一方にスペーサー部材を形成する工程と、前記第１ＳＯＩ基板と前記第２ＳＯＩ基板とを、前記第１センサー素子の検出軸と前記第２センサー素子の検出軸とが交差するように対向させ、前記第１ＳＯＩ基板と前記第２ＳＯＩ基板とを接着材によって接着する工程と、を含む。
【００５６】
本態様の素子構造体の製造方法では、例えば、共通の電極配置レイアウトが採用されたＳＯＩ基板を２枚、製造し、一方の基板を、他方の基板に対して所定角度（例えば９０度）回転させた状態で各基板を対向させて、フェースツーフェースで接続する。これによって、検出軸が交差する２つのセンサー素子（第１センサー素子および第２センサー素子）を備える素子構造体を、効率的に製造することができる。各センサー素子は、差動容量を備えることから高感度のセンサーとなる。また、２つのセンサーは、平面視で重なっていることから、各センサーを並置した場合に比べて、占有面積を縮小することができる。よって、小型かつ高性能な素子構造体を形成することができる。また、第２基板を蓋基板として使用すること（また、スペーサー部材を封止材としても使用すること）によって、封止体を備える、信頼性の高い素子構造体を、工程の追加なく形成することができる。また、第３センサー素子を備える素子構造体も、同様の方法で、効率的に製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】図１（Ａ）〜図１（Ｄ）は、容量素子を含む素子構造体の構造例を示す図
【図２】Ｙ軸方向センサー素子を備える第１基板と、Ｘ軸方向センサー素子を備える第２基板とを対向配置する場合の、各基板間の対応関係を示す平面図
【図３】図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、図２に示される第１基板と第２基板とを対向させて配置した状態を示す図
【図４】封止構造を有する素子構造体の断面構造の一例を示す図
【図５】慣性センサーの回路構成例を示す図
【図６】図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は、Ｃ／Ｖ変換回路の構成と動作について説明するための図
【図７】図７（Ａ）および図７（Ｂ）は、第３センサー素子をさらに含む素子構造体の構成の一例を示す図
【図８】図８（Ａ）および図８（Ｂ）は、第３センサー素子をさらに含む素子構造体の構成の他の例を示す図
【図９】図９（Ａ）および図９（Ｂ）は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各々に検出感度をもつ３軸センサー素子構造体用の第１基板におけるレイアウト例を示す図
【図１０】第１基板および第２基板の各々の具体的なレイアウト例を示す図
【図１１】図１０に示される具体的なレイアウト例が採用された第１基板と第２基板とを貼り合わせた状態を示す平面図（透視図）
【図１２】図１１のＡ−Ａ’線に沿う素子構造体の断面図
【図１３】第１基板における外部パッドの役割、ならびに第１基板の内部パッドと第２基板の内部パッドとの対応を示す図
【図１４】図１４（Ａ），図１４（Ｂ）、素子構造体の具体的な構造例を示す図
【図１５】第１基板および第２基板における配線パターンの例を示す図
【図１６】図１６（Ａ）および図１６（Ｂ）は、第１基板および第２基板における活性層配線（絶縁分離された活性層）のパターン例を示す図
【図１７】図１７（Ａ）および図１７（Ｂ）は、第１基板および第２基板における第１層目配線の配線パターン例を示す図
【図１８】図１８（Ａ）および図１８（Ｂ）は、第１基板および第２基板における第２層目配線の配線パターン例を示す図
【図１９】図１９（Ａ）および図１９（Ｂ）は、第１基板および第２基板の、活性層パターン、第１層目配線および第２層目配線を重ね合わせたパターン例を示す図
【図２０】図２０（Ａ）および図２０（Ｂ）は、図１９（Ａ）において太い点線で囲んで示される領域ＺＱの拡大平面図と、Ａ−Ａ線に沿うデバイスの断面図
【図２１】電子機器の構成の一例を示す図
【図２２】電子機器の構成の他の例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００５８】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００５９】
（第１実施形態）
図１（Ａ）〜図１（Ｄ）は、容量素子を含む素子構造体の構造例を示す図である。図１（Ａ）の例では、素子構造体は、互いに対向して配置される第１基板ＢＳ１および第２基板ＢＳ２によって構成されている。第１基板ＢＳ１および第２基板ＢＳ２としては、例えば、半導体基板上に複数層の絶縁膜や導体膜等が積層形成される多層構造の半導体基板や、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板、あるいはガラス基板等を用いることができる。
【００６０】
第１基板ＢＳ１は、第１支持層（例えばシリコン単結晶層）１００と、第１支持層１００上に形成される第１絶縁層（例えばシリコン酸化膜）１１０と、第１センサー素子ＳＥ１と、を有する。なお、第１絶縁層（例えばシリコン酸化膜）１１０を設ける必要がない場合もあり得る。例えばガラス基板を第１支持層１００として使用するときには、第１支持層１００自体が絶縁性材料で構成されることから、第１絶縁層（例えばシリコン酸化膜）１１０を設けなくてもよい。
【００６１】
第１センサー素子ＳＥ１は、例えば、第１絶縁層１１０上に形成されている（あるいは、第１支持層１００の上方に設けられている）第１活性層１２０（例えば、シリコン単結晶層）をパターニングすることによって構成することができる。なお、第１活性層１２０としてのシリコン単結晶層上に、少なくとも１層の層間絶縁膜ならびに導体層が積層形成されている多層構造を形成し、その多層構造をパターニングして第１センサー素子ＳＥ１（の構成要素の少なくとも一つ）を形成することもできる。
【００６２】
また、第２基板ＢＳ２は、第２支持層（例えばシリコン単結晶層）２００と、第２支持層２００上に形成される第２絶縁層（例えばシリコン酸化膜）２１０と、第２センサー素子ＳＥ２と、を有する。なお、第２絶縁層（例えばシリコン酸化膜）２１０を設ける必要がない場合もあり得る。例えばガラス基板を第２支持層２００として使用するときには、第２絶縁層（例えばシリコン酸化膜）２１０を設けなくてもよい。
【００６３】
第２センサー素子ＳＥ２は、例えば、第２絶縁層２１０上に形成されている第２活性層２２０（例えば、シリコン単結晶層）をパターニングすることによって構成することができる。なお、第２活性層２２０としてのシリコン単結晶層上に、少なくとも１層の層間絶縁膜ならびに導体層が積層形成されている多層構造を形成し、その多層構造をパターニングして第２センサー素子ＳＥ２（の構成要素の少なくとも一つ）を形成することもできる。
【００６４】
第２基板ＢＳ２は、第１センサー素子ＳＥ１と第２センサー素子ＳＥ２とが互いに対向した状態で、第１基板ＢＳ１上にスペーサー部材（スペーサー）３００を介して配置されている。例えば、第１基板ＢＳ１と第２基板ＢＳ２は、第１センサー素子ＳＥ１と第２センサー素子ＳＥ２とが互いに対向する状態で、スペーサー部材３００を介して貼り合わされている。
【００６５】
スペーサー部材３００によって、例えば、第２基板ＢＳ２を、第１基板ＢＳ１上において、所定距離だけ離間させて保持することができる。スペーサー部材３００としては、例えば、絶縁材料のみからなる絶縁性スペーサー部材を使用することができ、また、導電性材料を構成要素として含む導電性スペーサー部材を使用することもできる。また、絶縁性スペーサー部材と導電性スペーサー部材とを併用することもできる。
【００６６】
第１センサー素子ＳＥ１と第２センサー素子ＳＥ２とは互いに対向しており、したがって、平面視において、第１センサー素子の形成領域と第２センサー素子の形成領域とが重なっている。
【００６７】
素子構造体の内部には空間ＡＲが形成されている。このように構成された素子構造体は、例えば、静電容量型のＭＥＭＳ加速度センサー、あるいは静電容量型のＭＥＭＳジャイロセンサー等の慣性センサーの構成部品として使用することができる。例えば、加速度によって、可動電極部に変位が生じると、可変容量の容量値が変化する。この容量値の変化を、Ｃ／Ｖ変換回路（容量／電圧変換回路）によって電気信号に変換することによって、加速度を検出することができる。同様に、回転によるコリオリ力によって、可動電極部に変位が生じると、可変容量の容量値が変化する。この容量値の変化を、Ｃ／Ｖ変換回路によって電気信号に変換することによって、角速度を検出することができる。なお、ジャイロセンサーでは、素子構造体は、例えば、所定の回転数で回転する回転体（回転質量体：不図示）に取り付けられる。
【００６８】
図１（Ａ）に示される素子構造体によれば、第１基板ＢＳ１と第２基板ＢＳ２との絶縁性は確保される。したがって、各基板（ＢＳ１，ＢＳ２）に設けられる導体層間の絶縁分離のために、特別な構造を形成する必要がない。つまり、第１基板ＢＳ１と第２基板ＢＳ２を、所定距離を保って対向配置すると、これに伴って、各基板に垂直な方向（例えばＺ軸方向）における、導体層（導電部材）間の絶縁分離は必然的に実現される。よって、容量素子を含む素子構造体の製造工程が簡素化される。
【００６９】
また、例えば、厚い活性層を持つＳＯＩ基板等を使用し、その厚い活性層によって可動梁を構成すると、慣性力（実質的には加速度や角速度等の物理量）を精度良く検出するために必要な質量（可動錘の質量）を容易に確保することができる。よって、センサー感度の向上が容易である。
【００７０】
また、第１センサー素子ＳＥ１の形成領域と第２センサー素子ＳＥ２の形成領域は、平面視で重複していることから、各センサーが並置されている場合に比べて、素子の専有面積が減少し、よって、素子構造体の小型化が可能である。
【００７１】
また、第１センサー素子ＳＥ１と第２センサー素子ＳＥ２の各々は、空間的に分離されていることから、第１センサー素子ＳＥ１と第２センサー素子ＳＥ２との相互干渉が防止され、各センサーの独立性が確保される。よって、本態様の素子構造体では、多軸感度特性が問題とならない。
【００７２】
また、例えば、いずれか一方の基板を封止用の蓋体としても使用することもでき、この場合には、小型の封止構造体（センサーパッケージ）を追加工程なく実現することができる。
【００７３】
図１（Ｂ）に示される素子構造体では、Ｙ軸方向センサー素子ＳＥ３と、Ｘ軸方向センサー素子ＳＥ４とが設けられる。第１センサー素子としてのＹ軸方向センサー素子ＳＥ３および第２センサー素子としてのＸ軸方向センサー素子は、共に容量素子である。
【００７４】
図１（Ｃ）は、Ｙ軸方向センサー素子（Ｙ方向センサー素子）ＳＥ３の構成例を示す平面図であり、図１（Ｄ）は、Ｘ軸方向センサー素子（Ｘ方向センサー素子）ＳＥ４の構成例を示す平面図である。図１（Ｃ）に示されるＹ軸方向センサー素子ＳＥ３と、図１（Ｄ）に示されるＸ軸方向センサー素子ＳＥ４とは構成は同じであるが、検出軸が異なる。図１（Ｃ）に示されるＹ軸方向センサー素子ＳＥ３の検出軸はＹ軸であり、図１（Ｄ）に示されるＸ軸方向センサー素子ＳＥ３の検出軸は、Ｙ軸に直交するＸ軸である。
【００７５】
図１（Ｃ）に示される、第１センサー素子としてのＹ軸方向センサー素子ＳＥ３は、第１基板ＢＳ１の活性層１２０を、例えばフォトリソグラフィを用いてパターニングすることによって形成することができる。
【００７６】
図１（Ｃ）のＹ軸方向センサー素子ＳＥ３は、第１固定枠部５０と、第１固定枠部５０に第１弾性変形部（バネ部）５２ａ，５２ｂを介して支持され、周囲に第１空洞部５６が形成されている第１可動錘部５１と、第１可動錘部５１と一体的に形成され、第１可動錘部５１と一体的に変位する第１可動電極部５３と、第１固定枠部５０に一端が固定されると共に、第１可動電極部５３に対向して配置される一対の第１固定電極部５４，５５と、を有する。第１可動錘部５４に、平面視における第１方向の力（つまりＹ軸方向の力）が加わると、第１可動電極部５４は第１方向（Ｙ軸方向）に変位する。
【００７７】
弾性変形部（バネ部）５２ａ，５２ｂの一端は固定枠部５０に連結（固定）され、他端は可動錘部５１に連結（固定）される。可動錘部５１は、弾性変形部５２ａ，５２ｂを介して固定枠部５０に支持される。可動錘部５１は、空洞部５６中に浮いた状態となっていることから、所定方向（図１（Ｃ）の例では、Ｙ軸方向）に変位することができる。可動電極部５３は、例えば可動錘部５１と一体に形成されており、可動錘部５１に力が加わって可動錘部５１が変位すると、可動電極部５３も同様に変位する。可動電極部５３は、例えば、一端が可動錘部５１に固定され、かつ可動錘部５１の周囲に設けられる空洞部５６に向けて突出形成される。一対の固定電極部５４，５５は、可動電極部５３に対向して配置される。一対の固定電極部５４，５５の各々は、例えば、一端が固定枠部５０に固定され、かつ、可動錘部５１の周囲に設けられる空洞部５６に向けて突出形成される。
【００７８】
図１（Ｃ）の例では、固定電極部５４，５５ならびに可動電極部５３は櫛歯電極を構成している。この櫛歯電極によって、２つの容量（差動容量）ｃ１ｙ，ｃ２ｙが構成される。可動電極部５３と固定電極部５４との距離（コンデンサーのギャップ）が縮小されて、第１容量素子ｃ１ｙの容量値が増大する場合（容量値の増分は＋ΔＣ）、可動電極部５３と固定電極部５５との距離は増大されて、第２容量素子ｃ２ｙの容量値が減少する（容量値の減少分は−ΔＣ）。よって、第１容量素子ｃ１ｙおよび第２容量素子ｃ２ｙは差動容量となる。
【００７９】
第１容量素子ｃ１ｙおよび第２容量素子ｃ２ｙの各々の容量値の変動を電気信号として取り出すことによって、差動検出信号が得られる。検出信号を差動化することによって、同相ノイズを相殺することができる。また、２つの検出信号のうちのいずれの信号が増加しているかを検出することによって、力の方向（力が加わった向き）も検出することができる。また、複数の容量（第１容量ｃ１ｙおよび第２容量ｃ２ｙ）が設けられることによって、慣性力の検出用の容量の容量値が実質的に増大したことになり、電荷の移動量が増大することから、検出信号の信号振幅を増大させる効果も得られる。
【００８０】
図１（Ｄ）に示されるＸ軸方向センサー素子ＳＥ２も同様の構成を有する。すなわち、Ｘ軸方向センサー素子ＳＥ２は、第２固定枠部６０と、第２固定枠部６０に第２弾性変形部６２ａ，６２ｂを介して支持され、周囲に第２空洞部６６が形成されている第２可動錘部６１と、第２可動錘部６１と一体的に形成され、第２可動錘部６１と一体的に変位する第２可動電極部６３と、第２固定枠部６０に一端が固定され、第２可動電極部６３に対向して配置される第２固定電極部６４，６５と、を有し、かつ、可動錘部６１に、第１方向と交差する、平面視における第２方向（ここではＸ軸方向）の力が加わると、第２可動電極部６３は第２方向（Ｘ軸方向）に変位する。
【００８１】
なお、上記の説明では、第１センサー素子としてのＹ軸センサー素子ＳＥ３の構成要素には「第１」を冒頭に付し、第２センサー素子としてのＸ軸センサー素子ＳＥ４の構成要素には「第２」を冒頭に付し、両者を区別している。
【００８２】
上述のとおり、Ｙ軸センサー素子ＳＥ３を構成する容量素子ｃ１ｙ，ｃ２ｙの容量値は、第１可動錘部５１が、例えば水平面内の第１方向（Ｙ軸方向）に変位することによって変化する。一方、Ｘ軸センサー素子ＳＥ４を構成する容量素子ｃ１ｘ，ｃ２ｘの容量値は、第２可動錘部６１が、例えば、水平面内で、第１方向と交差する第２方向（ここでは直交する方向であるＸ軸方向）に変位することによって変化する。
【００８３】
つまり、第１センサー素子（を構成する容量素子）の検出軸の方向と、第２センサー素子（を構成する容量素子）の検出軸の方向は、互いに交差する方向（例えば直交する方向）である。したがって、図１（Ｂ）〜図１（Ｄ）に示される素子構造体を用いると、２軸方向の加速度や角速度の検出が可能である。
【００８４】
図２は、Ｙ軸方向センサー素子を備える第１基板と、Ｘ軸方向センサー素子を備える第２基板とを対向配置する場合の、各基板間の対応関係を示す平面図である。図２において、図１と同じ構成要素には同じ参照符号を付してある（この点は以下の図でも同様である）。
【００８５】
図２の左側に示されるように、第１基板ＢＳ１には、内部パッド（点線で囲まれて示される素子形成領域の内側に設けられる接続端子）ＢＩＰ１〜ＢＩＰ１２が設けられており、また、外部パッド（点線で囲まれて示される素子形成領域の外側に設けられる接続端子）ＥＰ１〜ＥＰ８が設けられている。
【００８６】
一方、第１基板ＢＳ１には、パッド（接続端子）ＣＩＰ１〜ＣＩＰ１２が設けられている。パッド（接続端子）ＣＩＰ１〜ＣＩＰ１２の各々は、第１基板ＢＳ１の内部パッドＢＩＰ１〜ＢＩＰ１２の各々に対応する。第１基板ＢＳ１と第２基板ＢＳ２とが重ね合わされて配置されると、対応するパッド同士が平面視で重なることになる。
【００８７】
図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、図２に示される第１基板と第２基板とを対向させて配置した状態を示す図である。図３（Ａ）は、図２に示される第１基板と第２基板とを対向させて配置して構成される素子構造体の平面図であり、図３（Ｂ）は、素子構造体の全体構成の一例を示す斜視図である。
【００８８】
図３（Ａ）では、第１基板ＢＳ１に設けられるＹ軸方向センサー素子は実線で示され、第２基板ＢＳ２に設けられるＸ軸方向センサー素子は点線で示されている。また、図３（Ａ）に示される外部パッドＥＰ１〜ＥＰ８は、図３（Ｂ）に示されるパッドＰＡに相当する。
【００８９】
図３（Ｂ）の例では、支持基板としての第１基板ＢＳ１上に、蓋基板としての第２基板ＢＳ２が固定されて、封止体（ここでは気密封止パッケージ）を備える慣性センサー２５０が形成されている。第１基板ＢＳ１の表面にはパッド（外部接続端子）ＰＡが設けられている。
【００９０】
封止体内部に設けられる可変容量（ｃ１，ｃ２等）と検出回路１３は配線ＩＬを介して接続される。検出回路１３とパッドＰＡは、配線ＥＬによって接続される。また、封止体内部に、複数のセンサーが搭載される場合には、各センサーの出力信号が、配線ＩＬを経由して検出回路１３に導出される。また、図３（Ｂ）の例では、第１基板ＢＳ１上に、検出回路（信号処理回路を含む）１３が搭載されている（但し、これは一例であり、この例に限定されるものではない）。第１基板ＢＳ１上に検出回路１３を搭載することによって、信号処理機能を備えた、高機能な慣性センサー（ＭＥＭＳ慣性センサー）を実現することができる。
【００９１】
第１基板ＢＳ１および第２基板ＢＳ２の少なくとも一方に、例えば、平面視で閉じた線形状をもつ、枠状のスペーサー部材３００（図１（Ａ），図１（Ｂ）参照）を形成した後、第１基板ＢＳ１と第２基板ＢＳ２をフェースツーフェースで貼り合わせることによって、内部に空間ＡＲを有する封止体（気密封止パッケージ）を備える素子構造体を形成することができる。この構造を採用した場合、封止体（パッケージ）を構成するための追加の製造工程が不要である。よって、素子構造体の製造工程が簡素化されるという効果が得られる。
【００９２】
図４は、封止構造を有する素子構造体の断面構造の一例を示す図である。図４に示されるように、第１基板ＢＳ１と第２基板ＢＳ２とが、接着フィルム（ここでは、非導電性のフィルムＮＣＦ）４１４によって貼り合わされている。
【００９３】
第１基板ＢＳ１は、第１支持層１００と、第１絶縁層１１０と、第１活性層１２０と、第１活性層上に設けられる絶縁層１３０と、層間絶縁膜１３５と、タングステン等からなるコンタクトプラグ１２７と、第１層目の導体層１２９と、コンタクトプラグ１３１と、２層目導体層（内部配線）１４０ａと、外部配線としての１４０ｂと、樹脂コア構造を有する導電性スペーサー部材（樹脂コア４１０，パターニングされた導体層４１２を含む）と、を有する。また、第１絶縁膜１１０は選択的に除去されており、これによって空洞部５６が形成される。
【００９４】
一方、第２基板ＢＳ２は、第２支持層２００と、第２絶縁層２１０と、第２活性層２２０と、第２活性層上に設けられた絶縁層２３０と、絶縁層２３０上にて選択的に形成されている導体層（ここではアルミ等の金属層とする）２２９と、タングステン等からなるコンタクトプラグ２２７と、を有する。また、第２絶縁膜２１０は選択的に除去されており、これによって空洞部６６が形成される。
【００９５】
図４に示される素子構造体では、上述のとおり、スペーサー部材として樹脂コア部（樹脂コア）４１０と、樹脂コア部（樹脂コア）の表面の少なくとも一部を覆うように形成される導電層４１４とを有する、樹脂コア構造をもつ導電性スペーサー部材（導電材料を構成要素として含むスペーサー）が使用されている
【００９６】
樹脂としては、例えばレジンのような熱硬化性樹脂を使用することができる。樹脂は硬く、剛性を有することから、第１基板ＢＳ１上において、第２基板ＢＳ２を安定的に支持する（所定距離を保って支持する）のに役立つ。また、樹脂コアの表面の少なくとも一部を覆うように(樹脂コアに少なくとも接するように）導体層が形成される。
【００９７】
なお、導体層の厚みはごく薄く（また、第１基板と第２基板を貼り合わせると、樹脂コアの頂部はほぼ露出した状態となる場合もあり）、したがって、第１基板と第２基板との間の距離は、樹脂コアの高さで正確に決定することができる。
【００９８】
また、樹脂コア４１０の少なくとも一部を覆う導体層４１２が設けられていることから、その導体層を経由して、第１基板ＢＳ１の素子形成領域内に設けられる導体層（配線等）１４０ａと、素子形成領域外に設けられる導体層（外部パッドに接続される配線等）１４０ｂを電気的に接続することができる。また、例えば、第１基板側ＢＳ１の導体と第２基板側の導体とを相互に接続することも可能である。
【００９９】
次に、素子構造体を使用した慣性センサーの回路構成の一例について説明する。図５は、慣性センサーの回路構成例を示す図である。慣性センサー２５０（例えば、静電容量型ＭＥＭＳ加速度センサー）は、第１センサー素子としてのＹ軸方向センサー素子ＳＥ３（第１容量素子ｃ１ｙ，第２容量素子ｃ２ｙを有する）と、第２センサー素子としてのＸ軸方向センサー素子ＳＥ４（第１容量素子ｃ１ｘ，第２容量素子ｃ２ｘを有する）と、検出回路１３と、を有している。検出回路１３は、図３（Ｂ）に示したように、例えば第１基板ＢＳ１上の空きスペースに設けることができる。
【０１００】
検出回路１３は、信号処理回路１０と、ＣＰＵ２８と、インターフェース回路３０と、を有する。信号処理回路１０は、Ｃ／Ｖ変換回路（容量値／電圧変換回路）２４と、アナログ校正＆Ａ／Ｄ変換回路２６と、を有する。但し、この例は一例であり、信号処理回路１０は、さらに、ＣＰＵ２８やインターフェース回路（Ｉ／Ｆ）３０を含むことも可能である。
【０１０１】
次に、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）を用いて、Ｃ／Ｖ変換回路（Ｃ／Ｖ変換アンプ）の構成と動作の一例について説明する。図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は、Ｃ／Ｖ変換回路の構成と動作について説明するための図である。
【０１０２】
図６（Ａ）は、スイッチトキャパシタを用いたＣ／Ｖ変換アンプ（チャージアンプ）の基本構成を示す図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示されるＣ／Ｖ変換アンプの各部の電圧波形を示す図である。
【０１０３】
図６（Ａ）に示すように、基本的なＣ／Ｖ変換回路２４は、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２（可変容量ｃ１（またはｃ２）と共に入力部のスイッチトキャパシタを構成する）と、オペアンプ（ＯＰＡ）１と、帰還容量（積分容量）Ｃｃと、帰還容量Ｃｃをリセットするための第３スイッチＳＷ３と、オペアンプ（ＯＰＡ）１の出力電圧Ｖｃをサンプリングするための第４スイッチＳＷ４と、ホールディング容量Ｃｈと、を有している。
【０１０４】
また、図６（Ｂ）に示すように、第１スイッチＳＷ１および第３スイッチＳＷ３は同相の第１クロックでオン／オフが制御され、第２スイッチＳＷ２は、第１クロックとは逆相の第２クロックでオン／オフが制御される。第４スイッチＳＷ４は、第２スイッチＳＷ２がオンしている期間の最後において短くオンする。第１スイッチＳＷ１がオンすると、可変容量ｃ１（ｃ２）の両端には、所定の電圧Ｖｄが印加されて、可変容量ｃ１（ｃ２）に電荷が蓄積される。このとき、帰還容量Ｃｃは、第３スイッチがオン状態であることから、リセット状態（両端がショートされた状態）である。次に、第１スイッチＳＷ１および第３スイッチＳＷ３がオフし、第２スイッチＳＷ２がオンすると、可変容量ｃ１（ｃ２）の両端は共に接地電位となるため、可変容量ｃ１（ｃ２）に蓄積されていた電荷が、オペアンプ（ＯＰＡ）１に向けて移動する。
【０１０５】
このとき、電荷量が保存されるため、Ｖｄ・Ｃ１（Ｃ２）＝Ｖｃ・Ｃｃが成立し、よって、オペアンプ（ＯＰＡ）１の出力電圧Ｖｃは、（Ｃ１／Ｃｃ）・Ｖｄとなる。すなわち、チャージアンプのゲインは、可変容量ｃ１（あるいはｃ２)の容量値（Ｃ１またはＣ２）と、帰還容量Ｃｃの容量値との比によって決定される。次に、第４スイッチ（サンプリングスイッチ）ＳＷ４がオンすると、オペアンプ（ＯＰＡ）１の出力電圧Ｖｃが、ホールディング容量Ｃｈによって保持される。保持された電圧がＶｏであり、このＶｏがチャージアンプの出力電圧となる。
【０１０６】
先に説明したように、Ｃ／Ｖ変換回路２４は、実際は、２つの可変容量（第１可変容量ｃ１，第２可変容量ｃ２）の各々からの差動信号を受ける。この場合には、Ｃ／Ｖ変換回路２４として、例えば、図６（Ｃ）に示されるような、差動構成のチャージアンプを使用することができる。図６（Ｃ）に示されるチャージアンプでは、入力段において、第１可変容量ｃ１からの信号を増幅するための第１のスイッチトキャパシタアンプ（ＳＷ１ａ，ＳＷ２ａ，ＯＰＡ１ａ，Ｃｃａ，ＳＷ３ａ）と、第２可変容量ｃ２からの信号を増幅するための第２のスイッチトキャパシタアンプ（ＳＷ１ｂ，ＳＷ２ｂ，ＯＰＡ１ｂ，Ｃｃｂ，ＳＷ３ｂ）と、が設けられる。そして、オペアンプ（ＯＰＡ）１ａおよび１ｂの各出力信号（差動信号）は、出力段に設けられた差動アンプ（ＯＰＡ２，抵抗Ｒ１〜Ｒ４）に入力される。
【０１０７】
この結果、増幅された出力信号Ｖｏが、オペアンプ（ＯＰＡ）２から出力される。差動アンプを用いることによりベースノイズ（同相ノイズ）を除去できるという効果が得られる。なお、以上説明したＣ／Ｖ変換回路２４の構成例は一例であり、この構成に限定されるものではない。
【０１０８】
（第２実施形態）
本実施形態では、第１基板および第２基板の少なくとも一方には、さらに第３センサー素子が設けられる。第３センサー素子は、第１方向（Ｙ軸方向）および第２方向（Ｘ軸方向）を含む面と交差する（例えば垂直とする）第３方向の軸（Ｚ軸）を検出軸とする。
【０１０９】
図７（Ａ）および図７（Ｂ）は、第３センサー素子をさらに含む素子構造体の構成の一例を示す図である。図７（Ａ）の例では、第１基板ＢＳ１に、Ｚ軸方向センサー素子ＳＥ５が設けられている。Ｚ軸方向センサー素子ＳＥ５は、第２基板ＢＳ２に設けることもでき、また、第１基板および第２基板の双方に設けることもできる。Ｚ軸方向センサー素子ＳＥ５は、Ｚ軸（Ｘ軸およびＹ軸を含む面に垂直な軸）を検出軸とする。したがって、第１方向、第２方向に加えて、第３方向にも検出感度をもつ素子構造体が実現される。
【０１１０】
第３センサー素子（第３センサー素子としての容量素子）は、例えば、第３方向に延在する導体層を、所定距離だけ隔てて対向して配置し、一方の導体層の側面を固定電極として使用し、他方の導体層の側面を可動電極として使用することによって形成することができる。
【０１１１】
図７（Ｂ）は、Ｚ軸方向センサー素子ＳＥ５の構成例を示す図である。Ｚ軸方向センサー素子ＳＥ５は、例えば、第１活性層１２０上に、複数層の層間絶縁層および金属層を含む多層構造体を形成し、その多層構造体をパターニングして、可動電極構造体ＤＮ１と固定電極構造体ＤＮ２（第１固定電極構造体ＤＮ２ａおよび第２固定電極構造体ＤＮ２ｂを揺する）と、を形成することによって製造することができる。
【０１１２】
可動電極構造体ＤＮ１の周囲には空洞部７３が設けられており、可動電極構造体ＤＮ１は、弾性変形部（不図示）によって片持ち支持あるいは両持ち支持されている。また、可動電極構造体ＤＮ１は、例えば、層間絶縁層７０と、アルミ等からなる金属配線層７１と、タングステン等からなるコンタクトプラグ７２と、を含む多層の積層構造体である。可動電極構造体ＤＮ１は、可動電極部と可動錘部を兼用する構造体であり、Ｚ軸方向の力を受けると、その力を受けた方向に変位する。
【０１１３】
一方、可動電極構造体ＤＮ１に対向するように、固定電極構造体ＤＮ２が設けられる。固定電極構造体ＤＮ２は、第１固定電極構造体ＤＮ２ａと、第２固定電極構造体ＤＮ２ｂとを備える。固定電極構造体ＤＮ２は、第１活性層１２０上に固定されている。固定電極構造体ＤＮ２は、可動電極構造体ＤＮ１と同様に、層間絶縁層と、金属配線層と、コンタクトプラグとを含む多層の積層構造体である。
【０１１４】
図７（Ｂ）の下側に、一点鎖線で囲んで示されるように、可動電極として機能する可動電極構造体ＤＮ１と、固定電極として機能する第１固定電極構造体ＤＮ２ａとによって、第１可変容量（平行平板コンデンサー）ｃ１ｚが構成され、また、可動電極として機能する可動電極構造体ＤＮ１と、固定電極として機能する第２固定電極構造体ＤＮ２ｂとによって、第２可変容量（平行平板コンデンサー）ｃ２ｚが構成される。第１可変容量ｃ１ｚおよび第２可変容量ｃ２ｚは差動容量である。
【０１１５】
例えば、可動電極として機能する可動電極構造体ＤＮ１が正のＺ軸方向（図中上側）に変位すると、可動電極構造体ＤＮ１と第１固定電極構造体ＤＮ２ａとの対向面積（側面の対向面積）が減少する。よって、第１可変容量（平行平板コンデンサー）ｃ１ｚの容量値が減少する。一方、可動電極構造体ＤＮ１と第２固定電極構造体ＤＮ２ｂとの対向面積（側面の対向面積）は増大する。よって、第２可変容量（平行平板コンデンサー）ｃ２ｚの容量値が増大する。第１可変容量ｃ１ｚおよび第２可変容量ｃ２ｚの各々の容量値の変化を、Ｃ／Ｖ変換回路２４ａ，２４ｂの各々で電気信号に変換し、その結果得られた差動信号を、差動アンプ２５で増幅することによって、容量素子の容量値の変化量（つまり、加速度や角速度等の物理量の大きさ）を検出することができる。
【０１１６】
（第３実施形態）
第２実施形態では、一つの基板上に第３センサー素子（Ｚ軸方向センサー素子）が形成されていたが、本実施形態では、第３センサー素子は、対向して配置される第１基板と第２基板との組み合わせによって構成される。
【０１１７】
図８（Ａ）および図８（Ｂ）は、第３センサー素子をさらに含む素子構造体の構成の他の例を示す図である。図８（Ａ）に示すように、第１基板と第２基板との組み合わせによって、第３センサー素子としてのＺ軸方向センサー素子ＳＥ５ａおよびＳＥ５ｂ（Ｚ方向の物理量検出のための差動容量素子）が構成される（但し、差動容量に限定されるものではなく、いずれか一方の容量のみを設ける場合もあり得る）。
【０１１８】
図８（Ｂ）は、図８（Ａ）に示される第３センサー素子としてのＺ軸方向センサー素子ＳＥ５ａ，ＳＥ５ｂの断面構造の一例を示している。図８（Ｂ）の例に示される第１基板ＢＳ１では、第１支持層１００上の第１絶縁層１１０がパターニングされ、この結果、パターニングされた第１絶縁層１１０−１，１１０−２が残存し、一方、第１絶縁層１１０が除去された部分には、第１空洞部１０２が形成されている。また、第１絶縁層１１０上の第１活性層１２０がパターニングされており、この結果、パターニングされた第１活性層１２０−１，１２０−２，１２０−３が残存している。パターニングされた第１活性層１２０−３が第１可動梁（第１可動部）８００ａとなる。第１可動梁（第１可動部）８００ａの一端部は、第１絶縁層１１０によって支持されており、かつ、第１可動梁８００ａの他端部の周囲には、第１空隙部１０２が形成されている。また、パターニングされた第１活性層１２０−２が第２固定部９００ｂとなる。第２固定部９００ｂは、第１絶縁層１１０−１上に固定されている。
【０１１９】
また、第１基板ＢＳ１における第１活性層１２０（１２０−１および１２０−４）上には、絶縁層１３０が設けられている。この絶縁層１３０上には、先に図４を用いて説明した樹脂コア構造をもつスペーサー部材３００−１，３００−２が設けられている。このスペーサー部材３００−１，３００−２は、樹脂コア４１０と、樹脂コア４１０の少なくとも一部上に形成される、パターニングされた導体層（金属層等）４１２が、設けられている。
【０１２０】
一方、図８（Ｂ）に示される第２基板ＢＳ２では、第２活性層２２０がパターニングされ、その結果、パターニングされた第２活性層２２０−１，２２０−２，２２０−３が残存している。パターニングされた第２活性層２２０−３が、第１固定部９００ａを構成する。第１固定部９００ａは、第２絶縁層２１０−２上に固定されている。また、パターニングされた第２活性層２２０−２が第２可動梁（第２可動部）８００ｂを構成する。第２可動梁（第２可動部）８００ｂの一端部は、第２絶縁層２１０−２によって支持されており、かつ、第２可動梁（第２可動部）８００ｂの他端部の周囲には、第２空隙部１０４が形成されている。
【０１２１】
第１可動梁８００ａと第１固定部９００ａとによって、第３センサー素子用の第１容量ｃ１ｚが構成され、第２可動梁８００ｂと第２固定部９００ｂとによって、第３センサー素子用の第２容量ｃ２ｚが構成される。また、第２基板ＢＳ２における第２活性層２２０（２２０−１および２２０−４）上には、絶縁層２３５が設けられている。また、絶縁層２３５上には、導体層（金属層等）２４０が設けられている。この導体層２４０は、第１基板ＢＳ１の導体層と、第２基板ＢＳ２の導体層との間の電気的接続をとる必要がある場合に有効となる。
【０１２２】
図８（Ｂ）の例では、第１基板ＢＳ１と第２基板ＢＳ２とが、例えば所定距離を隔てて対向配置されると、第１可動梁８００ａと第１固定部９００ａとが対向した状態（平面視で重なった状態）となり、これによって第１容量（第１平行平板コンデンサー）ｃ１ｚが形成される。同様に、第２可動梁８００ｂと第２固定部９００ｂとが対向した状態（平面視で重なった状態）となり、これによって第２容量（第２平行平板コンデンサー）ｃ２ｚが形成される。
【０１２３】
各基板（ＢＳ１，ＢＳ２）の主面（水平面）に垂直なＺ方向（つまり第３方向）に力（加速度やコリオリ力）が加わったとき、第１可動梁８００ａおよび第２可動梁８００ｂの変位によって、第１可動電極と第１固定電極との間の距離（コンデンサーのギャップ）ならびに第２可動電極と第２固定電極との間の距離が変化し、これに伴って、第１容量ｃ１ｚおよび第２容量ｃ２ｚの容量値が変化する。よって、第３方向の加速度やコリオリ力（回転角速度）を検出することができる。
【０１２４】
この構造によれば、第１基板ＢＳ１と第２基板ＢＳ２の各々は、所定距離だけ離間されて、互いに対向した状態で配置されており、よって、第１基板と第２基板との絶縁性は確保される。したがって、各基板（ＢＳ１，ＢＳ２）に設けられる導体層間の絶縁分離のために、特別な構造を形成する必要がない。つまり、第１基板ＢＳ１と第２基板ＢＳ２を、所定距離を保って対向配置すると、これに伴って、各基板に垂直な方向（例えばＺ軸方向）における、導体層（導電部材）間の絶縁分離は必然的に実現される。よって、容量素子を含む素子構造体の製造工程が簡素化される。
【０１２５】
また、例えば、厚い活性層を持つＳＯＩ基板等を使用し、その厚い活性層によって第１可動梁８００ａ（あるいは第２可動梁８００ｂ）を構成すると、慣性力（実質的には加速度や角速度等の物理量）を精度良く検出するために必要な質量（可動錘の質量）を容易に確保することができる。よって、センサー感度の向上が容易である。
【０１２６】
また、第３センサー用の第１容量と第３センサー用の第２容量は、差動容量として利用することができる。
【０１２７】
図８（Ｂ）の例において、第１容量ｃ１ｚと第２容量ｃ２ｚとでは、可動電極と固定電極の位置関係が逆になっている。よって、一方の容量の容量値が増大すると、他方の容量の容量値は同量だけ減少し、よって、第１容量ｃ１ｚと第２容量ｃ２ｚは差動容量として使用することができる。第１容量ｃ１ｚおよび第２容量ｃ２ｚの各々の容量値の変動を電気信号として取り出すことによって、差動検出信号が得られる。検出信号を差動化することによって、同相ノイズを相殺することができる。また、２つの検出信号のうちのいずれの信号が増加しているかを検出することによって、力の方向（力が加わった向き）も検出することができる。また、複数の容量素子（つまり第１容量子および第２容量子）が設けられることによって、慣性力の検出用の容量の容量値が実質的に増大したことになり、電荷の移動量が増大することから、検出信号の信号振幅を増大させる効果も得られる。
【０１２８】
また、図８（Ｂ）の構造を採用すると、第１容量ｃ１ｚと第２容量ｃ２ｚとの間のカップリングによるクロストーク（相互影響）を、実用上、問題ないレベルまで低減できるという効果が得られる。例えば、容量素子の固定電極を共通電位とし、可動電極から検出信号が得られる場合を想定する。一般に、素子構造体の小型化を推進すると、第１容量ｃ１ｚと第２容量ｃ２ｚとの距離が短縮され、各容量の可動電極間で、寄生容量によるカップリングが生じやすくなる。
【０１２９】
しかし、図８（Ｂ）の素子構造体の構造によれば、上述のとおり、第１容量ｃ１ｚの第１可動電極（第１可動梁８００ａ）は第１基板ＢＳ１側に設けられ、一方、第２可動電極（第２可動梁８００ｂ）は第２基板ＢＳ２側に設けられている。各基板（ＢＳ１，ＢＳ２）は、基板面に垂直な方向（例えばＺ軸方向）に所定距離だけ離間していることから、第１容量ｃ１ｚと第２容量ｃ２ｚとが平面視で隣接して配置されたとしても、第１可動電極（第１可動梁８００ａ）と第２可動電極（第２可動梁８００ｂ）との間の距離は確保される。よって、第１容量ｃ１ｚと第２容量ｃ２ｚとの間のカップリングによるクロストーク（相互影響）は十分に低減される。したがって、図８（Ｂ）に示される構造を採用することによって、素子構造体を小型化しつつ、第３センサー素子ＳＥ５の検出感度の低下を抑制することができる。
【０１３０】
次に、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各々に検出感度をもつ３軸センサー素子（３軸素子構造体）のレイアウトについて、説明する。
【０１３１】
図９（Ａ）および図９（８）は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各々に検出感度をもつ３軸センサー素子構造体用の第１基板におけるレイアウト例を示す図である。図９（Ａ）は、各構成要素の形成領域についてのレイアウト例を示し、図９（Ｂ）は、第１基板の具体的なレイアウト例を示す。なお、このレイアウト例は、第２基板ＢＳ２に適用することも可能である。また、図９（Ｂ）の具体的なレイアウト例では、前掲の実施形態と共通する部分には、同じ参照符号を付している。
【０１３２】
図９（Ａ）のレイアウト例では、第１基板ＢＳ１の中央に、Ｙ軸方向センサー素子ＳＥ３またはＸ軸方向センサー素子ＳＥ４（Ｙセンサー素子またはＸセンサー素子）の形成領域Ｚ１が設けられる。つまり、第１センサー素子ＳＥ１または第２センサー素子ＳＥ２が第１基板ＢＳ１の中央部に形成される。また、第３センサー素子ＳＥ５（Ｚ軸方向センサー素子あるいはＺセンサー素子）を構成する可動電極の形成領域Ｚ２（Ｚ２ａ，Ｚ２ｂ）ならびに固定電極の形成領域Ｚ３（Ｚ３ａ，Ｚ３ｂ）は、第１センサー素子および第２センサー素子の形成領域Ｚ１（中央の領域）の周囲にある空き領域（四隅の領域）に設けられる。
【０１３３】
図９（Ｂ）に示される具体的なレイアウト例では、第１基板ＢＳ１の中央にＹ軸方向センサー素子（Ｙセンサー素子）が形成されている。また、Ｙ軸方向センサー素子（Ｙセンサー素子）の周囲に、可動電極として機能する第１可動梁８００ａ（１）および８００ａ（２）と、固定電極としての第２固定部９００ｂ（１）および９００ｂ（２）が設けられている。第１可動梁８００ａ（１）は、差動容量のうちの第１容量を構成する可動梁であり、第１可動梁８００ａ（２）は、第２容量を構成する可動梁である。また、第１固定部９００ｂ（１）は、差動容量のうちの第２容量を構成する固定部であり、第１固定部９００ｂ（２）は、第２容量を構成する固定部である。
【０１３４】
図１０は、第１基板および第２基板の各々の具体的なレイアウト例を示す図である。図１０の左側には、図９に示した具体的レイアウトが採用された第１基板ＢＳ１（接続端子付き）が示されている。また、図９の右側には、第２基板ＢＳ２の具体的なレイアウト例が示されている。第２基板ＢＳ２の素子形成領域のレイアウトは、第１基板ＢＳ１の素子形成領域のレイアウトを、例えば、９０度だけ時計回りに回転させたレイアウトと同じである。
【０１３５】
第２基板ＢＳ２では、中央の領域Ｚ１’にＸ軸方向センサー素子（Ｘセンサー素子）が配置されている。また、周辺の空き領域Ｚ２ａ’に第２可動電極として機能する第２可動梁８００ｂ（１）が配置され、周辺の空き領域Ｚ２ｂ’に第２可動電極として機能する第２可動梁８００ｂ（２）が配置されている。また、周辺の空き領域Ｚ３ａ’に第１固定電極として機能する第１固定部９００ａ（１）が配置され、周辺の空き領域Ｚ３ｂ’に第１固定電極として機能する第１固定部９００ａ（２）が配置されている。
【０１３６】
第１基板ＢＳ１と第２基板ＢＳ２とは、第１基板ＢＳ１の内部端子ＢＩＰ１〜ＢＩＰ１２の各々と第２基板ＢＳ２の内部端子ＣＩＰ１〜ＣＩＰ１２の各々とが対向するように、対向配置され、スペーサー部材ならびに接着材（共に不図示）を介して貼り合わされる。
【０１３７】
図１１は、図１０に示される具体的なレイアウト例が採用された第１基板と第２基板とを貼り合わせた状態を示す平面図（透視図）である。先に説明したように、第１センサー素子としてのＹ軸方向センサー素子および第２センサー素子としてのＸ軸方向センサー素子は、平面視で、チップの中央において重なって配置されており、これによって、素子構造体の小型化が可能である。
【０１３８】
図１１のレイアウト例では、さらに、第３センサー素子としてのＺ軸方向センサー素子が、平面視での第１センサー素子および第２センサー素子の形成領域（中央の領域）の周囲にある空き領域に配置される。
【０１３９】
つまり、第１センサー素子（Ｙ軸方向センサー素子）と第２センサー素子（Ｘ軸方向センサー素子）は、平面視の素子形成領域の中央部に設けられており、第３センサー素子（Ｚ軸方向センサー素子）の構成要素（固定部や可動梁）は、中央部の周囲の空き領域に分散させて配置するというレイアウトが採用されている。これによって、素子形成領域を無駄なく使用したレイアウトとなる。よって、３軸の各々に検出感度をもつ、極めて小型の素子構造体（３軸素子構造体）を得ることができる。なお、第１基板ＢＳ１と第２基板ＢＳ２とが平面視で重なり合う全領域を「素子形成領域」とすることができる。
【０１４０】
図１２は、図１１のＡ−Ａ’線に沿う素子構造体の断面図である。第１基板ＢＳ１および第２基板ＢＳ２は互いに対向した状態で、スペーサー部材３００を介して貼り合わされており、これによって３軸素子構造体が構成されている。第１基板ＢＳ１の中央には、第１センサー素子としてのＹ軸方向センサー素子ＳＥ３が形成されており、第２基板ＢＳ２の中央には、第２センサー素子としてのＸ軸方向センサー素子ＳＥ４が形成されており、Ｙ軸方向センサー素子ＳＥ３およびＸ軸方向センサー素子ＳＥ４は互いに対向した状態となっている。また、素子構造体の周辺部には、第１Ｚ軸方向センサー素子ＳＥ５ａ（第１容量素子ｃ１ｚ）および第２Ｚ軸方向センサー素子ＳＥ５ｂ（第２容量素子ｃ２ｚ）が形成されている。超小型で高性能の素子構造体を、効率的に製造することが可能である。第２基板ＢＳ２は、気密封止パッケージを構成する蓋基板として使用することができる。この場合には、パッケージ付きの信頼性の高い素子構造体を、パッケージ形成のための特別な工程を経ること無しに実現することができる。
【０１４１】
（第４実施形態）
本実施形態では、素子構造体におけるパッド配置、各パッドの役割（各パッドに与えられる電位や、各パッドから得られる信号等）ならびに配線のパターン例等について説明する。図１３は、第１基板における外部パッドの役割、ならびに第１基板の内部パッドと第２基板の内部パッドとの対応を示す図である。
【０１４２】
第１基板ＢＳ１の外部端子ＥＰ１およびＥＰ５には、共通電位Ｖｃｏｍ（例えば接地電位ＧＮＤ）が与えられる。外部端子ＥＰ２からは、Ｚ軸方向の第１検出信号Ｖｚ１が出力され、外部端子ＥＰ３からは、Ｙ軸方向の第１検出信号Ｖｙ１が出力され、外部端子ＥＰ４からは、Ｘ軸方向の第１検出信号Ｖｘ１が出力される。また、外部端子ＥＰ６からは、Ｚ軸方向の第２検出信号Ｖｚ２が出力され、外部端子ＥＰ７からは、Ｙ軸方向の第２検出信号Ｖｙ２が出力され、外部端子ＥＰ８からは、Ｘ軸方向の第２検出信号Ｖｘ２が出力される。
【０１４３】
また、第１基板ＢＳ１における内部端子ＢＩＰ１〜ＢＩＰ１２の各々は、第２基板ＢＳ２の内部端子ＣＩＰ１〜ＣＩＰ１２の各々に対応する。
【０１４４】
図１４（Ａ）および図１４（Ｂ）は、蓋基板としての第２基板の内部端子の各々に関する電気的な接続関係を説明するための図である。支持基板としての第１基板ＢＳ１と、蓋基板としての第２基板ＢＳ２とは、互いに対向して配置される。図１４（Ａ）には、第１基板ＢＳ１における外部パッドＥＰ１〜ＥＰ８の電位と、第１基板ＢＳ１および第２基板ＢＳ２における内部パッド（ＢＩＰ１〜ＢＩＰ１２，ＣＩＰ１〜ＣＩＰ１２）の配置等が示されている。
【０１４５】
図１４（Ｂ）には、蓋基板としての第２基板ＢＳ２の内部端子ＣＩＰ１〜ＣＩＰ１２の各々に関する、電気的な接続関係が表形式で示されている。例えば、第２基板ＢＳ２における内部端子ＣＩＰ１からは、第１基板ＢＳ１の内部端子ＢＩＰ４および外部端子ＥＰ４を経由して、Ｘ軸方向の第１検出信号Ｖｘ１が出力される。第２基板ＢＳ２における内部端子ＣＩＰ２からは、第１基板ＢＳ１の内部端子ＢＩＰ３および外部端子ＥＰ３を経由して、Ｙ軸方向の第１検出信号Ｖｙ１が出力される。第２基板ＢＳ２における内部端子ＣＩＰ３からは、第１基板ＢＳ１の内部端子ＢＩＰ２および外部端子ＥＰ６を経由して、Ｚ軸方向の第１検出信号Ｖｚ１が出力される。他の端子ＣＩＰ４〜ＣＩＰ１２についても同様である。
【０１４６】
図１５は、第１基板および第２基板における配線パターンの例を示す図である。図１５において、Ｘ軸方向検出信号（Ｖｘ１，Ｖｘ２）を外部に導出するための配線と、Ｙ軸方向検出信号（Ｖｙ１，Ｖｙ２）を外部に導出するための配線は、太い実線で示されている。また、Ｚ軸方向検出信号（Ｖｚ１，Ｖｚ２）を外部に導出するための配線は、太い一点鎖線で示されている。また、共通電位（ＶＣＯＭ：ＧＮＤ）を供給するための配線（ＧＮＤ配線）は、太い点線で示されている。これらの配線は、絶縁膜上の活性層をパターニングして得られる、絶縁分離された活性層アイランドからなる配線（以下、活性層配線という）と、各活性層配線に接続される第１層目配線ならびに第２層目配線ならびにコンタクトプラグ等によって構成される。
【０１４７】
以下図１６〜図１８を用いて、活性層配線、第１層目配線ならびに第２層目配線のパターン例について説明する。図１６（Ａ）および図１６（Ｂ）は、第１基板および第２基板における活性層配線（絶縁分離された活性層）のパターン例を示す図である。図１６（Ａ）は、第１基板ＢＳ１における活性層配線のパターンの例を示し、図１６（Ｂ）は、第２基板ＢＳ２における活性層配線のパターンの例を示す。なお、図１６において、前掲の実施形態における図面と共通する部分には同じ参照符号を付している。
【０１４８】
図１６（Ａ）に示される第１基板ＢＳ１において、第１絶縁層上には、シリコン層からなる第１活性層１２０が形成されており、その第１活性層をパターニングすることによって、絶縁分離された活性層パターン（第１可動梁を構成する活性層パターン１２０−２ａおよび１２０−２ｂ、第２固定部を構成する活性層パターン１２０−３ａ，１２０−３ｂ、ならびにＹ軸方向センサー素子を構成する活性層パターン５１〜５５等）が形成される。各活性層パターンは、電気的に孤立したパターンである。参照符号１１０ａ，１１０ｂならびに１１０−１〜１１０−８は、各活性層パターンの絶縁分離領域における下地の絶縁層（第１絶縁層）を示している。
【０１４９】
また、図１６（Ｂ）に示される第２基板ＢＳ２おいて、第２絶縁層上には、シリコン層からなる第２活性層２２０が形成されており、その第２活性層をパターニングすることによって、絶縁分離された活性層パターン（第２可動梁を構成する活性層パターン２２０−２ａおよび２２０−２ｂ、第１固定部を構成する２２０−３ａ，２２０−３ｂ、ならびにＸ軸方向センサー素子を構成する活性層６１〜６５等）が形成される。各活性層パターンは、電気的に孤立したパターンである。参照符号２１０ａ，２１０ｂならびに２１０−１〜２１０−８は、各活性層パターンの絶縁分離領域における下地の絶縁層（第２絶縁層）を示している。
【０１５０】
図１７（Ａ）および図１７（Ｂ）は、第１基板および第２基板における第１層目配線の配線パターン例を示す図である。第１層目配線は、例えば、活性層の表面を覆う絶縁膜上に形成される金属配線である。
【０１５１】
図１７（Ａ）に示されるように、支持基板としての第１基板ＢＳ１には、アルミ等の金属からなる第１層目配線Ｌ１〜Ｌ１１が設けられている。また、第１層目配線と活性層配線（絶縁分離された活性層パターン）とを電気的に接続するために、タングステン等からなるコンタクトプラグＣＮＰ１〜ＣＮＰ９が設けられている。図中、第１層目配線は、太い実線で示され、コンタクトプラグは二重の丸で示されている。
【０１５２】
図１７（Ｂ）に示されるように、蓋基板としての第２基板ＢＳ２には、アルミ等の金属からなる第１層目配線Ｌ２１〜Ｌ３０が設けられている。また、第１層目配線と活性層配線（絶縁分離された活性層パターン）とを電気的に接続するために、タングステン等からなるコンタクトプラグＣＮＰ２１〜ＣＮＰ３０が設けられている。図中、第１層目配線は、太い実線で示され、コンタクトプラグは二重の丸で示されている。
【０１５３】
図１８（Ａ）および図１８（Ｂ）は、第１基板および第２基板における第２層目配線の配線パターン例を示す図である。第２層目配線は、例えば、第１層目配線の表面を覆う絶縁膜上に形成される金属配線である。
【０１５４】
図１８（Ａ）に示されるように、支持基板としての第１基板ＢＳ１には、アルミ等の金属からなる第２層目配線Ｌ３１〜Ｌ４０が設けられている。図中、第２層目配線は、太い実線で示されている。また、第１層目配線と第２層目配線との関係を明確化するために、第１層目配線も併せて描かれている。なお、第１層目配線は、図中、太い点線で描かれている。
【０１５５】
また、図１８（Ｂ）に示されるように、蓋基板としての第２基板ＢＳ２には、アルミ等の金属からなる第２層目配線Ｌ４１〜Ｌ４６が設けられている。
【０１５６】
図１９（Ａ）および図１９（Ｂ）は、第１基板および第２基板の、活性層パターン、第１層目配線および第２層目配線を重ね合わせたパターン例を示す図である。このパターン例によって、先に図１４（Ｂ）で示した、電気的な接続関係が実現されている。
【０１５７】
図２０（Ａ）および図２０（Ｂ）は、図１９（Ａ）において太い点線で囲んで示される領域ＺＱの拡大平面図と、Ａ−Ａ線に沿うデバイスの断面図である。図２０（Ｂ）に示されるように、第１基板ＢＳ１と第２基板ＢＳ２とが、接着フィルム（ここでは、非導電性のフィルムＮＣＦ）４１４によって貼り合わされている。
【０１５８】
第１基板ＢＳ１は、第１支持層１００と、第１絶縁層１１０と、第１活性層１２０（パターニングによって絶縁分離された活性層１２０−２ａを含む）と、第１活性層１２０上に設けられる絶縁層１３０と、層間絶縁膜１３５と、タングステン等からなるコンタクトプラグ１２７（図２０（Ａ）の参照符号ＣＮＰ４に相当する）と、第１層目の導体層１２９Ａ，１２９ｂと、コンタクトプラグ１３１と、内部パッドＢＩＰ５を構成する２層目導体層１４０ａと、配線Ｌ３７を構成する第２層目導体層１４０ｂと、樹脂コア構造を有する導電性スペーサー部材（樹脂コア４１０，パターニングされた導体層４１２を含む）と、を有する。なお、第１活性層１２０をパターニングして形成される、絶縁分離された活性層１２０−２ａは、第２固定部９００ｂ（１）を構成する。
【０１５９】
一方、第２基板ＢＳ２は、第２支持層２００と、第２絶縁層２１０と、第２活性層２２０をパターニングすることによって形成される絶縁分離された活性層２２０−３ｂと、第２活性層上に設けられた絶縁層２３０と、絶縁層２３０上に設けられている層間絶縁層２３５と、を有する。また、第２絶縁層２１０は選択的に除去され、これによって空洞部１０４（または６６）が設けられている。なお、第２活性層２２０をパターニングすることによって形成される絶縁分離された活性層２２０−３ｂは、第２可動梁８００（ｂ）−１を構成する。
【０１６０】
第２固定部９００ｂ（１）と第２可動梁２２０−３ｂとによって、Ｚ軸方向の第２容量素子ｃ２ｚが構成される。
【０１６１】
図２０（Ｂ）に示される素子構造体では、上述のとおり、スペーサー部材として樹脂コア部（樹脂コア）４１０と、樹脂コア部（樹脂コア）の表面の少なくとも一部を覆うように形成される導電層４１４とを有する、樹脂コア構造をもつ導電性スペーサー部材（導電材料を構成要素として含むスペーサー）が使用されている。よって、導電層４１４を経由して、第１基板ＢＳ１の内部端子ＢＩＰ５と、配線Ｌ３７としての導体層１４０ｂとを電気的に接続することが可能である。
【０１６２】
樹脂コア４１０の材料としては、例えばレジンのような熱硬化性樹脂を使用することができる。樹脂は硬く、剛性を有することから、第１基板ＢＳ１上において、第２基板ＢＳ２を安定的に支持する（所定距離を保って支持する）のに役立つ。また、樹脂コア４１０の表面の少なくとも一部を覆うように(樹脂コア４１０に少なくとも接するように）導体層４１２が形成される。この導体層４１２は、上述のとおり、内部パッド（ＢＩＰ１〜ＢＩＰ１２）と外部パッド（ＥＰ１〜ＥＰ８）とを電気的に接続するために使用することができ、また、第１基板ＢＳ１の内部パッド（ＢＩＰ１〜ＢＩＰ１２）の各々と、第２基板ＢＳ２の内部パッド（ＣＩＰ１〜ＣＩＰ１２）の各々同士とを接続するために使用することもできる。
【０１６３】
導体層４１２の厚みはごく薄く（また、第１基板ＢＳ１と第２基板ＢＳ２を貼り合わせると、樹脂コア４１０の頂部はほぼ露出した状態となる場合もあり）、したがって、第１基板ＢＳ１と第２基板ＢＳ２との間の距離は、樹脂コア４１０の高さで正確に決定することができる。よって、コンデンサーのギャップを正確に決定することができる。また、第２可動梁８００ｂ（１）上には絶縁層２３０および２３５が形成され、これらの絶縁層２３０，２３５は、保護層としてだけではなく、誘電体層としても機能する。よって、容量素子（ｃ２ｚ等）の容量値を効果的に増大させることができる。
【０１６４】
（第５実施形態）
本実施形態では、上述の素子構造体の製造方法の一例について説明する。
【０１６５】
（第１工程）
素子構造体の製造のために、例えば、２枚のＳＯＩ基板（第１ＳＯＩ基板および第２ＳＯＩ基板）を用意する。第１ＳＯＩ基板は、支持基板としての第１基板ＢＳ１に対応し、第２ＳＯＩ基板は、蓋基板としての第２基板ＢＳ２に対応する。
【０１６６】
（第２工程）
各ＳＯＩ基板をフォトリソグラフィによって加工して、Ｙ軸センサー素子、Ｘ軸センサー素子ならびにＺ軸センサー素子の各々を形成する（例えば、図１０参照）。また、各基板において、必要な配線層等を形成する（例えば、図１５〜図１９を参照）。
【０１６７】
（第３工程）
第１ＳＯＩ基板上に、樹脂層を形成し、その樹脂層をパターニングすることによって、先に説明した樹脂コア部（樹脂コア）４１０を形成する。さらに、導電膜４１２を全面に形成した後、この導電膜をパターニングする。これによって、樹脂コア部４１０の少なくとも一部を覆う、パターニングされた導体層４１２が形成される（例えば、図２０（Ｂ）参照）。
【０１６８】
（第４工程）
第１ＳＯＩ基板および第２ＳＯＩ基板の少なくとも一方上に、接着フィルム（例えば非導電性フィルムＮＣＦ）を形成し、その接着フィルムＮＣＦをパターニングする。
【０１６９】
（第５工程）
第１ＳＯＩ基板（第１基板ＢＳ１）と第２ＳＯＩ基板（第２基板ＢＳ２）とを対向させて、貼り合わせる（例えば、図１２，図１９，図２０等を参照）。その後、必要に応じて、第２基板ＢＳ２をダイシングして、外周部を切断除去して、蓋基板のサイズを調整することができる。
【０１７０】
先に説明したとおり、この素子構造体は、封止構造（パッケージ構造）を備えているため、信頼性が高い。また、封止構造を形成するために、追加の製造工程を設ける必要がなく、製造工程の簡略化が可能である。また、貼り合わされる２枚の基板のレイアウトは共通（同一のみならず相似を含む）とすることができるため（つまり、一方の基板を、他方の基板に対して検出軸が交差するように回転させて対向配置すればよく、例えば９０度回転させた状態で対向配置すればよいだけであり、各基板毎に異なるレイアウトを採用する必要がない）、この点でも製造工程が簡略化される。
【０１７１】
（第６実施形態）
図２１は、電子機器の構成の一例を示す図である。図２１の電子機器には、上記いずれかの実施形態にかかる慣性センサー（静電容量型ＭＥＭＳ加速度センサー等）が含まれる。電子機器は、例えば、ゲームコントローラーやモーションセンサー等である。
【０１７２】
図２１に示されるように、電子機器は、センサーデバイス（静電容量型ＭＥＭＳ加速度センサー等）４１００と、画像処理部４２００と、処理部４３００と、記憶部４４００と、操作部４５００と、表示部４６００とを含む。なお、電子機器の構成は、図２１の構成に限定されず、その構成要素の一部（例えば操作部、表示部等）を省略したり、他の構成要素を追加したりする等の種々の変形実施が可能である。
【０１７３】
図２２は、電子機器の構成の他の例を示す図である。図２２に示される電子機器５１０は、上記いずれかの実施形態にかかる慣性センサー（ここでは静電容量型ＭＥＭＳ加速度センサーとする）４７０と、加速度とは異なる物理量を検出する検出素子（ここでは、角速度を検出する静電容量型ＭＥＭＳジャイロセンサーとする）４８０と、を含むセンサーユニット４９０と、センサーユニット４９０から出力される検出信号に基づいて、所定の信号処理を実行するＣＰＵ５００と、を有する。なお、ＣＰＵ５００に、検出回路としての機能を設けることもできる。センサーユニット４９０は、それ自体が一個の電子機器とみなすことができる。
【０１７４】
すなわち、組み立て性に優れ、かつ、小型かつ高性能な静電容量型ＭＥＭＳ加速度センサー４７０と、異なる種類の物理量を検出する他のセンサー（例えば、ＭＥＭＳ構造を利用したジャイロセンサー）４８０を併用することによって、小型で高性能な電子機器を実現することができる。つまり、複数のセンサーを含む、電子機器としてのセンサーユニット４７０や、そのセンサーユニット４７０を搭載する、より上位の電子機器（例えばＦＡ機器等）５１０を実現することができる。
【０１７５】
このように、本発明の素子構造体を使用することによって、小型で、かつ、高性能（かつ信頼性の高い）な電子機器(例えば、ゲームコントローラーや携帯端末等)を実現することができる。また、小型で、かつ、高性能（かつ信頼性の高い）なセンサーモジュール（例えば、人の姿勢等の変化を検出するモーションセンサー：電子機器の一種）を実現することもできる。
【０１７６】
このように、本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、例えば、容量素子を含む素子構造体の製造を容易化することができる。また、小型で高性能な電子機器を実現することができる。
【０１７７】
以上、いくつかの実施形態について説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるものである。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
【０１７８】
例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。本発明は、慣性センサーに適用可能である。例えば、静電容量型加速度センサー、静電容量型ジャイロセンサーとして使用可能である。
【符号の説明】
【０１７９】
ＢＳ１  第１基板、ＢＳ２  第２基板、ＳＥ１  第１センサー素子、
ＳＥ２  第２センサー素子、ＳＥ３  Ｙ軸方向センサー素子、
ＳＥ４  Ｘ軸方向センサー素子、ＳＥ５  Ｚ軸方向センサー素子、
５１，６１  可動錘部、５２ａ，５２ｂ，６２ａ，６２ｂ  弾性変形部、
５３，６３  可動電極部（櫛歯電極）、
５４，５５，６４，６５  固定電極部（櫛歯電極）、
１００  第１支持層、１０２，１０４  空洞部（空隙部）、
１１０  第１絶縁層、１２０  第１活性層、
１３０，２３０，２３５  活性層上の絶縁層、２００  第２支持層、
２１０  第２絶縁層、２２０  第２活性層、２４０  第２基板側の導体層、
２５０  慣性センサー、３００  スペーサー部材、４１０  樹脂コア部、
４１２  パターニングされた導体層、４１４  接着層（接着フィルム等）、
８００ａ  第１可動梁（第１可動部あるいは第１可動電極）、
８００ｂ  第２可動梁（第２可動部あるいは第２可動電極）、
９００ａ  第１固定部（第１固定電極）、９００ｂ  第２固定部（第２固定電極）、
ｃ１ｙ，ｃ１ｘ，ｃ１ｚ  各軸に対応した第１容量素子（第１容量）、
ｃ２ｙ，ｃ２ｘ，ｃ２ｚ  各軸に対応した第２容量素子（第２容量）
【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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図１】
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【図２】
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【図９】
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【図１０】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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