(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１力学量の圧力を検出する第１力学量センサと、前記圧力以外の第２力学量を検出する第２力学量センサとが一体化されてなる力学量センサ装置であって、
前記圧力によって変位する第１力学量センサの第１力学量検出部と、前記第２力学量によって変位する第２力学量センサの第２力学量検出部とが、半導体からなる第１の基板の主面側に、所定の間隔を置いて変位可能な状態に形成され、
前記第１の基板の主面側に、前記第１力学量検出部と第２力学量検出部をそれぞれ所定の間隔を置いて覆う、第２の基板が貼り合わされてなり、
前記第１の基板と第２の基板によって、前記第１力学量検出部と第２力学量検出部を変位可能な状態でそれぞれ気密に収容する第１空間と第２空間が、互いに連通せずにそれぞれ形成されてなり、
前記第１の基板が、埋め込み酸化膜を間に挟んだ支持基板とＳＯＩ層からなるＳＯＩ基板からなり、
前記埋め込み酸化膜に達するトレンチにより、周囲から絶縁分離された複数のＳＯＩ層からなる半導体領域が形成されてなり、
前記複数の半導体領域のうち、一部の半導体領域で前記第１力学量センサの第１力学量検出部が構成されてなり、
前記複数の半導体領域のうち、一部の半導体領域で前記第２力学量センサの第２力学量検出部が構成されてなり、
前記第２力学量検出部は、
少なくとも一つの半導体領域が、前記埋め込み酸化膜の一部を犠牲層エッチングすることにより、変位可能に形成された第２可動電極を有する第２可動半導体領域であり、
少なくとももう一つの半導体領域が、前記第２可動電極と対向する第２固定電極を有する第２固定半導体領域であり、
前記第２可動電極と第２固定電極の対向する面の間の空間を誘電体層とする静電容量が形成され、
前記第２可動電極が、印加される前記第２力学量に応じて変位し、それに伴う前記静電容量の変化を測定して、前記第２力学量を検出し、
前記第１力学量検出部は、
少なくとも一つの半導体領域が、前記埋め込み酸化膜に対して交わる方向に形成された第１の壁部を第１の電極として有してなり、内部に中空部が設けられることによって前記第１の壁部が薄肉化され、該第１の壁部がダイヤフラムとして変形変位可能に形成された第１の半導体領域であり、
少なくとももう一つの半導体領域が、前記第１の壁部と対向する第２の壁部を第２の電極として有する第２の半導体領域であり、
前記第１の電極と第２の電極の対向する面の間の空間を誘電体層とする静電容量が形成され、
少なくとも前記第１の電極が、被測定媒体の前記圧力に応じて前記第２の電極の対向面に対して垂直方向に変形変位し、
前記第１の電極と第２の電極の間隔変化に伴う前記静電容量の変化を測定して、前記圧力を検出することを特徴とする力学量センサ装置。
【請求項２】
第１力学量の圧力を検出する第１力学量センサと、前記圧力以外の第２力学量を検出する第２力学量センサとが一体化されてなる力学量センサ装置であって、
前記圧力によって変位する第１力学量センサの第１力学量検出部と、前記第２力学量によって変位する第２力学量センサの第２力学量検出部とが、半導体からなる第１の基板の主面側に、所定の間隔を置いて変位可能な状態に形成され、
前記第１の基板の主面側に、前記第１力学量検出部と第２力学量検出部をそれぞれ所定の間隔を置いて覆う、第２の基板が貼り合わされてなり、
前記第１の基板と第２の基板によって、前記第１力学量検出部と第２力学量検出部を変位可能な状態でそれぞれ気密に収容する第１空間と第２空間が、互いに連通せずにそれぞれ形成されてなり、
前記第１の基板が、埋め込み酸化膜を間に挟んだ支持基板とＳＯＩ層からなるＳＯＩ基板からなり、
前記埋め込み酸化膜に達するトレンチにより、周囲から絶縁分離された複数のＳＯＩ層からなる半導体領域が形成されてなり、
前記複数の半導体領域のうち、一部の半導体領域で前記第１力学量センサの第１力学量検出部が構成されてなり、
前記複数の半導体領域のうち、一部の半導体領域で前記第２力学量センサの第２力学量検出部が構成されてなり、
前記第２力学量検出部は、
少なくとも一つの半導体領域が、前記埋め込み酸化膜の一部を犠牲層エッチングすることにより、変位可能に形成された第２可動電極を有する第２可動半導体領域であり、
少なくとももう一つの半導体領域が、前記第２可動電極と対向する第２固定電極を有する第２固定半導体領域であり、
前記第２可動電極と第２固定電極の対向する面の間の空間を誘電体層とする静電容量が形成され、
前記第２可動電極が、印加される前記第２力学量に応じて変位し、それに伴う前記静電容量の変化を測定して、前記第２力学量を検出し、
前記第２力学量センサは、加速度センサ、角速度センサおよびローレンツ力センサのいずれかであり、
前記第２力学量センサが加速度センサの場合には、前記第２空間が所定気圧に封止されてなり、
前記第２力学量センサが角速度センサまたはローレンツ力センサの場合には、前記第２空間が真空に封止されてなり、
前記第２力学量センサが加速度センサである場合において、
前記第２の基板を貫通して、該第２の基板の外部と前記第２空間を連通する第３の貫通穴が形成されてなり、
前記第２の基板において、前記第１の基板との貼り合わせ面と反対側の外面に、前記第３の貫通穴を封止する封止部材が配置されてなり、
前記貼り合わせ面からの前記封止部材の最大高さが、前記貼り合わせ面からの前記外面の最大高さより低く設定されてなり、
前記第２の基板の外面において、枠状のリブ部が形成されてなり、
前記外面の最大高さが、前記リブ部の上面に設定されてなることを特徴とする力学量センサ装置。
【請求項３】
第１力学量の圧力を検出する第１力学量センサと、前記圧力以外の第２力学量を検出する第２力学量センサとが一体化されてなる力学量センサ装置であって、
前記圧力によって変位する第１力学量センサの第１力学量検出部と、前記第２力学量によって変位する第２力学量センサの第２力学量検出部とが、半導体からなる第１の基板の主面側に、所定の間隔を置いて変位可能な状態に形成され、
前記第１の基板の主面側に、前記第１力学量検出部と第２力学量検出部をそれぞれ所定の間隔を置いて覆う、第２の基板が貼り合わされてなり、
前記第１の基板と第２の基板によって、前記第１力学量検出部と第２力学量検出部を変位可能な状態でそれぞれ気密に収容する第１空間と第２空間が、互いに連通せずにそれぞれ形成されてなり、
前記第１の基板が、埋め込み酸化膜を間に挟んだ支持基板とＳＯＩ層からなるＳＯＩ基板からなり、
前記埋め込み酸化膜に達するトレンチにより、周囲から絶縁分離された複数のＳＯＩ層からなる半導体領域が形成されてなり、
前記複数の半導体領域のうち、一部の半導体領域で前記第１力学量センサの第１力学量検出部が構成されてなり、
前記複数の半導体領域のうち、一部の半導体領域で前記第２力学量センサの第２力学量検出部が構成されてなり、
前記第２力学量検出部は、
少なくとも一つの半導体領域が、前記埋め込み酸化膜の一部を犠牲層エッチングすることにより、変位可能に形成された第２可動電極を有する第２可動半導体領域であり、
少なくとももう一つの半導体領域が、前記第２可動電極と対向する第２固定電極を有する第２固定半導体領域であり、
前記第２可動電極と第２固定電極の対向する面の間の空間を誘電体層とする静電容量が形成され、
前記第２可動電極が、印加される前記第２力学量に応じて変位し、それに伴う前記静電容量の変化を測定して、前記第２力学量を検出し、
前記第１力学量センサおよび第２力学量センサと共に、第３力学量を検出する第３力学量センサが一体化されてなり、
前記第３力学量によって変位する第３力学量センサの第３力学量検出部が、前記第１の基板の主面側に、前記第１力学量センサおよび第２力学量センサと所定の間隔を置いて変位可能な状態に形成され、
前記第３力学量検出部が、前記第２の基板で所定の間隔を置いて覆われてなり、
前記第３力学量検出部を変位可能な状態で気密に収容する第３空間が、前記第１空間および第２空間と互いに連通せずに形成されてなり、
前記複数の半導体領域のうち、一部の半導体領域で前記第３力学量センサの第３力学量検出部が構成されてなり、
前記第３力学量検出部は、
少なくとも一つの半導体領域が、前記埋め込み酸化膜の一部を犠牲層エッチングすることにより、変位可能に形成された第３可動電極を有する第３可動半導体領域であり、
少なくとももう一つの半導体領域が、前記第３可動電極と対向する第３固定電極を有する第３固定半導体領域であり、
前記第３可動電極と第３固定電極の対向する面の間の空間を誘電体層とする静電容量が形成され、
前記第３可動電極が、印加される前記第３力学量に応じて変位し、それに伴う前記静電容量の変化を測定して、前記第３力学量を検出し、
前記第２力学量センサと前記第３力学量センサが、加速度センサ、角速度センサおよびローレンツ力センサのいずれか２つの組み合わせであり、
前記第２力学量センサまたは前記第３力学量センサが加速度センサの場合には、対応する前記第２空間または前記第３空間が所定気圧に封止されてなり、
前記第２力学量センサまたは前記第３力学量センサが角速度センサまたはローレンツ力センサの場合には、対応する前記第２空間または前記第３空間が真空に封止されてなり、
前記第２力学量センサまたは第３力学量センサが加速度センサである場合において、
前記第２の基板を貫通して、該第２の基板の外部と前記第２空間を連通する第３の貫通穴が形成されてなり、
前記第２の基板において、前記第１の基板との貼り合わせ面と反対側の外面に、前記第３の貫通穴を封止する封止部材が配置されてなり、
前記貼り合わせ面からの前記封止部材の最大高さが、前記貼り合わせ面からの前記外面の最大高さより低く設定されてなり、
前記第２の基板の外面において、枠状のリブ部が形成されてなり、
前記外面の最大高さが、前記リブ部の上面に設定されてなることを特徴とする力学量センサ装置。
【請求項４】
第１力学量の圧力を検出する第１力学量センサと、前記圧力以外の第２力学量を検出する第２力学量センサとが一体化されてなる力学量センサ装置であって、
前記圧力によって変位する第１力学量センサの第１力学量検出部と、前記第２力学量によって変位する第２力学量センサの第２力学量検出部とが、半導体からなる第１の基板の主面側に、所定の間隔を置いて変位可能な状態に形成され、
前記第１の基板の主面側に、前記第１力学量検出部と第２力学量検出部をそれぞれ所定の間隔を置いて覆う、第２の基板が貼り合わされてなり、
前記第１の基板と第２の基板によって、前記第１力学量検出部と第２力学量検出部を変位可能な状態でそれぞれ気密に収容する第１空間と第２空間が、互いに連通せずにそれぞれ形成されてなり、
前記第１の基板が、埋め込み酸化膜を間に挟んだ支持基板とＳＯＩ層からなるＳＯＩ基板からなり、
前記埋め込み酸化膜に達するトレンチにより、周囲から絶縁分離された複数のＳＯＩ層からなる半導体領域が形成されてなり、
前記複数の半導体領域のうち、一部の半導体領域で前記第１力学量センサの第１力学量検出部が構成されてなり、
前記複数の半導体領域のうち、一部の半導体領域で前記第２力学量センサの第２力学量検出部が構成されてなり、
前記第２力学量検出部は、
少なくとも一つの半導体領域が、前記埋め込み酸化膜の一部を犠牲層エッチングすることにより、変位可能に形成された第２可動電極を有する第２可動半導体領域であり、
少なくとももう一つの半導体領域が、前記第２可動電極と対向する第２固定電極を有する第２固定半導体領域であり、
前記第２可動電極と第２固定電極の対向する面の間の空間を誘電体層とする静電容量が形成され、
前記第２可動電極が、印加される前記第２力学量に応じて変位し、それに伴う前記静電容量の変化を測定して、前記第２力学量を検出し、
前記第１力学量センサおよび第２力学量センサと共に、第３力学量を検出する第３力学量センサが一体化されてなり、
前記第３力学量によって変位する第３力学量センサの第３力学量検出部が、前記第１の基板の主面側に、前記第１力学量センサおよび第２力学量センサと所定の間隔を置いて変位可能な状態に形成され、
前記第３力学量検出部が、前記第２の基板で所定の間隔を置いて覆われてなり、
前記第３力学量検出部を変位可能な状態で気密に収容する第３空間が、前記第１空間および第２空間と互いに連通せずに形成されてなり、
前記複数の半導体領域のうち、一部の半導体領域で前記第３力学量センサの第３力学量検出部が構成されてなり、
前記第３力学量検出部は、
少なくとも一つの半導体領域が、前記埋め込み酸化膜の一部を犠牲層エッチングすることにより、変位可能に形成された第３可動電極を有する第３可動半導体領域であり、
少なくとももう一つの半導体領域が、前記第３可動電極と対向する第３固定電極を有する第３固定半導体領域であり、
前記第３可動電極と第３固定電極の対向する面の間の空間を誘電体層とする静電容量が形成され、
前記第３可動電極が、印加される前記第３力学量に応じて変位し、それに伴う前記静電容量の変化を測定して、前記第３力学量を検出し、
前記第１力学量センサ、第２力学量センサおよび第３力学量センサと共に、第４力学量を検出する第４力学量センサが一体化されてなり、
前記第４力学量によって変位する第４力学量センサの第４力学量検出部が、前記第１の基板の主面側に、前記第１力学量センサ、第２力学量センサおよび第３力学量センサと所定の間隔を置いて変位可能な状態に形成され、
前記第４力学量検出部が、前記第２の基板で所定の間隔を置いて覆われてなり、
前記第４力学量検出部を変位可能な状態で気密に収容する第４空間が、前記第１空間、第２空間および第３空間と互いに連通せずに形成されてなり、
前記複数の半導体領域のうち、一部の半導体領域で前記第４力学量センサの第４力学量検出部が構成されてなり、
前記第４力学量検出部は、
少なくとも一つの半導体領域が、前記埋め込み酸化膜の一部を犠牲層エッチングすることにより、変位可能に形成された第４可動電極を有する第４可動半導体領域であり、
少なくとももう一つの半導体領域が、前記第４可動電極と対向する第４固定電極を有する第４固定半導体領域であり、
前記第４可動電極と第４固定電極の対向する面の間の空間を誘電体層とする静電容量が形成され、
前記第４可動電極が、印加される前記第４力学量に応じて変位し、それに伴う前記静電容量の変化を測定して、前記第４力学量を検出し、
前記第２力学量センサ、前記第３力学量センサおよび前記第４力学量センサが、それぞれ、加速度センサ、角速度センサおよびローレンツ力センサであり、
前記第２空間が所定気圧に封止されてなり、前記第３空間と前記第４空間が真空に封止されてなり、
前記第２力学量センサまたは第３力学量センサが加速度センサである場合において、
前記第２の基板を貫通して、該第２の基板の外部と前記第２空間を連通する第３の貫通穴が形成されてなり、
前記第２の基板において、前記第１の基板との貼り合わせ面と反対側の外面に、前記第３の貫通穴を封止する封止部材が配置されてなり、
前記貼り合わせ面からの前記封止部材の最大高さが、前記貼り合わせ面からの前記外面の最大高さより低く設定されてなり、
前記第２の基板の外面において、枠状のリブ部が形成されてなり、
前記外面の最大高さが、前記リブ部の上面に設定されてなることを特徴とする力学量センサ装置。
【請求項５】
前記第１力学量検出部は、
少なくとも一つの半導体領域が、前記埋め込み酸化膜に対して交わる方向に形成された第１の壁部を第１の電極として有してなり、内部に中空部が設けられることによって前記第１の壁部が薄肉化され、該第１の壁部がダイヤフラムとして変形変位可能に形成された第１の半導体領域であり、
少なくとももう一つの半導体領域が、前記第１の壁部と対向する第２の壁部を第２の電極として有する第２の半導体領域であり、
前記第１の電極と第２の電極の対向する面の間の空間を誘電体層とする静電容量が形成され、
少なくとも前記第１の電極が、被測定媒体の前記圧力に応じて前記第２の電極の対向面に対して垂直方向に変形変位し、
前記第１の電極と第２の電極の間隔変化に伴う前記静電容量の変化を測定して、前記圧力を検出することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の力学量センサ装置。
【請求項６】
前記第１の壁部が、前記埋め込み酸化膜に対して直交する方向に形成されてなることを特徴とする請求項１または５に記載の力学量センサ装置。
【請求項７】
前記中空部が封止されて所定の基準圧とされると共に、
前記第２の基板を貫通して、該第２の基板の外部と前記第１空間を連通する第１の貫通穴が形成されてなり、
少なくとも前記第１の電極が、前記第１の貫通穴を介して前記第１空間に導入される前記被測定媒体の圧力に応じて、前記第２の電極の対向面に対して垂直方向に変形変位することを特徴とする請求項１，５，６のいずれか一項に記載の力学量センサ装置。
【請求項８】
前記第１空間が封止されて所定の基準圧とされると共に、
前記支持基板と埋め込み酸化膜を貫通して、前記第１の基板の外部と前記中空部を連通する第２の貫通穴が形成されてなり、
少なくとも前記第１の電極が、前記第２の貫通穴を介して前記中空部に導入される前記被測定媒体の圧力に応じて、前記第２の電極の対向面に対して垂直方向に変形変位することを特徴とする請求項１，５，６のいずれか一項に記載の力学量センサ装置。
【請求項９】
前記第１力学量検出部と第２力学量検出部に接続する配線が、前記第２の基板を貫通して形成されてなることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の力学量センサ装置。
【請求項１０】
前記第１力学量検出部と第２力学量検出部に接続する配線が、前記支持基板と埋め込み酸化膜を貫通して形成されてなることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の力学量センサ装置。
【請求項１１】
前記第１力学量検出部と第２力学量検出部に接続する配線が、前記埋め込み酸化膜の中に形成されてなることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の力学量センサ装置。
【請求項１２】
前記力学量センサ装置が、車載用であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の力学量センサ装置。
【請求項１３】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の力学量センサ装置の製造方法であって、
前記ＳＯＩ基板のＳＯＩ層に前記トレンチを形成し、前記複数の半導体領域を形成すると共に、前記第１力学量検出部と第２力学量検出部を構成する、第１の基板の準備工程と、
前記第１の基板の主面側に貼り合わせた時に、前記第１力学量検出部と第２力学量検出部を変位可能な状態でそれぞれ気密に収容する第１空間と第２空間が互いに連通せずにそれぞれ形成されるように、前記第２の基板を準備する、第２の基板の準備工程と、
前記第１の基板の主面側に、前記第２の基板を貼り合わせる、基板貼り合わせ工程とを有してなることを特徴とする力学量センサ装置の製造方法。
【請求項１４】
前記第２の基板の準備工程が、前記第２の基板を貫通する配線貫通穴を形成する、配線貫通穴形成工程を有してなり、
前記基板貼り合わせ工程後において、前記配線貫通穴を導電材料で埋め込んで、前記第１力学量検出部と第２力学量検出部に接続する配線とする、第２の基板貫通配線形成工程を有してなることを特徴とする請求項１３に記載の力学量センサ装置の製造方法。
【請求項１５】
前記第１の基板の準備工程において、前記ＳＯＩ層を形成する前に、前記第１力学量検出部と第２力学量検出部に接続する配線を、予め前記埋め込み酸化膜の中の所定位置に形成しておくことを特徴とする請求項１３に記載の力学量センサ装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項１または５に記載の力学量センサ装置の製造方法であって、
前記ＳＯＩ層に前記トレンチを形成し、前記複数の半導体領域を形成すると共に、前記第１力学量検出部と第２力学量検出部を構成する、第１の基板の準備工程と、
前記第１の基板の主面側に貼り合わせた時に、前記第１力学量検出部と第２力学量検出部を変位可能な状態でそれぞれ気密に収容する第１空間と第２空間が互いに連通せずにそれぞれ形成されるように、前記第２の基板を準備する、第２の基板の準備工程と、
前記第１の基板の主面側に、前記第２の基板を貼り合わせる、基板貼り合わせ工程とを有してなり、
前記第１の基板の準備工程が、
前記支持基板の上に形成された酸化膜上に第１の多結晶シリコン層を堆積して、該酸化膜を前記埋め込み酸化膜とすると共に、該第１の多結晶シリコン層を前記ＳＯＩ層の一部とするＳＯＩ基板の第１準備工程と、
前記第１の多結晶シリコン層に前記埋め込み酸化膜に達する予備トレンチを形成した後、前記第１の多結晶シリコン層の上に第２の多結晶シリコン層を堆積し、前記予備トレンチの開口部を蓋して前記中空部とすると共に、前記第１の多結晶シリコン層と第２の多結晶シリコン層の積層体を前記ＳＯＩ層とするＳＯＩ基板の第２準備工程と、
前記トレンチを形成して、前記第１の壁部を有する第１の半導体領域と前記第２の壁部を有する第２の半導体領域を形成するＳＯＩ基板の第３準備工程とを有してなることを特徴とする力学量センサ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力センサと他の力学量センサをまとめてモジュール化した、力学量センサ装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力センサと他の力学量センサをまとめてモジュール化する技術の一例として、「電波新聞ハイテクノロジー」２００４年５月１３日号（非特許文献１）に開示の技術がある。
【０００３】
図２０は、非特許文献１に開示されている、圧力センサと加速度センサを集積したセンサダイの断面構造を示す図である。
【０００４】
非特許文献１に開示されている技術は、タイヤ空気圧センサに関するものである。図２０に示すセンサダイでは、タイヤ空気圧の圧力検出機能を備えた圧力センサと加速度検出機能を備えた加速度センサとが、一つの同じセンサダイに集積形成されている。図２０の圧力センサは、真空状態の密閉空間（基準圧力室）Ｋｐとタイヤ内部の空気を分断するダイヤフラム部Ｄｐを備え、ダイヤフラム部Ｄｐの基準圧力室Ｋｐ側の面に、ダイヤフラム部Ｄｐのタイヤ空気圧による変形を検出するピエゾ抵抗素子が形成されている。また、図２０の加速度センサは、上記圧力センサの基準圧力室Ｋｐとは別の真空状態にある密閉空間Ｋａに設置されており、回転する車輪に発生する放射方向の力をカンチレバーＬａの変形によって検出し、ホイールモジュールに車輪の回転の有無およびその速度を判断させる。
【０００５】
図２０に示す圧力センサと加速度センサのモジュール構造では、圧力センサならびに加速度センサを真空状態にある密閉空間Ｋｐ，Ｋａに設置することで、両センサを、タイヤ内部に存在する多くの化学物質（タイヤ硬化処理の残留物質、石鹸、水など）から保護することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「電波新聞ハイテクノロジー２００４年５月１３日号」電波新聞社２００４年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
車両の走行を安定的に制御するためには、タイヤ空気圧や車輪の回転速度だけでなく、車両の進行方向を検出するジャイロセンサ（角速度センサ）や進行方向に対する加速度を検出する加速度センサ等の高精度の力学量センサが必要である。また、走行に伴って車両位置の高度も異なってくるため、高度変化に伴った大気圧変化を検出する、高感度の圧力センサも必要である。従って、近年においては、圧力センサ、加速度センサおよびジャイロセンサ等の高精度の力学量センサをまとめてモジュール化した小型で安価な力学量センサ装置が必要になってきている。
【０００８】
上記要求に対して、図２０に示した非特許文献１に開示されているモジュール構造は、基本的に、タイヤ空気圧と車輪の回転速度を検出するものである。図２０のモジュール構造における加速度センサは、カンチレバーＬａの変形をピエゾ抵抗素子等で検出し、車輪の回転の有無およびその速度を検出するものであり、車両の進行方向や進行方向に対する加速度を高精度で検出することはできない。
【０００９】
また、図２０のモジュール構造における圧力センサでは、ダイヤフラム部Ｄｐを薄くして感度を高めるため、一般的に密閉空間Ｋｐと反対側のシリコンダイの裏面側に点線で示した深い凹部Ｈｐを形成する必要がある。図２０のモジュール構造は通常ウエハ状態で製造され、深い凹部Ｈｐは、シリコンウエハの裏面側の各チップ形成領域に異方性エッチングを行うことにより形成される。しかしながら、異方性エッチングは平面方向の精度に対して深さ方向の加工精度が低いため、凹部Ｈｐの深さが各チップでばらつき、ダイヤフラム部Ｄｐの厚さにばらつきがでてしまうといった問題がある。
【００１０】
そこで本発明は、圧力センサと加速度センサ等の第２力学量センサをまとめてモジュール化した小型の力学量センサ装置およびその製造方法であって、圧力センサと高精度の第２力学量センサとが最適にモジュール化されて、各力学量センサの性能がモジュール化に伴い低下することのない安価な力学量センサ装置およびその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る力学量センサ装置は、第１力学量の圧力を検出する第１力学量センサと、圧力以外の第２力学量を検出する第２力学量センサとが一体化されてなる力学量センサ装置であって、圧力によって変位する第１力学量センサの第１力学量検出部と、第２力学量によって変位する第２力学量センサの第２力学量検出部とが、半導体からなる第１の基板の主面側に、所定の間隔を置いて変位可能な状態に形成されている。そして、第１の基板の主面側に、第１力学量検出部と第２力学量検出部をそれぞれ所定の間隔を置いて覆う、第２の基板が貼り合わされており、第１の基板と第２の基板によって、第１力学量検出部と第２力学量検出部を変位可能な状態でそれぞれ気密に収容する第１空間と第２空間が、互いに連通せずにそれぞれ形成されている。第１の基板は、埋め込み酸化膜を間に挟んだ支持基板とＳＯＩ層からなるＳＯＩ基板からなり、埋め込み酸化膜に達するトレンチにより、周囲から絶縁分離された複数のＳＯＩ層からなる半導体領域が形成されている。複数の半導体領域のうち、一部の半導体領域で第１力学量センサの第１力学量検出部が構成され、複数の半導体領域のうち、別の一部の半導体領域で第２力学量センサの第２力学量検出部が構成されている。また、第２力学量検出部は、少なくとも一つの半導体領域が、埋め込み酸化膜の一部を犠牲層エッチングすることにより、変位可能に形成された第２可動電極を有する第２可動半導体領域であり、少なくとももう一つの半導体領域が、第２可動電極と対向する第２固定電極を有する第２固定半導体領域であり、第２可動電極と第２固定電極の対向する面の間の空間を誘電体層とする静電容量が形成されている。そして、第２可動電極が、印加される第２力学量に応じて変位し、それに伴う静電容量の変化を測定して、第２力学量を検出するようにしている。
【００１２】
以上のように、上記した力学量センサ装置は、圧力を検出する第１力学量センサ（圧力センサ）と加速度や角速度等の圧力以外の第２力学量を検出する第２力学量センサとが一体化されてモジュール化された、小型の力学量センサ装置である。
【００１３】
上記力学量センサ装置においては、第１力学量センサと第２力学量センサを構成するための第１の基板として、埋め込み酸化膜を間に挟んだ支持基板とＳＯＩ層からなるＳＯＩ基板が用いられている。そして、第１力学量センサの第１力学量検出部と第２力学量センサの第２力学量検出部は、それぞれ、埋め込み酸化膜に達するトレンチにより周囲から絶縁分離された複数のＳＯＩ層からなる半導体領域で構成される。従って、上記第１力学量検出部と第２力学量検出部を形成するにあたっては、上記トレンチの形成工程等を共用して同時形成が可能であり、製造コストを低減することができる。
【００１４】
また、上記力学量センサ装置における第２力学量センサは、変位可能に形成された第２可動電極と第２固定電極の間の静電容量変化を測定して第２力学量を検出するものである。該第２力学量センサは、例えばカンチレバーの変形をピエゾ抵抗素子等で検出する加速度センサに較べて高精度であり、高精度の加速度センサや角速度センサ（ジャイロセンサ）とすることができる。
【００１５】
さらに、上記第１力学量検出部と第２力学量検出部が構成されている第１の基板の主面側には、第２の基板が貼り合わされており、第１力学量センサと第２力学量センサが、それぞれ、互いに連通していない第１空間と第２空間に気密に収容される構成となっている。従って、第１力学量センサが収容される第１空間と第２力学量センサが収容される第２空間は、各力学量センサの性能が最適となる別々の環境条件とすることができる。例えば、第２力学量センサが収容される第２空間の圧力は、第１力学量センサが収容される第１空間の被測定媒体の圧力や基準圧と独立して設定することができ、各力学量センサの互いの干渉による性能低下を防止することができる。
【００１６】
以上のようにして、上記力学量センサ装置は、圧力センサ（第１力学量センサ）と加速度センサ等の力学量センサ（第２力学量センサ）をまとめてモジュール化した小型の力学量センサ装置であって、圧力センサと高精度の第２力学量センサとが最適にモジュール化されて、各力学量センサの性能がモジュール化に伴い低下することのない安価な力学量センサ装置とすることができる。
【００１７】
そして、本発明に係る第１の力学量センサ装置において、上記力学量センサ装置における第１力学量検出部は、例えば、少なくとも一つの半導体領域が、埋め込み酸化膜に対して交わる方向に形成された第１の壁部を第１の電極として有しており、内部に中空部が設けられることによって第１の壁部が薄肉化され、該第１の壁部がダイヤフラムとして変形変位可能に形成された第１の半導体領域とする。また、少なくとももう一つの半導体領域が、第１の壁部と対向する第２の壁部を第２の電極として有する第２の半導体領域とする。そして、第１の電極と第２の電極の対向する面の間の空間を誘電体層とする静電容量が形成され、少なくとも第１の電極が、被測定媒体の圧力に応じて第２の電極の対向面に対して垂直方向に変形変位し、第１の電極と第２の電極の間隔変化に伴う静電容量の変化を測定して、圧力を検出する構成とする。
【００１８】
上記構成の第１力学量検出部を有した第１力学量センサは、被測定媒体の圧力による第１の壁部（ダイヤフラム）の変形変位を静電容量の変化として測定する、静電容量型の圧力センサである。上記構成の第１力学量検出部における第１の電極（第１の壁部）と第２の電極（第２の壁部）は、いずれも一つの導電型の半導体領域（ＳＯＩ層）で形成されており、ＰＮ接合部は存在していない。従って、ＰＮ接合部による容量検出特性の不安定が発生しないため、温度や外部雰囲気等の外乱に対して非常に安定した容量検出特性を維持することができる。
【００１９】
また、上記構成の第１力学量センサによれば、ダイヤフラムとして機能する第１の壁部の厚さを、ＳＯＩ層の厚さと独立して設定することが可能である。従って、例えばＳＯＩ層の厚さを第２力学量センサにおける第２可動半導体領域に対して最適に設定すると共に、第１力学量センサのダイヤフラムとして機能する第１の壁部の厚さを、被測定媒体の圧力検出に最適な厚さに設定することができる。
【００２０】
さらに、上記構成の第１力学量センサによれば、ＳＯＩ基板の埋め込み酸化膜に平行に形成されたダイヤフラムと該ダイヤフラムの変形をピエゾ抵抗素子で検出する従来の圧力センサに較べて、容易に高感度化することが可能である。すなわち、従来の圧力センサの構造では、ダイヤフラムを薄くして感度を高めるため、一般的にＳＯＩ基板の支持基板側に異方性エッチングで深い凹部を形成する必要がある。しかしながら、異方性エッチングはマスクで決定される平面方向の精度に対して深さ方向の加工精度が低いため、従来の圧力センサの構造では、凹部の深さが各チップでばらつき、ダイヤフラムの厚さにばらつきがでてしまうといった問題がある。これに対して、上記構成の第１力学量センサによれば、異方性エッチングでトレンチ加工する深さはＳＯＩ層の厚さが最大であり、後述する製造方法で示すように、ダイヤフラムとして機能する第１の壁部の厚さも、マスクで決定される面内方向の精度で確保することができる。
【００２１】
トレンチ加工の容易さと高い精度を確保する上で、上記構成の第１力学量センサにおいては、第１の壁部が、埋め込み酸化膜に対して直交する方向に形成されてなることが好ましい。
【００２２】
上記構成の第１力学量センサは、例えば、中空部が封止されて所定の基準圧とされると共に、第２の基板を貫通して、該第２の基板の外部と第１空間を連通する第１の貫通穴が形成されてなり、少なくとも第１の電極が、第１の貫通穴を介して第１空間に導入される被測定媒体の圧力に応じて、第２の電極の対向面に対して垂直方向に変形変位する構成とすることができる。
【００２３】
また、第１空間が封止されて所定の基準圧とされると共に、支持基板と埋め込み酸化膜を貫通して、第１の基板の外部と前記中空部を連通する第２の貫通穴が形成され、少なくとも第１の電極が、第２の貫通穴を介して中空部に導入される被測定媒体の圧力に応じて、第２の電極の対向面に対して垂直方向に変形変位する構成としてもよい。
【００２４】
以上のようにして、上記力学量センサ装置は、圧力センサ（第１力学量センサ）と加速度センサ等の静電容量型で高精度の力学量センサ（第２力学量センサ）をまとめてモジュール化した小型の力学量センサ装置であって、ばらつきのない高精度な圧力センサと第２力学量センサとが最適にモジュール化されて、各力学量センサの性能がモジュール化に伴い低下することのない安価な力学量センサ装置とすることができる。
【００２５】
上記力学量センサ装置において、第２力学量センサが加速度センサである場合には、スティクション（可動部が周囲と表面張力などで付着して、動き難くなる現象）の防止や不要な高周波振動を抑制するため、第２空間が、例えば１気圧の窒素（Ｎ２）雰囲気のように、所定気圧に封止されていることが好ましい。また、第２力学量センサが角速度センサ（コリオリ力センサ）である場合には、所望の高周波数と振幅で振動体を振動させてコリオリ力による該振動体の変位を検出するため、第２空間が真空に封止されていることが好ましい。同様に、第２力学量センサがローレンツ力センサである場合にも、所望の高周波数と振幅で振動体を振動させてローレンツ力による該振動体の静電容量の変化を検出するため、第２空間が真空に封止されていることが好ましい。第２力学量センサがローレンツ力センサである場合は、例えば地磁気方向に対する車の向きを検出することができる。
【００２６】
上記力学量センサ装置は、第１力学量センサおよび第２力学量センサと共に、第３力学量を検出する第３力学量センサが一体化されてなり、第３力学量によって変位する第３力学量センサの第３力学量検出部が、第１の基板の主面側に、第１力学量センサおよび第２力学量センサと所定の間隔を置いて変位可能な状態に形成されていてもよい。第３力学量センサは、第２力学量センサと同様の構造で、第３力学量検出部を変位可能な状態で気密に収容する第３空間、第３可動電極を有する第３可動半導体領域、第３固定電極を有する第３固定半導体領域を有している。そして、第３可動電極と第３固定電極の対向する面の間の空間を誘電体層とする静電容量が形成され、第３可動電極が、印加される第３力学量に応じて変位し、それに伴う静電容量の変化を測定して、第３力学量を検出する構成とする。
【００２７】
さらには、第１力学量センサ、第２力学量センサおよび第３力学量センサと共に、第２力学量センサおよび第３力学量センサと同様の構造で、第４力学量を検出する第４力学量センサが一体化されていてもよい。この場合には、例えば、圧力センサ、加速度センサ、角速度センサおよびローレンツ力センサを組み合わせることができる。
【００２８】
このように、上記力学量センサ装置は、圧力を検出する第１力学量センサおよび第２力学量を検出する第２力学量センサと共に、より多くの力学量センサが一体化されていていてもよい。さらに、第１力学量センサとして、絶対圧を検出する圧力センサと相対圧を検出する圧力センサが、複数個、一体化されていてもよい。また、感度の異なる圧力センサを作製するため、ダイヤフラム厚や大きさの異なるダイヤフラムが、複数個、一体化されていてもよい。
【００２９】
上記力学量センサ装置の第２力学量センサが加速度センサである場合には、第２の基板を貫通して、該第２の基板の外部と第２空間を連通する第３の貫通穴が形成されており、第２の基板において、第１の基板との貼り合わせ面と反対側の外面に、第３の貫通穴を封止する封止部材が配置されていることが好ましい。また、貼り合わせ面からの封止部材の最大高さが、貼り合わせ面からの前記外面の最大高さより低く設定されている構成とする。
【００３０】
第２力学量センサが加速度センサである場合には、前述したように、スティクションの防止や不要な高周波振動を抑制するため、第２空間が所定気圧に封止されてなることが好ましい。第２空間を所定気圧に封止する方法としては、例えば、１気圧の窒素（Ｎ２）雰囲気中で第１の基板と第２の基板を貼り合わせる方法が考えられる。しかしながら、この方法は、例えば第３力学量センサとして角速度センサも一体化しようとする場合、採用することができない。従って、上記のように第２の基板に外部と第２空間を連通する第３の貫通穴を形成し、第１の基板との貼り合わせ面と反対側の外面に第３の貫通穴を封止する封止部材を配置する方法が、最も簡単で、任意の力学量センサとの組合せにも適用可能である。
【００３１】
上記封止部材としては、金属、多結晶シリコン、絶縁膜等のいずれであってもよいが、上記のように、貼り合わせ面からの封止部材の最大高さが、第２の基板における外面の最大高さより低く設定されてなり、封止部材が第２の基板の最上面から頭を出さないようにすることが好ましい。
【００３２】
加速度センサにおいて、所定気圧での気密封止は、性能を維持する上で重要なポイントである。従って、上記のように封止部材が第２の基板の最上面から頭を出さないようにして、製造途中に封止部材が冶具や他の部品に接触し難くし、封止部材に亀裂や欠けが発生して気密封止が破れることを防止する。
【００３３】
第１の基板と第２の基板を貼り合わせて第１空間と第２空間を形成するチップサイズパッケージにおいて、気密封止の破れは、ウエハ状態での取り扱いではあまり問題にならない。しかしながら、貼り合わせ後のウエハを切断分割してチップ状態になった後が重要であり、チップの移送やチップの取り扱い時に気密封止部に接触しないような構造が特に必要となる。
【００３４】
そして、本発明に係る第２の力学量センサ装置は、封止部材を第２の基板の外面より低く設定する場合、第２の基板の外面において、枠状のリブ部が形成されており、前記外面の最大高さが、リブ部の上面に設定されてなる構成とする。
【００３５】
これによれば、封止部材が第２の基板の最上面から頭を出さないようにできるだけでなく、第２の基板を必要最小限の厚さにして軽くすることができ、第２の基板に必要な強度は、上記枠状のリブ部によって確保することができる。
【００３６】
また、第１力学量検出部と第２力学量検出部がそれぞれ第１空間と第２空間に気密に収容される上記力学量センサ装置においては、第１力学量検出部と第２力学量検出部に接続する配線の構成も重要である。
【００３７】
例えば、第１力学量検出部と第２力学量検出部に接続する配線が、第２の基板を貫通して形成されてなる構成とする。また、第１力学量検出部と第２力学量検出部に接続する配線が、支持基板と埋め込み酸化膜を貫通して形成されてなる構成としてもよい。さらに、第１力学量検出部と第２力学量検出部に接続する配線が、埋め込み酸化膜の中に形成されてなる構成とすることもできる。
【００３８】
以上のようにして、上記力学量センサ装置は、圧力センサ（第１力学量センサ）と加速度センサ等の静電容量型で高精度の力学量センサ（第２力学量センサ）をまとめてモジュール化した小型の力学量センサ装置であって、圧力センサと他の力学量センサとが最適にモジュール化されて、各力学量センサの性能がモジュール化に伴い低下することのない安価な力学量センサ装置とすることができる。
【００３９】
従って、上記力学量センサ装置は、例えばタイヤ空気圧と車輪の回転速度の検出だけでなく、上記第２力学量センサとして、車両の進行方向を検出するジャイロセンサ（角速度センサ）や進行方向に対する加速度を検出する加速度センサとしての機能も、第１力学量センサの圧力センサと共に組み込み可能である。また、上記力学量センサ装置の第１力学量センサは、タイヤ空気圧を検出する圧力センサだけでなく、走行に伴って車両位置の高度変化に伴った大気圧変化を検出する、高感度の圧力センサとすることもできる。上記した第１力学量センサと第２力学量センサの各検出機能を適宜組み合わせることで、車両の走行をより安定的に制御する小型で安価な力学量センサ装置を構成することができる。
【００４０】
従って、上記力学量センサ装置は、車載用として好適である。
【００４１】
また、上記力学量センサ装置の製造方法に関しては、請求項１３〜１６に記載の製造方法によって、それぞれ請求項１〜５のいずれかに記載の力学量センサ装置を製造することができる。尚、これら製造方法によって製造される力学量センサ装置の効果については前述したとおりであり、その説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る力学量センサ装置の一例を示す図で、（ａ）は、力学量センサ装置１００の要部の断面を示す図であり、（ｂ）は、力学量センサ装置１００の上面図である。
【図２】図１に示した第１力学量センサ（圧力センサ）Ｒ１のより具体的な構成例を示す図で、（ａ）は、第１力学量検出部Ｍ１の一構成例を示した平面図であり、（ｂ）は、（ａ）における一点鎖線II-IIでの断面図である。
【図３】図１に示した第２力学量センサ（加速度センサ）Ｒ２のより具体的な構成例を示す図で、第２力学量検出部Ｍ２の一構成例を示した平面図である。
【図４】力学量センサ装置１００の製造方法の一例を示す工程別の断面図で、（ａ）〜（ｅ）は、図１（ａ）に示した第１の基板１０の準備工程を示す図である。
【図５】力学量センサ装置１００の製造方法の一例を示す工程別の断面図で、（ａ）〜（ｃ）は、図１（ａ）に示した第１の基板１０の準備工程を示す図である。
【図６】力学量センサ装置１００の製造方法の一例を示す工程別の断面図で、図１（ａ）に示した第２の基板２０の準備工程を示す図である。
【図７】力学量センサ装置１００の製造方法の一例を示す工程別の断面図で、（ａ）は、第１の基板１０の主面側に第２の基板２０を貼り合わせる、基板貼り合わせ工程を示す図である。また、（ｂ）は、第１の基板１０と第２の基板２０貼り合わせ後に行なう、第２力学量センサ（加速度センサ）Ｒ２の第２空間Ｋ２の封止工程を示す図である。
【図８】図１に示した力学量センサ装置１００の変形例で、力学量センサ装置１１０の要部の断面を示す図である。
【図９】力学量センサ装置１１０の製造方法の一例を示す工程別の断面図で、力学量センサ装置１１０の貼り合わせ前における第１の基板１１を示す図である。
【図１０】力学量センサ装置１１０の製造方法の一例を示す工程別の断面図で、（ａ）〜（ｃ）は、力学量センサ装置１１０の貼り合わせ前における第２の基板２１の準備工程を示す図である。
【図１１】力学量センサ装置１１０の製造方法の一例を示す工程別の断面図で、（ａ）〜（ｃ）は、第１の基板１１と第２の基板２１の貼り合わせ工程、および貼り合わせ後の配線６の形成工程を示す図である。
【図１２】力学量センサ装置１１０の製造方法の一例を示す工程別の断面図で、（ａ），（ｂ）は、貼り合わせ後の配線６の形成工程、および第２力学量センサ（加速度センサ）Ｒ２の第２空間Ｋ２の封止工程を示す図である。
【図１３】図８に示した力学量センサ装置１１０の変形例で、力学量センサ装置１２０の要部の断面を示す図である。
【図１４】図１と図２に示した第１力学量センサ（圧力センサ）Ｒ１における第１力学量検出部Ｍ１の別の構成例を示した断面図で、（ａ）は被測定媒体の圧力を印加する前の状態を示す図であり、（ｂ）は圧力を印加した後の状態を示す図である。
【図１５】図８に示した力学量センサ装置１１０の別の変形例で、別構造の第１力学量センサ（圧力センサ）Ｒ１ａを有した力学量センサ装置１１１の要部の断面を示す図である。
【図１６】（ａ），（ｂ）は、加速度センサＲ２ａを有した力学量センサ装置１２１の製造工程別の要部断面図である。
【図１７】加速度センサＲ２ｂを有した力学量センサ装置１２２の要部断面図である。
【図１８】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、別の加速度センサＲ２ｂ〜Ｒ２ｅを有した力学量センサ装置１２３〜１２５の要部断面図である。
【図１９】別の加速度センサＲ２ｆを有した力学量センサ装置１２６を示す図で、（ａ）は、力学量センサ装置１２６の要部の断面を示す図であり、（ｂ）は、力学量センサ装置１２６の上面図である。
【図２０】非特許文献１に開示されている、圧力センサと加速度センサを集積したセンサダイの断面構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、本発明を実施するための形態を、図に基づいて説明する。
【００４４】
図１は、本発明に係る力学量センサ装置の一例を示す図で、図１（ａ）は、力学量センサ装置１００の要部の断面を示す図であり、図１（ｂ）は、力学量センサ装置１００の上面図である。尚、図１（ａ）は、図１（ｂ）における一点鎖線I-Iでの断面に対応している。
【００４５】
図１に示す力学量センサ装置１００は、第１力学量の圧力を検出する第１力学量センサ（圧力センサ）Ｒ１、第２力学量の加速度を検出する第２力学量センサ（加速度センサ）Ｒ２および第３力学量の角速度を検出する第３力学量センサ（角速度センサ）Ｒ３が一体化されてなる力学量センサ装置である。
【００４６】
図１（ａ）に示すように、圧力によって変位する第１力学量センサＲ１の第１力学量検出部Ｍ１、加速度によって変位する第２力学量センサＲ２の第２力学量検出部Ｍ２および角速度によって変位する第３力学量センサＲ３の第３力学量検出部Ｍ３は、それぞれ、半導体からなる第１の基板１０の主面側に、所定の間隔を置いて変位可能な状態に形成されている。また、第１力学量検出部Ｍ１、第２力学量検出部Ｍ２および第３力学量検出部Ｍ３をそれぞれ所定の間隔を置いて覆う第２の基板２０が、第１の基板１０の主面側に貼り合わされている。この貼り合わされた第１の基板１０と第２の基板２０によって、第１力学量検出部Ｍ１、第２力学量検出部Ｍ２および第３力学量検出部Ｍ３を変位可能な状態でそれぞれ気密に収容する第１空間Ｋ１、第２空間Ｋ２および第３空間Ｋ３が、互いに連通せずにそれぞれ形成されている。
【００４７】
第１の基板１０は、図１（ａ）に示すように、埋め込み酸化膜２を間に挟んだ支持基板１とＳＯＩ層３からなるＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板である。第１の基板１０では、埋め込み酸化膜２に達するトレンチＴにより、周囲から絶縁分離された複数のＳＯＩ層３からなる半導体領域Ｓが形成されている。図１の力学量センサ装置１００においては、これら複数の半導体領域Ｓの一部で第１力学量センサＲ１の第１力学量検出部Ｍ１が構成され、別の一部で第２力学量センサＲ２の第２力学量検出部Ｍ２が構成され、さらに別の一部で第３力学量センサＲ３の第３力学量検出部Ｍ３が構成されている。尚、図１の力学量センサ装置１００では、第１力学量検出部Ｍ１、第２力学量検出部Ｍ２および第３力学量検出部Ｍ３に接続する配線４が、埋め込み酸化膜２中に形成されてなる構成を採用している。また、配線４が接続する第２の基板２０で覆われていない第１の基板１０の半導体領域Ｓには、外部と電気接続するための金属パターン５が形成されている。
【００４８】
図１の力学量センサ装置１００における第１力学量センサ（圧力センサ）Ｒ１の第１力学量検出部Ｍ１は、図１（ａ）に示すように、少なくとも一つの第１の半導体領域Ｓ１ａと少なくとももう一つの第２の半導体領域Ｓ１ｂを有している。第１の半導体領域Ｓ１ａは、埋め込み酸化膜２に対して交わる方向に形成された第１の壁部Ｗａを第１の電極として有しており、内部に中空部Ｈａが設けられることによって第１の壁部Ｗａが薄肉化され、該第１の壁部Ｗａがダイヤフラムとして変形変位可能に形成された半導体領域である。第２の半導体領域Ｓ１ｂは、第１の壁部Ｗａと対向する第２の壁部Ｗｂを第２の電極として有する半導体領域である。
【００４９】
図１（ａ）に示す第１力学量センサ（圧力センサ）Ｒ１の第１力学量検出部Ｍ１では、前記第１の電極（第１の壁部Ｗａ）と第２の電極（第２の壁部Ｗｂ）の対向する面の間の空間を誘電体層とする静電容量が形成され、少なくとも前記第１の電極が、被測定媒体の圧力に応じて第２の電極の対向面に対して垂直方向に変形変位し、第１の電極と第２の電極の間隔変化に伴う静電容量の変化を測定して、圧力を検出する構成となっている。
【００５０】
すなわち、図１に示す構成の第１力学量センサＲ１は、第１の半導体領域Ｓ１ａの中空部Ｈａが封止されて所定の基準圧（例えば真空）とされると共に、第２の基板２０を貫通して、該第２の基板２０の外部と第１空間Ｋ１を連通する第１の貫通穴Ｖ１が形成されている。そして、少なくとも第１の電極（第１の壁部Ｗａ）が、第１の貫通穴Ｖ１を介して第１空間Ｋ１に導入される被測定媒体の圧力に応じて、第２の電極（第２の壁部Ｗｂ）の対抗面に対して垂直方向に変形変位する構成となっている。
【００５１】
図２は、図１に示した第１力学量センサ（圧力センサ）Ｒ１のより具体的な構成例を示す図で、図２（ａ）は、第１力学量検出部Ｍ１の一構成例を示した平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）における一点鎖線II-IIでの断面図である。
【００５２】
図２（ａ）に示す第１力学量検出部Ｍ１は、内部に真空の中空部Ｈａが設けられた４個の第１の半導体領域Ｓ１ａと、中空部Ｈａが設けられていない２個の第２の半導体領域Ｓ１ｂとで構成されている。第１の半導体領域Ｓ１ａは、中空部Ｈａが設けられることによって薄く形成された第１の壁部Ｗａを有しており、該第１の壁部Ｗａが、被測定媒体の圧力に応じて変形変位してダイヤフラムとして機能する。また、第２の半導体領域Ｓ１ｂは、第１の壁部Ｗａに対向する第２の壁部Ｗｂを有している。該第１の壁部Ｗａと第２の壁部Ｗｂとで、被測定媒体の圧力に応じた静電容量の変化を測定する容量素子の一組の電極、すなわち第１の電極Ｅ１ａと第２の電極Ｅ１ｂが構成されている。
【００５３】
図１に示した第１力学量センサ（圧力センサ）Ｒ１においては、測定圧力範囲や必要とする測定感度に応じて、図２（ａ）に示す第１力学量検出部Ｍ１のように、第１の半導体領域Ｓ１ａと第２の半導体領域Ｓ１ｂのサイズや数、およびダイヤフラムとして機能する第１の壁部Ｗａの面積や厚さを適宜設定する。
【００５４】
図１の力学量センサ装置１００における第２力学量センサ（加速度センサ）Ｒ２の第２力学量検出部Ｍ２は、図１（ａ）に示すように、少なくとも一つの第２可動半導体領域Ｓ２ａと少なくとももう一つの第２固定半導体領域Ｓ２ｂを有している。第２可動半導体領域Ｓ２ａは、埋め込み酸化膜２の一部を犠牲層エッチングすることにより、変位可能に形成された第２可動電極を有する半導体領域である。第２固定半導体領域Ｓ２ｂは、前記第２可動電極と対向する第２固定電極を有する半導体領域である。
【００５５】
図１（ａ）に示す第２力学量センサ（加速度センサ）Ｒ２の第２力学量検出部Ｍ２では、前記第２可動電極と第２固定電極の対向する面の間の空間を誘電体層とする静電容量が形成され、前記第２可動電極が、印加される加速度に応じて前記対向面に対して垂直方向に変位し、第２可動電極と第２固定電極の間隔変化に伴う静電容量の変化を測定して、加速度を検出する構成となっている。
【００５６】
また、図１の力学量センサ装置１００において、加速度センサである第２力学量センサＲ２では、第２可動半導体領域Ｓ２ａのスティクション（可動部が周囲と表面張力などで付着して、動き難くなる現象）の防止や不要な高周波振動を抑制するため、第２空間Ｋ２が、例えば１気圧の窒素（Ｎ２）雰囲気のように、所定気圧に封止される。このため、図１に示す第２力学量センサＲ２では、第２の基板２０を貫通して、該第２の基板２０の外部と第２空間Ｋ２を連通する第３の貫通穴Ｖ３と凹部Ｌ４が形成されている。そして、第２の基板２０において、第１の基板１０との貼り合わせ面と反対側の外面に、第３の貫通穴Ｖ３を封止する封止部材Ｆ３が、第２の基板２０の外面から突き出ないようにして、凹部Ｌ４の底面全体に配置されている。言い換えれば、図１に示す力学量センサ装置１００の第２力学量センサＲ２では、第１の基板１０と第２の基板２０の貼り合わせ面からの封止部材４の最大高さが、貼り合わせ面からの第２の基板２０外面の最大高さより低く設定されている。
【００５７】
封止部材Ｆの形成には、インクジェット法やマスク蒸着法スクリーン印刷法等を用いることができる。例えば、封止部材Ｆとして、凹部Ｌ４の底面に下から順にチタン（Ｔｉ）／ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）／ハンダの積層膜を形成し、該積層膜を加熱することによって第２空間Ｋ２を気密に封止する。
【００５８】
図３は、図１に示した第２力学量センサ（加速度センサ）Ｒ２のより具体的な構成例を示す図で、第２力学量検出部Ｍ２の一構成例を示した平面図である。
【００５９】
図３に示す第２力学量検出部Ｍ２は、２個の第２固定電極Ｅ２ｂ１，Ｅ２ｂ２の間に、１個の第２可動電極Ｅ２ａが挿入された構成となっている。尚、図３に示す第２可動半導体領域Ｓ２ａにおいて、符号ａ１はアンカー部、符号ａ２はアンカー部ａ１に支持された矩形枠状のバネ部、符号ａ３はバネ部ａ２と連結された重錘部であり、第２可動電極Ｅ２ａが重錘部ａ３の両側に櫛歯形状に形成されている。また、第２の半導体領域Ｓ１ｂにおける符号ｂ１１とｂ２１も、それぞれのアンカー部である。
【００６０】
図１の力学量センサ装置１００における第３力学量センサ（角速度センサ）Ｒ３の第３力学量検出部Ｍ３は、図１（ａ）に示すように、少なくとも一つの第３可動半導体領域Ｓ３ａと少なくとももう一つの第３固定半導体領域Ｓ３ｂを有している。第３可動半導体領域Ｓ３ａは、埋め込み酸化膜２の一部を犠牲層エッチングすることにより、変位可能に形成された第３可動電極を有する半導体領域である。第３固定半導体領域Ｓ３ｂは、前記第３可動電極と対向する第３固定電極を有する半導体領域である。
【００６１】
角速度を検出する第３力学量センサＲ３の第３可動半導体領域Ｓ３ａ（第３可動電極）は、前記対向面に対してここでは図示しない領域で直交する方向に高周波振動させた状態で、角速度（コリオリ力）の検出に用いられる。すなわち、図１（ａ）に示す第３力学量センサ（角速度センサ）Ｒ３の第３力学量検出部Ｍ３では、前記第３可動電極と第３固定電極の対向する面の間の空間を誘電体層とする静電容量が形成され、前記第３可動電極が印加される角速度のコリオリ力に応じて前記対向面に対して垂直方向に変位し、第３可動電極と第３固定電極の対向する距離の変化に伴う静電容量の変化を測定して、角速度を検出する構成となっている。
【００６２】
また、図１の力学量センサ装置１００において、角速度センサ（コリオリ力センサ）である第３力学量センサＲ３では、振動体である第３可動電極（第３可動半導体領域Ｓ３ａ）を所望の高周波数と振幅で振動させ、該振動体のコリオリ力（角速度に比例）による変位を検出する。このため、第３空間Ｋ３は、振動が減衰し難い真空で封止される。尚、第３力学量センサＲ３は、同様の構造で、所望の高周波数と振幅で振動体を振動させてローレンツ力による該振動体の静電容量の変化を検出する、ローレンツ力センサとすることもできる。第３力学量センサＲ３をローレンツ力センサとすることで、例えば地磁気方向に対する車の向きを検出することが可能になる。
【００６３】
以上のように、図１に示す力学量センサ装置１００は、圧力を検出する第１力学量センサ（圧力センサ）Ｒ１、加速度を検出する第２力学量センサ（加速度センサ）Ｒ２および角速度を検出する第３力学量センサ（角速度センサ）Ｒ３が一体化されてモジュール化された、小型の力学量センサ装置である。
【００６４】
上記力学量センサ装置１００においては、第１力学量センサＲ１、第２力学量センサＲ２および第３力学量センサＲ３を構成するための第１の基板１０として、埋め込み酸化膜２を間に挟んだ支持基板１とＳＯＩ層３からなるＳＯＩ基板が用いられている。そして、第１力学量センサＲ１の第１力学量検出部Ｍ１、第２力学量センサＲ２の第２力学量検出部Ｍ２および第３力学量センサＲ３の第３力学量検出部Ｍ３は、それぞれ、埋め込み酸化膜２に達するトレンチＴにより周囲から絶縁分離された複数のＳＯＩ層３からなる半導体領域Ｓで構成される。従って、上記第１力学量検出部Ｍ１、第２力学量検出部Ｍ２および第３力学量検出部Ｍ３を形成するにあたっては、上記トレンチＴの形成工程等を共用して同時形成が可能であり、製造コストを低減することができる。
【００６５】
さらに、上記第１力学量検出部Ｍ１、第２力学量検出部Ｍ２および第３力学量検出部Ｍ３が構成されている第１の基板１０の主面側には、第２の基板２０が貼り合わされており、第１力学量センサＲ１、第２力学量センサＲ２および第３力学量センサＲ３が、それぞれ、互いに連通していない第１空間Ｋ１，第２空間Ｋ２および第３空間Ｋ３に気密に収容される構成となっている。従って、第１力学量センサＲ１が収容される第１空間Ｋ１、第２力学量センサＲ２が収容される第２空間Ｋ２および第３力学量センサＲ３が収容される第３空間Ｋ３は、各力学量センサの性能が最適となる別々の環境条件とすることができる。例えば、図１の力学量センサ装置１００においては、加速度センサである第２力学量センサＲ２が収容される第２空間Ｋ２の圧力は、圧力センサである第１力学量センサＲ１が収容される第１空間Ｋ１の被測定媒体の圧力と独立して、１気圧の窒素（Ｎ２）雰囲気に設定することができる。また、角速度センサである第３力学量センサＲ３が収容される第３空間Ｋ３の圧力は、加速度センサである第２力学量センサＲ２が収容される第２空間Ｋ２の１気圧の窒素（Ｎ２）雰囲気と独立して、真空に設定することができる。このように、図１の力学量センサ装置１００においては、各力学量センサＲ１〜Ｒ３がそれぞれ互いに連通していない空間Ｋ１〜Ｋ３に気密に収容される構成となっているため、各力学量センサＲ１〜Ｒ３の互いの干渉による性能低下を防止することができる。
【００６６】
以上のようにして、図１に例示した力学量センサ装置１００は、圧力センサ（第１力学量センサＲ１）、加速度センサ（第２力学量センサＲ２）および角速度センサ（第３力学量センサＲ３）をまとめてモジュール化した小型の力学量センサ装置であって、圧力センサと高精度の力学量センサ（加速度センサおよび角速度センサ）とが最適にモジュール化されて、各力学量センサの性能がモジュール化に伴い低下することのない安価な力学量センサ装置となっている。
【００６７】
次に、図１の力学量センサ装置１００における各力学量センサＲ１〜Ｒ３について、より詳細に説明する。
【００６８】
上記力学量センサ装置１００における第１力学量検出部Ｍ１を有した第１力学量センサ（圧力センサ）Ｒ１は、被測定媒体の圧力による第１の壁部（ダイヤフラム）Ｗａの変形変位を静電容量の変化として測定する、静電容量型の圧力センサである。上記構成の第１力学量検出部Ｍ１における第１の電極（第１の壁部Ｗａ）と第２の電極（第２の壁部Ｗｂ）は、いずれも一つの導電型（Ｎ＋）の半導体領域Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ（ＳＯＩ層３）で形成されており、ＰＮ接合部は存在していない。従って、ＰＮ接合部による容量検出特性の不安定が発生しないため、温度や外部雰囲気等の外乱に対して非常に安定した容量検出特性を維持することができる。
【００６９】
また、上記構成の第１力学量センサＲ１によれば、ダイヤフラムとして機能する第１の壁部Ｗａの厚さを、ＳＯＩ層３の厚さと独立して設定することが可能である。従って、例えばＳＯＩ層３の厚さを第２力学量センサＲ２における第２可動半導体領域Ｓ２ａに対して最適に設定すると共に、第１力学量センサＲ１のダイヤフラムとして機能する第１の壁部Ｗａの厚さを、被測定媒体の圧力検出に最適な厚さに設定することができる。
【００７０】
さらに、上記構成の第１力学量センサＲ１によれば、ＳＯＩ基板の埋め込み酸化膜に平行に形成されたダイヤフラムと該ダイヤフラムの変形をピエゾ抵抗素子で検出する従来の圧力センサに較べて、容易に高感度化することが可能である。すなわち、従来の圧力センサの構造では、ダイヤフラムを薄くして感度を高めるため、一般的にＳＯＩ基板の支持基板側に異方性エッチングで深い凹部を形成する必要がある。しかしながら、異方性エッチングはマスクで決定される平面方向の精度に対して深さ方向の加工精度が低いため、従来の圧力センサの構造では、凹部の深さが各チップでばらつき、ダイヤフラムの厚さにばらつきがでてしまうといった問題がある。これに対して、図１に示した上記構成の第１力学量センサＲ１によれば、異方性エッチングでトレンチ加工する深さはＳＯＩ層の厚さが最大であり、後述する製造方法で示すように、ダイヤフラムとして機能する第１の壁部Ｗａの厚さも、マスクで決定される面内方向の精度で確保することができる。
【００７１】
以上のように、一つのＳＯＩ基板において加速度センサ等の静電容量型で高精度の力学量センサと一体形成する圧力センサは、図１に例示した静電容量型の第１力学量センサＲ１の構成が好適である。
【００７２】
上記力学量センサ装置１００における第２力学量センサ（加速度センサ）Ｒ２は、変位可能に形成された第２可動電極（第２可動半導体領域Ｓ２ａ）と第２固定電極（第２固定半導体領域Ｓ２ｂ）の間の静電容量変化を測定して、加速度を検出するものである。このように、第２力学量センサＲ２についても、静電容量型のセンサとなっており、例えば図２０に示したカンチレバーＬａの変形をピエゾ抵抗素子等で検出する加速度センサに較べて、高精度の加速度センサとなっている。
【００７３】
また、上記力学量センサ装置１００における第３力学量センサ（角速度センサ）Ｒ３も、変位可能に形成された第３可動電極（第３可動半導体領域Ｓ３ａ）と第３固定電極（第３固定半導体領域Ｓ３ｂ）の間の静電容量変化を測定して、角速度を検出するものである。このように、第３力学量センサＲ３についても、静電容量型のセンサとなっており、高精度の角速度センサ（ジャイロセンサ）とすることができる。
【００７４】
次に、図１に示した力学量センサ装置１００の製造方法について説明する。
【００７５】
図４〜図７は、図１に示した力学量センサ装置１００の製造方法の一例を示す工程別の断面図である。
【００７６】
図４（ａ）〜（ｅ）と図５（ａ）〜（ｃ）は、図１（ａ）に示した第１の基板１０の準備工程を示す図である。この第１の基板１０の準備工程においては、ＳＯＩ基板のＳＯＩ層３にトレンチＴを形成し、複数の半導体領域Ｓを形成すると共に、第１力学量検出部Ｍ１、第２力学量検出部Ｍ２および第３力学量検出部Ｍ３を構成する。
【００７７】
最初に、図１（ａ）に示した第１の基板１０の構成要素である支持基板１として、例えば、厚さが２００〜５００μｍで、（１００）面の単結晶シリコン基板を用いる。この単結晶シリコンからなる支持基板１は、比抵抗が０．００１〜０．１Ω・ｃｍのＮ型で、高濃度に砒素（Ａｓ）やリン（Ｐ）等の不純物が含まれており、図４（ａ）では「Ｎ＋」と表記されている。
【００７８】
次に、図４（ａ）に示すように、上記単結晶シリコン基板１を１０００〜１１００℃で熱酸化して０．５〜１．５μｍ厚さの（ＳｉＯ２）熱酸化膜２ａを形成した後、熱酸化膜２ａに対して単結晶シリコン基板１に達する第１のコンタクト穴２ｂを形成する。
【００７９】
次に、第１のコンタクト穴２ｂを埋め込むようにして、ＣＶＤ法にて高濃度のＮ＋型の多結晶シリコンを０．１〜２μｍの厚さで全面に堆積し、ホトリソグラフィ法とエッチングで所定の配線パターンとする。図４（ａ）では、この配線パターンが、多結晶シリコン配線４ａとして示されている。
【００８０】
次に、ＣＶＤ法やスパッタリング法等により、（ＳｉＯ２）酸化膜２ｃを、０．５〜２．０μｍの厚さで全面に形成する。尚、最初に形成した熱酸化膜２ａと後で形成した酸化膜２ｃが、図１（ａ）に示した第１の基板１０の埋め込み酸化膜２となる。
【００８１】
続いて、図４（ｂ）に示すように、酸化膜２ｃに対して多結晶シリコン配線４ａに達する第２のコンタクト穴２ｄを形成する。
【００８２】
次に、図４（ｃ）に示すように、Ｎ＋型の第１の多結晶シリコン層３ａを、全面に５〜１００μｍの厚さで形成する。この実施例では、２０μｍ程度の厚さで形成した。尚、多結晶シリコン配線４ａと第２のコンタクト穴２ｄ中に埋め込まれた第１の多結晶シリコン層３ａとで、図１（ａ）に示した埋め込み酸化膜２中の配線４が構成される。
【００８３】
このように、図１の力学量センサ装置１００を製造するにあたっては、第１の基板１０の準備工程において、図１（ａ）のＳＯＩ層３を形成する前に、第１力学量検出部Ｍ１、第２力学量検出部Ｍ２および第３力学量検出部Ｍ３に接続する配線４を、予め埋め込み酸化膜２中の所定位置に形成しておく。
【００８４】
次に、図１（ａ）に示した第１力学量センサ（圧力センサ）Ｒ１の中空部Ｈａを形成するため、図４（ｄ）に示すように、第１の多結晶シリコン層３ａに１〜２μｍ幅の予備トレンチＴａを形成しておく。
【００８５】
次に、図４（ｅ）に示すように、予備トレンチＴａの上部と蓋するようにして、スパッタリング法等により、真空中でＮ＋型の第２の多結晶シリコン層３ｂを２〜３μｍの厚さで形成する。これによって、蓋された予備トレンチＴａが第１力学量センサ（圧力センサ）Ｒ１の中空部Ｈａとなり、該中空部Ｈａが、真空の基準圧室になる。また、第１の多結晶シリコン層３ａと第２の多結晶シリコン層３ｂとで、図１（ａ）に示した第１の基板１０のＳＯＩ層３が構成される。
【００８６】
次に、図５（ａ）に示すように、ＳＯＩ層３上の全面にアルミニウム（Ａｌ）膜を０．１〜１μｍの厚さで堆積し、ホトリソグラフィ法とエッチングで所定のパターンとして、図１（ａ）に示した金属パターン５を形成する。
【００８７】
次に、図１（ａ）に示した第１力学量センサ（圧力センサ）Ｒ１、第２力学量センサ（加速度センサ）Ｒ２および第３力学量センサ（角速度センサ）Ｒ３を形成するため、図５（ｂ）に示すように、埋め込み酸化膜２に達するトレンチＴを形成して、ＳＯＩ層３を複数の所定の半導体領域Ｓに分割する。これによって、第１力学量センサ（圧力センサ）Ｒ１の形成部分において、第１の壁部Ｗａを有した第１の半導体領域Ｓ１ａと第２の壁部Ｗｂを有した第２の半導体領域Ｓ１ｂ等が形成され、第１力学量検出部Ｍ１が完成する。尚、ダイヤフラムとして機能する第１の壁部Ｗａの代表的な厚さは１〜２μｍで、測定する圧力によりさらに厚くまたは薄くする。
【００８８】
続いて、ＳＯＩ層３上の所定領域にフィルムレジストの貼り付け等によるレジストマスク（図示省略）を形成し、先の工程で形成した一部のトレンチＴを介して、図５（ｃ）に示すように、埋め込み酸化膜２の所定領域をエッチング除去する。尚、図５（ｃ）では埋め込み酸化膜２を構成している上層の酸化膜２ｃだけを除去したが、さらに下層の熱酸化膜２ａを除去してもよい。
【００８９】
これによって、第２力学量センサ（加速度センサ）Ｒ２の形成部分において、第２可動半導体領域Ｓ２ａと第２固定半導体領域Ｓ２ｂ等の形成が完了し、第２可動半導体領域Ｓ２ａの第２可動電極が可動できるようになって、第２力学量検出部Ｍ２が完成する。また、第３力学量センサ（角速度センサ）Ｒ３の形成部分において、第３可動半導体領域Ｓ３ａと第３固定半導体領域Ｓ３ｂ等の形成が完了し、第３可動半導体領域Ｓ３ａの第３可動電極が可動できるようになって、第３力学量検出部Ｍ３が完成する。
【００９０】
以上で、図１（ａ）に示した第１の基板１０が準備できる。
【００９１】
上記第１の基板１０の準備工程は、特に、埋め込み酸化膜２中の配線４と静電容量型の第１力学量センサ（圧力センサ）Ｒ１の第１力学量検出部Ｍ１を形成するため、以下の工程を有している。すなわち、上記第１の基板１０の準備工程は、支持基板１上に形成された酸化膜上に第１の多結晶シリコン層３ａを堆積して、該酸化膜を埋め込み酸化膜２とすると共に、該第１の多結晶シリコン層３ａをＳＯＩ層の一部とするＳＯＩ基板の第１準備工程と、第１の多結晶シリコン層３ａに埋め込み酸化膜２に達する予備トレンチＴａを形成した後、第１の多結晶シリコン層３ａ上に第２の多結晶シリコン層３ｂを堆積し、予備トレンチＴａの開口部を蓋して中空部Ｈａとすると共に、第１の多結晶シリコン層３ａと第２の多結晶シリコン層３ｂの積層体をＳＯＩ層３とするＳＯＩ基板の第２準備工程と、トレンチＴを形成して、第１の壁部Ｗａを有する第１の半導体領域Ｓ１ａと第２の壁部Ｗｂを有する第２の半導体領域Ｓ１ｂを形成するＳＯＩ基板の第３準備工程とを有している。
【００９２】
図６は、図１（ａ）に示した第２の基板２０の準備工程を示す図である。この第２の基板２０の準備工程においては、第１の基板１０の主面側に貼り合わせた時に、第１力学量検出部Ｍ１、第２力学量検出部Ｍ２および第３力学量検出部Ｍ３を変位可能な状態でそれぞれ気密に収容する第１空間Ｋ１、第２空間Ｋ２および第３空間Ｋ３が互いに連通せずにそれぞれ形成されるように、第２の基板２０を準備する。
【００９３】
このため、例えば、厚さが１００〜４００μｍで、（１００）面のＮ＋型単結晶シリコン基板を第２の基板２０として用い、図６に示すように、凹部Ｌ１〜Ｌ４および図１（ａ）に示した第１の貫通穴Ｖ１と第３の貫通穴Ｖ３を形成しておく。
【００９４】
図７（ａ）は、図４と図５の工程で準備した第１の基板１０の主面側に、図６の工程で準備した第２の基板２０を貼り合わせる、基板貼り合わせ工程を示す図である。
【００９５】
図７（ａ）に示す基板貼り合わせ工程では、例えば、Ａｒイオン等で接合表面を活性化した後、真空中でシリコンを常温直接接合する方法や、ハンダ共晶や低融点ガラス等による接合を利用することができる。この第１の基板１０と第２の基板２０の貼り合わせによって、第１力学量センサＲ１の第１力学量検出部Ｍ１、第２力学量センサＲ２の第２力学量検出部Ｍ２および第３力学量センサＲ３の第３力学量検出部Ｍ３をそれぞれ気密に収容する互いに連通しない第１空間Ｋ１、第２空間Ｋ２および第３空間Ｋ３が、それぞれ形成される。また、真空中での第１の基板１０と第２の基板２０貼り合わせによって、第３力学量センサ（角速度センサ）Ｒ３の第３空間Ｋ３は、真空で封止される。
【００９６】
図７（ｂ）は、第１の基板１０と第２の基板２０貼り合わせ後に行なう、第２力学量センサ（加速度センサ）Ｒ２の第２空間Ｋ２の封止工程を示す図である。
【００９７】
図７（ｂ）に示す第２空間Ｋ２の封止工程では、例えば１気圧の窒素（Ｎ２）雰囲気中で、第３の貫通穴Ｖ３の上部にインクジェット法やスクリーン印刷法等で封止部材Ｆ３を配置する。これによって、第２力学量センサ（加速度センサ）Ｒ２の第２空間Ｋ２は、１気圧の窒素（Ｎ２）雰囲気で封止される。
【００９８】
図７（ａ），（ｂ）に示した工程によって、第３力学量センサ（角速度センサ）Ｒ３は真空の第３空間Ｋ３に収容されるので、可動電極が動き易くなり、角速度を高感度、高精度に検出できる。一方、第２力学量センサ（加速度センサ）Ｒ２は、１気圧の窒素（Ｎ２）雰囲気の第２空間Ｋ２に収容されるので、ダンピング効果により安定した加速度測定が可能となる。また、第１力学量センサ（圧力センサ）Ｒ１では、第１空間Ｋ１が被測定媒体の圧力室となり、封止していない第１の貫通穴Ｖ１が、被測定媒体の圧力導入穴となる。
【００９９】
以上の、図４〜図７に示した工程によって、図１に示した力学量センサ装置１００を製造することができる。尚、この実施例ではシリコン基板や多結晶シリコン層にＮ＋型を用いたが、高濃度にボロン等のＰ型不純物を導入したＰ＋型のシリコン基板や多結晶シリコン層を用いるようにしてもよい。
【０１００】
図１に示した力学量センサ装置１００のように、第１力学量センサＲ１の第１力学量検出部Ｍ１、第２力学量センサＲ２の第２力学量検出部Ｍ２および第３力学量センサＲ３の第３力学量検出部Ｍ３がそれぞれ第１空間Ｋ１、第２空間Ｋ２および第３空間Ｋ３に気密に収容される力学量センサ装置においては、第１力学量検出部Ｍ１、第２力学量検出部Ｍ２および第３力学量検出部Ｍ３に接続する配線の構成が重要である。
【０１０１】
次に、図１に示した力学量センサ装置１００の変形例で、異なる配線構成の力学量センサ装置について説明する。
【０１０２】
図８は、図１に示した力学量センサ装置１００の変形例で、力学量センサ装置１１０の要部の断面を示す図である。尚、図８に示す力学量センサ装置１１０において、図１に示した力学量センサ装置１００と同様の部分については、同じ符号を付した。
【０１０３】
図８に示す力学量センサ装置１１０も、図１に示した力学量センサ装置１００と同様に、第１力学量の圧力を検出する第１力学量センサ（圧力センサ）Ｒ１、第２力学量の加速度を検出する第２力学量センサ（加速度センサ）Ｒ２および第３力学量の角速度を検出する第３力学量センサ（角速度センサ）Ｒ３が一体化されてなる力学量センサ装置である。
【０１０４】
一方、図１に示した力学量センサ装置１００では、第１力学量センサＲ１の第１力学量検出部Ｍ１、第２力学量センサＲ２の第２力学量検出部Ｍ２および第３力学量センサＲ３の第３力学量検出部Ｍ３に接続する配線４が、第１の基板１０の埋め込み酸化膜２中に形成されていた。これに対して、図８に示す力学量センサ装置１１０においては、第１力学量検出部Ｍ１、第２力学量検出部Ｍ２および第３力学量検出部Ｍ３に接続する配線６が、第２の基板２１を貫通して形成されてなる構成を採用している。
【０１０５】
より詳細に説明すると、図８の力学量センサ装置１１０では、第１の基板１１が一層構造の埋め込み酸化膜２ｅを有したＳＯＩ基板となっており、図１に示した第１の基板１０のように、配線４が埋め込み酸化膜２中に形成されたＳＯＩ基板ではない。一方、図８の力学量センサ装置１１０において、第１の基板１１と貼り合わされている第２の基板２１は、単結晶シリコン基板２０ａの所定位置に、図１（ａ）に示した貫通穴Ｖ１，Ｖ３だけでなく、配線のための配線貫通穴Ｖ４が形成されている。また、貫通穴Ｖ１，Ｖ３，Ｖ４が形成された単結晶シリコン基板２０ａの表面は、酸化膜２０ｂで覆われている。そして、配線６の導電材料が、配線貫通穴Ｖ４を埋め込むようにして、第２の基板２１の外側表面にパターン化されて形成されている。
【０１０６】
第２の基板２１に配線６が形成されている力学量センサ装置１１０においては、配線層や外部と電気接続するためのパッド部が第２の基板２１の上面に形成され、図１の力学量センサ装置１００において図の右側にある外部と電気接続するための領域が不要となる。従って、図８の力学量センサ装置１１０は、図１の力学量センサ装置１００に較べて、小型化が可能である。
【０１０７】
次に、図８に示した力学量センサ装置１１０の製造方法について説明する。
【０１０８】
図９〜図１２は、図８に示した力学量センサ装置１１０の製造方法の一例を示す工程別の断面図である。
【０１０９】
図９は、図８に示した力学量センサ装置１１０の貼り合わせ前における第１の基板１１を示す図である。前述の実施例では、第１の基板１０のＳＯＩ層３として、多結晶シリコンからなる層を酸化膜２上に形成した。これに対して、図９に示す第１の基板１１では、ＳＯＩ層３として、単結晶シリコンからなる層を酸化膜２ｅ上に形成している。すなわち、該第１の基板１１は、単結晶シリコンからなる支持基板１に酸化膜２ｅを形成した後、Ｎ＋型単結晶シリコン基板を接合し、該Ｎ＋型単結晶シリコン基板を接合面と反対側から研削・研磨して、所定厚さの単結晶シリコンからなるＳＯＩ層３とする。以降は、図４（ｃ）〜（ｅ）および図５（ｂ），（ｃ）で説明した第１の基板１０の準備工程と同様の工程で準備することができる。この場合、予備トレンチＴａの上部に蓋をするために、エピタキシャル成長によりＮ＋型の単結晶シリコン層を形成した。このようにすることにより、気密封止および強度等がさらに向上する。
【０１１０】
図１０（ａ）〜（ｃ）は、図８に示した力学量センサ装置１１０の貼り合わせ前における第２の基板２１の準備工程を示す図である。
【０１１１】
最初に、図１０（ａ）に示すように、例えば、厚さが１００〜４００μｍで、（１００）面のＮ＋型単結晶シリコン基板２０ａを準備し、第１の基板１１との貼り合わせ面側の所定位置に、例えばドライエッチングやウェットエッチング等で凹部Ｌ１〜Ｌ３を形成する。
【０１１２】
次に、図１０（ｂ）に示すように、貼り合わせ面と反対側の所定位置に凹部Ｌ４を形成した後、図８に示した貫通穴Ｖ１，Ｖ３，Ｖ４を、ドライエッチングやレーザ光により形成する。
【０１１３】
次に、図１０（ｃ）に示すように、熱酸化法やＣＶＤ法等により酸化膜２０ｂを形成し、単結晶シリコン基板２０ａの表面全体を酸化膜２０ｂで覆う。
【０１１４】
以上で、図８に示した貼り合わせ前の第２の基板２１が準備できる。
【０１１５】
図１１（ａ）〜（ｃ）と図１２（ａ），（ｂ）は、それぞれ、図９と図１０で準備した第１の基板１１と第２の基板２１の貼り合わせ工程、貼り合わせ後の図８に示した配線６の形成工程、および第２力学量センサ（加速度センサ）Ｒ２の第２空間Ｋ２の封止工程を示す図である。
【０１１６】
最初に、図１１（ａ）に示すように、Ａｒイオン等で接合表面を活性化した後、所謂常温接合を用い、第１の基板１１と第２の基板２１を真空中で接合する。この第１の基板１１と第２の基板２１の貼り合わせによって、互いに連通しない第１力学量センサＲ１の第１空間Ｋ１、第２力学量センサＲ２の第２空間Ｋ２および第３力学量センサＲ３の第３空間Ｋ３が、それぞれ形成される。また、真空中での第１の基板１１と第２の基板２１貼り合わせによって、第３力学量センサ（角速度センサ）Ｒ３の第３空間Ｋ３は、真空で封止される。
【０１１７】
続いて、図１１（ｂ）に示すように、第２の基板２１の上面にフィルムレジストＦＲを貼り付け、配線貫通穴Ｖ４を除いて第１の貫通穴Ｖ１と第３の貫通穴Ｖ３を覆う所定のパターンに加工する。
【０１１８】
次に、図１１（ｃ）に示すように、配線貫通穴Ｖ４を埋め込むようにして、蒸着法やスパッタ法等で、アルミニウム（Ａｌ）等の導電材料６ａを全面に堆積する。これによって、第１力学量センサＲ１の第１力学量検出部Ｍ１、第２力学量センサＲ２の第２力学量検出部Ｍ２および第３力学量センサＲ３の第３力学量検出部Ｍ３のそれぞれの所定位置に、配線貫通穴Ｖ４を介して、導電材料６ａが接続する。
【０１１９】
次に、図１２（ａ）に示すように、導電材料６ａをパターニングして図８の配線６とした後、フィルムレジストＦＲを除去する。この工程で、第１力学量センサ（圧力センサ）Ｒ１の第１の貫通穴（圧力導入穴）Ｖ１と第２力学量センサ（加速度センサ）Ｒ２の第３の貫通穴Ｖ３が、外部雰囲気となる。
【０１２０】
次に、図１２（ｂ）に示すように、例えば１気圧の窒素（Ｎ２）雰囲気中で、第３の貫通穴Ｖ３の上部にインクジェット法やスクリーン印刷法等で封止部材Ｆ３を配置する。これによって、第２力学量センサ（加速度センサ）Ｒ２の第２空間Ｋ２は、１気圧の窒素（Ｎ２）雰囲気で封止される。
【０１２１】
以上の図９〜図１２に示した工程によって、図８に示した力学量センサ装置１１０を製造することができる。
【０１２２】
図９〜図１２に示した力学量センサ装置１１０の製造方法は、図１０に示した第２の基板２１の準備工程が、第２の基板２１を貫通する配線貫通穴Ｖ４を形成する、配線貫通穴形成工程を有した準備工程となっている。また、図１１と図１２に示したように、図１１（ａ）の基板貼り合わせ工程後において、配線貫通穴Ｖ４を導電材料６ａで埋め込んで、それぞれ第１力学量センサＲ１の第１力学量検出部Ｍ１、第２力学量センサＲ２の第２力学量検出部Ｍ２および第３力学量センサＲ３の第３力学量検出部Ｍ３に接続する配線６とする、第２の基板貫通配線形成工程を有した工程となっている。
【０１２３】
図１３は、図８に示した力学量センサ装置１１０の変形例で、力学量センサ装置１２０の要部の断面を示す図である。尚、図１３に示す力学量センサ装置１２０において、図８に示した力学量センサ装置１１０と同様の部分については、同じ符号を付した。
【０１２４】
図１３に示す力学量センサ装置１２０も、図８に示した力学量センサ装置１１０と同様に、第１力学量の圧力を検出する第１力学量センサ（圧力センサ）Ｒ１、第２力学量の加速度を検出する第２力学量センサ（加速度センサ）Ｒ２および第３力学量の角速度を検出する第３力学量センサ（角速度センサ）Ｒ３が一体化されてなる力学量センサ装置である。
【０１２５】
一方、図８に示した力学量センサ装置１１０では、第１力学量検出部Ｍ１、第２力学量検出部Ｍ２および第３力学量検出部Ｍ３に接続する配線６が、第２の基板２１を貫通して形成されていた。これに対して、図１３に示す力学量センサ装置１２０においては、第１力学量検出部Ｍ１、第２力学量検出部Ｍ２および第３力学量検出部Ｍ３に接続する配線７が、第１の基板１２の支持基板１と埋め込み酸化膜２ｅを貫通して形成されてなる構成を採用している。
【０１２６】
より詳細に説明すると、図１３の力学量センサ装置１２０では、図８の力学量センサ装置１１０と同様に、第１力学量センサＲ１の第１力学量検出部Ｍ１、第２力学量センサＲ２の第２力学量検出部Ｍ２および第３力学量センサＲ３の第３力学量検出部Ｍ３が、第１の基板１２における埋め込み酸化膜２ｅ上のＳＯＩ層３に形成されている。一方、図１３の力学量センサ装置１２０における第１の基板１２には、図８の力学量センサ装置１１０と異なり、支持基板１と埋め込み酸化膜２ｅを貫通する配線貫通穴Ｖ５が形成されている。また、該配線貫通穴Ｖ５の側壁および埋め込み酸化膜２ｅと反対側の支持基板１の表面は、酸化膜１ａで覆われており、配線７の導電材料が、配線貫通穴Ｖ５を埋め込むようにして、第１の基板１２の外側表面にパターン化されて形成されている。
【０１２７】
一方、図１３の力学量センサ装置１２０において第１の基板１２と貼り合わされる第２の基板２２には、図８の力学量センサ装置１１０における第２の基板２１のような配線６を形成しないため、酸化膜２０ｂのない単結晶シリコン基板２０ａだけからなる第２の基板２２が採用されている。
【０１２８】
図１３の第１の基板１２に配線７が形成されている力学量センサ装置１２０においては、配線層や外部と電気接続するためのパッド部が第１の基板１２の構成要素である支持基板１の下面に形成されている。従って、例えば図１３に示すように、配線７上にボンディングボール７ａを形成し、ここでは図示しないセラミック基板やプリント基板の配線層にフリップチップ実装して電気的に接続することができる。また、別の集積回路ＩＣチップと接続し、各力学量センサＲ１〜Ｒ３への電源供給や信号の入出力を行ってもよい。尚、図１３の力学量センサ装置１２０についても、図８の力学量センサ装置１１０と同様に、図１の力学量センサ装置１００に較べて小型化が可能であることは言うまでもない。
【０１２９】
図１３に示した力学量センサ装置１２０の製造は、例えば、図８の力学量センサ装置１１０の製造で用いた第２の基板２１における配線６の形成工程を、図１３の第１の基板１２における配線７の形成に適用することで可能である。すなわち、図１０（ｂ）で説明した単結晶シリコン基板２０ａへの貫通穴Ｖ４の形成工程と、図１０（ｃ），図１１（ａ）〜（ｃ），図１２（ａ）で説明した配線６の形成工程を、第１の基板１２における配線貫通穴Ｖ５、酸化膜１ａ、および配線７の形成に適用する。尚、第１の基板１２への配線７の形成は、例えば、ＳＯＩ層３に第１力学量検出部Ｍ１、第２力学量検出部Ｍ２および第３力学量検出部Ｍ３を形成する前に予め形成しておいてもよいし、第２の基板２２を貼り合わせた後で形成するようにしてもよい。
【０１３０】
次に、図１に示した力学量センサ装置１００の変形例で、構造の異なる第１力学量センサ（圧力センサ）を有した力学量センサ装置について説明する。
【０１３１】
例えば、図１に示した力学量センサ装置１００の第１力学量センサ（圧力センサ）Ｒａにおいては、第１の壁部Ｗａが、埋め込み酸化膜２に対して直交する方向に形成されている。これによって、図４（ｄ）に示した予備トレンチＴａや図５（ｂ）に示したトレンチＴを形成するにあたって、トレンチ加工の容易さと高い精度を確保することが可能である。しかしながらこれに限らず、ＳＯＩ層３の厚さを変えずにダイヤフラムとして機能する第１の壁部Ｗａの面積を大きくしたい場合には、第１の壁部Ｗａが埋め込み酸化膜２に対して斜めに交わる方向に形成されていてもよい。
【０１３２】
図１４は、図１と図２に示した第１力学量センサ（圧力センサ）Ｒ１における第１力学量検出部Ｍ１の別の構成例を示した断面図で、図１４（ａ）は被測定媒体の圧力を印加する前の状態を示す図であり、図１４（ｂ）は圧力を印加した後の状態を示す図である。
【０１３３】
図１４に示す構造では、対向する第１の壁部Ｗａと第２の壁部Ｗｂを有した第１の半導体領域Ｓ１ａと第２の半導体領域Ｓ１ｂに、それぞれ、真空の中空部Ｈａと中空部Ｈｂが設けられている。このため、第１の壁部Ｗａと第２の壁部Ｗｂは、どちらも被測定媒体の圧力に応じて変形変位可能であり、両方がダイヤフラムとして機能する。従って、図１４に示す構造は、図２（ｂ）に示した構造に較べて被測定媒体の圧力に対する静電容量の変化が大きくなるため、より感度を高めることができる。
【０１３４】
図１５は、図８に示した力学量センサ装置１１０の別の変形例で、別構造の第１力学量センサ（圧力センサ）Ｒ１ａを有した力学量センサ装置１１１の要部の断面を示す図である。尚、図１５に示す力学量センサ装置１１１において、図８に示した力学量センサ装置１１０と同様の部分については、同じ符号を付した。
【０１３５】
図１と図８に示した力学量センサ装置１００，１１０における第１力学量センサ（圧力センサ）Ｒ１では、第１の半導体領域Ｓ１ａの中空部Ｈａが封止されて所定の基準圧（例えば真空）とされると共に、第２の基板２０を貫通して、該第２の基板２０の外部と第１空間Ｋ１を連通する第１の貫通穴Ｖ１が形成されていた。そして、少なくとも第１の電極（第１の壁部Ｗａ）が、第１の貫通穴Ｖ１を介して第１空間Ｋ１に導入される被測定媒体の圧力に応じて、第２の電極（第２の壁部Ｗｂ）に対して垂直方向に変形変位し、第１の電極と第２の電極の間隔変化に伴う静電容量の変化を測定して、圧力を検出する構成となっていた。
【０１３６】
一方、図１５に示す力学量センサ装置１１１の第１力学量センサ（圧力センサ）Ｒ１ａにおいては、第１の基板１３と第２の基板２３の貼り合わせによって、第１空間Ｋ１ａが封止されて所定の基準圧（例えば真空）とされると共に、第１の基板１３の支持基板１と埋め込み酸化膜２ｅを貫通して、第１の基板１３の外部と第１の半導体領域Ｓ１ａの中空部Ｈａを連通する第２の貫通穴Ｖ２が形成されている。そして、第１力学量検出部Ｍ１ａの第１の電極（第１の壁部Ｗａ）が、第２の貫通穴Ｖ２を介して中空部Ｈａに導入される被測定媒体の圧力に応じて、第２の電極（第２の壁部Ｗｂ）の対向面に対して垂直方向に変形変位し、第１の電極と第２の電極の間隔変化に伴う静電容量の変化を測定して、圧力を検出する構成となっている。
【０１３７】
図１５に示す力学量センサ装置１１１においては、例えば、第１の基板１３と第２の基板２３の貼り合わせによって第３力学量センサ（角速度センサ）Ｒ３の真空の第３空間Ｋ３を形成すると同時に、第１力学量センサ（圧力センサ）Ｒ１ａの真空の第１空間Ｋ１ａを形成することができる。尚、第１の基板１３の支持基板１と埋め込み酸化膜２ｅを貫通する第２の貫通穴Ｖ２の形成には、例えば、シリコンからなる支持基板１を裏面からアルカリエッチング（例えばＫＯＨ水溶液）して酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる埋め込み酸化膜２ｅに到達するまでエッチングし、続いて、ドライエッチング等で埋め込み酸化膜２ｅに穴を開け、第１の半導体領域Ｓ１ａの中空部Ｈａへ連通させる。
【０１３８】
以上に説明した力学量センサ装置１００，１１０，１１１において、静電容量型で高精度の他の力学量センサ（加速度センサ等）と共に一つのＳＯＩ基板に一体形成しているの第１力学量センサ（圧力センサ）Ｒ１，Ｒ１ａは、いずれも、静電容量型の圧力センサであった。しかしながら、静電容量型で高精度の他の力学量センサ共に一つのＳＯＩ基板に一体形成できる圧力センサは、これに限らない。例えば、あまり高感度が要求されない場合やトレンチ加工の深さ方向精度が確保できる場合には、図２０に示したようなＳＯＩ基板の埋め込み酸化膜に平行に形成されたダイヤフラムと該ダイヤフラムの変形をピエゾ抵抗素子で検出する従来構成の圧力センサであってもよい。
【０１３９】
次に、図１に示した力学量センサ装置１００の変形例で、第２力学量センサ（加速度センサ）の第２空間を封止する別の構造と好ましい例について説明する。
【０１４０】
図１に示した力学量センサ装置１００は、第２力学量センサＲ２が加速度センサであり、第２の基板２０を貫通して、該第２の基板２０の外部と第２空間Ｋ２を連通する第３の貫通穴Ｖ３が形成されていた。そして、第２の基板２０において、第１の基板１０との貼り合わせ面と反対側の外面における凹部Ｌ４に、第３の貫通穴Ｖ３を封止する封止部材Ｆ３が配置されていた。さらに、前記貼り合わせ面からの封止部材Ｆ３の最大高さは、第２の基板２０における貼り合わせ面からの外面の最大高さより低く設定されていた。
【０１４１】
加速度センサである第２力学量センサＲ２においては、前述したように、スティクションの防止や不要な高周波振動を抑制するため、第２空間Ｋ２が所定気圧に封止されてなることが好ましい。第２空間Ｋ２を所定気圧に封止する方法としては、例えば、１気圧の窒素（Ｎ２）雰囲気中で第１の基板１０と第２の基板２０を貼り合わせる方法が考えられる。しかしながら、この方法は、図１に示した力学量センサ装置１００のように真空の第３空間Ｋ３が好ましい第３力学量センサ（角速度センサ）Ｒ３も同時に一体化する場合、採用することができない。従って、上記のように第２の基板２０に外部と第２空間Ｋ２を連通する第３の貫通穴Ｖ３を形成し、第１の基板１０との貼り合わせ面と反対側の外面に第３の貫通穴Ｖ３を封止する封止部材Ｆ３を配置する方法が、最も簡単で、任意の力学量センサとの組合せにも適用可能である。
【０１４２】
封止部材Ｆ３としては、金属、多結晶シリコン、絶縁膜等のいずれであってもよいが、上記のように、貼り合わせ面からの封止部材Ｆ３の最大高さが、第２の基板２０における外面の最大高さより低く設定され、封止部材Ｆ３が第２の基板２０の最上面から頭を出さないようにすることが好ましい。
【０１４３】
加速度センサにおいて、所定気圧での気密封止は、性能を維持する上で重要なポイントである。従って、上記のように封止部材Ｆ３が第２の基板２０の最上面から頭を出さないようにして、製造途中に封止部材Ｆ３が冶具や他の部品に接触し難くし、封止部材Ｆ３に亀裂や欠けが発生して気密封止が破れることを防止する。
【０１４４】
図１に示した力学量センサ装置１００のように、第１の基板１０と第２の基板２０を貼り合わせて第１空間Ｋ１、第２空間Ｋ２および第３空間Ｋ３を形成するチップサイズパッケージにおいて、気密封止の破れは、ウエハ状態での取り扱いではあまり問題にならない。しかしながら、貼り合わせ後のウエハを切断分割してチップ状態になった後が重要であり、チップの移送やチップの取り扱い時に気密封止部に接触しないような構造が特に必要となる。
【０１４５】
尚、図１の力学量センサ装置１００では、封止部材Ｆ３が、第２の基板２０の外面から突き出ないようにして、凹部Ｌ４の底面全体に配置されていた。封止部材Ｆ４は、第３の貫通穴Ｖ３の開口部を覆っていれば、凹部Ｌ４の底面の一部に配置されていてもよい。
【０１４６】
図１６〜図１９は、第１力学量センサ（圧力センサ）と共にＳＯＩ基板に一体形成される第２力学量センサが加速度センサである場合において、第２空間を封止する各構造の例を説明する図である。
【０１４７】
図１６（ａ），（ｂ）は、加速度センサＲ２ａを有した力学量センサ装置１２１の製造工程別の要部断面図である。
【０１４８】
図１６に示す力学量センサ装置１２１は、第１の基板１４と第２の基板２４が貼り合わされて形成されており、加速度センサＲ２ａを有している。加速度センサＲ２ａの第２空間Ｋ２ａは、図１６（ｂ）に示すように、封止部材Ｆ３ａで所定気圧に封止されている。また、封止部材Ｆ３ａの図中に一点鎖線で示した貼り合わせ面からの最大高さＹａは、第２の基板２４における外面の最大高さＹｂより低く設定されている。
【０１４９】
第２空間Ｋ２ａの封止は、図１６（ａ）に示すように、第２の基板２４の外面に形成された凹部Ｌ４ａに金（Ａｕ）またはシリコン（Ｓｉ）含有金（Ａｕ）からなる金ボール７ｂを配置し、図１６（ｂ）に示すように、所定気圧の雰囲気中でレーザ光を照射して金ボール７ｂを溶かし、第３の貫通穴Ｖ３ａに流し込む。この時、溶けた金ボール７ｂは、単結晶シリコンからなる第２の基板２４との間で、金シリコン共晶合金化が起きる。これによって、第２空間Ｋ２ａを所定気圧に封止する、封止部材Ｆ３ａが形成される。
【０１５０】
図１７は、加速度センサＲ２ｂを有した力学量センサ装置１２２の要部断面図である。
【０１５１】
図１７に示す力学量センサ装置１２２は、第１の基板１４と第２の基板２５が貼り合わされて形成されており、加速度センサＲ２ｂを有している。加速度センサＲ２ｂの第２空間Ｋ２ｂは、第３の貫通穴Ｖ３ｂを覆う封止部材Ｆ３ｂで所定気圧に封止されている。また、第２の基板２５においては、単結晶シリコン基板２０ｃの上面に樹脂からなるガードリング８が形成されており、封止部材Ｆ３ｂの図中に一点鎖線で示した貼り合わせ面からの最大高さＹａが、第２の基板２５における外面の最大高さＹｂより低く設定されている。ガードリング８の形成には、例えば、ウエハ状態での樹脂フィルムの貼り付け、ドライフィルムレジスト、レジストディスペンス、インクジェット等を用いることができる。
【０１５２】
図１８（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、別の加速度センサＲ２ｂ〜Ｒ２ｅを有した力学量センサ装置１２３〜１２５の要部断面図である。
【０１５３】
図１８（ａ）に示す力学量センサ装置１２３は、第１の基板１１と第２の基板２６が貼り合わされて形成されており、加速度センサＲ２ｃを有している。加速度センサＲ２ｃの第２空間Ｋ２ｃは、第３の貫通穴Ｖ３ｃを覆う封止部材Ｆ３ｃで所定気圧に封止されている。また、第２の基板２６の上面においては、配線６ｂが厚く形成されており、封止部材Ｆ３ｃの最大高さＹａが、第２の基板２６における外面の最大高さＹｂより低く設定されている。
【０１５４】
図１８（ｂ）に示す力学量センサ装置１２４は、第１の基板１１と第２の基板２７が貼り合わされて形成されており、加速度センサＲ２ｄを有している。加速度センサＲ２ｄの第２空間Ｋ２ｄは、第３の貫通穴Ｖ３ｄを覆う封止部材Ｆ３ｄで所定気圧に封止されている。また、第２の基板２７の上面においては、配線６ｃ上にボンディングボール７ｃが形成されており、封止部材Ｆ３ｄの最大高さＹａが、第２の基板２７における外面の最大高さＹｂより低く設定されている。
【０１５５】
図１８（ｃ）に示す力学量センサ装置１２５は、第１の基板１０と第２の基板２８が貼り合わされて形成されており、加速度センサＲ２ｅを有している。加速度センサＲ２ｅの第２空間Ｋ２ｅは、第３の貫通穴Ｖ３ｅを覆う封止部材Ｆ３ｅで所定気圧に封止されている。また、第２の基板２８は、圧力センサＲ１、加速度センサＲ２ｅおよび角速度センサＲ３を取り囲む上面の周辺部２８ａが厚く設定されており、封止部材Ｆ３ｅの最大高さＹａが、第２の基板２８における外面の最大高さＹｂより低く設定されている。
【０１５６】
図１９は、別の加速度センサＲ２ｆを有した力学量センサ装置１２６を示す図で、図１９（ａ）は、力学量センサ装置１２６の要部の断面を示す図であり、図１９（ｂ）は、力学量センサ装置１２６の上面図である。尚、図１９（ａ）は、図１９（ｂ）における一点鎖線III-IIIでの断面に対応している。
【０１５７】
図１９に示す力学量センサ装置１２６は、第１の基板１０と第２の基板２９が貼り合わされて形成されており、加速度センサＲ２ｆを有している。加速度センサＲ２ｆの第２空間Ｋ２ｆは、第３の貫通穴Ｖ３ｆを覆う封止部材Ｆ３ｆで所定気圧に封止されている。また、第２の基板２９は、圧力センサＲ１、加速度センサＲ２ｆおよび角速度センサＲ３をそれぞれ取り囲むようにして上面に枠状のリブ部２９ａが形成されており、図１９（ａ）に示すように、封止部材Ｆ３ｆの最大高さＹａが、第２の基板２９における外面の最大高さＹｂより低く設定されている。
【０１５８】
以上の図１６〜図１９に示した力学量センサ装置１２１〜１２６についても、図１の力学量センサ装置１００と同様に、製造途中に封止部材Ｆ３ａ〜Ｆ３ｆが冶具や他の部品に接触し難くなっており、第２空間Ｋ２ａ〜Ｋ２ｆの気密封止の破れを防止する構造となっている。また、図１９に示した力学量センサ装置１２６においては、封止部材Ｆ３ｆが第２の基板２９の最上面から頭を出さないようにできるだけでなく、第２の基板２９を必要最小限の厚さにして軽くすることができ、第２の基板２９に必要な強度は、上記枠状のリブ部２９ｂによって確保することができる。また、本実施例では真空中で第１の基板１０と第２の基板２９を貼り合わせ、続いて１気圧のＮ２（窒素）中で加速度センサＲ２ｆの上部の貫通穴Ｖ３ｆを封止部材Ｆ３ｆで蓋をした。しかしながらこれに限らず、例えば角速度センサの上部に貫通穴を開けておき（加速度センサ上部には貫通穴なし）、１気圧のＮ２（窒素）雰囲気で第１の基板と第２の基板を貼り合わせ、続いて真空中で角速度センサの上部の貫通穴を封止部材で蓋をすることもできる。
【０１５９】
尚、以上に例示した力学量センサ装置は、いずれも、第１力学量センサ（圧力センサ）、および静電容量型で高精度の第２力学量センサ（加速度センサ）と第３力学量センサ（角速度センサ）の３個の力学量センサがＳＯＩ基板に一体化されてモジュール化された、小型の力学量センサ装置であった。しかしながらこれに限らず、本発明の力学量センサ装置は、第１力学量の圧力を検出する第１力学量センサと圧力以外の第２力学量を検出する静電容量型で高精度の第２力学量センサからなる２個の力学量センサだけがＳＯＩ基板に一体化されてモジュール化された力学量センサ装置であってもよい。例えば、圧力センサと加速度センサの組み合わせ、圧力センサと角速度センサ（コリオリ力センサ）の組み合わせ、圧力センサとローレンツ力センサの組み合わせ等である。また、例えば第１力学量センサ（圧力センサ）と共に一体化する静電容量型で高精度の第２力学量センサおよび第３力学量センサが、それぞれ面内の異なる方向の加速度を検出する加速度センサであってもよい。あるいは、第２力学量センサと第３力学量センサが、異なる方向の角速度センサであってもよい。
【０１６０】
さらに、本発明の力学量センサ装置は、第１力学量センサ（圧力センサ）および静電容量型で高精度の第２力学量センサと共に、より多くの力学量センサがＳＯＩ基板に一体化されてモジュール化されていてもよい。例えば、圧力センサ、加速度センサ、角速度センサおよびローレンツ力センサの組み合わせ等である。さらに、第１力学量センサとして、絶対圧を検出する圧力センサと相対圧を検出する圧力センサが、複数個、一体化されていてもよい。また、感度の異なる圧力センサを作製するため、ダイヤフラム厚や大きさの異なるダイヤフラムが、複数個、一体化されていてもよい。また、他の気密室を有するデバイスとして、イメージセンサ、発振子、光スキャン用のミラー等を、上記力学量センサと共に同時に搭載することも可能である。
【０１６１】
本発明の上記力学量センサ装置は、ウエハ状態で数百個のチップとして形成することができ、かつ１チップ上に上記複数の異なった力学量センサを搭載しているので、低コスト、かつ小型化で特性のそろったデバイスとすることが可能である。
【０１６２】
以上のようにして、上記力学量センサ装置は、圧力センサ（第１力学量センサ）と加速度センサ等の静電容量型で高精度の力学量センサ（第２力学量センサ）をまとめてモジュール化した小型の力学量センサ装置であって、圧力センサと他の力学量センサとが最適にモジュール化されて、各力学量センサの性能がモジュール化に伴い低下することのない安価な力学量センサ装置とすることができる。
【０１６３】
従って、上記力学量センサ装置は、図２０に示したようなタイヤ空気圧と車輪の回転速度の検出だけでなく、上記第２力学量センサとして、車両の進行方向を検出するジャイロセンサ（角速度センサ）や進行方向に対する加速度を検出する加速度センサとしての機能も、第１力学量センサの圧力センサと共に組み込み可能である。また、上記力学量センサ装置の第１力学量センサは、タイヤ空気圧を検出する圧力センサだけでなく、走行に伴って車両位置の高度変化に伴った大気圧変化を検出する、高感度の圧力センサとすることもできる。上記した第１力学量センサと第２力学量センサの各検出機能を適宜組み合わせることで、車両の走行をより安定的に制御する小型で安価な力学量センサ装置を構成することができる。
【０１６４】
従って、上記力学量センサ装置は、車載用として好適である。
【符号の説明】
【０１６５】
１００，１１０，１１１，１２０〜１２６  力学量センサ装置
Ｒ１，Ｒ１ａ  第１力学量センサ（圧力センサ）
Ｒ２，Ｒ２ａ〜Ｒ２ｆ  第２力学量センサ（加速度センサ）
Ｒ３  第３力学量センサ（角速度センサ）
１０〜１４  第１の基板
２０〜２９  第２の基板
Ｋ１，Ｋ１ａ  第１空間
Ｋ２，Ｋ２ａ〜Ｋ２ｆ  第２空間
Ｋ３  第３空間
Ｆ３，Ｆ３ａ〜Ｆ３ｆ  封止部材
【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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【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１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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