(57)【要約】【課題】  可動電極と固定電極との間の容量変化に基づいて加速度検出を行うセンサチップと回路チップとを積層してなる容量式加速度センサ装置において、両チップの積層方向にて可動電極が変位して固定電極に乗り上げるのを防止する。【解決手段】  可動電極２４とこれに対向する固定電極３１を有するセンサチップ１００は、両電極２４、３１と回路チップ２００とを対向させた状態で回路チップ２００に積層され、両チップ１００、２００は互いの対向面にてバンプ電極３００を介して電気的に接続されており、両チップ１００、２００の積層方向における可動電極２４の厚さをａ、可動電極２４と回路チップ２００とのギャップの距離をｂ、可動電極２４と第１シリコン基板１１の一面１３とのギャップの距離をｃとしたとき、距離ｂおよび距離ｃは厚さａよりも小さくなっている。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板（１１）の一面（１３）側に設けられた半導体層（１２）に、力学量の印加に応じて基板面と平行な方向へ変位可能な可動電極（２４）およびこの可動電極（２４）に対向して配置された固定電極（３１、４１）を形成してなり、前記力学量の印加に伴う前記可動電極（２４）と前記固定電極（３１、４１）との間の容量変化に基づいて前記力学量を検出するようにしたセンサチップ（１００）と、
前記センサチップ（１００）からの出力信号を処理するための回路チップ（２００）とを備える容量式力学量センサ装置において、
前記センサチップ（１００）における前記可動電極（２４）および前記固定電極（３１、４１）と前記回路チップ（２００）とが対向した状態で、前記センサチップ（１００）と前記回路チップ（２００）とが積層されており、
前記センサチップ（１００）と前記回路チップ（２００）とは互いの対向面にて電気的に接続されており、
前記両チップ（１００、２００）の積層方向における前記可動電極（２４）の厚さをａ、前記可動電極（２４）と前記回路チップ（２００）とのギャップの距離をｂ、前記可動電極（２４）と前記支持基板（１１）の一面（１３）とのギャップの距離をｃとしたとき、
前記距離ｂおよび前記距離ｃは前記厚さａよりも小さいことを特徴とする容量式力学量センサ装置。
【請求項２】
前記センサチップ（１００）と前記回路チップ（２００）とはバンプ電極（３００）を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の容量式力学量センサ装置。
【請求項３】
前記バンプ電極（３００）の厚さが前記距離ｂと同じになるように、前記バンプ電極（３００）を薄くすることにより、前記距離ｂが前記厚さａよりも小さくなっていることを特徴とする請求項２に記載の容量式力学量センサ装置。
【請求項４】
前記回路チップ（２００）における前記センサチップ（１００）との対向面のうち前記可動電極（２４）と対向する部位に、膜（２１０）が設けられており、
この膜（２１０）の表面と前記可動電極（２４）との距離が前記距離ｂとなっていることにより、前記距離ｂが前記厚さａよりも小さくなっていることを特徴とする請求項１または２に記載の容量式力学量センサ装置。
【請求項５】
前記膜は、前記回路チップ（２００）の表面を保護する保護膜（２１０）であることを特徴とする請求項４に記載の容量式力学量センサ装置。
【請求項６】
前記センサチップ（１００）または前記回路チップ（２００）における前記バンプ電極（３００）が配置される部位には、凹部（１２ａ）が設けられ、前記バンプ電極（３００）の一部が前記凹部（１２ａ）に入り込んだ形となっており、
前記バンプ電極（３００）のうち前記凹部（１２ａ）から突出する部分の厚さが前記距離ｂとなっていることにより、前記距離ｂが前記厚さａよりも小さくなっていることを特徴とする請求項２に記載の容量式力学量センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動電極と固定電極との間の容量変化に基づいて力学量の検出を行うセンサチップと、回路チップとを積層してなる容量式力学量センサ装置に関し、たとえば加速度センサや角速度センサなどに適用することができる。
【背景技術】
【０００２】
図８は、従来のこの種の一般的な容量式力学量センサ装置の概略断面構成を示す図である。
【０００３】
図８に示されるセンサチップＪ１００は、支持基板１１の一面側に絶縁層１３を介して設けられた半導体層１２に、力学量の印加に応じて基板面と平行な方向へ変位可能な可動電極２４およびこの可動電極２４に対向して配置された固定電極３１を形成してなるものである。
【０００４】
そして、このセンサチップＪ１００においては、基板面と平行な方向、たとえば図８中の左右方向に加速度などの力学量が印加されたとき、この力学量の印加に伴い可動電極２４と固定電極３１との距離が変化し、この距離の変化により生じる両電極間の容量変化に基づいて力学量を検出するようにしている。
【０００５】
ここで、図８に示されるセンサチップＪ１００は、ＳＯＩ（シリコンオンインシュレータ）基板などの支持基板１１の上に絶縁層１３を介して半導体層１２が積層されてなる積層基板を用いて製造されている。
【０００６】
たとえば、半導体層１２の表面からホト・エッチング工程を行い、可動電極２４や固定電極３１のパターンを画定するトレンチを形成し、その後、支持基板１１側からエッチングを行って絶縁層１３に達する開口部１１ａを形成する。
【０００７】
続いて、可動電極２４に接する絶縁層１３をエッチング除去して、可動電極２４をリリース状態とする。このようして、センサチップＪ１００を製造することができる。
【０００８】
そして、このセンサチップＪ１００は、支持基板１１側にて、回路チップ２００の上に積層され、接着フィルム２５０などを介して両チップＪ１００、２００は固定されている。また、センサチップＪ１００と回路チップ２００との間は、ボンディングワイヤ２６０により結線され電気的に接続されている。
【０００９】
一方、従来より、可動電極を有するセンサチップにおいて、可動電極の過大な変位を規制するためのガラスキャップをセンサチップに被せた構成を有する容量式加速度センサが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１５１７０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記図８に示されるような従来の容量式力学量センサ装置においては、センサチップＪ１００の厚さ方向すなわち両チップＪ１００、２００の積層方向に過大な衝撃が加わったときなど、可動電極２４がその厚さの範囲を超えて同方向へ変位し、隣り合う固定電極３１に乗り上げてしまう可能性がある。
【００１１】
特に、図８に示されるように、センサチップＪ１００を構成する支持基板１１の厚さｄは、可動電極２４の厚さａすなわち半導体層１２の厚さａよりも大幅に大きいのが通常である。
【００１２】
そして、図８に示されるセンサチップＪ１００では、可動電極２４の下側に位置する支持基板１１に開口部１１ａが形成されているため、可動電極２４は、図中の上下方向すなわちセンサチップＪ１００の厚さ方向の両方に大きく変位しやすく、上記した可動電極２４の固定電極３１への乗り上げが生じやすいものとなっている。
【００１３】
この点について、上記特許文献１に記載されているように、センサチップにキャップを被せ、可動電極（質量体）の大きな変位を規制することが考えられるが、この場合、別体のキャップ部材が必要であり、また、このキャップを形成するために構成が複雑化したり、製造の手間がかかるなどの問題が生じる。
【００１４】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、可動電極と固定電極との間の容量変化に基づいて力学量の検出を行うセンサチップと回路チップとを積層してなる容量式力学量センサ装置において、両チップの積層方向にて可動電極が変位して固定電極に乗り上げるのを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、支持基板（１１）の一面（１３）側に設けられた半導体層（１２）に、力学量の印加に応じて基板面と平行な方向へ変位可能な可動電極（２４）およびこの可動電極（２４）に対向して配置された固定電極（３１、４１）を形成してなり、前記力学量の印加に伴う可動電極（２４）と固定電極（３１、４１）との間の容量変化に基づいて前記力学量を検出するようにしたセンサチップ（１００）と、センサチップ（１００）からの出力信号を処理するための回路チップ（２００）とを備える容量式力学量センサ装置（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）において、次のような点を特徴としている。
【００１６】
・センサチップ（１００）における可動電極（２４）および固定電極（３１、４１）と回路チップ（２００）とが対向した状態で、センサチップ（１００）と回路チップ（２００）とが積層されており、センサチップ（１００）と回路チップ（２００）とは互いの対向面にて電気的に接続されていること。
【００１７】
・両チップ（１００、２００）の積層方向における可動電極（２４）の厚さをａ、可動電極（２４）と回路チップ（２００）とのギャップの距離をｂ、可動電極（２４）と支持基板（１１）の一面（１３）とのギャップの距離をｃとしたとき、距離ｂおよび距離ｃは厚さａよりも小さいこと。本発明はこれらの点を特徴としている。
【００１８】
それによれば、可動電極（２４）が、その厚さ方向すなわちセンサチップ（１００）の厚さ方向すなわち両チップ（１００、２００）の積層方向に変位しようとしたとき、支持基板（１１）の一面（１３）および回路チップ（２００）がストッパとなり、可動電極（２４）の変位は、その厚さａの範囲内にとどまるため、可動電極（２４）の固定電極（３１、４１）への乗り上げが防止される。
【００１９】
よって、本発明によれば、可動電極（２４）と固定電極（３１、４１）との間の容量変化に基づいて力学量の検出を行うセンサチップ（１００）と回路チップ（２００）とを積層してなる容量式力学量センサ装置において、両チップ（１００、２００）の積層方向にて可動電極（２４）が変位して固定電極（３１、４１）に乗り上げるのを防止することができる。
【００２０】
ここで、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載の容量式力学量センサ装置においては、センサチップ（１００）と回路チップ（２００）とはバンプ電極（３００）を介して電気的に接続されているものにできる。
【００２１】
また、センサチップ（１００）と回路チップ（２００）との電気的接続は、互いの対向面にて行われていればよく、バンプ電極（３００）以外にも、導電性接着剤や圧着などにより行われていてもよい。
【００２２】
さらに、請求項３に記載の発明のように、請求項２に記載の容量式力学量センサ装置においては、バンプ電極（３００）の厚さが前記距離ｂと同じになるように、バンプ電極（３００）を薄くすることにより、前記距離ｂが前記厚さａよりも小さくなっているものにできる。
【００２３】
それにより、請求項１に記載の発明における寸法関係、すなわち前記距離ｂおよび前記距離ｃがともに前記厚さａよりも小さいことを適切に実現できる。
【００２４】
また、請求項４に記載の発明のように、請求項１または請求項２に記載の容量式力学量センサ装置においては、回路チップ（２００）におけるセンサチップ（１００）との対向面のうち可動電極（２４）と対向する部位に、膜（２１０）が設けられており、この膜（２１０）の表面と可動電極（２４）との距離が前記距離ｂとなっていることにより、前記距離ｂが前記厚さａよりも小さくなっているものにできる。
【００２５】
それにより、請求項１に記載の発明における寸法関係、すなわち前記距離ｂおよび前記距離ｃがともに前記厚さａよりも小さいことを適切に実現できる。
【００２６】
ここで、請求項５に記載の発明のように、請求項４に記載の容量式力学量センサ装置においては、前記膜は、回路チップ（２００）の表面を保護する保護膜（２１０）とすることができる。
【００２７】
また、請求項６に記載の発明のように、請求項２に記載の容量式力学量センサ装置においては、センサチップ（１００）または回路チップ（２００）におけるバンプ電極（３００）が配置される部位には、凹部（１２ａ）が設けられ、バンプ電極（３００）の一部が凹部（１２ａ）に入り込んだ形となっており、バンプ電極（３００）のうち凹部（１２ａ）から突出する部分の厚さが前記距離ｂとなっていることにより、前記距離ｂが前記厚さａよりも小さくなっているものにできる。
【００２８】
それにより、請求項１に記載の発明における寸法関係、すなわち前記距離ｂおよび前記距離ｃがともに前記厚さａよりも小さいことを適切に実現できる。
【００２９】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
【００３１】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態は、容量式力学量センサ装置として、差動容量式の半導体加速度センサ装置（容量式加速度センサ装置）について本発明を適用したものである。
【００３２】
この容量式加速度センサ装置は、たとえば、エアバッグ、ＡＢＳ、ＶＳＣ等の作動制御を行うための自動車用加速度センサやジャイロセンサなどの各種のセンサに適用することができる。
【００３３】
図１は本実施形態に係る容量式加速度センサ装置Ｓ１におけるセンサチップ１００の概略平面図、図２は図１中のＡ−Ａ線に沿ったセンサチップ１００の概略断面図、図３は図１中のＢ−Ｂ線に沿ったセンサチップ１００の概略断面図である。
【００３４】
また、図４は、図１に示されるセンサチップ１００を回路チップ２００に搭載した状態を概略的に示す断面図、すなわち本実施形態に係る容量式加速度センサ装置Ｓ１を示す概略断面図である。
【００３５】
まず、図１〜図３を参照して、センサチップ１００について説明する。このセンサチップ１００は、半導体基板１０に周知のマイクロマシン加工を施すことによって形成されるものである。
【００３６】
本例では、センサチップ１００を構成する半導体基板１０は、図２および図３に示されるように、第１の半導体層としての第１シリコン基板１１と第２の半導体層としての第２シリコン基板１２との間に、絶縁層としての酸化膜１３を有する矩形状のＳＯＩ（シリコンオンインシュレータ）基板１０である。
【００３７】
ここで、本実施形態では、酸化膜１３を含めて第１シリコン基板１１は、支持基板として構成されている。つまり、第１シリコン基板１１の一面は酸化膜１３として構成されており、この支持基板である第１シリコン基板１１の一面側に半導体層としての第２シリコン基板１２が設けられた形となっている。
【００３８】
第２シリコン基板１２には、その厚さ方向に貫通する溝１４を形成することにより、この溝１４によって区画されたパターン、すなわち、可動部２０および固定部３０、４０よりなる櫛歯形状を有する梁構造体が形成されている。
【００３９】
また、第２シリコン基板１２のうち上記梁構造体２０〜４０の形成領域に対応した部位、すなわち、図１中の破線の矩形１５に示される部位は、酸化膜１３と離間して位置するように薄くなっている（図２、図３参照）。
【００４０】
この矩形１５の部分は、第２シリコン基板１２における薄肉部１５ということにする。つまり、この薄肉部１５は、支持基板である第１シリコン基板１１の一面すなわち酸化膜１３とはギャップを介して配置されている。
【００４１】
このようなセンサチップ１００は、たとえば、次のようにして製造される。ＳＯＩ基板１０の第２シリコン基板１２にフォトリソグラフ技術を用いて梁構造体に対応した形状のマスクを形成する。
【００４２】
その後、ＣＦ4やＳＦ6等のガスを用いてドライエッチング等にてトレンチエッチングを行い、溝１４を形成することによって、梁構造体２０〜４０のパターンを一括して形成する。
【００４３】
続いて、さらにエッチングを進め、サイドエッチングにより、さらに第２シリコン基板１２の下部を除去し、上記薄肉部１５を形成する。このようにして、可動部２０がリリースされ、センサチップ１００を製造することができる。
【００４４】
このセンサチップ１００において、薄肉部１５としての可動部２０は、細長四角形状の錘部２１の両端が、バネ部２２を介してアンカー部２３ａおよび２３ｂに一体に連結された構成となっている。
【００４５】
これらアンカー部２３ａおよび２３ｂは、図３に示されるように、酸化膜１３に固定されており、酸化膜１３を介して支持基板としての第１シリコン基板１１上に支持されている。これによって、薄肉部１５である錘部２１およびバネ部２２は、酸化膜１３から離間した状態となっている。
【００４６】
ここでは、バネ部２２は、図１に示されるように、平行な２本の梁がその両端で連結された矩形枠状をなしており、２本の梁の長手方向と直交する方向に変位するバネ機能を有するものである。
【００４７】
具体的に、バネ部２２は、図１中の矢印Ｘ方向の成分を含む加速度を受けたときに錘部２１を基板面水平方向にて矢印Ｘ方向へ変位させるとともに、加速度の消失に応じて元の状態に復元させるようになっている。
【００４８】
よって、このようなバネ部２２を介してＳＯＩ基板１０に連結されている可動部２０は、酸化膜１３すなわち支持基板である第１シリコン基板１１上において、加速度の印加に応じて基板水平方向にて上記矢印Ｘ方向へ変位可能となっている。
【００４９】
また、図１に示されるように、可動部２０は、薄肉部１５としての櫛歯状の可動電極２４を備えている。この可動電極２４は、上記錘部２１の長手方向（矢印Ｘ方向）と直交した方向にて、錘部２１の両側面から互いに反対方向へ延びる梁形状をなす複数本のものである。
【００５０】
言い換えれば、可動電極２４は、上記錘部２１の長手方向（バネ部２２の変位方向、矢印Ｘ方向）を配列方向とし、この配列方向に沿って櫛歯状に複数本配列されたものとなっている。
【００５１】
図１では、可動電極２４は、錘部２１の左側および右側にそれぞれ４個ずつ突出して形成されており、各可動電極２４は断面矩形の梁状に形成されて、酸化膜１３から離間した状態となっている。
【００５２】
このように、各可動電極２４は、バネ部２２および錘部２１と一体的に形成されることにより、バネ部２２および錘部２１とともに、基板面水平方向にて矢印Ｘ方向へ変位可能となっている。
【００５３】
また、図１〜図３に示されるように、固定部３０、４０は、薄肉部１５の外周部のうちアンカー部２３ａ、２３ｂが支持されていないもう１組の対向辺部の外周にて、酸化膜１３に固定されている。そして、固定部３０、４０は、酸化膜１３を介して第１シリコン基板１１上に支持されている。
【００５４】
図１において、錘部２１の左側に位置する固定部３０は、左側固定電極３１および左側固定電極用配線部３２とから構成されている。一方、図１において、錘部２１の右側に位置する固定部４０は、右側固定電極４０および右側固定電極用配線部４２とから構成されている。
【００５５】
本例では、図１に示されるように、それぞれの固定電極３１、４１は薄肉部１５であり、可動電極２４における櫛歯の隙間にかみ合うように櫛歯状に複数本配列されたものとなっている。
【００５６】
ここで、図１においては、錘部２１の左側については、個々の可動電極２４に対して矢印Ｘ方向に沿って上側に左側固定電極３１が設けられており、一方、錘部２１の右側については、個々の可動電極２４に対して矢印Ｘ方向に沿って下側に右側固定電極４１が設けられている。
【００５７】
このように、基板面水平方向において個々の可動電極２４に対して、それぞれ固定電極３１、４１が対向して配置されており、各対向間隔において、可動電極２４の側面（つまり検出面）と固定電極３１、４１の側面（つまり検出面）との間に容量を検出するための検出間隔が形成されている。
【００５８】
また、左側固定電極３１と右側固定電極４１とは、それぞれ互いに電気的に独立している。そして、各固定電極３１、４１は、可動電極２４に対して略平行に延びる断面矩形の梁状に形成されている。
【００５９】
ここで、左側固定電極３１および右側固定電極４１は、それぞれ、酸化膜１３を介して第１シリコン基板１１に固定されている各固定電極用配線部３２、４２に片持ち状に支持された状態となっている。そして、各固定電極３１、４１は、酸化膜１３から離間した状態となっている。
【００６０】
このように、本例においては、左側固定電極３１および右側固定電極４１については、それぞれの複数本の電極が、電気的に共通した各配線部３２、４２にまとめられた形となっている。
【００６１】
また、左側固定電極用配線部３２および右側固定電極用配線部４２上の所定位置には、それぞれ、左側固定電極用パッド３０ａおよび右側固定電極用パッド４０ａが形成されている。
【００６２】
また、一方のアンカー部２３ｂと一体に連結された状態で、可動電極用配線部２５が形成されており、この配線部２５上の所定位置には、可動電極パッド２５ａが形成されている。上記の各電極用パッド２５ａ、３０ａ、４０ａは、たとえばアルミニウムをスパッタや蒸着することなどにより形成されている。
【００６３】
かかる構成を有するセンサチップ１００は、図４に示されるように、センサチップ１００における第１シリコン基板１１の一面１３側と回路チップ２００とを対向させた状態で、回路チップ２００上に配置されている。
【００６４】
つまり、センサチップ１００における第１シリコン基板１１の一面１３側に形成された可動電極２４および固定電極３１、４１と、回路チップ２００とが対向した状態で、センサチップ１００と回路チップ２００とが積層され、実装されている。
【００６５】
この回路チップ２００は、センサチップ１００からの出力信号を処理するための検出回路（後述の図５参照）や、検査用の回路などが形成されたものである。たとえば、回路チップ２００は、シリコン基板等の半導体基板に半導体プロセスを用いてＭＯＳトランジスタ素子などを形成し、回路を構成したものである。
【００６６】
そして、センサチップ１００と回路チップ２００とは互いの対向面にて電気的に接続されている。すなわち、センサチップ１００における第２シリコン基板１２の表面と、これに対向する回路チップ２００の面とが電気的に接続されている。
【００６７】
具体的には、各固定電極３１、４１につながる各固定電極パッド３０ａ、４０ａおよび可動電極パッド２５ａと回路チップ２００上の図示しない電極とがバンプ電極３００を介して電気的に接続されている。このバンプ電極３００としては、はんだバンプ等の通常のバンプを採用することができる。
【００６８】
つまり、本実施形態では、可動部２０の形成面側をフェース面とするセンサチップ１００が、回路チップ２００上にフェースダウンの状態で実装され、固定電極３１、４１および可動電極２５と、回路チップ２００とがバンプ電極３００を介して電気的に接続されている。
【００６９】
このような容量式加速度センサ装置Ｓ１においては、図４に示されるように、両チップ１００、２００の積層方向における可動電極２４の厚さをａ、可動電極２４と回路チップ２００とのギャップの距離をｂ、可動電極２４と支持基板１１の一面１３とのギャップの距離をｃとしたとき、上記距離ｂおよび上記距離ｃは上記厚さａよりも小さいものとなっている。
【００７０】
特に、本実施形態では、図４に示されるように、センサチップ１００と回路チップ２００とはバンプ電極３００を介して電気的に接続されており、このバンプ電極３００の厚さが上記距離ｂと同じになるように、バンプ電極３００を薄くすることにより、上記距離ｂが上記厚さａよりも小さくなっている。
【００７１】
このようなセンサチップ１００と回路チップ２００とを組み付けてなる本容量式加速度センサ装置Ｓ１は、例えば、回路チップ２００の電極上にはんだバンプを供給し、その後、センサチップ１００を回路チップ２００に搭載してはんだリフローを行うことにより、組み付けることができる。
【００７２】
次に、本実施形態の容量式加速度センサ装置Ｓ１の検出動作について説明する。本実施形態では、加速度の印加に伴う可動電極２４と固定電極３１、４１との間の静電容量変化に基づいて加速度を検出するようになっている。
【００７３】
上述したように、センサチップ１００においては、個々の可動電極２４の側面（つまり検出面）に対してそれぞれ固定電極３１、４１の側面（つまり検出面）が対向して設けられており、これら両電極の側面の各対向間隔において、容量を検出するための検出間隔が形成されている。
【００７４】
ここで、左側固定電極３１と可動電極２４との間隔に、検出容量として第１の容量ＣＳ１が形成されており、一方、右側固定電極４１と可動電極２４との間隔に、検出容量として第２の容量ＣＳ２が形成されているとする。
【００７５】
そして、センサチップ１００において、基板面水平方向において上記図１中の矢印Ｘ方向へ加速度が印加されると、バネ部２２のバネ機能により、アンカー部を除く可動部２０全体が一体的に矢印Ｘ方向へ変位し、当該矢印Ｘ方向への可動電極２４の変位に応じて上記各容量ＣＳ１、ＣＳ２が変化する。
【００７６】
たとえば、上記図１において、可動部２０が、矢印Ｘ方向に沿って下方へ変位したときを考える。このとき、左側固定電極３１と可動電極２４との間隔は広がり、一方、右側固定電極４１と可動電極２４との間隔は狭まる。
【００７７】
よって、可動電極２４と固定電極３１、４１による差動容量（ＣＳ１−ＣＳ２）の変化に基づいて、矢印Ｘ方向の加速度を検出することができる。具体的には、この容量の差（ＣＳ１−ＣＳ２）に基づく信号がセンサチップ１００から出力信号として出力され、この信号は回路チップ２００にて処理され、最終的に出力される。
【００７８】
図５は、本容量式加速度センサ装置Ｓ１における加速度を検出するための検出回路４００の一例を示す回路図である。
【００７９】
この検出回路４００において、スイッチドキャパシタ回路（ＳＣ回路）４１０は、容量がＣｆであるコンデンサ４１１、スイッチ４１２および差動増幅回路４１３を備え、入力された容量差（ＣＳ１−ＣＳ２）を電圧に変換するものとなっている。
【００８０】
そして、本容量式加速度センサ装置Ｓ１においては、たとえば、左側固定電極用パッド３０ａから振幅Ｖｃｃの搬送波１、右側固定電極用パッド４０ａから搬送波１と位相が１８０°ずれた搬送波２を入力し、ＳＣ回路４１０のスイッチ４１２を所定のタイミングで開閉する。
【００８１】
そして、矢印Ｘ方向の印加加速度は、下記の数式１に示す様に、電圧値Ｖ０として出力される。
【００８２】
（数１）
Ｖ０＝（ＣＳ１−ＣＳ２）・Ｖｃｃ／Ｃｆ
このようにして、加速度の検出がなされる。
【００８３】
ところで、本実施形態によれば、支持基板１１の一面１３側すなわち第１シリコン基板１１の酸化膜１３側に設けられた半導体層としての第２シリコン基板１２に、加速度の印加に応じて基板面と平行な方向へ変位可能な可動電極２４およびこの可動電極２４に対向して配置された固定電極３１、４１を形成してなり、加速度の印加に伴う可動電極２４と固定電極３１、４１との間の容量変化に基づいて加速度を検出するようにしたセンサチップ１００と、センサチップ１００からの出力信号を処理するための回路チップ２００とを備える容量式加速度センサ装置において、次のような点を特徴とするセンサ装置Ｓ１が提供される。
【００８４】
・センサチップ１００における可動電極２４および固定電極３１、４１と回路チップ２００とが対向した状態でセンサチップ１００と回路チップ２００とが積層されており、これらセンサチップ１００と回路チップ２００とは、互いが対向する対向面にて電気的に接続されていること。
【００８５】
・両チップ１００、２００の積層方向における可動電極２４の厚さをａ、可動電極２４と回路チップ２００とのギャップの距離をｂ、可動電極２４と第１シリコン基板１１の一面１３とのギャップの距離をｃとしたとき、距離ｂおよび距離ｃは厚さａよりも小さいこと。本実施形態の容量式加速度センサ装置Ｓ１はこれらの点を特徴としている。
【００８６】
それによれば、可動電極２４が、その厚さ方向（図２、図３中のｚ方向）すなわちセンサチップ１００の厚さ方向すなわち両チップ１００、２００の積層方向（図４中の上下方向）に変位しようとしたとき、第１シリコン基板１１の一面１３および回路チップ２００がストッパとなる。
【００８７】
つまり、チップ積層方向への可動電極２４の変位は、第１シリコン基板１１の一面１３および回路チップ２００により規制されて、可動電極２４の厚さａの範囲内にとどめることができる。そのため、可動電極２４の固定電極３１、４１への乗り上げを防止することができる。
【００８８】
よって、本実施形態によれば、可動電極２４と固定電極３１、４１との間の容量変化に基づいて加速度の検出を行うセンサチップ１００と回路チップ２００とを積層してなる容量式加速度センサ装置Ｓ１において、両チップ１００、２００の積層方向にて可動電極２４が変位して固定電極３１、４１に乗り上げるのを防止することができる。
【００８９】
ここで、本実施形態の容量式加速度センサ装置Ｓ１においては、センサチップ１００と回路チップ２００とが、はんだや金などからなるバンプ電極３００を介して電気的に接続されていることも特徴点の一つである。
【００９０】
さらに、本実施形態では、このようにセンサチップ１００と回路チップ２００とがバンプ電極３００を介して電気的に接続されている容量式加速度センサ装置Ｓ１において、バンプ電極３００の厚さが上記距離ｂと同じになるように、バンプ電極３００を薄くすることにより、上記距離ｂが上記厚さａよりも小さくなるようにしていることも特徴点の一つである。
【００９１】
このバンプ電極３００の厚さ（つまり高さ）を調整することは、はんだ供給量を調整したり、はんだのリフロー時に高さ調整を行ったり、その他、バンプの形状を調整したりすることなどにより、容易に実行することができる。
【００９２】
（第２実施形態）
図６は、本発明の第２実施形態に係る容量式加速度センサ装置Ｓ２を示す概略断面図であり、センサチップ１００を回路チップ２００に搭載した状態を示す。上記第１実施形態との相違点を中心に述べる。
【００９３】
上記第１実施形態では、センサチップ１００と回路チップ２００とがバンプ電極３００を介して電気的に接続されている構成において、バンプ電極３００の厚さが上記距離ｂと同じになるように、バンプ電極３００を薄くすることにより、上記距離ｂを上記厚さａよりも小さくしている。
【００９４】
それに対して、図６に示されるように、本実施形態の容量式加速度センサ装置Ｓ２においては、回路チップ２００におけるセンサチップ１００との対向面のうち可動電極（２４）と対向する部位に、膜２１０を設け、この膜２１０を回路チップ２００の表面として構成している。
【００９５】
そして、本実施形態では、この膜２１０の表面と可動電極２４との距離を、上記可動電極２４と回路チップ２００とのギャップの距離ｂとすることにより、上記距離ｂを可動電極２４の厚さａよりも小さくしている。
【００９６】
ここで、回路チップ２００の表面として構成される膜２１０としては、回路チップ２００の表面を保護する保護膜２１０とすることができる。この保護膜２１０は、通常の回路チップ２００の最表面に設けられているもので、たとえば、ポリイミドなどからなる膜である。
【００９７】
そして、本実施形態では、上記第１実施形態のようにバンプ電極３００の厚さではなく、この保護膜２１０の厚さを利用し、可動電極２４の固定電極３１、４１への乗り上げを防止するようにしている。保護膜２１０の厚さの調整は、スピンコート法などで保護膜２１０を成膜するときに容易に行うことができる。
【００９８】
本実施形態の加速度センサ装置Ｓ２によれば、第１シリコン基板１１の一面１３および回路チップ２００の膜２１０がストッパとなり、チップ積層方向（図２、図３中のｚ方向、図４中の上下方向）への可動電極２４の変位を可動電極２４の厚さａの範囲内にとどめることができる。
【００９９】
そのため、本実施形態によっても、可動電極２４と固定電極３１、４１との間の容量変化に基づいて加速度の検出を行うセンサチップ１００と回路チップ２００とを積層してなる容量式加速度センサ装置Ｓ２において、両チップ１００、２００の積層方向にて可動電極２４が変位して固定電極３１、４１に乗り上げるのを防止することができる。
【０１００】
（第３実施形態）
図７は、本発明の第３実施形態に係る容量式加速度センサ装置Ｓ３を示す概略断面図であり、センサチップ１００を回路チップ２００に搭載した状態を示す。上記第１実施形態との相違点を中心に述べる。
【０１０１】
上記第１実施形態では、バンプ電極３００の厚さが、上記可動電極２４と回路チップ２００とのギャップの距離ｂと同じになるように、バンプ電極３００を薄くすることにより、上記距離ｂを可動電極２４の厚さａよりも小さくしている。
【０１０２】
それに対して、図７に示されるように、本実施形態の容量式加速度センサ装置Ｓ３においては、センサチップ１００におけるバンプ電極３００が配置される部位に、凹部１２ａを設け、バンプ電極３００の一部を凹部１２ａに入り込んだ形としている。
【０１０３】
そして、本実施形態では、バンプ電極３００のうち凹部１２ａから突出する部分の厚さを、可動電極２４と回路チップ２００とのギャップの距離ｂとすることにより、上記距離ｂを可動電極２４の厚さａよりも小さくしている。
【０１０４】
ここで、凹部１２ａは、センサチップ１００における半導体層としての第２シリコン基板１２の表面に設けられている。この凹部１２ａは、当該第２シリコン基板１２をドライエッチングすることなどにより、容易に形成することができる。
【０１０５】
そして、本実施形態の加速度センサ装置Ｓ３によっても、第１シリコン基板１１の一面１３および回路チップ２００がストッパとなり、チップ積層方向（図２、図３中のｚ方向、図４中の上下方向）への可動電極２４の変位を可動電極２４の厚さａの範囲内にとどめることができる。
【０１０６】
そのため、本実施形態によっても、可動電極２４と固定電極３１、４１との間の容量変化に基づいて加速度の検出を行うセンサチップ１００と回路チップ２００とを積層してなる容量式加速度センサ装置Ｓ３において、両チップ１００、２００の積層方向にて可動電極２４が変位して固定電極３１、４１に乗り上げるのを防止することができる。
【０１０７】
さらに、本実施形態では、凹部１２ａの深さを調整し、凹部１２ａにバンプ電極３００を入り込ませることにより、上記距離ｂを可動電極２４の厚さａよりも小さくすることを容易に実現できることから、特に、バンプ電極３００の形状を変更したり、あえて薄く形成しなくてもよいという利点がある。
【０１０８】
ところで、本実施形態において、図７に示される例では、センサチップ１００側に凹部１２ａを設けたが、その逆に、回路チップ２００におけるバンプ電極３００が配置される部位に、上記凹部を設けてもよい。また、センサチップ１００と回路チップ２００との両側に凹部を設けてもよい。
【０１０９】
（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、センサチップ１００と回路チップ２００とは互いの対向面にてバンプ電極３００を介して電気的に接続されているが、センサチップ１００と回路チップ２００との電気的接続は、互いの対向面にて行われていればよく、バンプ電極３００以外にも、導電性接着剤や圧着などにより行われていてもよい。
【０１１０】
また、上記実施形態では、ＳＯＩ基板１０において酸化膜１３を全域に残したまま、第２シリコン基板１２に薄肉部１５を形成することにより、可動部２０のリリースを行っているが、よく知られているように、ＳＯＩ基板１０において酸化膜１３を犠牲層としたエッチングを行うことにより可動部２０のリリースを行うものであってもよい。
【０１１１】
この犠牲層エッチングを採用した場合、第２シリコン基板１２の厚さは、その全域でほぼ均一である。そして、上記図１に示される矩形１５の部分において酸化膜１３が除去されることにより、可動部２０が支持基板からリリースされることになる。
【０１１２】
この場合にも、第１シリコン基板１１が支持基板として構成されるが、この場合には、可動部２０の下の酸化膜１３は除去されるため、第１シリコン基板１１における第２シリコン基板１２と対向する面自体が、支持基板の一面として構成されることになる。そして、可動電極２４と支持基板１１の一面とのギャップの距離ｃは、ほぼ酸化膜１３の厚さと同程度になる。
【０１１３】
また、上記実施形態では、センサチップ１００を構成する基板として、ＳＯＩ基板１０を採用しているが、支持基板の一面側に半導体層を有し、この半導体層に可動電極および固定電極を形成できるものであれば、センサチップ１００を構成する基板として、ＳＯＩ基板以外を用いてもよい。
【０１１４】
なお、センサチップとしては、上記実施形態に示したように、表面加工型の力学量センサチップを用いることが必要であり、上記図８に示されるような裏面加工型のものは除外される。
【０１１５】
つまり、センサチップとしては、支持基板上に可動電極を形成してなるものであって且つ支持基板が可動電極の直下にて可動電極とはギャップを有して存在しているセンサチップであることが必要である。
【０１１６】
また、本発明の容量式力学量センサ装置は、上記加速度センサに限定されるものではないことはもちろんであり、加速度センサ以外にも、たとえば力学量として角速度を検出する角速度センサなど、他の力学量センサに適用することができる。
【０１１７】
要するに、本発明は、支持基板の一面上に形成された可動電極と固定電極との間の容量変化に基づいて力学量の検出を行うセンサチップと、回路チップと、を積層してなる容量式力学量センサ装置において、センサチップにおける可動電極および固定電極と回路チップとが対向した状態で両チップを積層するとともに、これら両チップを互いの対向面にて電気的に接続し、可動電極と回路チップとのギャップの距離ｂ、および、可動電極と支持基板の一面とのギャップの距離ｃを、両チップの積層方向における可動電極の厚さａよりも小さいものとしたことを要部とするものであり、その他の細部等については適宜設計変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る容量式加速度センサ装置におけるセンサチップの概略平面図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線に沿ったセンサチップの概略断面図である。
【図３】図１中のＢ−Ｂ線に沿ったセンサチップの概略断面図である。
【図４】第１実施形態の容量式加速度センサ装置を示す概略断面図である。
【図５】第１実施形態の容量式加速度センサ装置における加速度を検出するための検出回路の一例を示す回路図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る容量式加速度センサ装置を示す概略断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る容量式加速度センサ装置を示す概略断面図である。
【図８】従来の一般的な容量式力学量センサ装置の概略断面図である。
【符号の説明】
【０１１９】
１１…支持基板としての第１シリコン基板、
１２…半導体層としての第２シリコン基板、１２ａ…凹部、
１３…支持基板の一面および絶縁層としての酸化膜、
２４…可動電極、３１、４１…固定電極、１００…センサチップ、
２００…回路チップ、２１０…保護膜、３００…バンプ電極、
ａ…可動電極の厚さ、ｂ…可動電極と回路チップとのギャップの距離、
ｃ…可動電極と支持基板の一面とのギャップの距離。
【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】
2006084327.tif 000008
【図７】
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【図８】
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