(57)【要約】  【課題】微小電気機械要素と集積回路との両方の高性能化が可能な微小電気機械デバイスを提供する。  【解決手段】微小電気機械要素であるジャイロセンサと集積回路３とが１つの素子形成基板１に形成されたジャイロセンサ装置であり、素子形成基板１が、シリコン基板１Ａと、シリコン基板１Ａの厚み方向の一表面側に設けられシリコン基板１Ａよりも抵抗率の大きなシリコン基板１Ｂとを有した多層基板であり、ジャイロセンサがシリコン基板１Ａとシリコン基板１Ｂとに亙って形成されるとともに、集積回路３がシリコン基板１Ｂに形成されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小電気機械要素と集積回路とが１つの素子形成基板に形成された微小電気機械デバイスであって、素子形成基板が、第１の半導体基板と、第１の半導体基板の厚み方向の一表面側に設けられ少なくとも一部が第１の半導体基板よりも抵抗率の大きな第２の半導体基板とを有した多層基板であり、微小電気機械要素が少なくとも第１の半導体基板に形成されるとともに、集積回路が第２の半導体基板において第１の半導体基板よりも抵抗率の大きな部分に形成されてなることを特徴とする微小電気機械デバイス。
【請求項２】
前記微小電気機械要素は、バルクマイクロマシンニングにより形成されてなることを特徴とする請求項１記載の微小電気機械デバイス。
【請求項３】
前記素子形成基板は、前記微小電気機械要素の周囲に形成された前記微小電気機械要素用のグランドが前記集積回路のグランドを兼ねてなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の微小電気機械デバイス。
【請求項４】
前記微小電気機械要素は、前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板とに亙って形成され、前記第２の半導体基板は、前記微小電気機械要素が形成される部分の抵抗率が前記集積回路が形成される部分の抵抗率よりも小さく設定されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の微小電気機械デバイス。
【請求項５】
前記微小電気機械要素は、前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板とに亙って形成され、前記第２の半導体基板は、前記微小電気機械要素が形成される部分の抵抗率が前記第１の半導体基板の抵抗率と等しく設定されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の微小電気機械デバイス。
【請求項６】
前記素子形成基板は、前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板との間に絶縁層が介在してなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の微小電気機械デバイス
【請求項７】
前記微小電気機械要素における可動部が前記第１の半導体基板のみにより形成されてなることを特徴とする請求項６記載の微小電気機械デバイス。
【請求項８】
前記微小電気機械要素は、前記素子形成基板における前記第１の半導体基板を用いて形成され、前記第１の半導体基板にパッドが形成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の微小電気機械デバイス。
【請求項９】
前記集積回路は、前記素子形成基板の厚み方向において前記微小電気機械要素と重なっていることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の微小電気機械デバイス。
【請求項１０】
前記第１の半導体基板の他表面側に固着された支持基板を備え、前記微小電気機械要素の可動部が、前記第２の半導体基板と前記第１の半導体基板の周部と前記支持基板とで囲まれた密閉空間内に位置していることを特徴とする請求項１記載の微小電気機械デバイス。
【請求項１１】
前記集積回路は、前記第２の半導体基板における前記第１の半導体基板側に形成されてなることを特徴とする請求項１０記載の微小電気機械デバイス。
【請求項１２】
前記第２の半導体基板は、前記集積回路を形成した後に所定厚さまで薄型化されてなることを特徴とする請求項１０または請求項１１記載の微小電気機械デバイス。
【請求項１３】
前記第２の半導体基板における前記第１の半導体基板側とは反対側に、前記第２の半導体基板の厚み方向に貫通した貫通配線を介して前記微小電気機械要素および前記集積回路それぞれに電気的に接続されたパッドが形成されてなることを特徴とする請求項１０ないし請求項１２のいずれかに記載の微小電気機械デバイス。
【請求項１４】
前記支持基板における前記第１の半導体基板とは反対側に、前記支持基板の厚み方向に貫通した貫通配線を介して前記微小電気機械要素および前記集積回路それぞれに電気的に接続されたパッドが形成されてなることを特徴とする請求項１０ないし請求項１２のいずれかに記載の微小電気機械デバイス。
【請求項１５】
前記第１の半導体基板が第１のシリコン基板からなるとともに前記第２の半導体基板が第２の半導体基板からなり、前記第１の半導体基板の他表面側に陽極接合により固着されたガラス基板からなる支持基板を備え、前記第１の半導体基板および前記支持基板には陽極接合時の電圧を印加するための陽極接合用電極がそれぞれ形成されており、前記第２の半導体基板には、前記陽極接合時に前記第１の半導体基板の陽極接合用電極と電気的に接続される電位安定用電極が形成されてなることを特徴とする請求項６または請求項７記載の微小電気機械デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積回路（電子回路）の集積化されていない狭義のＭＥＭＳ（Micro  Electro  Mechanical  System）、ＮＥＭＳ（Nano  Electro  Mechanical  System）などの微小電気機械要素と集積回路とが１つの素子形成基板に形成された微小電気機械デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、マイクロマシンニング技術を利用して微小電気機械要素が形成された半導体基板と、集積回路が形成された半導体基板とを積層した微小電気機械デバイスの一例として、半導体圧力センサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。なお、上記特許文献１に開示された半導体圧力センサでは、微小電気機械要素を形成する半導体基板としてｐ−形シリコン基板を用い、集積回路を形成する半導体基板としてｎ−形シリコン基板を用いている。
【特許文献１】特開平６−１１２５１０号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上述の微小電気機械デバイスでは、微小電気機械要素を形成する半導体基板と集積回路を形成する半導体基板との両方とも抵抗率の高いシリコン基板を用いているので、例えば、微小電気機械要素からなる３次元構造体の一部を可動電極や固定電極などの電極として使用する微小電気機械デバイス（静電容量型の加速度センサ、ジャイロセンサ、圧力センサ、静電駆動型のマイクロバルブ、マイクロリレーなど）では、電極のインピーダンス成分が大きくて微小電気機械要素の高性能化が難しかった。
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、微小電気機械要素と集積回路との両方の高性能化が可能な微小電気機械デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
請求項１の発明は、微小電気機械要素と集積回路とが１つの素子形成基板に形成された微小電気機械デバイスであって、素子形成基板が、第１の半導体基板と、第１の半導体基板の厚み方向の一表面側に設けられ少なくとも一部が第１の半導体基板よりも抵抗率の大きな第２の半導体基板とを有した多層基板であり、微小電気機械要素が少なくとも第１の半導体基板に形成されるとともに、集積回路が第２の半導体基板において第１の半導体基板よりも抵抗率の大きな部分に形成されてなることを特徴とする。なお、ここにおいて、微小電気機械要素とは、集積回路の集積化されていない狭義のＭＥＭＳ若しくはＮＥＭＳを意味している。
【０００５】
この発明によれば、微小電気機械要素を抵抗率の比較的小さな第１の半導体基板に形成し、集積回路を抵抗率の比較的大きな第２の半導体基板に形成することにより、微小電気機械要素と集積回路との両方の高性能化が可能になり、デバイス全体としての高性能化を図ることが可能となる。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記微小電気機械要素は、バルクマイクロマシンニングにより形成されてなることを特徴とする。
【０００７】
この発明によれば、前記微小電気機械要素が表面マイクロマシンニングにより形成されている場合に比べて、前記微小電気機械要素の機械的性能および電気的性能の向上を図れる。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記素子形成基板は、前記微小電気機械要素の周囲に形成された前記微小電気機械要素用のグランドが前記集積回路のグランドを兼ねてなることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、前記微小電気機械要素用のグランドと前記集積回路のグランドとが別々に形成されてトレンチなどにより絶縁分離されている場合に比べて、電気的性能が向上するとともに、製造が容易になる。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、前記微小電気機械要素は、前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板とに亙って形成され、前記第２の半導体基板は、前記微小電気機械要素が形成される部分の抵抗率が前記集積回路が形成される部分の抵抗率よりも小さく設定されてなることを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、前記第２の半導体基板の抵抗率が面内で一様である場合に比べて、前記微小電気機械要素の高性能化が可能となる。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、前記微小電気機械要素は、前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板とに亙って形成され、前記第２の半導体基板は、前記微小電気機械要素が形成される部分の抵抗率が前記第１の半導体基板の抵抗率と等しく設定されてなることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、前記第２の半導体基板の抵抗率が面内で一様である場合に比べて、前記微小電気機械要素の高性能化が可能となり、請求項４の発明に比べて、前記微小電気機械要素のより一層の高性能化が可能となる。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、前記素子形成基板は、前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板との間に絶縁層が介在してなることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、前記微小電気機械要素と前記集積回路とを前記素子形成基板の絶縁層により電気的に絶縁することができる。
【００１６】
請求項７の発明は、請求項６の発明において、前記微小電気機械要素における可動部が前記第１の半導体基板のみにより形成されてなることを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、前記微小電気機械要素における可動部が前記第１の半導体基板と前記絶縁層と前記第２の半導体基板とを用いて形成されている場合に比べて、可動部の機械的特性が向上し、前記微小電気機械要素の電気的特性が安定する。
【００１８】
請求項８の発明は、請求項１ないし請求項７の発明において、前記微小電気機械要素は、前記素子形成基板における前記第１の半導体基板を用いて形成され、前記第１の半導体基板にパッドが形成されてなることを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、前記微小電気機械要素が前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板とを用いて形成されている場合に比べて、前記微小電気機械要素のパッドを容易に形成することが可能となる。
【００２０】
請求項９の発明は、請求項１ないし請求項８の発明において、前記集積回路は、前記素子形成基板の厚み方向において前記微小電気機械要素と重なっていることを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、前記微小電気機械要素と前記集積回路とが前記素子形成基板の厚み方向において重ならないように前記素子形成基板に形成するする場合に比べて、前記素子形成基板の小型化を図ることができる。
【００２２】
請求項１０の発明は、請求項１の発明において、前記第１の半導体基板の他表面側に固着された支持基板を備え、前記微小電気機械要素の可動部が、前記第２の半導体基板と前記第１の半導体基板の周部と前記支持基板とで囲まれた密閉空間内に位置していることを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、前記微小電気機械要素の可動部がデバイス外部からの塵や埃等の影響を受けるのを防止することができ、デバイス全体としての信頼性が向上する。
【００２４】
請求項１１の発明は、請求項１０の発明において、前記集積回路は、前記第２の半導体基板における前記第１の半導体基板側に形成されてなることを特徴とする。
【００２５】
この発明によれば、前記集積回路が前記第２の半導体基板における前記第１の半導体基板側とは反対側に形成されている場合に比べて、前記微小電気機械要素と前記集積回路とを電気的に接続する配線の長さを短くすることができ、デバイス全体としての性能を向上させることができる。
【００２６】
請求項１２の発明は、請求項１０または請求項１１の発明において、前記第２の半導体基板は、前記集積回路を形成した後に所定厚さまで薄型化されてなることを特徴とする。
【００２７】
この発明によれば、前記第２の半導体基板が薄型化されていない場合に比べて、デバイス全体の小型化を図ることが可能となる。
【００２８】
請求項１３の発明は、請求項１０ないし請求項１２の発明において、前記第２の半導体基板における前記第１の半導体基板側とは反対側に、前記第２の半導体基板の厚み方向に貫通した貫通配線を介して前記微小電気機械要素および前記集積回路それぞれに電気的に接続されたパッドが形成されてなることを特徴とする。
【００２９】
この発明によれば、前記素子形成基板の平面サイズを小さくすることが可能となる。
【００３０】
請求項１４の発明は、請求項１０ないし請求項１２の発明において、前記支持基板における前記第１の半導体基板とは反対側に、前記支持基板の厚み方向に貫通した貫通配線を介して前記微小電気機械要素および前記集積回路それぞれに電気的に接続されたパッドが形成されてなることを特徴とする。
【００３１】
この発明によれば、前記第２の半導体基板に形成する集積回路の形成領域の大きさとは関係なく貫通配線を形成することができるので、前記素子形成基板の平面サイズを小さくすることが可能となる。
【００３２】
請求項１５の発明は、請求項６または請求項７の発明において、前記第１の半導体基板が第１のシリコン基板からなるとともに前記第２の半導体基板が第２の半導体基板からなり、前記第１の半導体基板の他表面側に陽極接合により固着されたガラス基板からなる支持基板を備え、前記第１の半導体基板および前記支持基板には陽極接合時の電圧を印加するための陽極接合用電極がそれぞれ形成されており、前記第２の半導体基板には、前記陽極接合時に前記第１の半導体基板の陽極接合用電極と電気的に接続される電位安定用電極が形成されてなることを特徴とする。
【００３３】
この発明によれば、前記第１の半導体基板と前記支持基板との陽極接合時に、前記第１の半導体基板の陽極接合用電極と前記第２の半導体基板の電位安定用電極とを電気的に接続して前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板とを同電位にしておくことにより、陽極接合時に前記集積回路が絶縁破壊されるのを防止することができる。
【発明の効果】
【００３４】
請求項１の発明では、微小電気機械要素と集積回路との両方の高性能化が可能になるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
（実施形態１）
本実施形態では、微小電気機械要素（ＭＥＭＳ）としてのジャイロセンサと、ジャイロセンサと協働する集積回路とを備えたジャイロセンサ装置を例示する。
【００３６】
本実施形態のジャイロセンサ装置は、図１および図２に示すように、抵抗率が比較的小さなシリコン基板１Ａと、抵抗率が比較的大きなシリコン基板１Ｂとが積層された多層基板からなる素子形成基板１と、シリコン基板１Ａにおけるシリコン基板１Ｂとは反対側に積層されたガラス基板からなる支持基板２とを備えている（図１（ａ）は図２のＤ−Ｄ’概略断面図、図１（ｂ）は図２のＥ−Ｅ’概略断面図である）。ここにおいて、シリコン基板１Ａと支持基板２とは陽極接合により接合されている。また、素子形成基板１は、シリコン基板１Ａの厚さが５００μｍ程度であるのに対して、シリコン基板１Ｂの厚さが１０μ程度であり、抵抗率の異なるシリコン基板同士を接合した後で、抵抗率の大きなシリコン基板を薄型化（薄膜化）することにより形成してもよいし、シリコン基板１Ａ上にエピタキシャル成長させた単結晶のシリコン層によりシリコン基板１Ｂを構成してもよい。
【００３７】
なお、本実施形態では、シリコン基板１Ａの抵抗率を０．２Ωｃｍ、シリコン基板１Ｂの抵抗率を２０Ωｃｍに設定してあるが、これらの数値は特に限定するものではない。また、本実施形態では、シリコン基板１Ａが第１の半導体基板を構成し、シリコン基板１Ｂが第２の半導体基板を構成している。
【００３８】
素子形成基板１は、図２における左側に、平面視において外周形状が矩形状である駆動質量体１１および検出質量体１２が素子形成基板１の一表面に沿って並設されるとともに、駆動質量体１１および検出質量体１２の周囲を囲む矩形枠状のフレーム１０を有する微小電気機械要素（ＭＥＭＳ）が形成され、図２における右側に、集積回路３が形成されている（なお、図２においてハッチングを施した領域は集積回路３の形成領域を示している）。以下では、図１、図２の各図中に示した直交座標系のように、駆動質量体１１と検出質量体１２とが並ぶ方向をＹ方向、素子形成基板１の一表面（図１（ａ）における上面）に沿う面内でＹ方向に直交する方向をＸ方向、Ｘ方向とＹ方向とに直交する方向（つまり、素子形成基板１の厚み方向）をＺ方向として説明する。
【００３９】
駆動質量体１１と検出質量体１２とは、Ｘ方向に延長された一対の駆動ばね１３を介して連続一体に連結されている。すなわち、Ｘ方向において検出質量体１２の全長よりもやや短いスリット溝１４ａと、駆動質量体１１におけるＸ方向の各側縁にそれぞれ一端が開放されＸ方向の一直線上に並ぶ２本のスリット溝１４ｂとが形成され、スリット溝１４ａと各スリット溝１４ｂとの間にそれぞれ駆動ばね１３が形成されている。各駆動ばね１３の一端部はスリット溝１４ａの各一端と検出質量体１２の側縁との間に連続し、各駆動ばね１３の他端部は２本のスリット溝１４ｂの間の部位において駆動質量体１１にそれぞれ連続している。駆動ばね１３はねじれ変形が可能なトーションばねであって、駆動質量体１１は検出質量体１２に対して駆動ばね１３の回りで変位可能になっている。つまり、駆動質量体１１は検出質量体１２に対してＺ方向の並進とＸ方向の軸回りの回転とが可能であると言える。また、駆動ばね１３にトーションばねを用いているから、素子形成基板１の厚み方向における駆動ばね１３の寸法を小さくする必要がなく、駆動ばね１３を形成する際の加工が容易である。
【００４０】
検出質量体１２におけるＸ方向の各側縁にはＹ方向に延長された検出ばね１５の一端部がそれぞれ連続し、両検出ばね１５の他端部同士はＸ方向に延長された連結片１６を介して連続一体に連結されている。すなわち、一対の検出ばね１５と連結片１６とにより平面視コ字状の部材が形成される。ただし、連結片１６は駆動ばね１３および検出ばね１５に比較して十分に剛性が高くなるように設計されている。連結片１６の長手方向の中間部には固定片１７が突設され、固定片１７は支持基板２に接合され定位置に固定されている。駆動質量体１１および検出質量体１２と検出ばね１５および連結片１６との間はコ字状のスリット溝１４ｃにより分離されており、スリット溝１４ｂの一端はスリット溝１４ｃに連続している。検出ばね１５はＸ方向に曲げ変形が可能であって駆動質量体１１および検出質量体１２は固定片１７に対してＸ方向に変位可能になっている。
【００４１】
ところで、検出質量体１２は厚み方向に貫通する４個の切抜孔１８を有し、各切抜孔１８の内側にはそれぞれ固定子２０が配置されている。固定子２０は、検出質量体１２のＸ方向の両端付近に配置される電極片２１を有し、電極片２１からは櫛骨片２２がＸ方向に延長され、電極片２１と櫛骨片２２とでＬ字状の形状をなしている。電極片２１と櫛骨片２２とは支持基板２に接合され、固定子２０は定位置に固定されている。切抜孔１８の内周面は固定子２０の外周面の形状に沿った形状であって、固定子２０との間には間隙が形成されている。検出質量体１２のＸ方向の両端部には２個ずつの電極片２１が配置されている。図３に示すように、櫛骨片２２の幅方向の両端面にはそれぞれ多数本の固定櫛歯片２３がＸ方向に列設されている。一方、切抜孔１８の内側面であって櫛骨片２２との対向面には、図３に示すように、固定櫛歯片２３にそれぞれ対向する多数本の可動櫛歯片２４がＸ方向に列設されている。各固定櫛歯片２３と各可動櫛歯片２４とは互いに離間しており、検出質量体１２がＸ方向に変位する際の固定櫛歯片２３と可動櫛歯片２４との距離変化に伴う静電容量の変化を検出できるようにしてある。すなわち、固定櫛歯片２３と可動櫛歯片２４とにより検出質量体１２の変位を検出する検出手段が構成されている。
【００４２】
ジャイロセンサは、フレーム１０、固定片１７および固定子２０が支持基板２に接合されている。これらに対し、駆動質量体１１および検出質量体１２は、支持基板２との間に形成される間隙においてＺ方向に変位可能でなければならないから、図１に示すように、支持基板２における素子形成基板１との対向面に凹所２９を形成することによって駆動質量体１１と支持基板２との間隙を確保するとともに、検出質量体１２における支持基板２との対向面を支持基板２から後退させる（言い換えれば、シリコン基板１Ａにおける支持基板２との対向面にバルクマイクロマシンニングにより凹部３０を形成する）ことにより検出質量体１２と支持基板２との間隙を確保している。言い換えれば、シリコン基板１Ａにおける支持基板２との対向面にバルクマイクロマシンニングにより凹部３０を形成することにより検出質量体１２と支持基板２との間隙を確保しており、このような凹部３０を設けることにより、固定櫛歯片２３と可動櫛歯片２４とのギャップを短くした場合にバルクマイクロマシンニングによる固定櫛歯片２３と可動櫛歯片２４とを分離工程が容易となる。このようなバルクマイクロマシンニングでは、例えば、垂直深掘が可能な誘導結合プラズマ型のドライエッチング装置による異方性ドライエッチング技術を利用すればよい。
【００４３】
支持基板２において駆動質量体１１との対向面にはアルミニウム薄膜のような導電性の金属薄膜からなる固定駆動電極２５（図１（ａ）参照）が形成されている。一方、素子形成基板１は、固定駆動電極２５において支持基板２の凹所２９の周部まで延長された部分を介して支持基板２に接合された一対の電極片２６を備えており、各固定片１７、各電極片２１，２６それぞれの表面にパッド２８が形成されている。さらに、図示例ではフレーム１０において取付片１７の近傍部位に、固定片１７を挟む形で一対の接地片１９が形成されており、各接地片１９上にもパッド２８が形成されている。このように、各パッド２８は、素子形成基板１において支持基板２に接合された固定片１７、各電極片２１，２６、各接地片１９それぞれの上に形成されているので、各パッド２８それぞれへボンディングワイヤを確実にボンディングすることができる。
【００４４】
上述したジャイロセンサを製造する際には、シリコン基板１Ａとシリコン基板１Ｂとからなる素子形成基板１に上記凹部３０を形成した後で、上記凹所２９および固定駆動電極２５を形成した支持基板２と素子形成基板１とを接合する。この状態では、素子形成基板１の各部位（フレーム１０、駆動質量体１１および検出質量体１２、固定子２０）は分離されていないから、素子形成基板１を支持基板２に接合した後に、フレーム１０を分離する溝、スリット溝１４ａ〜１４ｃ、固定子２０を分離する溝を素子形成基板１における支持基板２とは反対側の表面から形成して各部位に分離するバルクマイクロマシンニングを行う。このようなバルクマイクロマシンニングでは、例えば、垂直深掘が可能な誘導結合プラズマ型のドライエッチング装置による異方性ドライエッチング技術を利用すればよい。この段階において、固定片１７は支持基板２に接合されているから、固定片１７に連続する駆動質量体１１および検出質量体１２は支持基板２に保持されており、また、固定子２０も支持基板２に接合されている。なお、集積回路３の製造方法については、周知の方法を採用すればよいので説明を省略する。また、ジャイロセンサの複数のパッド２８のうちの一部と集積回路３の複数のパッド３８（図１（ａ）参照）のうちの一部とはボンディングワイヤＷを介して電気的に接続する。
【００４５】
以下に本実施形態におけるジャイロセンサの動作を説明する。
【００４６】
ジャイロセンサは駆動質量体１１に規定の振動を与えておき、外力による角速度が作用したときの検出質量体１２の変位を検出するものである。ここにおいて、駆動質量体１１を振動させるには固定駆動電極２５と駆動質量体１１との間に正弦波形ないし矩形波形の振動電圧を印加すればよい。振動電圧は、交流電圧が望ましいが、極性を反転させることは必須ではない。駆動質量体１１は駆動ばね１３と検出質量体１２と検出ばね１５と連結片１６とを介して固定片１７に電気的に接続され、固定片１７の表面にはパッド２８が形成されており、また、固定駆動電極２５は電極片２６に電気的に接続され、電極片２６の表面にもパッド２８が形成されているから、固定片１７上のパッド２８と電極片２６上のパッド２８との間に振動電圧を印加すれば、駆動質量体１１と固定駆動電極２５との間に静電力を作用させて駆動質量体１１を支持基板２に対してＺ方向に振動させることができる。振動電圧の周波数は、駆動質量体１１および検出質量体１２の質量や駆動ばね１３および検出ばね１５のばね定数などにより決まる共振周波数に一致させれば、比較的小さい駆動力で大きな振幅を得ることができる。
【００４７】
駆動質量体１１を振動させている状態において、素子形成基板１にＹ方向の軸回りの角速度が作用したときに、Ｘ方向にコリオリ力が発生し、検出質量体１２（および駆動質量体１１）は固定子２０に対してＸ方向に変位する。可動櫛歯片２４が固定櫛歯片２３に対して変位すれば、可動櫛歯片２４と固定櫛歯片２３との距離が変化し、結果的に可動櫛歯片２４と固定櫛歯片２３との間の静電容量が変化する。この静電容量の変化は、４個の固定子２０に接続されたパッド２８から取り出すことができる。すなわち、Ｘ方向において並ぶ各一対の電極片２１の間の静電容量は固定櫛歯片２３と可動櫛歯片２４との距離変化を反映するから、両電極片２１は可変容量コンデンサの電極と等価であって、図示する構成では４個の可変容量コンデンサが形成されるから、各可変容量コンデンサの静電容量をそれぞれ検出したり、両可変容量コンデンサを並列に接続した合成容量を検出したりすることにより、検出質量体１２の変位を検出することができる。駆動質量体１１の振動は既知であるから、検出質量体１２の変位を検出することにより、コリオリ力を求めることができる。
【００４８】
ここに、可動櫛歯片２４の変位は、（駆動質量体１１の質量）／（駆動質量体１１の質量＋検出質量体１２の質量）に比例するから、駆動質量体１１の質量が検出質量体１２の質量に比較して大きいほど可動櫛歯片２４の変位が大きくなり、結果的に感度が向上することになる。そこで、本実施形態では駆動質量体１１の厚み寸法を検出質量体１２の厚み寸法よりも大きくしてある。また、感度は可動櫛歯片２４と固定櫛歯片２３との対向面積が大きいほど各可変容量コンデンサの静電容量が大きくなって感度が向上するから、素子形成基板１の厚み方向における可動櫛歯片２４および固定櫛歯片２３それぞれの寸法は大きいほうが望ましいが、当該寸法がフレーム１０の厚さ寸法と同じで可動櫛歯片２４と固定櫛歯片２３との距離が短くなると可動櫛歯片２４と固定櫛歯片２３とを分離する溝のアスペクト比が高すぎてバルクマイクロマシンニングによる加工が難しいので、素子形成基板１の厚み方向における可動櫛歯片２４および固定櫛歯片２３それぞれの寸法はフレーム１０の厚さ寸法よりも小さく設定しておき、素子形成基板１の一面に上記凹部３０を形成した後で素子形成基板１の他面側から可動櫛歯片２４と固定櫛歯片２３とを分離する溝を形成すればよい。
【００４９】
以上説明した本実施形態のジャイロセンサ装置では、微小電気機械要素であるジャイロセンサと集積回路３とが１つの素子形成基板１に形成されており、ジャイロセンサを抵抗率の比較的小さなシリコン基板１Ａに形成し、集積回路３を抵抗率の比較的大きなシリコン基板に形成してあるので、ジャイロセンサと集積回路３との両方の高性能化が可能になり、微小電気機械デバイスであるジャイロセンサ装置全体（つまり、デバイス全体）としての高性能化を図ることが可能となる。また、本実施形態では、ジャイロセンサがバルクマイクロマシンニングにより形成されているので、ジャイロセンサが表面マイクロマシンニングにより形成されている場合に比べて、ジャイロセンサの機械的性能および電気的性能の向上を図れる。また、素子形成基板１は、ジャイロセンサのフレーム１０が微小電気機械要素用のグランドを構成しており、ジャイロセンサのグランドが集積回路３のグランドを兼ねているので、微小電気機械要素用のグランドと集積回路３のグランドとが別々に形成されてトレンチなどにより絶縁分離されている場合に比べて、電気的性能が向上するとともに、製造が容易になる。
【００５０】
ところで、本実施形態のジャイロセンサ装置におけるジャイロセンサは、シリコン基板１Ａとシリコン基板１Ｂとに亙って形成されているのに対して、シリコン基板１Ｂの抵抗率が面内で一様でシリコン基板１Ａの抵抗率よりも大きくなっているが、ジャイロセンサの高性能化の観点からは、シリコン基板１Ｂにおけるジャイロセンサが形成される部分の抵抗率が集積回路３が形成される部分の抵抗率よりも小さく設定されていることが望ましく、シリコン基板１Ｂにおけるジャイロセンサが形成される部分の抵抗率がシリコン基板１Ａの抵抗率と等しく設定されているのが好ましい。
【００５１】
（実施形態２）
本実施形態のジャイロセンサ装置の基本構成は実施形態１と略同じであって、図４に示すように、素子形成基板１を構成する多層基板が、シリコン基板１Ａとシリコン基板１Ｂとの間にシリコン酸化膜からなる絶縁層１Ｃを有している点などが相違する。要するに、本実施形態では、素子形成基板１としてシリコン基板上のシリコン酸化膜上にシリコン層が形成されたＳＯＩ基板を用いることが可能となる。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５２】
本実施形態のジャイロセンサ装置では、素子形成基板１のシリコン基板１Ａとシリコン基板１Ｂとの間に絶縁層１Ｃが介在しており、ジャイロセンサをシリコン基板１Ａのみを用いて形成してあるのに対して、集積回路３をシリコン基板１Ｂのみに形成してあるので、ジャイロセンサと集積回路３とを素子形成基板１の絶縁層１Ｃにより電気的に絶縁することができる。また、本実施形態では、ジャイロセンサにおける可動部である駆動質量体１１、検出質量体１２、駆動ばね１３、検出ばね１５がシリコン基板１Ａのみにより形成されているので、可動部がシリコン基板１Ａと絶縁層１Ｃとシリコン基板１Ｂとを用いて形成されている場合に比べて、可動部の機械的特性が向上し、ジャイロセンサの電気的特性が安定する。また、本実施形態では、ジャイロセンサが素子形成基板１におけるシリコン基板１Ａを用いて形成され、シリコン基板１Ａにパッド２８が形成されているので、ジャイロセンサがシリコン基板１Ａと絶縁層１Ｃとシリコン基板１Ｂとを用いて形成されている場合に比べて、パッド２８を容易に形成することが可能となる。
【００５３】
ところで、本実施形態のジャイロセンサ装置の製造にあたっては、図５（ａ）に示すように、一表面側に集積回路３および各パッド２８，３８を形成し且つ他表面側に上記凹部３０を形成した素子形成基板１と、素子形成基板１との対向面側に凹所２９および固定駆動電極２５を形成した支持基板２とを接合し、その後、図５（ｂ）に示すように素子形成基板１の上記一表面側から異方性ドライエッチングを行うことで素子形成基板１の不要部分を除去し、続いて、図５（ｃ）に示すようにジャイロセンサのパッド２８と集積回路３のパッド３８とをボンディングワイヤＷを介して接続するような製造プロセスが考えられる。しかしながら、上述の製造プロセスにおいて、素子形成基板１と支持基板２とを陽極接合する際に、シリコン基板１Ａに設けてある陽極接合用電極（図示せず）をグランド側としてガラス基板からなる支持基板２に設けてある陽極接合用電極（図示せず）に６００Ｖ程度の負電圧を印加した場合、集積回路３が形成されているシリコン基板１Ｂはフローティング状態にあるので、集積回路３が絶縁破壊されてしまう恐れがある。
【００５４】
そこで、本実施形態の製造方法では、シリコン基板１Ｂに対して、素子形成基板１におけるシリコン基板１Ａと支持基板２との陽極接合時にシリコン基板１Ａの陽極接合用電極と電気的に接続される電位安定用電極（図示せず）をあらかじめ形成しておき、シリコン基板１Ａと支持基板２との陽極接合時に、シリコン基板１Ａの陽極接合用電極とシリコン基板１Ｂの電位安定用電極とを電気的に接続して図６に示すようにシリコン基板１Ａとシリコン基板１Ｂとをグランド側として同電位にしておくことにより、陽極接合時に集積回路３が絶縁破壊されるのを防止している。
【００５５】
（実施形態３）
本実施形態のジャイロセンサ装置の基本構成は実施形態１と略同じであって、図７に示すように、素子形成基板１におけるシリコン基板１Ａを用いてジャイロセンサが形成されるとともに、シリコン基板１Ａにおいて各パッド２８．３８が形成された表面とは反対側にシリコン基板１Ｂが形成され、シリコン基板１Ｂにおけるシリコン基板１Ａ側に集積回路３が形成されている点などが相違する。ここにおいて、集積回路３は、シリコン基板１Ｂに形成した配線３９およびシリコン基板１Ａの厚み方向に貫設した貫通配線３７を介してパッド３８と電気的に接続されている。また、本実施形態では、シリコン基板１Ｂが実施形態１における支持基板２を兼ねており、シリコン基板１Ｂにおけるシリコン基板１Ａ側の表面に凹所２９および固定駆動電極２５を形成してある。他の構成は実施形態１と同様である。
【００５６】
しかして、本実施形態では、実施形態１に比べて装置全体（微小電気機械デバイス全体）の薄型化を図ることができる。
【００５７】
（実施形態４）
本実施形態のジャイロセンサ装置の基本構成は実施形態１と略同じであって、図８に示すように、集積回路３が、素子形成基板１の厚み方向においてジャイロセンサと重なっている点や、ジャイロセンサの可動部が、シリコン基板１Ｂとシリコン基板１Ａの周部（ここでは、ジャイロセンサのフレーム１０）と支持基板２とで囲まれた密閉空間内に位置している点などが相違する。また、本実施形態では、集積回路３がシリコン基板１Ｂにおけるシリコン基板１Ａ側に形成されており、シリコン基板１Ｂにおけるシリコン基板１Ａとは反対側に形成された各パッド２８がシリコン基板１Ｂに貫設された貫通配線２７を介してジャイロセンサと電気的に接続され、各パッド３８がシリコン基板１Ｂに貫設された貫通配線３７およびシリコン基板１Ｂにおけるシリコン基板１Ａとの対向面に沿って形成された金属配線３９を介して集積回路３と電気的に接続されている。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５８】
しかして、本実施形態のジャイロセンサ装置では、実施形態１のように微小電気機械要素であるジャイロセンサと集積回路３とが素子形成基板１の厚み方向において重ならないように素子形成基板１に形成されたものに比べて、素子形成基板１の小型化（素子形成基板１の平面サイズの小型化）を図れ、実装基板などへの実装面積を低減することができる。しかも、集積回路３は、シリコン基板１Ｂにおけるシリコン基板１Ａ側に形成されているので、集積回路３がシリコン基板１Ｂにおけるシリコン基板１Ａ側とは反対側に形成されている場合に比べて、ジャイロセンサと集積回路３とを電気的に接続する配線の長さを短くすることができ、デバイス全体としての性能を向上させることができる。また、シリコン基板１Ｂにおけるシリコン基板１Ａ側とは反対側に、シリコン基板１Ｂの厚み方向に貫通した貫通配線２７，３７を介してジャイロセンサ、集積回路３それぞれに電気的に接続されたパッド２８，３８が形成されているので、素子形成基板１上で配線を引き回すことなくパッド２８，３８を露出させることができるので、素子形成基板１の平面サイズを小さくすることが可能となる。
【００５９】
また、本実施形態のジャイロセンサ装置では、ジャイロセンサの上記可動部が上記密閉空間内に位置しているので、ジャイロセンサの可動部がデバイス外部からの塵や埃等の影響を受けるのを防止することができ、デバイス全体としての信頼性が向上する。
【００６０】
ところで、本実施形態のジャイロセンサ装置の製造にあたっては、シリコン基板１Ｂの一表面側に集積回路３を形成した後で、シリコン基板１Ｂを他表面側から研磨することで所定厚さまで薄型化し（図８中の破線は研磨された部分を示している）、その後で、各貫通配線２７，３７を形成し、続いて各パッド２８，３８を形成する。したがって、シリコン基板１Ｂが薄型化されていない場合に比べて、デバイス全体の小型化を図ることが可能となる。
【００６１】
（実施形態５）
本実施形態のジャイロセンサ装置の基本構成は実施形態４と略同じであって、図９に示すように、集積回路３の形成領域が実施形態４に比べて広く、支持基板２におけるシリコン基板１Ａとは反対側に各パッド２８，３８を形成し、支持基板２に各貫通配線２７，３７を形成している点が相違する。なお、実施形態４の同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００６２】
しかして、本実施形態では、シリコン基板１Ｂに形成する集積回路３の形成領域の大きさとは関係なく貫通配線２７，３７を形成することができるので、素子形成基板１の平面サイズを小さくすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】実施形態１を示し、（ａ）はＸ方向に直交する概略断面図、（ｂ）はＹ方向に直交する概略断面図である。
【図２】同上を示す概略平面図である。
【図３】同上の要部平面図である。
【図４】実施形態２を示し、（ａ）はＸ方向に直交する概略断面図、（ｂ）はＹ方向に直交する概略断面図である。
【図５】同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図６】同上の製造方法の説明図である。
【図７】実施形態３を示し、Ｘ方向に直交する概略断面図である。
【図８】実施形態４を示し、Ｘ方向に直交する概略断面図である。
【図９】実施形態５を示し、Ｘ方向に直交する概略断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１  素子形成基板
１Ａ  シリコン基板
１Ｂ  シリコン基板
２  支持基板
３  集積回路
１１  駆動質量体
１２  検出質量体
１３  駆動ばね
１５  検出ばね
１６  連結片
１８  切抜孔
２３  固定櫛歯片
２４  可動櫛歯片
２５  固定駆動電極
【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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