(57)【要約】【課題】電極数が少なく、配線部が簡略化することができる静電容量型力学量センサを提供すること。【解決手段】第１のガラス基板１１の主面１１ａ上に、圧力センサ用の固定電極１４ａ及び加速度センサ用の固定電極１４ｂが形成されている。固定電極１４ａの上方に感圧ダイヤフラム１６ａが配置され、固定電極１４ｂの上方に揺動部材１６ｂが配置されるように、シリコン基板１６が第１のガラス基板１１上に接合される。さらに、シリコン基板１６上には、揺動部材１６ｂが内包されるように第２のガラス基板１８が接合される。電極１３は、圧力センサの導電性可動部用の電極と加速度センサの導電性可動部用の電極とを兼ねており、圧力センサと加速度センサの共通電極である。【選択図】図１
2007064920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の対向する電極をなす第１固定電極と第１可動電極との間の静電容量により第一の力学量を検知する第一の力学量センサと、他の一対の対向する電極をなす第２固定電極と第２可動電極との間の静電容量により第二の力学量を検知する第二の力学量センサとを並設して一体化してなる静電容量型力学量センサであって、相互に背向する一対の主面を有し、一方の主面上に形成された前記第１固定電極及び前記第２固定電極を有する第１基板と、前記第１固定電極と所定の間隔をおいて対向して配置された前記第１可動電極となる第１導電性可動部、及び前記第２固定電極と所定の間隔をおいて対向して配置された前記第２可動電極となる第２導電性可動部を有する第２基板と、を具備し、前記第１可動電極と前記第２可動電極とが電気的に接続され、共通の電極取り出し端部で外部と接続されることを特徴とする静電容量型力学量センサ。
【請求項２】
一対の対向する電極をなす第１固定電極と第１可動電極との間の静電容量により第一の力学量を検知する第一の力学量センサと、他の一対の対向する電極をなす第２固定電極と第２可動電極との間の静電容量により第二の力学量を検知する第二の力学量センサとを積層して一体化してなる静電容量型力学量センサであって、相互に背向する一対の主面の一方の主面上に形成された前記圧力センサ用の第１固定電極及び前記一対の主面の他方の主面上に形成された前記加速度センサ用の第２固定電極、並びに前記一対の主面とそれぞれ略面一となるように埋め込まれた導電部材を有する第１基板と、前記第１固定電極と所定の間隔をおいて対向して配置された前記第１可動電極となる第１導電性可動部を有する第２基板と、前記第２固定電極と所定の間隔をおいて対向して配置された前記第２可動電極となる第２導電性可動部を有する第３基板と、を具備し、前記第１固定電極と前記第２固定電極とが前記導電部材を介して電気的に接続され、共通の電極取り出し端部で外部と接続されることを特徴とする静電容量型力学量センサ。
【請求項３】
前記第１及び第２固定電極のそれぞれの電極取り出し端部、並びに前記第１及び第２可動電極共通の電極取り出し端部が、前記第１基板における前記一対の主面の前記他方の主面上に形成されていることを特徴とする請求項１記載の静電容量型力学量センサ。
【請求項４】
前記第１及び第２固定電極の共通の電極取り出し端部と、前記第１及び第２可動電極の電極取り出し端部とが、同一面内に配置されたことを特徴とする請求項２記載の静電容量型力学量センサ。
【請求項５】
前記第１基板がガラス基板であり、前記第２基板がシリコン基板であることを特徴とする請求項１又は請求項３記載の静電容量型力学量センサ。
【請求項６】
前記第１基板がガラス基板であり、前記第２及び第３基板がシリコン基板であることを特徴とする請求項２又は請求項４記載の静電容量型力学量センサ。
【請求項７】
前記導電部材は、前記ガラス基板に埋め込まれたシリコン製部材であることを特徴とする請求項６記載の静電容量型力学量センサ。
【請求項８】
前記ガラス基板と前記シリコン製部材との界面においてＳｉ−Ｓｉ結合又はＳｉ−Ｏ結合を有することを特徴とする請求項７記載の静電容量型力学量センサ。
【請求項９】
前記第１導電性可動部が被測定圧力により変位する感圧ダイヤフラムであり、前記感圧ダイヤフラムを用いて圧力を検知し、前記第２導電性可動部が被測定加速度により揺動する揺動部材であり、前記揺動部材を用いて加速度を検知することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の静電容量型力学量センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量を用いて圧力や加速度などの力学量を検知する静電容量型力学量センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
力学量センサとしては、例えば圧力センサや加速度センサがある。このような力学量センサには、可動電極と固定電極との間の静電容量を検出する静電容量型力学量センサがある。
【０００３】
静電容量型圧力センサは、可動電極である感圧ダイヤフラムを有する基板と、固定電極を有する基板とを、感圧ダイヤフラムと固定電極との間に所定の間隔を有するように接合することにより構成されている。この静電容量型圧力センサにおいては、感圧ダイヤフラムに圧力が加わると感圧ダイヤフラムが変形し、これにより感圧ダイヤフラムと固定電極との間隔が変わる。この間隔の変化により感圧ダイヤフラムと固定電極との間の静電容量が変化し、この静電容量の変化を利用して圧力の変化を検出する。
【０００４】
一方、静電容量型加速度センサは、可動電極である揺動部材を有する基板と、固定電極を有する基板とを、揺動部材と固定電極との間に所定の間隔を有するように接合することにより構成されている。この静電容量型加速度センサにおいては、揺動部材に加速度が加わると揺動部材が揺動し、これにより揺動部材と固定電極との間隔が変わる。この間隔の変化により揺動部材と固定電極との間の静電容量が変化し、この静電容量の変化を利用して加速度の変化を検出する。
【０００５】
このような静電容量型圧力センサと静電容量型加速度センサとを一体化した静電容量型力学量センサが開発されている（特許文献１，２）。
【特許文献１】特開平８−１６００７２号公報
【特許文献２】特開２００４−１９１１２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の一体型静電容量型力学量センサにおいては、圧力センサ及び加速度センサでそれぞれ固定電極とそれ用の引き出し部、及び可動電極とそれ用の引き出し部が必要であり、電極数が多くなってしまい、配線部が複雑化するという問題がある。
【０００７】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、電極数が少なく、配線部が簡略化することができる一体型静電容量型力学量センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の静電容量型力学量センサは、一対の対向する電極をなす第１固定電極と第１可動電極との間の静電容量により第一の力学量を検知する第一の力学量センサと、他の一対の対向する電極をなす第２固定電極と第２可動電極との間の静電容量により第二の力学量を検知する第二の力学量センサとを並設して一体化してなる静電容量型力学量センサであって、相互に背向する一対の主面を有し、一方の主面上に形成された前記第１固定電極及び前記第２固定電極を有する第１基板と、前記第１固定電極と所定の間隔をおいて対向して配置された前記第１可動電極となる第１導電性可動部、及び前記第２固定電極と所定の間隔をおいて対向して配置された前記第２可動電極となる第２導電性可動部を有する第２基板と、を具備し、前記第１可動電極と前記第２可動電極とが電気的に接続され、共通の電極取り出し端部で外部と接続されることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、第１可動電極と第２可動電極とが電気的に接続され、共通の電極取り出し端部で外部と接続されるので、電極数を少なくすることができ、これにより配線部を簡略化することができる。また、このような構成にすることにより、幅方向の寸法を小さくすることができるので、センサの小型化を図ることができる。
【００１０】
本発明の静電容量型力学量センサは、一対の対向する電極をなす第１固定電極と第１可動電極との間の静電容量により第一の力学量を検知する第一の力学量センサと、他の一対の対向する電極をなす第２固定電極と第２可動電極との間の静電容量により第二の力学量を検知する第二の力学量センサとを積層して一体化してなる静電容量型力学量センサであって、相互に背向する一対の主面の一方の主面上に形成された前記圧力センサ用の第１固定電極及び前記一対の主面の他方の主面上に形成された前記加速度センサ用の第２固定電極、並びに前記一対の主面とそれぞれ略面一となるように埋め込まれた導電部材を有する第１基板と、前記第１固定電極と所定の間隔をおいて対向して配置された前記第１可動電極となる第１導電性可動部を有する第２基板と、前記第２固定電極と所定の間隔をおいて対向して配置された前記第２可動電極となる第２導電性可動部を有する第３基板と、を具備し、前記第１固定電極と前記第２固定電極とが前記導電部材を介して電気的に接続され、共通の電極取り出し端部で外部と接続されることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、第１固定電極と第２固定電極とが導電部材を介して電気的に接続され、共通の電極取り出し端部で外部と接続されるので、電極数を少なくすることができ、これにより配線部を簡略化することができる。また、第１基板と第２基板との間の接合面に電極などが存在しないので、センサのキャビティの密閉度を高く保つことができる。
【００１２】
本発明の静電容量型力学量センサにおいては、前記第１及び第２固定電極のそれぞれの電極取り出し端部、並びに前記第１及び第２可動電極共通の電極取り出し端部が、前記第１基板における前記一対の主面の前記他方の主面上に形成されていることが好ましい。また、本発明の静電容量型力学量センサにおいては、前記第１及び第２固定電極の共通の電極取り出し端部と、前記第１及び第２可動電極の電極取り出し端部とが、同一面内に配置されたことが好ましい。
【００１３】
これらの構成によれば、外部への取り出し部となる電極を一つの面上に形成できるので、表面実装に適したデバイスとすることができる。
【００１４】
本発明の静電容量型力学量センサにおいては、前記第１基板がガラス基板であり、前記第２基板がシリコン基板であること、又は、前記第１基板がガラス基板であり、前記第２及び第３基板がシリコン基板であることが好ましい。また、本発明の静電容量型力学量センサにおいては、前記導電部材は、前記ガラス基板に埋め込まれたシリコン製部材であることが好ましい。
【００１５】
本発明の静電容量型力学量センサにおいては、前記ガラス基板と前記シリコン製部材との界面においてＳｉ−Ｓｉ結合又はＳｉ−Ｏ結合を有することが好ましい。この構成によれば、ガラス基板とシリコン製部材との界面においてＳｉ−Ｓｉ結合又はＳｉ−Ｏ結合を有するので、ガラス基板とシリコン製部材とが強固に接合されて、両者間の密着性が向上する。
【００１６】
本発明の静電容量型力学量センサにおいては、前記第１導電性可動部が被測定圧力により変位する感圧ダイヤフラムであり、前記感圧ダイヤフラムを用いて圧力を検知し、前記第２導電性可動部が被測定加速度により揺動する揺動部材であり、前記揺動部材を用いて加速度を検知することが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の静電容量型力学量センサによれば、第１可動電極と第２可動電極とが電気的に接続され、共通の電極取り出し端部で外部と接続される、又は、第１固定電極と第２固定電極とが導電部材を介して電気的に接続され、共通の電極取り出し端部で外部と接続されるので、電極数が少なく、配線部が簡略化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
本実施の形態においては、静電容量型力学量センサが、静電容量により圧力を検知する圧力センサと、静電容量により加速度を検知する加速度センサとを並設してなる静電容量型力学センサ（横型）である場合について説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る静電容量型力学量センサの概略構成を示す断面図である。
【００１９】
図中１１は第１のガラス基板を示す。第１のガラス基板１１は、相互に対向する一対の主面１１ａ，１１ｂを有する。この第１のガラス基板１１には、圧力センサ及び加速度センサが並設される。第１のガラス基板１１には、シリコンで構成された島状体（シリコン製部材）１２ａ〜１２ｃが埋設されている。島状体１２ａ〜１２ｃは、主面１１ａ上に形成された電極と主面１１ｂ上に形成された電極とを電気的に接続する導電部材である。島状体１２ａ，１２ｂは圧力センサ側の導電部材であり、島状体１２ｂ，１２ｃは加速度センサ側の導電部材である。すなわち、島状体１２ｂは、圧力センサ側の導電部材と加速度センサ側の導電部材とを兼ねている。島状体１２ａ〜１２ｃは、第１のガラス基板１１の両主面でそれぞれ露出している。なお、この島状体１２ａ〜１２ｃの形成については後述する。
【００２０】
第１のガラス基板１１の主面１１ａ上の圧力センサ領域Ａには、島状体１２ａの一方の露出部分と電気的に接続するように固定電極１４ａが形成されている。この固定電極１４ａは、圧力センサ用の固定電極である。また、第１のガラス基板１１の主面１１ａ上の加速度センサ領域Ｂには、島状体１２ｃの一方の露出部分と電気的に接続するように固定電極１４ｂが形成されている。この固定電極１４ｂは、加速度センサ用の固定電極である。固定電極１４ａと固定電極１４ｂとの間には、島状体１２ｂの一方の露出部分と電気的に接続するように電極１３が形成されている。この電極１３は、圧力センサの導電性可動部（可動電極）用の電極と加速度センサの導電性可動部（可動電極）用の電極とを兼ねており、圧力センサと加速度センサの共通電極である。
【００２１】
第１のガラス基板１１の主面１１ｂ上の圧力センサ領域Ａには、島状体１２ａの他方の露出部分と電気的に接続するように電極１５ａが形成されており、第１のガラス基板１１の主面１１ｂ上の加速度センサ領域Ｂには、島状体１２ｃの他方の露出部分と電気的に接続するように電極１５ｃが形成されている。また、電極１５ａと電極１５ｃとの間には、島状体１２ｂの他方の露出部分と電気的に接続するように電極１５ｂが形成されている。すなわち、固定電極１４ａ，１４ｂ並びに導電性可動部用電極（共通電極１３）とそれぞれ電気的に接続された電極１５ａ〜１５ｃが、第１のガラス基板１１の主面１１ｂ上に形成されている。したがって、固定電極１４ａ，１４ｂのそれぞれの電極取り出し端部、並びに導電性可動部電極の電極取り出し端部が、第１のガラス基板１１の主面１１ｂ上に形成されている。このように電極１５ａ〜１５ｃが同一の主面１１ｂ上に設けられていることにより、外部機器への接続が容易となる。
【００２２】
第１のガラス基板１１の主面１１ａ上には、圧力センサ側の導電性可動部である感圧ダイヤフラム１６ａ（可動電極）と、加速度センサ側の導電性可動部である揺動部材１６ｂとを有するシリコン基板１６が接合されている。このシリコン基板１６においては、圧力センサ領域Ａに、導電性可動部として被測定圧力により可動する感圧ダイヤフラム１６ａが設けられており、加速度センサ領域Ｂに、導電性可動部として被測定加速度により揺動する揺動部材１６ｂと、揺動部材１６ｂを支持するカンチレバー１６ｃとが設けられている。また、シリコン基板１６の一方の主面（上側の主面）における圧力センサ領域Ａと加速度センサ領域Ｂとの間、並びに圧力センサ領域Ａの端部（紙面向って左端）及び加速度センサ領域Ｂの端部（紙面向って右端）には、後述する第２のガラス基板と接合する第１接合部１６ｄが設けられている。さらに、シリコン基板１６の他方の主面（下側の主面）における圧力センサ領域Ａと加速度センサ領域Ｂとの間、並びにシリコン基板１６の圧力センサ領域Ａの端部（紙面向って左端）及び加速度センサ領域Ｂの端部（紙面向って右端）には、第１のガラス基板１１の主面１１ａと接合する第２接合部１６ｅが設けられている。また、シリコン基板１６において、固定電極１４ａ，１４ｂの引き出し部分（島状体１２ｂ，１２ｃ）の上方には、凹部１６ｆが形成されている。このように凹部１６ｆを形成することにより、センシング領域以外の領域における寄生容量を低減させることができる。
【００２３】
第１のガラス基板１１とシリコン基板１６とは、感圧ダイヤフラム１６ａが固定電極１４ａと所定の間隔をおいて配置され、揺動部材１６ｂが固定電極１４ｂと所定の間隔をおいて配置されるように位置合わせされた状態で第２接合部１６ｅで接合される。また、第１のガラス基板１１とシリコン基板１６とは、固定電極１４ａ，１４ｂ上にキャビティ１７ａ，１７ｂが形成されるように接合されている。すなわち、圧力センサ領域Ａの固定電極１４ａ上にキャビティ１７ａが設けられ、加速度センサ領域Ｂの固定電極１４ｂ上にキャビティ１７ｂが設けられている。
【００２４】
シリコン基板１６上には、第２のガラス基板１８が配置されている。この第２のガラス基板１８は、シリコン基板１６の第１接合部１６ｄで接合されている。第２のガラス基板１８には、外気が侵入する孔１８ａが設けられている。この孔１８ａを介して侵入した外気の圧力により感圧ダイヤフラム１６ａが可動する。第２のガラス基板１８に孔１８ａを形成する方法としては、サンドブラスト処理などを用いることができる。加速度センサ領域Ｂにおいては、第１及び第２のガラス基板１１，１８と、シリコン基板１６とにより構成された空間部内で揺動部材１６ｂが揺動するように構成される。
【００２５】
シリコン基板１６における感圧ダイヤフラム１６ａ及び揺動部材１６ｂは、シリコン基板１６の両面からエッチングなどによりそれぞれ凹部を形成することにより設けられている。また、カンチレバー１６ｃと揺動部材１６ｂとをシリコン基板１６に形成する場合には、例えばマイクロマシニングマシン技術を応用したエッチングにより行う。シリコン基板１６のガラス基板接合面側の凹部は、少なくとも固定電極１４ａ，１４ｂを収容できる大きさを有しており、シリコン基板１６を第１のガラス基板１１に接合することにより、上記キャビティ１７ａ，１７ｂを構成する。これにより、感圧ダイヤフラム１６ａと固定電極１４ａとの間に静電容量が発生し、揺動部材１６ｂと固定電極１４ｂとの間に静電容量が発生する。
【００２６】
第１のガラス基板１１と島状体１２ａ〜１２ｃとの界面は、高い密着性を有することが好ましい。後述するように、これらの界面は、加熱下において島状体１２ａ〜１２ｃを第１のガラス基板１１に押し込むことにより形成される。このような方法により得られた界面でも高い密着性を発揮できるが、島状体１２ａ〜１２ｃを第１のガラス基板１１に押し込んだ後に、陽極接合処理を施すことにより、密着性をより高くすることができる。陽極接合処理とは、所定の温度（例えば４００℃以下）で所定の電圧（例えば３００Ｖ〜１ｋＶ）を印加することにより、シリコンとガラスとの間に大きな静電引力が発生して、界面で共有結合を起こさせる処理をいう。この界面での共有結合は、シリコンのＳｉ原子とガラスに含まれるＳｉ原子との間のＳｉ−Ｓｉ結合又はＳｉ−Ｏ結合である。したがって、このＳｉ−Ｓｉ結合又はＳｉ−Ｏ結合により、シリコンとガラスとが強固に接合して、両者間の界面で非常に高い密着性を発揮する。このような陽極接合を効率良く行うために、第１のガラス基板１１のガラス材料としては、ナトリウムなどのアルカリ金属を含むガラス材料（例えばパイレックス（登録商標）ガラス）であることが好ましい。
【００２７】
これは、第１のガラス基板１１の主面１１ａとシリコン基板１６との間の界面やシリコン基板と第２のガラス基板１８との間の界面においても同様である。すなわち、第１のガラス基板１１の主面１１ａ上にシリコン基板１６を搭載して、陽極接合処理を施すことにより、密着性を高くすることができる。このように第１のガラス基板１１と島状体１２ａ〜１２ｃとの界面と、第１のガラス基板１１とシリコン基板１６との界面と、第２のガラス基板１８とシリコン基板１６との界面とで高い密着性を発揮することにより、感圧ダイヤフラム１６ａと第１のガラス基板１１の主面１１ａとの間で構成するキャビティ１７ａ及び揺動部材１６ｂと第１のガラス基板１１の主面１１ａとの間で構成するキャビティ１７ｂ内の気密性を高く保つことができる。
【００２８】
このような構成を有する静電容量型力学量センサの圧力センサ領域Ａにおいては、感圧ダイヤフラム１６ａと第１のガラス基板１１上の固定電極１４ａとの間に所定の静電容量を有する。この圧力センサに圧力がかかると、感圧ダイヤフラム１６ａが圧力に応じて可動する。これにより、感圧ダイヤフラム１６ａが変位する。このとき、感圧ダイヤフラム１６ａと第１のガラス基板１１上の固定電極１４ａとの間の静電容量が変化する。したがって、この静電容量をパラメータとして、その変化を圧力変化とすることができる。
【００２９】
一方、静電容量型力学量センサの加速度センサ領域Ｂにおいては、第１及び第２のガラス基板１１，１８と、シリコン基板１６とにより構成された空間部内で、揺動部材１６ｂが被測定加速度により揺動する。揺動部材１６ｂは導電体であるので、揺動部材１６ｂが揺動することにより、固定電極１４ｂとの間の静電容量が変化する。この変化を検知することにより加速度を測定することができる。
【００３０】
この静電容量型力学量センサにおいては、圧力センサ側の可動電極と加速度センサ側の可動電極とが電気的に接続され、共通の電極取り出し端部で外部と接続されるので、すなわち、圧力センサ側の可動電極（第１導電性可動部）用の電極と、加速度センサ側の可動電極（第２導電性可動部）用の電極とが共通であるので、電極数を少なくすることができ、これにより配線部を簡略化することができる。また、圧力センサ側の第１導電性可動部用の電極と、加速度センサ側の第２導電性可動部用の電極とを共通にすることにより、幅方向の寸法を小さくすることができるので、センサの小型化を図ることができる。
【００３１】
次に、本実施の形態の静電容量型圧力センサの製造方法について説明する。図２（ａ）〜（ｃ）、図３（ａ）〜（ｃ）、図４（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施の形態１に係る静電容量型力学量センサの製造方法を説明するための断面図である。
【００３２】
まず、不純物をドーピングして低抵抗化したシリコン基板１６を準備する。不純物としては、ｎ型不純物でも良く、ｐ型不純物でも良い。濃度としては、例えば０．０１Ω・ｃｍ程度とする。このシリコン基板１６の一方の主面をエッチングして、図２（ａ）に示すように、感圧ダイヤフラム１６ａと固定電極１４ａとの間の間隔を制御するキャビティ１７ａ及び揺動部材１６ｂと固定電極１４ｂとの間の間隔を制御するキャビティ１７ｂ用の凹部１６ｇを形成する。この場合、シリコン基板１６を熱酸化してシリコン酸化膜を形成する。そして、シリコン酸化膜上にレジスト膜を形成し、凹部１６ｇ形成領域以外にレジスト膜が残るように、そのレジスト膜をパターニング（フォトリソグラフィー）し、そのレジスト膜をマスクとしてシリコン酸化膜をエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。このようにして形成した開口部を有するシリコン酸化膜をマスクとしてシリコン基板１６をエッチングして凹部１６ｇを設ける。エッチングとしては、ドライエッチングでも良く、ウェットエッチングでも良い。ただし、ウェットエッチングの場合には、エッチングレートに差が出るようにシリコン基板１６の表面の結晶面を規定して異方性エッチングすることが好ましい。
【００３３】
次いで、図２（ｂ）に示すように、凹部１６ｇにおいて、固定電極１４ａ，１４ｂの引き出し部分（島状体１２ａ，１２ｃ）の上方に相当する領域に凹部１６ｆを形成する。この凹部１６ｆは、凹部１６ｇを形成する方法と同様の方法で形成する。次いで、このシリコン基板１６の他方の主面をエッチングして、図２（ｃ）に示すように、感圧ダイヤフラム１６ａ及び揺動部材１６ｂを形成する。感圧ダイヤフラム１６ａ及び揺動部材１６ｂの形成も凹部１６ｇを形成する方法と同様の方法で行う。
【００３４】
次いで、図３（ａ）に示すように、島状体１２ａ〜１２ｃを埋め込んだ第１のガラス基板１１を作製する。この第１のガラス基板１１は、図４（ａ）〜（ｅ）に示す工程により作製することができる。なお、図４（ａ）〜（ｅ）においては、明確に図示するために島状体１２ａ，１２ｂの部分を示す。すなわち、まず、不純物をドーピングして低抵抗化したシリコン基板１２を準備する。このシリコン基板１２をエッチングして、図４（ａ）に示すように、島状体１２ａ〜１２ｃを形成する。
【００３５】
次いで、図４（ｂ）に示すように、島状体１２ａ，１２ｂを形成したシリコン基板１２上に第１のガラス基板１１を置く。さらに、真空下で、このシリコン基板１２及び第１のガラス基板１１を加熱し、図４（ｃ）に示すように、シリコン基板１２を第１のガラス基板１１に押圧して島状体１２ａ，１２ｂを第１のガラス基板１１の主面１１ｂに押し込んで、シリコン基板１２と第１のガラス基板１１とを接合する。このときの温度は、シリコンの融点以下であって、ガラスが変形可能である温度（例えば、ガラスの軟化点温度以下）が好ましい。例えば加熱温度は約６００℃である。
【００３６】
さらに、シリコン基板１２の島状体１２ａ，１２ｂと第１のガラス基板１１との界面１１ｃでの密着性をより高めるために、陽極接合処理をすることが好ましい。この場合、シリコン基板１２及び第１のガラス基板１１にそれぞれ電極をつけて、約４００℃以下の加熱下で約３００Ｖ〜１ｋＶの電圧を印加することにより行う。これにより界面１１ｃでの密着性がより高くなり、静電容量型力学量センサのキャビティ１７ａ，１７ｂの気密性を向上させることができる。
【００３７】
次いで、図４（ｄ）に示すように、第１のガラス基板１１の主面１１ａ側を研磨処理することにより島状体１２ａ，１２ｂを主面１１ａで部分的に露出させる。これにより、第１のガラス基板１１に島状体１２ａ，１２ｂが埋め込まれた状態となる。さらに、図４（ｅ）に示すように、シリコン基板１２を研磨処理することにより、島状体１２ａ，１２ｂが第１のガラス基板１１の両面から部分的に露出する。このようにしてシリコン製部材を埋め込んだ第１のガラス基板１１を作製する。
【００３８】
次いで、図３（ｂ）に示すように、第１のガラス基板１１の主面１１ｂ上に、島状体１２ａ〜１２ｃとそれぞれ電気的に接続するように電極１５ａ〜１５ｃを形成する。この場合、まず、第１のガラス基板１１の主面１１ｂ上に電極材料を被着し、その上にレジスト膜を形成し、電極形成領域にレジスト膜が残るように、そのレジスト膜をパターニング（フォトリソグラフィー）し、そのレジスト膜をマスクとして電極材料をエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。
【００３９】
次いで、図３（ｃ）に示すように、第１のガラス基板１１の主面１１ａ上に、島状体１２ｂと電気的に接続するように電極１３（共通電極）を形成し、島状体１２ａ，１２ｃとそれぞれ電気的に接続するように固定電極１４ａ，１４ｂを形成する。この場合、まず、第１のガラス基板１１の主面１１ａ上に電極材料を被着し、その上にレジスト膜を形成し、電極及び固定電極形成領域にレジスト膜が残るように、そのレジスト膜をパターニング（フォトリソグラフィー）し、そのレジスト膜をマスクとして電極材料をエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。
【００４０】
次いで、被測定圧力により変位する感圧ダイヤフラム１６ａ及び被測定加速度により揺動する揺動部材１６ｂを有するシリコン基板１６を、感圧ダイヤフラム１６ａが固定電極１４ａと所定の間隔をおいて位置するように、また、揺動部材１６ｂが固定電極１４ｂと所定の間隔をおいて位置するように、第１のガラス基板１１の主面１１ａ上に接合する。すなわち、第１のガラス基板１１の主面１１ａとシリコン基板１６の第２接合部１６ｅとが接合される。このとき、シリコン基板１６及び第１のガラス基板１１に対して、約４００℃以下の加熱下で約５００Ｖ程度の電圧を印加することにより陽極接合処理を行う。これによりシリコン基板１６と第１のガラス基板１１との間の界面での密着性がより高くなり、キャビティ１７ａ，１７ｂの気密性を向上させることができる。
【００４１】
次いで、第２のガラス基板１８にサンドブラスト処理を行って孔１８ａを形成する。この第２のガラス基板１８をシリコン基板１６に接合する。すなわち、第２のガラス基板１８とシリコン基板１６の第１接合部１６ｄとが接合される。このとき、シリコン基板１６及び第２のガラス基板１８に対して、約４００℃以下の加熱下で約５００Ｖ程度の電圧を印加することにより陽極接合処理を行う。これによりシリコン基板１６と第２のガラス基板１８との間の界面での密着性がより高くなり、加速度センサ側の気密性を向上させることができる。
【００４２】
このようにして得られた静電容量型力学量センサは、圧力センサ側において、固定電極１４ａが島状体１２ａを介して電極１５ａと電気的に接続され、電極１３が島状体１２ｂを介して電極１５ｂと電気的に接続されている。したがって、感圧ダイヤフラム１６ａと固定電極１４ａとの間で検知された静電容量の変化の信号は、島状体１２ａ，１２ｂを介して電極１５ａ，１５ｂから取得することができる。この信号に基づいて測定圧力を算出することができる。また、加速度センサ側においては、固定電極１４ｂが島状体１２ｃを介して電極１５ｃと電気的に接続され、電極１３が島状体１２ｂを介して電極１５ｂと電気的に接続されている。したがって、揺動部材１６ｂと固定電極１４ｂとの間で検知された静電容量の変化の信号は、島状体１２ｂ，１２ｃを介して電極１５ｂ，１５ｃから取得することができる。この信号に基づいて測定加速度を算出することができる。
【００４３】
本実施の形態に係る静電容量型力学量センサによれば、圧力センサ側の感圧ダイヤフラム１６ａ用の電極１３と、加速度センサ側の揺動部材１６ｂ用の電極１３とが共通であるので、電極数を少なくすることができ、これにより配線部を簡略化することができる。また、圧力センサ側の感圧ダイヤフラム１６ａ用の電極と、加速度センサ側の揺動部材１６ｂ用の電極とを共通にすることにより、幅方向の寸法を小さくすることができるので、センサの小型化を図ることができる。
【００４４】
（実施の形態２）
本実施の形態においては、静電容量型力学量センサが、静電容量により圧力を検知する圧力センサと、静電容量により加速度を検知する加速度センサとを積層してなる静電容量型力学センサ（縦型）である場合について説明する。図５は、本発明の実施の形態２に係る静電容量型力学量センサの概略構成を示す断面図である。
【００４５】
図中２１は第１のガラス基板を示す。第１のガラス基板２１は、相互に対向する一対の主面２１ａ，２１ｂを有する。この第１のガラス基板２１の主面２１ａ側には、圧力センサが設けられ、主面２１ｂ側には、加速度センサが設けられる。また、第１のガラス基板２１には、シリコンで構成された島状体（シリコン製部材）２２が埋設されている。島状体２２は、主面２１ａ上に形成された電極と主面２１ｂ上に形成された電極とを電気的に接続する導電部材である。島状体２２は、第１のガラス基板１１の両主面でそれぞれ露出している。すなわち、島状体２２は、第１のガラス基板１１の両主面でそれぞれ略面一となるように形成されている。なお、この島状体２２の形成については実施の形態１と同じである。
【００４６】
第１のガラス基板１１の主面１１ａ側の圧力センサ領域Ａには、島状体２２の一方の露出部分と電気的に接続するように固定電極２３が形成されている。この固定電極２３は、圧力センサ用の固定電極である。また、第１のガラス基板１１の主面１１ｂ側の加速度センサ領域Ｂには、島状体２２の他方の露出部分と電気的に接続するように固定電極２４が形成されている。この固定電極２４は、加速度センサ用の固定電極である。この固定電極２４は、第１のガラス基板１１の側面まで延在した、固定電極用の引き出し端部としての電極２４ａを含む。圧力センサ側の固定電極２３と加速度センサ側の固定電極２４とは、島状体２２を介して電気的に接続されている。すなわち、圧力センサ側の固定電極２３と加速度センサ側の固定電極２４が共通化されている。
【００４７】
第１のガラス基板２１の主面２１ａ上には、圧力センサ側の導電性可動部である感圧ダイヤフラム２５ａ（可動電極）を有する第１のシリコン基板２５が接合されている。この感圧ダイヤフラム２５ａは、導電性可動部として被測定圧力により可動する。第１のガラス基板２１の主面２１ｂ上には、加速度センサ側の導電性可動部である揺動部材２６ａと、揺動部材２６ａを支持するカンチレバー２６ｂとを有する第２のシリコン基板２６が接合されている。この揺動部材２６ａは、導電性可動部として被測定加速度により揺動する。第１のシリコン基板２５は、第１のガラス基板２１の主面２１ａと第１接合部２５ｂで接合されている。また、第２のシリコン基板２６は、第１のガラス基板２１の主面２１ｂと第２接合部２６ｃで接合されている。
【００４８】
第１のガラス基板２１と第１のシリコン基板２５とは、感圧ダイヤフラム２５ａが固定電極２３と所定の間隔をおいて配置されるように位置合わせされた状態で第１接合部２５ｂで接合される。第１のガラス基板２１と第２のシリコン基板２６とは、揺動部材２６ａが固定電極２４と所定の間隔をおいて配置されるように位置合わせされた状態で第２接合部２６ｃで接合される。また、第１のガラス基板２１と第１のシリコン基板２５とは、固定電極２３上にキャビティ２７ａが形成されるように接合されている。第１のガラス基板２１と第２のシリコン基板２６とは、固定電極２４上にキャビティ２７ｂが形成されるように接合されている。
【００４９】
第１のシリコン基板２５における感圧ダイヤフラム２５ａ及び第２のシリコン基板２６における揺動部材２６ａは、第１及び第２のシリコン基板２５，２６の両面からエッチングなどによりそれぞれ凹部を形成することにより設けられている。また、カンチレバー２６ｂと揺動部材２６ａとを第２のシリコン基板２６に形成する場合には、例えばマイクロマシニングマシン技術を応用したエッチングにより行う。第１及び第２のシリコン基板２５，２６の第１のガラス基板接合面側の凹部は、少なくとも固定電極２３，２４をそれぞれ収容できる大きさを有しており、第１のシリコン基板２５を第１のガラス基板２１に接合することにより上記キャビティ２７ａを構成し、第２のシリコン基板２６を第１のガラス基板２１に接合することにより上記キャビティ２７ｂを構成する。これにより、感圧ダイヤフラム２５ａと固定電極２３との間に静電容量が発生し、揺動部材２６ａと固定電極２４との間に静電容量が発生する。
【００５０】
第１のガラス基板２１と島状体２２との界面、第１のガラス基板２１の主面２１ａと第１のシリコン基板２５の第１接合部２５ｂとの界面、第１のガラス基板２１の主面２１ｂと第２のシリコン基板２６の第２接合部２６ｃとの界面は、高い密着性を有することが好ましい。これらの界面は、実施の形態１と同様にして、陽極接合処理を施すことにより、密着性をより高くすることができる。これにより、感圧ダイヤフラム２５ａと第１のガラス基板２１の主面２１ａとの間で構成するキャビティ２７ａの気密性を高く保つことができる。
【００５１】
第１のシリコン基板２５の側面（紙面向って右側面）には、感圧ダイヤフラム２５ａ用の引き出し端部である電極２８ａが形成されている。また、第２のシリコン基板２６の側面（紙面向って右側面）には、揺動部材２６ａ用の引き出し端部である電極２８ｂが形成されている。したがって、固定電極２４用の引き出し端部である電極２４ａと、感圧ダイヤフラム２５ａ用の引き出し端部である電極２８ａと、揺動部材２６ａ用の引き出し端部である電極２８ｂとが、同一面内に配置されている。したがって、電極２４ａ，２８ｂにより、共通の電極取り出し端部で外部と接続されるようになっている。これにより、このセンサを外部機器に対して容易に表面実装することができる。なお、これらの電極２４ａ，２８ａ，２８ｂは、同一面内でなくても良い。
【００５２】
このような構成を有する静電容量型力学量センサの圧力センサ領域Ａにおいては、感圧ダイヤフラム２５ａと第１のガラス基板２１上の固定電極２３との間に所定の静電容量を有する。この圧力センサに圧力がかかると、感圧ダイヤフラム２５ａが圧力に応じて可動する。これにより、感圧ダイヤフラム２５ａが変位する。このとき、感圧ダイヤフラム２５ａと第１のガラス基板２１上の固定電極２３との間の静電容量が変化する。したがって、この静電容量をパラメータとして、その変化を圧力変化とすることができる。
【００５３】
一方、静電容量型力学量センサの加速度センサ領域Ｂにおいては、第１のガラス基板２１と、第２のシリコン基板２６とにより構成された空間部内で、揺動部材２６ａが被測定加速度により揺動する。揺動部材２６ａは導電体であるので、揺動部材２６ａが揺動することにより、固定電極２４との間の静電容量が変化する。この変化を検知することにより加速度を測定することができる。
【００５４】
この静電容量型力学量センサにおいては、圧力センサ側の第１固定電極と加速度センサ側の第２固定電極とが島状体（導電部材）を介して電気的に接続されているので、電極数を少なくすることができ、これにより配線部を簡略化することができる。また、圧力センサ側の第１のシリコン基板２５と第１のガラス基板２１との間の接合面に電極などが存在しない（可動電極用の電極２８ａが第１のシリコン基板２５の側面に形成されている）ので、圧力センサのキャビティ２７ａの密閉度を高く保つことができる。
【００５５】
次に、本実施の形態の静電容量型圧力センサの製造方法について説明する。図６（ａ），（ｂ）、図７（ａ）〜（ｃ）、図８（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態２に係る静電容量型力学量センサの製造方法を説明するための断面図である。
【００５６】
まず、不純物をドーピングして低抵抗化した第１のシリコン基板２５を準備する。不純物としては、ｎ型不純物でも良く、ｐ型不純物でも良い。濃度としては、例えば０．０１Ω・ｃｍ程度とする。この第１のシリコン基板２５の一方の主面をエッチングして、図６（ａ）に示すように、感圧ダイヤフラム２５ａと固定電極２３との間の間隔を制御するキャビティ２７ａ用の凹部２５ｃを形成する。この場合、第１のシリコン基板２５を熱酸化してシリコン酸化膜を形成する。そして、シリコン酸化膜上にレジスト膜を形成し、凹部２５ｃ形成領域以外にレジスト膜が残るように、そのレジスト膜をパターニング（フォトリソグラフィー）し、そのレジスト膜をマスクとしてシリコン酸化膜をエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。このようにして形成した開口部を有するシリコン酸化膜をマスクとして第１のシリコン基板２５をエッチングして凹部２５ｃを設ける。エッチングとしては、ドライエッチングでも良く、ウェットエッチングでも良い。ただし、ウェットエッチングの場合には、エッチングレートに差が出るように第１のシリコン基板２５の表面の結晶面を規定して異方性エッチングすることが好ましい。
【００５７】
次いで、この第１のシリコン基板２５の他方の主面をエッチングして、図６（ｂ）に示すように、感圧ダイヤフラム２５ａを形成する。感圧ダイヤフラム２５ａの形成も凹部２５ｃを形成する方法と同様の方法で行う。
【００５８】
次いで、上記と同様に不純物をドーピングして低抵抗化した第２のシリコン基板２６を準備する。この第２のシリコン基板２６の一方の主面をエッチングして、図７（ａ）に示すように、揺動部材２６ａと固定電極２４との間の間隔を制御するキャビティ２７ｂ用の段差部２６ｅを形成する。この場合、第２のシリコン基板２６を熱酸化してシリコン酸化膜を形成する。そして、シリコン酸化膜上にレジスト膜を形成し、段差部２６ｅ形成領域以外にレジスト膜が残るように、そのレジスト膜をパターニング（フォトリソグラフィー）し、そのレジスト膜をマスクとしてシリコン酸化膜をエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。このようにして形成した開口部を有するシリコン酸化膜をマスクとして第２のシリコン基板２６をエッチングして段差部２６ｅを設ける。エッチングとしては、ドライエッチングでも良く、ウェットエッチングでも良い。ただし、ウェットエッチングの場合には、エッチングレートに差が出るように第２のシリコン基板２６の表面の結晶面を規定して異方性エッチングすることが好ましい。
【００５９】
次いで、この第２のシリコン基板２６の他方の主面をエッチングして、図７（ｂ）に示すように、揺動部材２６ａの厚さ間隔を制御する凹部２６ｆを形成する。さらに、この第２のシリコン基板２６の他方の主面をエッチングして、図７（ｃ）に示すように、凹部２６ｆにおいて、カンチレバー２６ｂを形成するための凹部２６ｇを形成する。この凹部２６ｆ，２６ｇは、凹部２６ｅを形成する方法と同様の方法で形成する。
【００６０】
次いで、島状体２２を埋め込んだ第１のガラス基板２１を作製する。この第１のガラス基板２１に島状体２２を埋め込む方法は、実施の形態１における図４に示す工程と同様である。次いで、第１のガラス基板２１の主面２１ａ上に島状体２２と電気的に接続するように固定電極２３を形成する。この場合、まず、第１のガラス基板２１の主面２１ａ上に電極材料を被着し、その上にレジスト膜を形成し、固定電極形成領域にレジスト膜が残るように、そのレジスト膜をパターニング（フォトリソグラフィー）し、そのレジスト膜をマスクとして電極材料をエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。
【００６１】
次いで、図８（ｂ）に示すように、第１のガラス基板２１の主面２１ｂ上に、島状体２と電気的に接続するように固定電極２４を形成する。この場合、まず、第１のガラス基板２１の主面２１ｂ上に電極材料を被着し、その上にレジスト膜を形成し、固定電極形成領域にレジスト膜が残るように、そのレジスト膜をパターニング（フォトリソグラフィー）し、そのレジスト膜をマスクとして電極材料をエッチングし、その後残存したレジスト膜を除去する。
【００６２】
次いで、被測定圧力により変位する感圧ダイヤフラム２５ａを有する第１のシリコン基板２５を感圧ダイヤフラム２５ａが固定電極２３と所定の間隔をおいて位置するように第１のガラス基板２１の主面２１ａ上に接合する。また、被測定加速度により揺動する揺動部材２６ａが固定電極２４と所定の間隔をおいて位置するように第１のガラス基板２１の主面２１ｂ上に接合する。すなわち、第１のガラス基板２１の主面２１ａと第１のシリコン基板２５の第１接合部２５ｂとが接合され、第１のガラス基板２１の主面２１ｂと第２のシリコン基板２６の第２接合部２６ｃとが接合される。このとき、第１及び第２シリコン基板２５，２６及び第１のガラス基板２１に対して、約４００℃以下の加熱下で約５００Ｖ程度の電圧を印加することにより陽極接合処理を行う。これにより第１及び第２のシリコン基板２５，２６と第１のガラス基板２１との間の界面での密着性がより高くなり、キャビティ２７ａ，２７ｂの気密性を向上させることができる。
【００６３】
さらに、第１のシリコン基板２５の側面に電極２８ａを形成し、第１のガラス基板２１の側面に電極２４ａを形成し、第２のシリコン基板２６の側面に電極２８ｂを形成する。この場合、これらの電極２４ａ，２８ｂは、ステンシルマスクなどを用いて、電極材料を被着することにより形成する。
【００６４】
このようにして得られた静電容量型力学量センサは、圧力センサ側において、固定電極２３が島状体２２を介して電極２４ａと電気的に接続されている。したがって、感圧ダイヤフラム２５ａと固定電極２３との間で検知された静電容量の変化の信号は、島状体２２を介して電極２４ａ，２８ａから取得することができる。この信号に基づいて測定圧力を算出することができる。また、加速度センサ側においては、固定電極２４が延在して電極２４ａとなっている。したがって、揺動部材２６ａと固定電極２４との間で検知された静電容量の変化の信号は、電極２４ａ，２８ｂから取得することができる。この信号に基づいて測定加速度を算出することができる。
【００６５】
本実施の形態に係る静電容量型力学量センサによれば、圧力センサ側の固定電極２３と加速度センサ側の固定電極２４とが島状体２２を介して電気的に接続されているので、電極数を少なくすることができ、これにより配線部を簡略化することができる。また、圧力センサ側の第１のシリコン基板２５と第１のガラス基板２１との間の接合面に電極などが存在しない（可動電極用の電極２８ａが第１のシリコン基板２５の側面に形成されている）ので、圧力センサのキャビティ２７ａの密閉度を高く保つことができる。
【００６６】
本発明は上記実施の形態１，２に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態１，２で説明した数値や材質については特に制限はない。また、上記実施の形態１，２で説明したプロセスについてはこれに限定されず、工程間の順序を適宜変えて実施しても良い。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、例えばバッテリー付のＴＰＭＳ（Tire  Pressure  Monitoring  System）において、タイヤ回転時のみ圧力をモニタリングする静電容量型力学量センサに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る静電容量型力学量センサの概略構成を示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態１に係る静電容量型力学量センサの製造方法を説明するための断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態１に係る静電容量型力学量センサの製造方法を説明するための断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施の形態１に係る静電容量型力学量センサの製造方法を説明するための断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る静電容量型力学量センサの概略構成を示す断面図である。
【図６】（ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態２に係る静電容量型力学量センサの製造方法を説明するための断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態２に係る静電容量型力学量センサの製造方法を説明するための断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態２に係る静電容量型力学量センサの製造方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００６９】
Ａ  圧力センサ領域
Ｂ  加速度センサ領域
１１，１８，２１  ガラス基板
１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂ  主面
１２，１６，２５，２６  シリコン基板
１２ａ〜１２ｃ，２２  島状体
１３，１５ａ〜１５ｃ  電極
１４ａ，１４ｂ，２３，２４  固定電極
１６ａ，２５ａ  感圧ダイヤフラム
１６ｂ，２６ａ  揺動部材
１６ｃ，２６ｂ  カンチレバー
１６ｄ，１６ｅ，２５ｂ，２６ｃ，２６ｄ  接合部
【図１】
2007064920.tif 000003
【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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