(57)【要約】【課題】各基板に形成された構造物を容易に保護できる積層デバイスを実現する。【解決手段】本発明の物理量検知装置１は、センサコントロール部４０およびＲＦ部２０の形成面が、ＭＥＭＳ層３と接する側となるようにセンサコントロール部４０を備えるセンサコントロール層４およびＲＦ部２０を備えるＲＦ層２がそれぞれ配置され、マイクロマシン部３０が形成されたＭＥＭＳ層３が、センサコントロール層４とＲＦ層２とによって挟み込まれる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理量を検出または制御する３次元構造物が形成された第１の基板と、該３次元構造物により検出または制御する物理量を、情報として活用できる形式に処理するための第１の処理回路が形成された第２の基板と、該第１の処理回路によって出力された情報に対する処理を行うための第２の処理回路が形成された第３の基板とを積層して構成する積層デバイスであって、
上記第１の処理回路および第２の処理回路の形成面が、上記第１の基板と接する側となるように上記第２の基板および第３の基板が配置されるとともに、上記３次元構造物が形成された第１の基板が、この第２の基板と第３の基板とによって挟み込まれるように配置されていることを特徴とする積層デバイス。
【請求項２】
上記第２の基板に形成された第１の処理回路は、上記３次元構造物から得られた物理量をアナログ信号として扱うアナログ回路を有するとともに、上記第３の基板に形成された第２の処理回路は、上記第１の処理回路によって処理された情報をデジタル信号として扱うデジタル回路を有しており、
上記アナログ回路と上記デジタル回路とが上記第１の基板によってそれぞれ隔離されていることを特徴とする請求項１に記載の積層デバイス。
【請求項３】
上記第２の処理回路は、上記第１の処理回路から受け付けた情報を外部に備えられた他装置に出力するとともに、該他装置から入力された情報を受け付けており、
上記第１の基板が、上記第２の処理回路による、上記他装置に対する情報の入出力を行うための端子である入出力端子を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の積層デバイス。
【請求項４】
上記第１の基板は、上記第１の処理回路と上記第２の処理回路との間で情報の伝送を行うための伝送路を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の積層デバイス。
【請求項５】
上記第１の処理回路および上記出力回路それぞれは、情報を無線により送受信するための通信部を備えており、
上記伝送路が、無線により情報を伝送させるための貫通孔であることを特徴とする請求項４に記載の積層デバイス。
【請求項６】
上記伝送路は、情報を、第２の基板における第１の処理回路から第１の基板を通過して第３の基板における第２の処理回路に、あるいは第３の基板における第２の処理回路から第１の基板を通過して第２の基板における第１の処理回路に伝送する経路を有することを特徴とする請求項４または５に記載の積層デバイス。
【請求項７】
上記伝送路は、情報を、上記第３の基板における第２の処理回路から第１の基板を通過して第２の基板における第１の処理回路に送信し、該第１の処理回路にて受信した情報を第１の基板における３次元構造物に伝送する経路を有することを特徴とする請求項４または５に記載の積層デバイス。
【請求項８】
上記伝送路は、情報を、上記第１の基板における３次元構造物から第２の基板における第１の処理回路に送信し、該第１の処理回路にて受信した情報を第１の基板を通過して第３の基板における第２の処理回路に伝送する経路を有することを特徴とする請求項４または５に記載の積層デバイス。
【請求項９】
上記第３の基板は、上記３次元構造物を起動させるための電力を供給する電力供給部を備え、
上記電力供給部は、外部から受信した電波に応じて電力を発生させることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の積層デバイス。
【請求項１０】
物理量を検出または制御する３次元構造物が形成された第１の基板と、該３次元構造物により検出または制御する物理量を情報として活用できる形式に処理するための第１の処理回路が形成された第２の基板とを積層して構成する積層デバイスであって、
上記第１の処理回路の形成面が、上記第１の基板と接する側となるように上記第２の基板が配置されるとともに、上記第２の基板と接する側に上記３次元構造物が形成されるように上記第１の基板が配置されていることを特徴とする積層デバイス。
【請求項１１】
上記３次元構造物は、上記物理量を検知するためのセンサであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の積層デバイス。
【請求項１２】
上記３次元構造物は、上記物理量を制御するためのアクチュエータであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の積層デバイス。
【請求項１３】
上記第１の基板は、複数の、３次元構造物を有する基板を組み合わせて構成されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の積層デバイス。
【請求項１４】
請求項１に記載の積層デバイスを製造する製造方法であって、
同一の上記３次元構造物を複数形成した第１の母基板と、同一の上記第１の処理回路を複数形成した第２の母基板と、同一の上記第２の処理回路を複数形成した第３の母基板とを積層し積層構造体を形成する積層構造体形成工程と、
上記第１の処理回路、上記３次元構造物、および上記第２の処理回路それぞれを備えた積層デバイスを複数形成するように、上記積層構造体形成工程において形成した積層構造体を切断する積層デバイス形成工程と、を含み、
上記積層構造体形成工程において、上記第２の母基板に形成した第１の処理回路の形成面および第３の母基板に形成した第２の処理回路の形成面が、上記第１の母基板と接する側となるとともに、上記第２の母基板と上記第３の母基板とによって上記第１の母基板を挟み込むように積層することを特徴とする製造方法。
【請求項１５】
上記第１の処理回路が形成された第２の基板および上記第２の処理回路が形成された第３の基板のうち少なくとも一方の基板において、第１の処理回路または第２の処理回路の形成面以外を削除する削除工程をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の製造方法。
【請求項１６】
上記削除工程は、上記積層構造体形成工程の後でかつ、積層デバイス形成工程の前に行われることを特徴とする請求項１５に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子回路が平面に形成された第１の基板と、３次元構造物が形成された第２の基板とを積層して構成する積層デバイスおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロマシン（ＭＥＭＳ：Micro Electro Mechanical System）技術を利用した検知装置又は通信用デバイスが開発されている。このような検知装置または通信用デバイスでは、スイッチ、インダクタ、または可変キャパシタ等の機械的な可動部分をＭＥＭＳ技術によって形成し、その他の部分を半導体回路で形成する。
【０００３】
ところで、ＭＥＭＳ技術によって形成した部分は機械的な可動部分があるため半導体回路を形成する部分よりも比較的大きな面積が要求される。このため、ＭＥＭＳ技術によって形成した部分と半導体回路部分とを並べて配置し、検知装置または通信用デバイス等のデバイスを構築した場合、このデバイスが必要とする面積は比較的大きなものとなってしまうという問題がある。
【０００４】
また、ＭＥＭＳ技術により形成した部分と半導体回路部分とでは、要求される寸法精度が異なるため必要となる製造設備およびクリーン度が異なることとなる。このため、ＭＥＭＳ技術によって形成した部分と半導体回路部分とを、同じ製造ライン上で同一基板上に形成することは困難となるという問題もある。
【０００５】
これらの問題に対処するために、例えば、特許文献１では、図１３に示すように、ＭＥＭＳ技術によって形成する部分（マイクロマシン１０１および基板１０２）と半導体回路部分（半導体層１０４）とを別々に製造し、それぞれを接着層１０３により結合して形成したデバイス２００が開示されている。この特許文献１に示すデバイス２００では、ＭＥＭＳ技術により形成した部分と半導体回路部分とを積層させているため、これらの部分を同一基板上に形成した場合よりも要求される面積を小さくすることができる。また、ＭＥＭＳ技術により形成した部分と半導体回路部分とをそれぞれ別基板で製造することができるため、デバイス２００の製造プロセスが複雑とならず製造を容易とすることができる。
【特許文献１】特開２００４−２２１２８５号公報（２００４年８月５日公開）
【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、上記従来の構成では、ＭＥＭＳ技術によって形成した構造物を容易に保護することができないといった問題がある。
【０００７】
具体的には、特許文献１に示すデバイスでは、図１３に示すように最上層の基板の上面にＭＥＭＳ技術によって３次元構造物が形成されているため、外圧等からこの構造物が保護されないこととなる。このため、特許文献１に示すデバイスの実装時には、この構造物を保護するための機構が別途要求され、パッケージング等のさらなる製造工程を追加する必要がある。
【０００８】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、各基板に形成された構造物を容易に保護できる積層デバイスおよびその製造方法を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る積層デバイスは、上記した課題を解決するために、物理量を検出または制御する３次元構造物が形成された第１の基板と、該３次元構造物により検出または制御する物理量を、情報として活用できる形式に処理するための第１の処理回路が形成された第２の基板と、該第１の処理回路によって出力された情報に対する処理を行うための第２の処理回路が形成された第３の基板とを積層して構成する積層デバイスであって、上記第１の処理回路および第２の処理回路の形成面が、上記第１の基板と接する側となるように上記第２の基板および第３の基板が配置されるとともに、上記３次元構造物が形成された第１基板が、この第２の基板と第３の基板とによって挟み込まれるように配置されていることを特徴とする。
【００１０】
上記構成によると、３次元構造物によって検出または制御する物理量を、第１の処理回路が情報として扱い処理したり、第２の処理回路によって、この第１の処理回路により処理された情報を受付け処理したりすることができる。なお、上記物理量とは、例えば、光、圧力、加速度、振動、傾き、温度、湿度、位置、距離、流量、ガス種、ガス量、磁気、または匂いなどが挙げられる。
【００１１】
また、上記３次元構造物とは、例えば、温度センサ、圧力センサ、加速度センサ、ガスセンサ、または薄膜ヒータ等が挙げられる。なお、上記第２の基板が例えばシリコン等などの半導体基板である場合、上記３次元構造物を、ＭＥＭＳ（マイクロマシン）技術を利用して容易に形成することができるため特に有利となる。
【００１２】
ここで、上記第２の基板における第１の処理回路および第３の基板における第２の処理回路の形成面それぞれが上記第１の基板と接する側となるように配置されるため、該第１の処理回路および第２の処理回路は、上記第１の基板によって外圧等から保護することができる。
【００１３】
また、第１の基板は、第２の基板と第３の基板とによって挟みこまれるように配置しているため、第１の基板に形成した３次元構造物を、これら第２の基板および第３の基板によって外圧等から保護することができる。
【００１４】
よって、本発明に係る積層デバイスは、各基板に形成された構造物を容易に保護できるという効果を奏する。
【００１５】
また、本発明に係る積層デバイスは、上記した構成において、上記第２の基板に形成された第１の処理回路は、上記３次元構造物から得られた物理量をアナログ信号として扱うアナログ回路を有するとともに、上記第３の基板に形成された第２の処理回路は、上記第１の処理回路によって処理された情報をデジタル信号として扱うデジタル回路を有しており、上記アナログ回路と上記デジタル回路とが上記第１の基板によってそれぞれ隔離されている構成であることが好ましい。
【００１６】
上記構成によると、アナログ回路とデジタル回路とが第１の基板により隔離されているため、デジタル回路からアナログ回路へのノイズの影響を低減させることができる。またさらには、アナログ信号を増幅した場合であっても、高いＳ／Ｎ比を確保することができる。
【００１７】
よって、本発明に係る積層デバイスは、第１の処理回路および第２の処理回路を精度よく機能させることができる。
【００１８】
また、本発明に係る積層デバイスは、上記した構成において、上記第２の処理回路は、上記第１の処理回路から受け付けた情報を外部に備えられた他装置に出力するとともに、該他装置から入力された情報を受け付けており、上記第１の基板が、上記第２の処理回路による、上記他装置に対する情報の入出力を行うための端子である入出力端子を備える構成であることが好ましい。
【００１９】
上記構成によると、第１の基板が、上記入出力端子を備えているため、該入出力端子を介して第２の処理回路は上記他の装置と情報の送受信を行うことができる。
【００２０】
また、上記第１の基板は、３次元構造物が形成される基板であり、この３次元構造物を第２の基板において形成する際に、上記入出力端子もあわせて形成することができ、入出力端子の形成を容易とする。
【００２１】
よって、本発明に係る積層デバイスでは、他の装置と情報の送受信を行うための入出力端子を容易に形成することができる。
【００２２】
また、本発明に係る積層デバイスは、上記した構成において、上記第１の基板は、上記第１の処理回路と上記第２の処理回路との間で情報の伝送を行うための伝送路を備えるように構成することが好ましい。
【００２３】
ここで、上記積層デバイスは、第１の処理回路および第２の処理回路が上記第１の基板に接する側において形成されている。このため、本発明に係る積層デバイスでは、第１の基板に上記伝送路を形成するだけで第１の処理回路と第２の処理回路との間の情報の伝送を実現できるため、情報の伝送に係る機構を容易に構築することができる。
【００２４】
また、上記伝送路は、第１の処理回路と第２の処理回路とを最短距離で結ぶことができるため、送信する信号等の減衰を低減させることもできる。
【００２５】
また、本発明に係る積層デバイスは、上記した構成において、上記第１の処理回路および上記出力回路それぞれは、情報を無線により送受信するための通信部を備えており、上記伝送路が、無線により情報を伝送させるための貫通孔であってもよい。
【００２６】
また、本発明に係る積層デバイスは、上記した構成において、上記伝送路は、情報を、第２の基板における第１の処理回路から第１の基板を通過して第３の基板における第２の処理回路に、あるいは第３の基板における第２の処理回路から第１の基板を通過して第２の基板における第１の処理回路に伝送する経路を有することが好ましい。
【００２７】
また、本発明に係る積層デバイスは、上記した構成において、上記伝送路は、情報を、上記第３の基板における第２の処理回路から第１の基板を通過して第２の基板における第１の処理回路に送信し、該第１の処理回路にて受信した情報を第１の基板における３次元構造物に伝送する経路を有することが好ましい。
【００２８】
また、本発明に係る積層デバイスは、上記した構成において、上記伝送路は、情報を、上記第１の基板における３次元構造物から第２の基板における第１の処理回路に送信し、該第１の処理回路にて受信した情報を第１の基板を通過して第３の基板における第２の処理回路に伝送する経路を有することが好ましい。
【００２９】
本発明に係る積層デバイスは、上記した構成において、上記第３の基板は、上記３次元構造物を起動させるための電力を供給する電力供給部を備え、上記電力供給部は、外部から受信した電波に応じて電力を発生させるように構成されていることが好ましい。
【００３０】
上記した構成によると、電力供給部が外部から受信した電波に応じて電力を発生させることができるため、上記積層デバイスは、上記３次元構造物を起動させるために特にバッテリ等を備える必要がなく小型化を図ることができる。
【００３１】
本発明に係る積層デバイスは、上記した課題を解決するために、物理量を検出または制御する３次元構造物が形成された第１の基板と、該３次元構造物により検出または制御する物理量を情報として活用できる形式に処理するための第１の処理回路が形成された第２の基板とを積層して構成する積層デバイスであって、上記第１の処理回路の形成面が、上記第１の基板と接する側となるように上記第２の基板が配置されるとともに、上記第２の基板と接する側に上記３次元構造物が形成されるように上記第１の基板が配置されていることを特徴とする。
【００３２】
上記構成によると、３次元構造物によって検出または制御する物理量を、第１の処理回路が情報として扱い処理することができる。
【００３３】
ここで、上記第２の基板における第１の処理回路の形成面が上記第１の基板と接する側となるように配置されるため、該第１の処理回路は、上記第１の基板によって外圧等から保護することができる。また、第２の基板と接する側に第１の基板に形成した３次元構造物が配置されるため、該３次元構造物を第２の基板によって外圧等から保護することができる。
【００３４】
よって、本発明に係る積層デバイスは、各基板に形成された構造物を容易に保護できるという効果を奏する。
【００３５】
また、本発明に係る積層デバイスは、上記した構成において、上記３次元構造物は、上記物理量を検知するためのセンサであってもよい。
【００３６】
また、本発明に係る積層デバイスは、上記した構成において、上記３次元構造物は、上記物理量を制御するためのアクチュエータであってもよい。
【００３７】
また、本発明に係る積層デバイスは、上記した構成において、上記第１の基板は、複数の、３次元構造物を有する基板を組み合わせて構成されてもよい。
【００３８】
上記構成によると、複数の、３次元構造物を有する基板を組み合わせて構成されているため、例えば、異なる種類の３次元構造物を有する基板を組み合わせた場合、本発明に係る積層デバイスを多様な機能を有するデバイスとすることができる。
【００３９】
なお、上記３次元構造物を有する基板は、一方が他方の上層となるように積層されて組み合わせてもよいし、同一平面状に並列して配置するように組み合わせてもよい。
【００４０】
また、本発明に係る製造方法は、上記した課題を解決するために、物理量を検出または制御する３次元構造物が形成された第１の基板と、該３次元構造物により検出または制御する物理量を情報として活用できる形式に処理するための第１の処理回路が形成された第２の基板と、該第１の処理回路によって処理された結果を受付け処理する第２の処理回路が形成された第３の基板とを積層して構成する積層デバイスであって、上記第１の処理回路および第２の処理回路の形成面が、上記第１の基板と接する側となるように上記第２の基板および第３の基板が配置されるとともに、上記３次元構造物が形成された第１基板が、この第２の基板と第３の基板とによって挟み込まれるように配置されている積層デバイスを製造する製造方法であって、同一の上記３次元構造物を複数形成した第１の母基板と、同一の上記第１の処理回路を複数形成した第２の母基板と、同一の上記第２の処理回路を複数形成した第３の母基板とを積層し積層構造体を形成する積層構造体形成工程と、上記第１の処理回路、上記３次元構造物、および上記第２の処理回路それぞれを備えた積層デバイスを複数形成するように、上記積層構造体形成工程において形成した積層構造体を切断する積層デバイス形成工程と、を含み、上記積層構造体形成工程において、上記第２の母基板に形成した第１の処理回路の形成面および第３の母基板に形成した第２の処理回路の形成面が、上記第１の母基板と接する側となるとともに、上記第２の母基板と上記第３の母基板とによって上記第１の母基板を挟み込むように積層することを特徴とする。
【００４１】
上記した方法では、複数の３次元構造物を形成した第１の母基板と、複数の第１の処理回路を形成した第２の母基板と、複数の第２の処理回路を形成した第３の母基板とを積層した上で、各積層デバイスを形成するように切断する。
【００４２】
このため、本発明に係る製造方法は、各基板に形成された構造物を容易に保護できる積層デバイスを効率的に製造することができるという効果を奏する。
【００４３】
また、本発明に係る製造方法は、上記した方法において、上記第１の処理回路が形成された第２の基板および上記第２の処理回路が形成された第３の基板のうち少なくとも一方の基板において、第１の処理回路または第２の処理回路の形成面以外を削除する削除工程をさらに含んでもよい。
【００４４】
上記方法では、上記削除工程を含むため、上記第２の基板および第３の基板のうち少なくとも一方の基板において、第１の処理回路または第２の処理回路の形成面以外を削除することができる。このため、第２の基板および第３の基板のうち少なくとも一方を薄型化（小型化）することができる。
【００４５】
よって本発明に係る製造方法は、積層デバイスの薄型化（小型化）を図りつつ製造することができる。
【００４６】
また、本発明に係る製造方法は、上記した方法において、上記削除工程は、上記積層構造体形成工程の後でかつ、積層デバイス形成工程の前に行われることが好ましい。
【００４７】
上記方法では、上記第１、第２、および第３の母基板から形成された積層構造体に対して削除工程を行うことができるため、結果的に複数の積層デバイスに対して一度に上記削除工程を実行することとなる。
【００４８】
よって、本実施の形態に係る製造方法は、効率よく積層デバイスの削除工程を実行することができるとともに、該削除工程により該積層デバイスの小型化を図ることができる。
【発明の効果】
【００４９】
本発明に係る積層デバイスは、以上のように、物理量を検出または制御する３次元構造物が形成された第１の基板と、該３次元構造物により検出または制御する物理量を、情報として活用できる形式に処理するための第１の処理回路が形成された第２の基板と、該第１の処理回路によって処理され得られた情報を受付け処理する第２の処理回路が形成された第３の基板とを積層して構成する積層デバイスであって、上記第１の処理回路および第２の処理回路の形成面が、上記第１の基板と接する側となるように上記第２の基板および第３の基板が配置されるとともに、上記３次元構造物が形成された第１基板が、この第２の基板と第３の基板とによって挟み込まれるように配置されていることを特徴とする。
【００５０】
よって、本発明に係る積層デバイスは、各基板に形成された構造物を容易に保護できるという効果を奏する。
【００５１】
本発明に係る積層デバイスは、以上のように、物理量を検出または制御する３次元構造物が形成された第１の基板と、該３次元構造物により検出または制御する物理量を情報として活用できる形式に処理するための第１の処理回路が形成された第２の基板とを積層して構成する積層デバイスであって、上記第１の処理回路の形成面が、上記第１の基板と接する側となるように上記第２の基板が配置されるとともに、上記第２の基板と接する側に上記３次元構造物が形成されるように上記第１の基板が配置されていることを特徴とする。
【００５２】
よって、本発明に係る積層デバイスは、各基板に形成された構造物を容易に保護できるという効果を奏する。
【００５３】
また、本発明に係る製造方法は、以上のように、物理量を検出または制御する３次元構造物が形成された第１の基板と、該３次元構造物により検出または制御する物理量を情報として活用できる形式に処理するための第１の処理回路が形成された第２の基板と、該第１の処理回路によって処理された結果を受付け処理する第２の処理回路が形成された第３の基板とを積層して構成する積層デバイスであって、上記第１の処理回路および第２の処理回路の形成面が、上記第１の基板と接する側となるように上記第２の基板および第３の基板が配置されるとともに、上記３次元構造物が形成された第１基板が、この第２の基板と第３の基板とによって挟み込まれるように配置されている積層デバイスを製造する製造方法であって、同一の上記３次元構造物を複数形成した第１の母基板と、同一の上記第１の処理回路を複数形成した第２の母基板と、同一の上記第２の処理回路を複数形成した第３の母基板とを積層し積層構造体を形成する積層構造体形成工程と、上記第１の処理回路、上記３次元構造物、および上記第２の処理回路それぞれを備えた積層デバイスを複数形成するように、上記積層構造体形成工程において形成した積層構造体を切断する積層デバイス形成工程と、を含み、上記積層構造体形成工程において、上記第２の母基板に形成した第１の処理回路の形成面および第３の母基板に形成した第２の処理回路の形成面が、上記第１の母基板と接する側となるとともに、上記第２の母基板と上記第３の母基板とによって上記第１の母基板を挟み込むように積層することを特徴とする。
【００５４】
このため、本発明に係る製造方法は、各基板に形成された構造物を容易に保護できる積層デバイスを効率的に製造することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５５】
本発明の一実施形態について図１ないし図１２に基づいて説明すると以下の通りである。すなわち、本実施の形態に係る物理量検知装置１は、物理量を検知し、この検知結果を示す情報を、無線通信により不図示の外部機器に送信する装置である。なお、上記物理量としては、例えば、光、圧力、加速度、振動、傾き、温度、湿度、位置、距離、流量、ガス種、ガス量、磁気、または匂いなどが挙げられる。
【００５６】
この物理量検知装置１は、図２および図３に示すように、電子回路が平面に形成された半導体回路部を有するセンサコントロール層４およびＲＦ層２が、機械的な３次元構造物が形成されたＭＥＭＳ層３を挟みこむように積層して形成されている。このセンサコントロール層４とＭＥＭＳ層３との接合、およびＲＦ層２とＭＥＭＳ層３との接合は、例えば、図２に示すシール部において、金などの金属を熱圧着することにより実現できる。なお、上記シール部は、導電体部分と接するように配されてもよいし、導電体部分が形成されていない部分に配されてもよく、ＭＥＭＳ層３に形成するマイクロマシン部３０の種類に応じて配置位置は適宜決定される。
【００５７】
上記ＭＥＭＳ層３は、ＭＥＭＳ技術によって、センサまたはアクチュエータなどの機械的な３次元構造物が形成された層である。このＭＥＭＳ層３では、３次元構造物によって、計測対象の物理量を電気的物理量に変換することができる。上記３次元構造物としては、例えば温度センサ、圧力センサ、加速度センサ、ガスセンサ、あるいは薄膜ヒータ等が挙げられる。なお、これ以降では、ＭＥＭＳ層３において形成された３次元構造物部分をマイクロマシン部３０と称する。
【００５８】
上記センサコントロール層４は、アナログ回路として形成されるセンサコントロール部４０を有する層である。このセンサコントロール部４０は、マイクロマシン部３０に物理量の検知を指示したり、マイクロマシン部３０によって検知された物理量を示す電気信号を、デジタル信号に変換してＲＦ層２に出力したりするものである。より具体的には、センサコントロール部４０は、マイクロマシン部３０に対して制御信号を出力したり、ＲＦ部２０に対して検知した物理量を示すデジタル信号を出力したりするように制御するセンサコントロール制御部４１、およびメモリ４２を備える。
【００５９】
上記センサコントロール制御部４１は、マイクロマシン部３０から入力された電気信号を増幅させるための増幅回路、および増幅回路によって増幅した電気信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータを備えてなる構成である。また、上記センサコントロール制御部４１は、必要に応じて、発振回路、電圧増幅回路、または差分回路等を有していてもよい。
【００６０】
上記ＲＦ層２は、デジタル回路として形成されるＲＦ部２０を有する層である。このＲＦ部２０は、センサコントロール部４０から出力された、マイクロマシン部３０による検知結果を示すデジタル信号を、外部機器に無線により送信するものである。より具体的には、このＲＦ部２０は、電源の供給に応じてセンサコントロール部４０に対して入力信号を送信したり、センサコントロール部４０から受信したデジタル信号を外部機器に送信するように制御したりするＲＦ制御部２１、不図示のアンテナを介して外部機器に対して情報を無線により出力するためのＲＦインターフェース（ＲＦＩＦ）部２２、およびメモリ２３を備える。
【００６１】
上記ＲＦ制御部２１は、電源の供給をうける電源回路、センサコントロール部４０から出力されたデジタル信号を受信する受信回路、受信したデジタル信号を無線により送信できる形式に変調する変調回路、および変調したデジタル信号を無線によって外部機器に送信するように制御する送信制御回路を備えてなる構成である。
【００６２】
また、本実施の形態に係る物理量検知装置１では、図１に示すように、センサコントロール層４およびＲＦ層２それぞれは、センサコントロール部４０およびＲＦ部２０が形成されている面で、ＭＥＭＳ層３と接するように積層されている。そして、物理量検知装置１では、センサコントロール部４０およびＲＦ部２０における各配線の端部にメタルなどで形成される電極パッド５ａ…および電極パッド５ｂ…が形成され、電極パッド５ａ…および電極パッド５ｂ…がＭＥＭＳ層３に形成された貫通配線３１とそれぞれ接続されている。なお、本実施形態では、ＲＦ部２０に形成される電極パッドを電極パッド５ａ…、センサコントロール部４０に形成される電極パッドを電極パッド５ｂ…とするが、特に両者を区別する必要がない場合は単に電極パッド５として示す。
【００６３】
また、上記図１は、本発明の実施形態を示すものであり、物理量検知装置１の積層構造の一例を示す断面図である。
【００６４】
このように、電極パッド５ａ…および電極パッド５ｂ…それぞれが貫通配線３１に接続されているため、本実施の形態に係る物理量検知装置１は、この貫通配線３１を通じてセンサコントロール部４０、ＲＦ部２０、およびマイクロマシン部３０それぞれを相互に導通させることができる。
【００６５】
なお、上記貫通配線３１とは、センサコントロール部４０、ＲＦ部２０、およびマイクロマシン部３０それぞれを接続するための電線（メタル配線）であり、ＭＥＭＳ層３に形成された複数の貫通孔（貫通ビア）に形成される。すなわち、上記貫通配線３１は、ＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）などのドライプロセス、あるいはウェットプロセス等によってＭＥＭＳ層３に貫通孔を形成し、該貫通孔にメッキ工程、ＣＶＤ工程を施したり、メタル等の導電体を注入したりすることによって形成することができる。この導電体の注入は、例えば、貫通孔の一方の端部側を減圧し該導電体を吸引することで実現できる。
【００６６】
上記貫通孔は、ＭＥＭＳ層３における一方向からエッチングして形成されてもよいし、両方向から形成されてもよい。ただし、一方向からエッチングした場合、エッチング開始位置の開口面（貫通孔の断面積）よりもエッチング終了位置の開口面の方が大きくなってしまう。このため、センサコントロール部４０またはＲＦ部２０いずれかの電極パッドのサイズと一致しなくなるといった問題が生じる可能性がある。
【００６７】
そこで、ＭＥＭＳ層３において両方向からエッチングし貫通孔を形成する方が、該貫通孔の中央部付近では開口面が大きくなるが電極パッドと接する位置では該電極パッドサイズと一致した大きさとすることができるため好ましい。なお、貫通孔の開口サイズは、サブμｍから数十μｍ、特には１μｍ〜５μｍ程度であることが、製造の容易性と、パッドサイズの縮小によるデバイスサイズの小型化とを効率的に実現できる点で好ましい。
【００６８】
また、本実施の形態に係る物理量検知装置１において、貫通孔を上記したサイズとすることで、穴径に対する穴深さのアスペクト比は５０程度必要となるが、ＭＥＭＳ層３に形成するセンサの種類に応じて適切なアスペクト比が選択されることが好ましい。
【００６９】
また、貫通孔の開口面の形状は、本実施の形態では円形であるがこれに限定されるものではなく、物理量検知装置１の用途に応じて適切な形状とすることが好ましい。
【００７０】
なお、必要に応じて、ＭＥＭＳ層３とセンサコントロール層４との間、またはＭＥＭＳ層３とＲＦ層２との間では、シールあるいは真空封止されてもよい。また、上記物理量検知装置１は、図１に示すように、ＭＥＭＳ層３の上層にセンサコントロール層４が配置され、ＭＥＭＳ層３の下層にＲＦ層２が配される構成であるが、これに限定されるものではなくセンサコントロール層４とＲＦ層２とが上下逆に配されて積層される構成であってもよい。
【００７１】
（物理量の検知動作）
以下において、本実施の形態に係る物理量検知装置１の物理量の検知動作に係る詳細について図４を参照して説明する。ここでは、ＭＥＭＳ層３におけるマイクロマシン部３０として、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸における加速度を検知するセンサが備えられている場合について説明する。なお、図４は、本実施の形態に係る物理量検知装置１が有するＲＦ部２０、マイクロマシン部３０、およびセンサコントロール部４０それぞれの概略構成の一例を示す図である。
【００７２】
まず、上記物理量検知装置１は、ＭＥＭＳ層３に形成された外部入出力端子３２を通じて外部機器から電波を受信すると、ＲＦ部２０において電力を発生させ、ＲＦ制御部２１が動作する。ＲＦ制御部２１は起動すると、ＭＥＭＳ層３に形成された貫通配線３１を通じて、センサコントロール部４０のセンサコントロール制御部４１に入力信号を出力する。なお、本実施の形態に係る物理量検知装置１は、外部機器から電波の供給を受け、ＲＦ部２０における電源回路にて電力を発生する、いわゆるバッテリレスセンサである。このため、上記物理量検知装置１は、上記マイクロマシン部３０を起動させるために特にバッテリ等を備える必要がなく小型化を図ることができる。
【００７３】
センサコントロール制御部４１は、ＲＦ制御部２１から受信した入力信号に応じて、マイクロマシン部３０を動作させるための制御信号を発生させ、この制御信号をＭＥＭＳ層３のマイクロマシン部３０に送信する。ＭＥＭＳ層３では、センサコントロール制御部４１から入力された制御信号に応じて、マイクロマシン部３０が物理量の検知を行い、検知して得た物理量を示す電気的信号をセンサコントロール制御部４１に出力する。
【００７４】
なお、ここでは、マイクロマシン部３０が検知した物理量（加速度）は、静電容量として得ることができる。しかしながら、検知して得た物理量はこれに限定されるものではなく、マイクロマシン部３０として採用するセンサの種類、または検出対象となる物理量によって、電圧、電流、電力、電荷、抵抗などの値、あるいはそれらの変化量、変化率などであってもよい。
【００７５】
上記センサコントロール制御部４１は、マイクロマシン部３０から上記電気的信号が入力されると、この信号を不図示の増幅回路で増幅させ、ＡＤコンバータによりデジタル化させるとともに、このデジタル化した信号（デジタル信号）を必要に応じてメモリ４２に格納させる。
【００７６】
このようにＡＤコンバータによりデジタル信号に変換させると、センサコントロール制御部４１は、この信号を、ＭＥＭＳ層３に形成された貫通配線３１を通じてＲＦ制御部２１に出力する。
【００７７】
一方、ＲＦ制御部２１は、センサコントロール制御部４１からデジタル信号を受信すると、メモリ２３に格納されているチップ固有のＩＤを読み出す。そして、ＲＦ制御部２１は、このデジタル信号にＩＤを付して、変調回路、送信制御回路、およびＲＦＩＦ部を通じて外部入出力端子３２から外部機器に無線により送信する。
【００７８】
すなわち、本実施の形態に係る物理量検知装置１では、図４に示すようにＭＥＭＳ層３の端面にＭＥＭＳ技術により外部入出力端子３２が形成されており、この外部入出力端子３２に接続されたアンテナを通じて、無線によりマイクロマシン部３０の検知結果を示すデジタル信号を送信できるように構成されている。
【００７９】
なお、アンテナがＲＦ部２０の基板（チップ）上、もしくは基板に内蔵されている場合、この基板上もしくは内蔵されたアンテナから上記デジタル信号を外部機器に対して送信する構成であってもよい。
【００８０】
このように、物理量検知装置１における入出力信号の流れは、図５に示すようにＲＦ部２０（デジタル回路）からＭＥＭＳ層３の貫通配線３１を通じてセンサコントロール部４０（アナログ回路）に入力される。そして、この入力された信号に応じて、センサコントロール部４０からマイクロマシン部３０の動作を指示する制御信号がＭＥＭＳ層３に入力され、この制御信号に応じて検知した結果を示す信号をマイクロマシン部３０からセンサコントロール部４０に入力する。
【００８１】
センサコントロール部４０では、この検知結果を示す信号をデジタル信号に変換し、ＭＥＭＳ層３の貫通配線３１を通じてＲＦ部２０に出力し、ＲＦ部２０はこのデジタル信号を無線により外部機器に送信する。
【００８２】
一方、電力の流れは、ＲＦ部２０からＭＥＭＳ層３のマイクロマシン部３０に出力される場合、ＲＦ部２０からＭＥＭＳ層３を通過してセンサコントロール部４０に出力される場合、ＲＦ部２０からＭＥＭＳ層３を通過してセンサコントロール部４０に出力され、センサコントロール部４０からさらにマイクロマシン部３０に出力される場合等を挙げることができる。
【００８３】
上記では、マイクロマシン部３０が３軸方向の加速度を測定することができる加速度センサの場合を例に挙げ物理量検知装置１の物理量の検知動作について説明した。しかしながら、マイクロマシン部３０は上記加速度センサに限定されるものではなく、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、圧力センサであってもよい。なお、図６（ａ）は、マイクロマシン部３０として圧力センサを備えたＭＥＭＳ層３の一例を示す図であり、該ＭＥＭＳ層３を上方から見下ろした場合における平面図である。また、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示すＡ―Ａ´での、物理量検知装置１の断面図である。
【００８４】
すなわち、マイクロマシン部３０が圧力センサである場合、マイクロマシン部３０の外周部分、特には、図６（ａ）に示すように対向する辺それぞれの近傍に貫通配線３１として複数の貫通孔が形成されるとともに、略中央部に円形状の絶対圧センサ（容量式圧力センサ）が形成される。また、マイクロマシン部３０は、図６（ｂ）に示すように、可動式のダイヤフラム、該ダイヤフラムの上層に配された固定電極を備えている。この固定電極は、薄膜で形成、あるいは別基板を接合したり、ＳＯＩ（silicon on insulator）ウエハを使用したりして形成することができる。そして、ダイヤフラムと固定電極との間には、外気の圧力を測定するために通路部が形成されている。この通路部は、ＭＥＭＳ層３の少なくとも一側面に外部と通じるように開口されている。なお、図６（ｂ）に示す物理量検知装置１では、ＭＥＭＳ層３の一側面で外部に通じるように開口した通路部が設けられた構成であるが、この通路部は非常に微細である。このため、ＭＥＭＳ層３の別側面に開口した複数の通路部を形成してもよい。
【００８５】
一方、ダイヤフラムの下層、すなわちダイヤフラムとＲＦ層２との間には、絶対圧センサとして真空封止あるいはガス等が封入された領域Ｄが設けられている。
【００８６】
上記マイクロマシン部３０を以上のようにＭＥＭＳ技術によって形成することで、ＭＥＭＳ層３を圧力センサとする物理量検知装置１を実現することができる。このように、圧力センサとして機能するマイクロマシン部３０をＭＥＭＳ層３に形成した場合について説明したが、これ以外にも例えば、マイクロマシン部３０を温度センサまたはガスセンサ等他の機能を有するものとすることもできる。
【００８７】
また、図７に示すように、機能が異なるマイクロマシン部３０を有するＭＥＭＳ層３を、予め複数種類準備しておき、適切な機能を有するマイクロマシン部３０を備えたＭＥＭＳ層３に変更して、様々な用途に適用させることもできる。
【００８８】
すなわち、半導体層であるセンサコントロール層４およびＲＦ層２をそのまま共通のプラットホームとし、ＭＥＭＳ層３のみを、所望される用途に応じたマイクロマシン部３０を有するＭＥＭＳ層３に交換することで、適切な機能を有する物理量検知装置１を実現することができる。
【００８９】
また、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、センサコントロール層４およびＲＦ層２をそのまま共通のプラットホームとし、これらの層により挟まれて積層されるＭＥＭＳ層３を、例えば、異なる種類のマイクロマシン部３０を有するＭＥＭＳ層３同士を多段に組み合わせたものとして構成することもできる。このように複数種類のＭＥＭＳ層３を多段に組み合わせることにより、物理量検知装置１の多機能化も実現できる。
【００９０】
なお、図８（ａ）では、互いに異なるセンサをマイクロマシン部３０として有する、２種類のＭＥＭＳ層３がＲＦ層２とセンサコントロール層４とによって挟まれ形成された４層構造の物理量検知装置１（４層・２センサの物理量検知装置）の一例を示している。また、図８（ｂ）は、互いに異なるセンサをマイクロマシン部３０として有する、３種類のＭＥＭＳ層３がＲＦ層２とセンサコントロール層４とによって挟まれ形成された５層構造の物理量検知装置１（５層・３センサの物理量検知装置）の一例を示している。
【００９１】
ここで、ＭＥＭＳ層３同士を多段に組み合わせた物理量検知装置１として、図９を参照してより具体的に説明する。図９は、マイクロマシン部３０として、３軸方向の加速度を測定する加速度センサが形成されたＭＥＭＳ層３と、圧力を測定する圧力センサが形成されたＭＥＭＳ層３とを組み合わせて形成した物理量検知装置１の概略構成の一例を示す図である。このように、加速度センサと圧力センサとを組み合わせた物理量検知装置１は、例えば、自動車などのタイヤ空気圧およびヨーレート（蛇行）を検出する装置として機能することができる。
【００９２】
図９に示すように、この物理量検知装置１は、上層からセンサコントロール部４０を有するセンサコントロール層４、３軸加速度センサであるマイクロマシン部３０を有するＭＥＭＳ層３、圧力センサであるマイクロマシン部３０を有するＭＥＭＳ層３、ＲＦ部２０を有するＲＦ層２の順に積層され構成される。そして、これら上記２つのＭＥＭＳ層３を貫通しセンサコントロール部４０とＲＦ部２０とを接続する貫通配線３１が形成されている。
【００９３】
なお、説明の便宜上、マイクロマシン部３０として３軸加速度センサを有するＭＥＭＳ層３をＭＥＭＳ層３ａ、マイクロマシン部３０として圧力センサを有するＭＥＭＳ層３をＭＥＭＳ層３ｂと称する。また、ＭＥＭＳ層３ａに形成されたマイクロマシン部３０をマイクロマシン部３０ａ、ＭＥＭＳ層３ｂに形成されたマイクロマシン部３０をマイクロマシン部３０ｂと称す。
【００９４】
ここで、図９に示す物理量検知装置１における検知動作について説明する。まず、上記したように、外部機器から電波の供給を受けると、ＲＦ部２０において電力を発生する。このように電力を発生すると、ＲＦ制御部２１は、ＭＥＭＳ層３ａ・３ｂそれぞれに形成された貫通配線３１を通じて、センサコントロール部４０のセンサコントロール制御部４１に入力信号が送信する。
【００９５】
ＲＦ制御部２１から受信した入力信号に応じて、センサコントロール制御部４１は、マイクロマシン部３０ａおよびマイクロマシン部３０ｂそれぞれに、起動を指示する制御信号をパラレルに送信する。
【００９６】
ＭＥＭＳ層３ａ・３ｂでは、センサコントロール制御部４１から入力された制御信号に応じて、マイクロマシン部３０ａ・３０ｂそれぞれが物理量の検知を行い、検知して得た物理量を示す電気信号をセンサコントロール制御部４１にそれぞれ出力する。
【００９７】
上記センサコントロール制御部４１は、マイクロマシン部３０ａ・３０ｂから上記電気信号がそれぞれ入力されると、これらの信号を不図示の増幅回路で増幅させ、ＡＤコンバータによりデジタル化させるとともに、このデジタル信号を必要に応じてメモリ４２にそれぞれ格納させる。
【００９８】
このようにＡＤコンバータにより、各アナログ信号をデジタル信号にそれぞれ変換させると、センサコントロール制御部４１は、これらの信号を、ＭＥＭＳ層３ａ・３ｂそれぞれに形成された貫通配線３１を通じてＲＦ制御部２１に出力する。
【００９９】
一方、ＲＦ制御部２１は、センサコントロール制御部４１から各デジタル信号を受信すると、メモリ２３に格納されているチップ固有のＩＤを読み出す。そして、ＲＦ制御部２１は、このデジタル信号にＩＤを付して、変調回路、送信制御回路、およびＲＦＩＦ部を通じて外部入出力端子３２から外部機器に無線により送信する。
【０１００】
なお、上記では異なる種類の検知結果をパラレルに得て、外部機器に送信する構成であった。しかしながら、検知した物理量の送信の手順はこれに限定されるものではない。例えば、センサコントロール制御部４１にスイッチ機能を設け、マイクロマシン部３０ａによって検知した検知結果と、マイクロマシン部３０ｂによって検知した検知結果とをそれぞれ別のタイミングでシリアルに得る。そして、これらの結果をＲＦ部２０のメモリ２３に格納しておきまとめて外部機器に送信する構成であってもよい。
【０１０１】
より具体的には、電力が生じるとＲＦ制御部２１からセンサコントロール制御部４１に入力信号を送信する。この入力信号に応じてセンサコントロール部４０では、上記スイッチ機能によって、まず、マイクロマシン部３０ｂにのみ起動を指示する制御信号を送信する。
【０１０２】
マイクロマシン部３０ｂでは、上記制御信号に応じて、物理量を検知し電気信号に変換するとセンサコントロール制御部４１に送信する。センサコントロール制御部４１では、マイクロマシン部３０ｂから上記電気信号が入力されると、これらの信号を不図示の増幅回路で増幅させ、ＡＤコンバータによりデジタル化したデジタル信号をメモリ４２に格納させる。
【０１０３】
このように、マイクロマシン部３０ｂからの検知結果をメモリ４２に格納すると、次はスイッチ機能により、マイクロマシン部３０ａにおけるＸ軸方向の加速度測定するセンサのみ起動するように制御信号をマイクロマシン部３０ａに送信する。
【０１０４】
マイクロマシン部３０ａではこの制御信号に応じてＸ軸方向における加速度を検知し、この検知結果を示す電気的信号をセンサコントロール制御部４１に送信する。そして、センサコントロール制御部４１は、上記電気的信号を受信すると、マイクロマシン部３０ｂからの検知結果と同様にしてＸ軸方向における加速度の検知結果をメモリ４２に格納する。Ｙ軸方向およびＺ軸方向における加速度の検知結果それぞれについても同様にしてメモリ４２に格納させると、センサコントロール制御部４１は、すべての検知結果をまとめて、ＲＦ制御部２１に送信する。
【０１０５】
ＲＦ制御部２１は、センサコントロール制御部４１から受信した検知結果それぞれをまとめて受信すると、受信した検知結果をチップＩＤとともに外部機器に対して無線により送信する。
【０１０６】
あるいは、マイクロマシン部３０ａおよびマイクロマシン部３０ｂによって検知された検知結果それぞれをセンサコントロール部４０におけるメモリ４２に記憶させず、得た検知結果を順次、ＲＦ部２０に送信していく。すなわち、上記の例ではマイクロマシン部３０ｂの検知結果、マイクロマシン部３０ａのＸ軸における加速度、Ｙ軸における加速度、Ｚ軸における加速度の順番にＲＦ部２０に送信していき、該ＲＦ部２０から外部機器に対してこれらの検知結果をそれぞれ順次送信する構成であってもよい。
【０１０７】
また、上記したような異なるＭＥＭＳ層３の多層化を実現するために、本実施の形態に係る物理量検知装置１では、ＭＥＭＳ層３にできるだけ多くの貫通配線３１を形成している。すなわち、ＭＥＭＳ層３を複数組み合わせ、物理量検知装置１を構成する場合、１層のＭＥＭＳ層３から構成した場合と比較して、要求される貫通配線数が異なる場合がある。そこで、想定されるＭＥＭＳ層３の様々な組み合わせに対応可能となるように、本実施の形態に係る物理量検知装置１では貫通配線３１を余分に備えている。
【０１０８】
なお、上記物理量検知装置１では、ＭＥＭＳ層３に形成した微細な貫通孔を利用して貫通配線３１を形成しているため、該貫通配線３１の寸法を非常に小さくすることができる。このため物理量検知装置１では予め余分な貫通配線３１をＭＥＭＳ層３に容易に形成しておくことができる。
【０１０９】
以上のように、本実施の形態に係る物理量検知装置１は、ＭＥＭＳ層３に形成された３次元構造物（マイクロマシン部３０）を、センサコントロール層４とＲＦ層２とによって保護する構成である。一方、センサコントロール層４に形成された半導体回路（センサコントロール部４０）と、ＲＦ層２に形成された半導体回路(ＲＦ部２０)とを、ＭＥＭＳ層３によって保護する構成でもある。
【０１１０】
このように、センサコントロール層４によりマイクロマシン部３０を保護するとともに、ＭＥＭＳ層３によりセンサコントロール部４０およびＲＦ部２０を保護する構成であるため、本実施の形態に係る物理量検知装置１は、マイクロマシン部３０、センサコントロール部４０およびＲＦ部２０を保護するためのさらなる機構を形成する必要がない。
【０１１１】
また、ＭＥＭＳ層３に形成した３次元構造物に応じて、シールまたは真空封止が必要な場合であっても、ＭＥＭＳ層３にセンサコントロール層４を積層する工程、あるいはＲＦ層２にＭＥＭＳ層３を積層する工程においてシールまたは真空封止を行うことができるため、更なる機構および製造工程の追加は不要である。したがって、本実施の形態に係る物理量検知装置１、自装置を製造するための製造工程を容易とすることができる。
【０１１２】
また、本実施の形態に係る物理量検知装置１は、上述したようにアナログ回路であるセンサコントロール部４０を有するセンサコントロール層４と、デジタル回路であるＲＦ部２０を有するＲＦ層２とによってＭＥＭＳ層３を挟む構成である。このようにデジタル回路とアナログ回路とを２層に分け積層して形成しているため、それぞれの層において多機能な半導体回路を含ませることができるとともに、デジタル回路とアナログ回路とを１つの基板で形成する構成と比較して、要求される面積を低減させることができる。
【０１１３】
また、このようにＭＥＭＳ層３を間に挟み、アナログ回路とデジタル回路とを隔離させる構成であるため、デジタル回路からアナログ回路へのノイズの影響を低減させることができ、アナログ信号を増幅した場合であっても、高いＳ／Ｎ比を確保することができる。このため、本実施の形態に係る物理量検知装置１では、センサコントロール部４０は、高精度かつ高分解能な出力を実現することができる。
【０１１４】
また、センサコントロール層４およびＲＦ層２は、半導体回路（センサコントロール部４０およびＲＦ部２０）が形成される面にてＭＥＭＳ層３と接するようにそれぞれが積層されるようになっている。そして、ＭＥＭＳ層３に設けられた貫通配線３１を通じてマイクロマシン部３０、センサコントロール部４０、およびＲＦ部２０それぞれを互いに導通させることができる構成である。
【０１１５】
このため、各半導体回路（センサコントロール部４０およびＲＦ部２０）が形成される層（センサコントロール層４およびＲＦ層２）それぞれに、マイクロマシン部３０、センサコントロール部４０、およびＲＦ部２０それぞれを導通させるための貫通配線３１を設ける必要がない。そして、本実施の形態に係る物理量検知装置１では、ＭＥＭＳ技術を利用した製造プロセスによって形成される貫通配線３１（貫通ビア）は、ＭＥＭＳ層３にのみに形成すればよい。このため、半導体層（センサコントロール層４、ＲＦ層２）に対する製造プロセスと、ＭＥＭＳ層３に対する製造プロセスとをそれぞれの層に応じて最適なものとすることができ、各層それぞれの製造プロセスを簡略化することもできる。
【０１１６】
したがって、物理量検知装置１は、小型化によるコストダウンとともに、製造プロセスの簡略化により得られるコストダウンも実現することができる。
【０１１７】
また、ＭＥＭＳ層３に形成される貫通配線３１は、上述したように貫通孔で形成されており、センサコントロール部４０とＲＦ部２０とのパッドを最短距離で接続できる。このため、ワイヤボンディングなどの長い配線によって接続する構成と比較して信号の減衰を抑制することができる。
【０１１８】
また、ワイヤボンディングによって接続する構成の場合、接続に必要となるパッドサイズが１００μｍ程度であり、このパッドピッチの限界（１００μｍ程度以上）で半導体回路（センサコントロール部４０およびＲＦ部２０）の最小配線ルールが決定される。
【０１１９】
しかしながら、本実施の形態に係る物理量検知装置１のように、配線を貫通ビアによって形成する構成の場合、１μｍ程度の貫通ビアでパッド接続が可能となる。このため、最小配線ルールは、１μｍ程度(フォトリソグラフィのルール)とすることができる。
【０１２０】
したがって、本実施の形態に係る物理量検知装置１は、配線の接続をワイヤボンディングによって行う構成と比較して、配線ルールの縮小化およびパッドサイズの小型化を実現することができるため面積サイズの小型化が可能となる。
【０１２１】
また、本実施の形態に係る物理量検知装置１において、半導体回路（センサコントロール部４０およびＲＦ部２０）は、半導体層（センサコントロール層４、ＲＦ層２）の一面に形成されている。そして、この半導体回路が形成された面にてＭＥＭＳ層３と接するように積層され物理量検知装置１を構成している。このため、基板上の不要な領域、すなわちセンサコントロール層４およびＲＦ層２それぞれにおいてセンサコントロール部４０およびＲＦ部２０を除く領域が、図１０に示すように、物理量検知装置１の上部方向と下部方向とに形成されることとなる。
【０１２２】
このため、物理量検知装置１の製造工程において、センサコントロール層４、ＭＥＭＳ層３、およびＲＦ層２それぞれを接合した後、ＣＭＰ（Chemical mechanical polishing）等により、物理量検知装置１の上下に存在する不要領域を同一工程で、例えば図１０に示す厚さαから厚さβまで研磨し薄型化することができる。
【０１２３】
なお、この研磨は、物理量検知装置１の上方部分および下方部分に形成された不要領域それぞれに対して別々に行ってもよい。しかしながら、同時にこれら上下方向それぞれの不要領域を研磨した方が、上下方向それぞれの不要領域に対して同程度の研磨を行うことができ、研磨精度を向上させることができるとともに、不要な応力を低減させることができる点で好ましい。
【０１２４】
このように、本実施の形態に係る物理量検知装置１の製造では、半導体層（センサコントロール層４およびＲＦ層２）における不要な領域を研磨し容易に薄型化を実現できるとともに、半導体層、ＭＥＭＳ層３それぞれを積層することで、上述したように必要となる面積を低減させることができる。よって、本発明に係る物理量検知装置１の製造方法では、体積を低減させ、さまざまな設置箇所に適用可能な物理量検知装置１を形成することができる。
【０１２５】
なお、本実施の形態に係る物理量検知装置１は、上記したように、ＭＥＭＳ層３を２つの半導体層（センサコントロール層４およびＲＦ層２）によって挟みこむように積層して製造する。そこで、この物理量検知装置１を工業的に大量生産する場合は下記のようにして製造することができる。
【０１２６】
すなわち、図１１に示すように、シリコンウエハ上に多数のセンサコントロール部４０を形成した第２の母基板８と、シリコンウエハ上に多数のマイクロマシン部３０を形成した第１の母基板７と、シリコンウエハ上に多数のＲＦ部２０を形成した第３の母基板６をそれぞれ用意する。そして、第１、第２、および第３それぞれの母基板６〜８を位置合わせして、これら母基板６〜８同士をハンダ接合または表面活性化による常温接合などにより積層し、積層構造体を形成する。
【０１２７】
このように母基板の積層構造を形成すると、図１１に示す破線（ダイシングライン）に沿ってダイシングカッター等によりカットし、多数の物理量検知装置１が切り離される。なお、図１１において斜線で示した部分は、１チップの物理量検知装置１を示す。
【０１２８】
なお、各シリコンウエハ（第１〜第３の母基板）を接合する際、ＭＥＭＳ層３の貫通配線３１と半導体層（ＲＦ層２およびセンサコントロール層４）の電極パッドとをおおよその位置合わせで仮固定しておく。この状態でカットして得た個別のチップに対して温度をかけるとともに超音波をかけることで、仮固定した電極パッドと半導体層とがより一致する位置となるように移動させ接合することができる。
【０１２９】
また、第１〜第３の母基板６〜８の接合時における位置合わせ（アライメント）方法としては、第２および第３の母基板８・６における電子回路形成面、ならびに第１の母基板７にアライメントマークを形成しておく。そして、ＩＲ光により各母基板を透過させそれぞれの母基板に形成されたアライメントマーク位置を確認して位置合わせを行う。
【０１３０】
なお、位置合わせ方法は、上記した方法に限定されるものではなく、例えば、第２および第３の母基板８・６における電子回路形成面とは逆側の面にアライメントマークを形成し、直接アライメントマークを目視して接合してもよい。この接合方法では、第２および第３の母基板８・６に挟まれる第１の母基板７に形成したアライメントマーク位置を確認できるようにするため、第２または第３の母基板８・６に穴を形成しておく。そして、この穴から第１の母基板７に形成したアライメントマークを確認して位置合わせを行い接合する。
【０１３１】
また、上記第１〜第３の母基板６〜８それぞれに形成されるアライメントマークを、第２の母基板８と第１の母基板７とがそれぞれ嵌合するとともに、第１の母基板７と第３の母基板６とがそれぞれ嵌合するように凸凹形状とする。そして、各母基板６・７・８に形成されたアライメントマークをそれぞれはめ合わせることで位置合わせしてもよい。
【０１３２】
以上のように、多数の物理量検知装置１を製造した後、切り離すようにする製造方法では、センサコントロール部４０が形成された基板（センサコントロール層４）、マイクロマシン部３０が形成された基板（ＭＥＭＳ層３）、およびＲＦ部２０が形成された基板（ＲＦ層２）それぞれを同時に多数形成することができる。このため、基板の積層工程、接着工程、カッティング工程等もまとめて行うことができるため、物理量検知装置１の大量生産において必要となる工程数を大幅に減少せることができるとともに、容易に大量生産することができる。また、物理量検知装置１の多数同時生産が可能となるため、生産コストを安価にすることができる。なお、図１２に示すように、マイクロマシン部３０が圧力センサである場合、積層構造体（物理量検知装置１）のダイシング時に半導体層（例えばセンサコントロール層４）に切り込みをいれ通路部の開口部分も合わせて形成して物理量検知装置１を製造してもよい。
【０１３３】
なお、本実施の形態に係る物理量検知装置１では、１層のＭＥＭＳ層３に１種類のマイクロマシン部３０が形成される構成であったが、この構成に限定されるものではなく、１層のＭＥＭＳ層３に、圧力センサ、加速度センサ、またはガスセンサ等、複数種類のマイクロマシン部３０が形成される構成であっても良い。
【０１３４】
また、本実施の形態に係る物理量検知装置１は、上記ではＲＦ層２、センサコントロール層４、およびＭＥＭＳ層３それぞれ全て同じ大きさとして説明しているが、これら各層の大きさはそれぞれ異なってもよい。
【０１３５】
また、本実施の形態に係る物理量検知装置１では、ＲＦ部２０、センサコントロール部４０、およびマイクロマシン部３０それぞれが、貫通配線３１としてメタル配線で接続される構成であるが、上記各部の接続はこれに限定されるものではない。すなわち、上記メタルの代わりに導電性ポリマーを利用して接続してもよいし、光を介して接続する構成であってもよい。
【０１３６】
さらには、無線、あるいはＳＡＷ（Surface Acoustic Wave：表面弾性波）素子による表面弾性波によって各種情報を伝達するように、上記各部が接続されている構成であっても良い。例えば、センサコントロール部４０とＲＦ部２０とは、それぞれ情報を無線により送受信するための通信部(不図示)を備え、該通信部により各種情報の伝達を行う構成であってもよい。
【０１３７】
なお、無線あるいはＳＡＷ素子によって上記各部間における各種情報の送受信を行う構成の場合、貫通配線３１の代わりに、無線あるいは表面弾性波によって各種情報が伝送できるようにするための空間として貫通孔を設けるように構成する。このように、各種情報を伝送するための空間として貫通孔を設けることにより、該貫通孔がデータの誘導路となりアイソレーション確報が可能となる。
【０１３８】
また、本実施の形態に係る物理量検知装置１では、上記ＲＦ部２０、マイクロマシン部３０、およびセンサコントロール部４０を形成する各基板は、Ｓｉなどの半導体基板を使用する構成であったがこれに限定されるものではなく、半導体以外の基板（樹脂など）を使用する構成であってもよい。
【０１３９】
ただし、上記基板としてＳｉなどの半導体基板を使用する構成の方が、ＲＦ層２およびセンサコントロール層４における電子回路の形成、およびＭＥＭＳ層３におけるマイクロマシン部３０（ＭＥＭＳ構造体）の形成が容易となる点で有利である。
【０１４０】
また、本実施の形態に係る物理量検知装置１は、外部機器から電波の供給を受け、ＲＦ部２０における電源回路にて電力を発生する、いわゆるバッテリレスセンサであったが、電力の供給源はこれに限定されるものではない。例えば、電力の供給源としてバッテリあるいは太陽電池を内蔵し、該バッテリあるいは太陽電池から電力を供給する構成であってもよいし、太陽電池により発生した電力をチップ内に搭載した二次電池や電気二重層キャパシタに蓄電し、該蓄電した電力を利用する構成であっても良い。
【０１４１】
また、本実施の形態に係る物理量検知装置１は、上記においてＭＥＭＳ層３を、ＲＦ層
２およびセンサコントロール層４によって挟み込むように各層を積層する構造であった。しかしながらこの構造に限定されるものではなく、例えば、外部機器にマイクロマシン部３０による検知結果を出力する必要がないなど、特にＲＦ部２０を必要としない場合は、ＭＥＭＳ層３とセンサコントロール層４とによって形成されてもよい。
【０１４２】
このように２種類の層により形成される場合、本実施の形態に係る物理量検知装置１では、センサコントロール部４０の形成面が、上記ＭＥＭＳ層３と接する側となるように、センサコントロール層４が配置されるとともに、上記センサコントロール層４と接する側に上記マイクロマシン部３０が形成されるように上記ＭＥＭＳ層３が配置される。
【０１４３】
このようにＭＥＭＳ層３とセンサコントロール層４とを配置し積層することにより、センサコントロール部４０は、ＭＥＭＳ層３によって外圧等から保護される。また、センサコントロール層４と接する側にマイクロマシン部３０が配置されるため、該マイクロマシン部３０は、センサコントロール層４によって外圧等から保護される。
【０１４４】
また、本実施の形態に係る物理量検知装置１において、マイクロマシン部３０がガスセンサである場合、外部からガスを導くための導入路を形成し、該導入路をガス（気体）が流れるように該マイクロマシン部３０を構成する必要がある。このように気体の流れが所望される場合、上記導入路におけるガスの入口近傍にＭＥＭＳ技術によりマイクロポンプまたはマイクロタービン等を形成し、ガスを導入路に流入するようにすることもできる。すなわち、ＭＥＭＳ層３では所望される機能を有するマイクロマシン部３０を形成するだけではなく、形成したマイクロマシン部３０を効率的に機能させるために必要となる部材もＭＥＭＳ技術によって容易に形成することができる。
【０１４５】
また、マイクロマシン部３０としてガスセンサを形成し、上下のセンサコントロール層４およびＲＦ層２を各５０μｍ以下（たとえば２０μｍ程度）まで薄くすることによって、物理量検知装置１全体を５０〜１００μｍ程度に、非常に薄く仕上げることができる。このため、湾曲性に富んだペラペラの形状を持ったフレキシブルなデバイスとしてガスを検知する物理量検知装置１を作製できる。
【０１４６】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１４７】
本発明に係る積層デバイスは、ＭＥＭＳ技術等によって基板に形成した３次元構造物と基板に形成した電子回路とを保護するように積層して構成することができる。このため、ＭＥＭＳ技術等によって基板に形成した３次元構造物と、基板に形成した電子回路とを混載して構成する装置に幅広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１４８】
【図１】本発明の実施形態を示すものであり、物理量検知装置の断面構造の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態を示すものであり、物理量検知装置が備えるＲＦ層、ＭＥＭＳ層、およびセンサコントロール層の各層ごとに分解した一例を示す図である。
【図３】本発明の実施形態を示すものであり、物理量検知装置が備えるＲＦ層、ＭＥＭＳ層、およびセンサコントロール層の各層を組み合わせた一例を示す図である。
【図４】本実施の形態に係る物理量検知装置が有するＲＦ部、マイクロマシン部、およびセンサコントロール部それぞれの概略構成の一例を示す図である。
【図５】本実施の形態に係る物理量検知装置における情報の入出力方向の一例を示す図である。
【図６】本実施の形態に係る物理量検知装置において、マイクロマシン部を圧力センサとした場合における概略構成を示す図であり、同図（ａ）は、マイクロマシン部３０として圧力センサを備えたＭＥＭＳ層３の平面図を示し、同図（ｂ）は、同図（ａ）に示すＡ−Ａ´での物理量検知装置の断面構造の一例を示す断面図である。
【図７】本実施の形態に係る物理量検知装置において、ＭＥＭＳ層に形成するマイクロマシン部のいくつかの例を示す図である。
【図８】複数のＭＥＭＳ層を積層して、本実施の形態に係る物理量検知装置を形成した一例を示す図であり、同図（ａ）は、異なるＭＥＭＳ層を２層組み合わせた場合の一例を示し、同図（ｂ）は、異なるＭＥＭＳ層を３層組み合わせた場合の一例を示す。
【図９】異なるＭＥＭＳ層を２層組み合わせて、本実施の形態に係る物理量検知装置を構成した場合における、ＲＦ部、マイクロマシン部、およびセンサコントロール部それぞれの概略構成の一例を示す図である。
【図１０】本実施の形態に係る物理量検知装置の製造過程における断面構造の一例を示す断面図である。
【図１１】本実施の形態に係る物理量検知装置の製造方法の一例を示す図である。
【図１２】本実施の形態に係る物理量検知装置の製造方法の一例を示すものであり、ダイシングにより通路部の開口をセンサコントロール層に形成した状態を示す図である。
【図１３】従来技術を示すものであり、デバイスの断面構造を示す図である。
【符号の説明】
【０１４９】
１    物理量検知装置（積層デバイス）
２    ＲＦ層（第３の基板）
３    ＭＥＭＳ層（第１の基板）
４    センサコントロール層（第２の基板）
６    第３の母基板
７    第１の母基板
８    第２の母基板
２０  ＲＦ部（第２の処理回路）
３０  マイクロマシン部（３次元構造物）
３１  貫通配線（伝送路）
３２  外部入出力端子（入出力端子）
４０  センサコントロール部（第１の処理回路）
【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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