(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１力学量検出手段（２３，２４）を有する第１基板（２１）と、
第２力学量検出手段（３２，１３２，１３３）を有するとともに、前記第１基板（２１）に当接する第２基板（３１，１５１）とを備え、
前記第１基板（２１）に、前記第２基板（３１，１５１）が対向して当接することにより封止空間（３７）が形成され、
前記第１力学量検出手段（２３，２４）と前記第２力学量検出手段（３２，１３２，１３３）が、前記封止空間（３７）に配置され、前記第１力学量検出手段（２３，２４）と前記第２力学量検出手段（３２，１３２，１３３）とが前記封止空間（３７）内にて対向していることを特徴とする力学量センサ。
【請求項２】
前記第１力学量検出手段（２３，２４）は、可動電極（２３ａ）と該可動電極（２３ａ）に対向する固定電極（２４ａ）とを備えるとともに、該可動電極（２３ａ）と該固定電極（２４ａ）との間の静電容量の変化に基づき力学量を検出することを特徴とする請求項１に記載の力学量センサ。
【請求項３】
前記第１基板（２１）と前記第２基板（３２，１３２，１３３）とは、直接接合されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の力学量センサ。
【請求項４】
前記第１基板（２１）と前記第２基板（３２，１３２，１３３）は、それぞれシリコン基板であることを特徴とする請求項３に記載の力学量センサ。
【請求項５】
前記第２力学量検出手段は、可動電極と該可動電極に対向する固定電極を備えるとともに、該可動電極と該固定電極との間の静電容量の変化に基づき力学量を検出することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の力学量センサ。
【請求項６】
前記第２基板（３１，１５１）には、前記第１力学量検出手段（２３，２４）の入力信号または出力信号を該第２基板上に伝達する貫通電極（１１１）が設けられることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の力学量センサ。
【請求項７】
前記第２基板は、力学量検出方向に対して垂直な方向に延設されたダイヤフラム（３１）を有し、
前記第２力学量検出手段は、前記ダイヤフラム（３１）の該力学量検出方向への歪量を検出する歪量検出素子（３２）であり、
前記歪量検出素子（３２）が検出した歪量から力学量が検出されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の力学量センサ。
【請求項８】
前記第２基板は、力学量検出方向に対して垂直な方向に延設されるとともに、可動電極（２３ａ）を有するダイヤフラム（３１）を有し、
前記第２力学量検出手段は、前記可動電極（１３２）と、該可動電極（１３２）に対向する固定電極（１３３）とからなり、
前記可動電極（１３２）と前記固定電極（１３３）との間の静電容量の変化量に基づいて、前記ダイヤフラム（３１）に印加された力学量が検出されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の力学量センサ。
【請求項９】
前記封止空間は、前記第２力学量検出手段（３２，１３２，１３３）が力学量を検出する際の基準圧力室（３７）であることを特徴とする請求項１または請求項２または請求項７または請求項８に記載の力学量センサ。
【請求項１０】
前記ダイヤフラム（３１）は、圧力により変形する変形部（３１ａ）と、
前記変形部（３１ａ）を支持する枠部（３１ｂ）とからなり、
前記枠部（３１ｂ）に、前記第１力学量検出手段（２３，２４）の入力信号または出力信号を枠部上に伝達する貫通電極（１１１）が設けられることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれかに記載の力学量センサ。
【請求項１１】
前記第１基板（２１）と、前記第２基板（３１，１５１）とは、ハンダ（９１，９２）を介して固定され、
前記ハンダ（９１）は、前記第２力学量検出手段（３２，１３２，１３３）の信号を前記第１基板（２１）に設けられた配線に伝達することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載の力学量センサ。
【請求項１２】
前記第１基板（２１）は、支持層（２５）に絶縁層（２６）を積層し、さらに該絶縁層（２６）に導電層（２１）を積層した構造を有し、
前記第１力学量検出手段（２３，２４）は前記導電層（２１）に形成されるとともに、該第１力学量検出手段（２３，２４）の検出信号は、前記絶縁層（２６）と該導電層（２１）との間に挟設された下部配線（２４ｃ）を通じて、前記導電層（２１）の前記第２基板（３１，１５１）側端面に伝達されることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれかに記載の力学量センサ。
【請求項１３】
前記第１基板（２１）と、前記第２基板（３１，１５１）との間には、気密リング（９３，１０１）が挟設されることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれかに記載の力学量センサ。
【請求項１４】
前記第１基板（２１）は、第１処理回路（４０ｂ）と、該第１処理回路（４０ｂ）と前記第１力学量検出手段（２３，２４）とを電気的に接続する配線とを備えることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の力学量センサ。
【請求項１５】
前記第２基板（１５１）は、第２処理回路（４０ａ）と、該第２処理回路（４０ａ）と前記第２力学量検出手段（３２，１３２，１３３）とを電気的に接続する配線とを備えることを特徴とする請求項１から１４のいずれかに記載の力学量センサ。
【請求項１６】
前記第１力学量検出手段（２３，２４）と前記第２力学量検出手段（３２，１３２，１３３）とは、半導体プロセスによって生成された半導体力学量センサであり、
前記第１力学量検出手段（２３，２４）と前記第２力学量検出手段（３２，１３２，１３３）とは、互いに異なる方向の力学量を検出可能であることを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれかに記載の力学量センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、力学量センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力センサと他の力学量検出センサとをまとめてモジュール化する技術として、特開２００２−２８６５７１号公報の技術（以下、特許文献１）や、「電波新聞ハイテクノロジー」２００４年５月１３日号に開示の技術（以下、非特許文献１）が知られている。
【０００３】
特許文献１に開示されている技術は、タイヤの空気圧を検出する圧力検出機能と、タイヤの回転速度を検出する速度検出機能とを備えた圧力速度センサに関する。この圧力速度センサは、圧力を受けるダイヤフラムと、ハウジングとで密閉された基準圧力室内に、圧力検出用の可動電極および固定電極と、速度検出用の可動電極および固定電極とを備える。圧力および速度は、可動電極と固定電極との間の静電容量の変化によって検出される。そして、この圧力速度センサは、各電極を基準圧力室内に備えることで、塵埃の付着や酸等による電極の腐蝕を防止している。
【０００４】
非特許文献１では、圧力検出機能を備えた圧力検出センサと加速度検出機能を備えた加速度センサとを同じダイに集積したタイヤ空気圧センサである。このタイヤ空気圧センサは、密閉された基準圧室とタイヤ内部の空気とを分断する圧力膜の基準圧力室側の面に、この圧力膜の変形を検出する圧力センサ（ピエゾ抵抗）を備え、圧力膜の変形からタイヤ空気圧を検出している。また、加速度センサは、基準圧力室とは別の密閉空間に設置されている。このように、圧力センサならびに加速度センサを密閉空間に設置することで、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）から保護している。
【０００５】
また、特許文献２（例えば図２８）には、可動部および固定部を有する加速度センサと、その加速度センサの出力信号を信号処理する信号処理回路とをパッケージに収納した構造が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−２４３８０６号公報
【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
【特許文献２】特開平６−３４７４７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の技術は、構造が複雑であるばかりでなく構成部品も多く、かつ接合部が多数あり気密性に問題がある。さらにこのセンサは１つ１つ個別に製造しなければならず特性面においてばらつきが生じやすく高精度のものを多数製造する上で問題があった。一方、非特許文献１の装置は、圧力センサおよび加速度センサが同一のダイに並んで配置集積されるため、センサ面積が大型化するという問題がある。さらに、特許文献２のように、センサ部と信号処理回路とが同一平面上に配置されている場合には、センサ部と信号処理回路とを合わせたセンサ面積が大型化するという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑み、力学量を正確に検出しつつ、センサ面積が大型化しない構造の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】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、第１力学量検出手段を有する第１基板と、第２力学量検出手段を有するとともに、前記第１基板に当接する第２基板とを備え、前記第１基板に、前記第２基板が対向して当接することにより封止空間が形成され、前記第１力学量検出手段（２３，２４）と前記第２力学量検出手段（３２，１３２，１３３）が、前記封止空間（３７）に配置され、前記第１力学量検出手段（２３，２４）と前記第２力学量検出手段（３２，１３２，１３３）とが前記封止空間（３７）内にて対向していることを特徴とする。
【０００９】
このように、第１力学量検出手段と第２力学量検出手段を封止空間内に封止することで、第１力学量検出手段と第２力学量検出手段を保護することができる。また、第１力学量検出手段と第２力学量検出手段とを対向させた複合型力学量センサは、一枚の基板上に第１力学量検出手段と第２力学量検出手段とを併設した複合型力学量センサに比べて、小型化が可能である。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記第１力学量検出手段は、可動電極と該可動電極に対向する固定電極とを備えるとともに、該可動電極と該固定電極との間の静電容量の変化に基づき力学量を検出することを特徴とする。
【００１１】
このような第１力学量検出手段に力学量が作用すると、可動電極と固定電極との間の距離が変化し、可動電極と固定電極との間の静電容量が変化する。そして、この静電容量の変化から作用した力学量を演算することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、前記第１基板（２１）と前記第２基板（３２，１３２，１３３）とは、直接接合されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、前記第１基板（２１）と前記第２基板（３２，１３２，１３３）は、それぞれシリコン基板であることを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、前記第２力学量検出手段は、可動電極と該可動電極に対向する固定電極を備えるとともに、該可動電極と該固定電極との間の静電容量の変化に基づき力学量を検出することを特徴とする。
【００１５】
このような第２力学量検出手段に力学量が作用すると、可動電極と固定電極との間の距離が変化し、可動電極と固定電極との間の静電容量が変化する。そして、この静電容量の変化から作用した力学量を演算することができる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、前記第２基板には、前記第１力学量検出手段の入力信号または出力信号を該第２基板上に伝達する貫通電極が設けられることを特徴とする。
【００１７】
第２基板に貫通電極を設けることで、第１力学量検出手段の入力信号または出力信号を第２基板上に伝達することができる。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、前記第２基板は、力学量検出方向に対して垂直な方向に延設されたダイヤフラムを有し、前記第２力学量検出手段は、前記ダイヤフラムの該力学量検出方向への歪量を検出する歪量検出素子であり、前記歪量検出素子が検出した歪量から力学量が検出されることを特徴とする。
【００１９】
このように、ダイヤフラムの歪量を検出素子で検出することで、ダイヤムラムに印加された圧力を演算することができる。
【００２０】
請求項８に記載の発明は、前記第２基板は、力学量検出方向に対して垂直な方向に延設されるとともに、可動電極を有するダイヤフラムを有し、前記第２力学量検出手段は、前記可動電極と、該可動電極に対向する固定電極とからなり、前記可動電極と前記固定電極との間の静電容量の変化量に基づいて、前記ダイヤフラムに印加された力学量が検出されることを特徴とする。
【００２１】
このように、ダイヤフラムに圧力が作用すると、ダイヤフラムである可動電極と固定電極との間の距離が変化し、可動電極と固定電極との間の静電容量が変化する。そして、この静電容量の変化から作用した圧力を演算することができる。
【００２２】
請求項９に記載の発明は、前記封止空間は、前記第２力学量検出手段が力学量を検出する際の基準圧力室であることを特徴とする。
【００２３】
第１力学量検出手段が封止される封止空間を、圧力検出手段が圧力を検出する際の基準圧力室として使用することができる。
【００２４】
請求項１０に記載の発明は、前記ダイヤフラムは、圧力により変形する変形部と、前記変形部を支持する枠部とからなり、前記枠部に、前記第１力学量検出手段の入力信号または出力信号を枠部上に伝達する貫通電極が設けられることを特徴とする。
【００２５】
ダイヤフラムは、圧力により変形する変形部と、変形部を支持する枠部とからなる。そして、枠部に貫通電極を設けることで、第１力学量検出手段の入力信号または出力信号を枠部上に伝達することができる。
【００２６】
【００２７】
【００２８】
請求項１１に記載の発明は、前記第１基板と、前記第２基板とは、ハンダを介して固定され、
前記ハンダは、前記第２力学量検出手段の信号を前記第１基板に設けられた配線に伝達することを特徴とする。
【００２９】
このようにハンダを設置することで、第１基板と前記第２基板とを固定するとともに、第２力学量検出手段の信号を前記第１基板に設けられた配線に伝達することができる。
【００３０】
請求項１２に記載の発明は、前記第１基板は、支持層に絶縁層を積層し、さらに該絶縁層に導電層を積層した構造を有し、前記第１力学量検出手段は前記導電層に形成されるとともに、該第１力学量検出手段の検出信号は、前記絶縁層と該導電層との間に挟設された下部配線を通じて、前記導電層の前記第２基板側端面に伝達されることを特徴とする。
【００３１】
下部配線を用いることで、ワイヤボンディングによる接続に比べて、堅牢な構造を得ることができる。
【００３２】
請求項１３に記載の発明は、前記第１基板と、前記第２基板との間には、気密リングが挟設されることを特徴とする。
【００３３】
気密リングを挟設することで、第１基板と第２基板との間の気密性を高めることができる。
【００３４】
請求項１４に記載の発明は、前記第１基板は、第１処理回路と、該第１処理回路と前記第１力学量検出手段とを電気的に接続する配線とを備えることを特徴とする。
【００３５】
これにより、第１力学量検出手段による検出と、第１処理回路による検出結果の処理の両方を第１基板上で行うことができる。
【００３６】
請求項１５に記載の発明は、前記第２基板は、第２処理回路と、該第２処理回路と前記第２力学量検出手段とを電気的に接続する配線とを備えることを特徴とする。
【００３７】
これにより、第２力学量検出手段による検出と、第２処理回路による検出結果の処理の両方を第２基板上で行うことができる。
【００３８】
請求項１６に記載の発明は、前記第１力学量検出手段と前記第２力学量検出手段とは、半導体プロセスによって生成された半導体力学量センサであり、前記第１力学量検出手段と前記第２力学量検出手段とは、互いに異なる方向の力学量を検出可能であることを特徴とする。
【００３９】
このように、第１力学量検出手段による力学量の検出方向と、第２力学量検出手段による力学量の検出方向とを異なる方向に設定することによって、第１力学量検出手段と第２力学量検出手段とが互いに異なった力学量を検出することができる。
【００４０】
【００４１】
【００４２】
【００４３】
【００４４】
【００４５】
【００４６】
【００４７】
【００４８】
【００４９】
【００５０】
【００５１】
【００５２】
【００５３】
【００５４】
【００５５】
【００５６】
【００５７】
【００５８】
【００５９】
【発明を実施するための最良の形態】
【００６０】
以下、実施例１から実施例１０を用いて、本発明を実施するための最良の形態を述べる。
【００６１】
〔実施例１〕
本実施例では、図１から図８および図２２を用いて説明を行う。
【００６２】
図１（ａ）は本複合型力学量センサ１の平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＢＢ線における断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図である。そして、図２は、図１（ｂ）または図１（ｃ）のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。
【００６３】
この図１（ａ）〜（ｃ）および図２に示すように、本複合型力学量センサ１は、容量式加速度センサ２０が形成されたＮ型シリコン基板２１において、容量式加速度センサ２０を封止するように、ピエゾ式圧力センサ３０が積層されたものである。また、複合型力学量センサ１は、この複合型力学量センサ１の出力を処理する処理回路４０と同じパーケージ５０内に実装されている。
【００６４】
まず、図１（ａ）〜（ｃ）を用いて、ピエゾ式圧力センサ３０について説明する。このピエゾ式圧力センサ３０は、Ｎ型シリコン基板３１ｃをエッチングするなどして生成された凹状のダイヤフラム３１と、このダイヤフラム３１の変形部３１ａに設けられるとともに、変形部３１ａの延設方向に垂直な方向への変形を検出して出力する合計４個のピエゾ抵抗３２と、各ピエゾ抵抗３２の出力を伝達する４個の圧力センサ用配線３３と、各圧力センサ用配線３３に接続された４個の圧力センサ用パッド３４と、圧力センサ用配線３３の表面を保護する表面保護膜３５とからなる。この変形部３１ａは、ダイヤフラム３１の凹部底面を構成し、圧力が印加されると変形する。この変形部３１ａは接地枠３１ｂにより囲まれている構造で、ダイヤフラム３１は変形部３１ａと接地枠３１ｂとにより構成されている。
【００６５】
この変形部３１ａの凹部底面とは反対側の面には４個のピエゾ抵抗３２が内設される。図示しないが、これらのピエゾ抵抗３２はブリッジ回路を形成している。またピエゾ抵抗３２が内設される側の面上には、圧力センサ用配線３３と、圧力センサ用パッド３４と、表面保護膜３５とが設置されている。そして、各圧力センサ用パッド３４と、処理回路４０に繋がる各処理回路用パッド４１とがワイヤボンディングにより電気的に接続される。なお、ダイヤフラム３１は、後述の外枠２２とダイヤフラム３１とで生成された封止空間の内部に、容量式加速度センサ２０を封止可能な大きさである。そして、この封止空間が圧力センサの基準圧力室３７となる。
【００６６】
次に、図１（ｂ），（ｃ）および図２を用いて、容量式加速度センサ２０について説明する。なお、図１（ｂ），（ｃ）および図２に示す図は、容量式加速度センサ２０の原理を示すものであり片持ち梁の例で示してあるが、両持ち梁、多方持ち梁であってもよいことはいうまでもない。実際の具体的な構造の一例を図２２に示す。
【００６７】
容量式加速度センサ２０は、全周が間隙を隔てた外枠２２に囲まれており、可動部２３と固定部２４とからなる。外枠２２および可動部２３および固定部２４は、図５（ａ），（ｂ）および図６（ａ），（ｂ）を用いて後述するようにＮ型シリコン基板２１をエッチングすることで形成されている。
【００６８】
図２に示すように、可動部２３は、２本の可動電極２３ａと、これらの可動電極２３ａを繋ぐ錘２３ｂと、可動部用配線２３ｃが接続される支柱２３ｄと、錘２３ｂと支柱２３ｄとを繋ぐ梁２３ｅとからなる。図１（ｂ）に示すように、可動電極２３ａは支持基板２５との間に間隙を備えている。また、図示しないが可動電極２３ａ同様に、錘２３ｂおよび梁２３ｅも、支持基板２５との間に間隙を備えている。一方、支柱２３ｄは、支持基板２５に積層された絶縁膜２６に固定されている。このような構成を備えることで、梁２３ｅが支柱２３ｄを支点に図２のｃ方向に歪み、これにより錘２３ｂおよび可動電極２３ａがｃ方向に変位する。
【００６９】
また、支柱２３ｄに接続された可動部用配線２３ｃは、外枠２２に設けられた可動部用パッド２３ｆと支柱２３ｄとを橋渡し状態で繋いでいる。そして、この可動部用パッド２３ｆに所定電圧（または電流）が印加され、可動部用配線２３ｃを通じて可動電極２３ａにも可動部用パッド２３ｆと同じ電圧（または電流）が印加される。
【００７０】
一方、固定部２４は、図２に示すように、前述の各可動電極２３ａのそれぞれに対向する２本の固定電極２４ａと、これらの固定電極２４ａを繋ぐ連結部２４ｂと、固定部用配線２４ｃとからなる。２本の固定電極２４ａと連結部２４ｂとは、絶縁膜２６の上に構成されている。また固定部用配線２４ｃは、外枠２２に設けられた固定部用パッド２４ｄと連結部２４ｂとを橋渡し状態で繋いでいる。そして、この固定部用パッド２４ｄに所定電圧（または電流）が印加され、固定部用配線２４ｃを通じて固定電極２４ａにも固定部用パッド２４ｄと同じ電圧（または電流）が印加される。
【００７１】
このような構成を備えることで、容量式加速度センサ２０にｃ方向への加速度が印加されると、可動部２３の支柱２３ｄを支点に、可動電極２３ａがｃ方向に変位し固定電極２４ａに接近する。このとき、可動電極２３ａと固定電極２４ａとの間の静電容量が、加速度が印加されていない状態に対して変化する。具体的には、図２のｃ１方向に加速度が印加された場合には、固定電極２４ａと可動電極２３ａとが離れ、静電容量が減少する。逆に、ｃ２方向に加速度が印加された場合には、固定電極２４ａと可動電極２３ａとが接近し、静電容量が増加する。すなわち、印加された加速度の大きさと、静電容量の増減とが対応している。
【００７２】
そして、静電容量の変化は、可動部２３と外枠２２とを繋ぐ可動部用配線２３ｃを通じて可動部用パッド２３ｆに伝達された電圧（または電流）と、固定部２４と外枠２２とを繋ぐ固定部用配線２４ｃを通じて固定部用パッド２４ｄに伝達された電圧（または電流）とを、処理回路４０で比較することによって検出される。具体的には、図１（ａ），（ｃ）および図２に示すように、可動部用パッド２３ｆと固定部用パッド２４ｄとを、各々対応する処理回路用パッド４１にワイヤボンディングで接続し、各処理回路用パッド４１から入力された電圧（または電流）を、処理回路４０にて比較して、印加加速度を検出する。
【００７３】
また、図２に示す枠Ｄは、容量式加速度センサ２０を囲む外枠２２に、ピエゾ式圧力センサ３０を積層した際におけるダイヤフラム３１の接地枠３１ｂの外郭を示す。この図２に示すように、可動部２３および固定部２４は、外枠２２とダイヤフラム３１とで生成された封止空間の内部に封止されている。
【００７４】
なお、可動部用配線２３ｃと固定部用配線２４ｃとは、ショートを避けるために、外枠２２の上にＳｉＮ膜２７を介して設置されているとともに、可動部用パッド２３ｆと固定部用パッド２４ｄとなる箇所を除いて、表面保護膜２８に覆われている。
【００７５】
図３（ａ）〜（ｈ）を用いて、ピエゾ式圧力センサ３０の製造工程について説明する。はじめに、図３（ａ）に示すように、Ｎ型シリコン基板３１ｃを準備して、このＮ型シリコン基板３１ｃの両面に絶縁膜（ＳｉＯ２）３１ｄを形成する。このＮ型シリコン基板３１ｃの厚みは、４００μｍ程度であることが望ましい。
【００７６】
次に、図３（ａ）の絶縁膜（ＳｉＯ２）３１ｄ上にフォトレジストマスクを生成し、さらにエッチングを行って絶縁膜３１ｄの一部を除去する。そして、Ｎ型シリコン基板３１ｃにおいて、絶縁膜３１ｄが除去され露出した箇所に、気相からの不純物を拡散する、又は、Ｐ型ボロンをイオン注入して、図３（ｂ）に示すようにピエゾ抵抗３２を含むＰ型領域を、０．５〜１．０［μｍ］程度の深さで形成する。
【００７７】
次に、Ｎ型シリコン基板３１ｃのピエゾ抵抗形成側の面に生成されたフォトレジストマスクおよび絶縁膜３１ｄを一度除去してから、一面に絶縁膜３６を再生成し、フォトレジストマスク生成及びエッチングを行って、図３（ｃ）に示すようなコンタクトホール３１ｅを酸化膜に生成する。このコンタクトホール３１ｅは、ピエゾ式圧力センサ３０が完成した際に接地枠３１ｂとなる場所に設けられる。
【００７８】
そして、コンタクトホール３１ｅおよび絶縁膜３６に、アルミニウム又はポリシリコンを蒸着させるなどして、図３（ｄ）に示すように圧力センサ用配線３３および圧力センサ用パッド３４を設置する。
【００７９】
次に図３（ｅ）に示すように、図３（ｄ）の圧力センサ用配線３３および圧力センサ用パッド３４が設置された側に、表面保護膜３５となるＳｉＮ膜を設置する。
【００８０】
そして、図３（ｆ）に示すように、完成時に圧力センサ用パッド３４となる箇所の表面保護膜３５を除去し、下層のアルミニウム又はポリシリコンを露出させる。
【００８１】
次に、図３（ｇ）に示すように、Ｎ型シリコン基板３１ｃにおいて、ピエゾ抵抗形成側の面とは反対側の面に生成された絶縁膜３６の一部を除去する。絶縁膜３６の除去する領域は、ダイヤフラム完成時に凹部となる箇所、すなわち変形部３１ａとなる箇所である。
【００８２】
最後に、図３（ｈ）に示すように、図３（ｇ）において絶縁膜３１ｄを除去した領域をエッチングすることで、Ｎ型シリコン基板３１ｃの一部を除去して凹部を生成する。以上の工程でピエゾ式圧力センサ３０が完成する。
【００８３】
次に、図４（ａ）〜（ｄ）および図５（ａ），（ｂ）および図６（ａ），（ｂ）を用いて、容量式加速度センサ２０の製造工程を説明する。
【００８４】
以下、図４（ａ）〜（ｄ）を用いて、固定部用配線２４ｃの製造工程を説明する。
【００８５】
はじめに抵抗率が０．１〜０．００１［Ω・ｃｍ］の高濃度Ｎ型シリコン基板２１を準備し、熱酸化によりＮ型シリコン基板２１の片面に絶縁膜２６を生成する。そして、別のシリコン基板（支持基板２５）と片面に絶縁膜２６が形成されたＮ型シリコン基板２１とを１０００［℃］程度の炉の中で直接接合させ、図４（ａ）の構造を得る。
【００８６】
さらに、図４（ａ）の構造にＳｉＮ膜２７（絶縁膜）を生成し、フォトレジストエッチングを行って、このＳｉＮ膜２７の一部にコンタクトホール２７ａを生成する。なお、このコンタクトホール２７ａは、容量式加速度センサ完成時に固定部２４となり固定部用配線２４ｃが接続される箇所に設けられる。そして、このコンタクトホール２７ａを通じて、イオン注入を行いＮ＋領域２４ｅを生成し、図４（ｂ）の構造を得る。なお高濃度Ｎ型シリコン基板の濃度が充分高い場合は、イオン注入を省略する事ができる。
【００８７】
次に、図４（ｂ）のコンタクトホール２７ａとＳｉＮ膜２７の上に、アルミ又はポリシリコンを蒸着させさせるなどして、図４（ｃ）に示すように固定部用配線２４ｃ又は固定部用パッド２４ｄを設置する。この時、Ｎ＋領域２４ｅと固定部用配線２４ｃとは、オーミック接触している。
【００８８】
次に、固定部用配線２４ｃおよび固定部用パッド２４ｄが設置された側に、表面保護膜２８となるＳｉＮ膜を設置し、図４（ｄ）のように、完成時に固定部用パッド２４ｄとなる箇所の表面保護膜２８を除去する。
【００８９】
以上の工程により固定部用配線２４ｃが完成する。なお、可動部用配線２３ｃについては、固定部用配線２４ｃとほぼ同一の工程で生成することができるため説明を省略する。
【００９０】
以下、図５（ａ），（ｂ）および図６（ａ），（ｂ）を用いて、固定部２４および可動部２３の製造工程を説明する。なお、図５（ａ），（ｂ）は製造前の図１（ｂ）に対応し、図６（ａ），（ｂ）は製造前の図１（ｃ）に対応する。
【００９１】
まず、前述の図４（ｄ）の固定部用配線２４ｃが完成したＮ型シリコン基板２１を準備し、図５（ａ）および図６（ａ）のように固定部用配線２４ｃが設けられた側の表面保護膜（２７，２８）の一部を除去する。除去する箇所は、完成時に外枠２２とも可動部２３とも固定部２４ともならない箇所である。
【００９２】
次に、図５（ｂ）および図６（ｂ）に示すように、表面保護膜（２７，２８）が除去された箇所のＮ型シリコン基板２１を、絶縁膜２６を犠牲層として犠牲層エッチングして、絶縁膜２６に固定された固定部２４と、支柱２３ｄのみが絶縁膜２６に固定された可動部２３と、可動部２３および固定部２４を囲む外枠２２を生成する。これにより、図２に示した容量式加速度センサ２０が完成する。
【００９３】
図７（ａ），（ｂ）および図８（ａ），（ｂ）を用いて、容量式加速度センサ２０を囲む外枠２２にピエゾ式圧力センサ３０を積層する工程を説明する。なお、図７（ａ），（ｂ）は製造前の図１（ｂ）に対応し、図８（ａ），（ｂ）は製造前の図１（ｃ）に対応する。
【００９４】
図７（ａ）および図８（ａ）に示すように、接地枠３１ｂの変形部３１ａ延設方向側の端面に絶縁性を有し接着剤となる低融点ガラス６０を塗布する。
【００９５】
次に、図７（ｂ）および図８（ｂ）に示すように、接地枠３１ｂに塗布された低融点ガラス６０を、外枠２２に真空状態で接着固定する。これにより、ピエゾ式圧力センサ３０のダイヤフラム３１と、外枠２２と、絶縁膜２６とによって封止空間（基準圧力室３７）が生成され、固定部２４および可動部２３が封止空間内に封止される。
【００９６】
このように図３（ａ）〜（ｈ）のピエゾ式圧力センサ３０を製造する工程と、図４（ａ）〜（ｄ）および図５（ａ），（ｂ）および図６（ａ），（ｂ）の容量式加速度センサ２０を製造する工程と、図７（ａ），（ｂ）および図８（ａ），（ｂ）の積層工程を経ることによって、図１（ａ）〜（ｃ）および図２の複合型力学量センサ１が構築される。
【００９７】
以下、本複合型力学量センサ１の効果について述べる。
【００９８】
第一の効果は、容量式加速度センサ２０とピエゾ式圧力センサ３０とを積層しているため、別々に容量式加速度センサ２０とピエゾ式圧力センサ３０とを設ける従来の構成に比べて、センサの占有面積を減らすことができる。
【００９９】
第二の効果について述べる。従来の容量式加速度センサは、可動部にゴミ（パーティクルなど）が入ることを防止するために、ガラス製のキャップなどを用いて、可動部を封止していた。しかしながら、本実施例１の複合型力学量センサ１の場合、可動部２３はピエゾ式圧力センサ３０のダイヤフラム３１により封止される。このように、別途キャップを設けることなく、可動部２３を封止可能である。
【０１００】
第三の効果について述べる。前述したように、容量式加速度センサ２０とピエゾ式圧力センサ３０とは別々に製造され、図７（ａ），（ｂ）および図８（ａ），（ｂ）に示すように積層されている。このため、従来と略同一の容量式加速度センサ２０とピエゾ式圧力センサ３０とを用いることができる。すなわち、従来の検出性能を維持することが可能であるとともに、積層するために、従来に比べて構造を複雑化させる必要がない。また、接合部が、ダイヤフラム３１の接地枠３１ｂと外枠２２との接合箇所となるため、気密性が高い。
【０１０１】
また、本実施例１では、基準圧力室３７が真空となっている場合を例に説明を行ったが、基準圧力室３７が真空でない場合には、エアダンピングを抑制する効果を奏することができる。具体的には、ダイヤフラム３１の変形部３１ａの変形方向が、可動部２３の可動方向に垂直な方向であるため、変形部３１ａが変形し、基準圧力室３７の内圧が高まった場合であっても、この内圧によって可動部２３が固定部２４に押し付けられにくい。すなわち、内圧が、可動部２３と固定部２４との間の距離に影響を及ぼしにくいため、加速度を精度良く検出することができる。
【０１０２】
なお、エアダンピングを抑制するには、変形部３１ａの変形方向が可動部２３の可動方向に対して垂直であることが望ましいが、該変形方向と該可動方向とが一致していても多少精度は低下するがエアダンピングの抑制は可能である。
【０１０３】
〔実施例２〕
図９（ａ）〜（ｃ）を用いて実施例２について説明する。この実施例２は、ピエゾ式圧力センサ３０と容量式加速度センサ２０とをハンダ（９１，９２）によって接着し、基準圧力室３７の気密性を気密リング９３によって確保している点で、実施例１と異なる。なお、前述の実施例１と同等の構成については、実施例１と同様の符号を付し、本実施例２における説明を省略する。
【０１０４】
図９（ａ）は、本実施例における複合型力学量センサ１の断面図であって、図９（ｂ）または図９（ｃ）のＡ−Ａ線における断面図である。また、図９（ｂ）は実施例１における図１（ｂ）に相当し、図９（ｃ）は実施例１における図１（ｃ）に相当する。
【０１０５】
この図９（ｂ）および図９（ｃ）に示すように、容量式加速度センサ２０とピエゾ式圧力センサ３０とは、導通用ハンダ９１と、連結用ハンダ９２と、気密リング９３とを介して固定されている。この気密リング９３は、弾性部材であるゴムが環状となった形状で、図９（ａ）の領域Ｅに設けられる。またこの気密リングは前記導通用ハンダ９１と連結用ハンダ９２と同様にハンダでもって形成することもできる。ハンダで気密接続、封止することにより気密性はさらに向上する。そして、この気密リング９３の環内に、導通用ハンダ９１と連結用ハンダ９２とが点在する。この導通用ハンダ９１と連結用ハンダ９２とが、容量式加速度センサ２０とピエゾ式圧力センサ３０とを連結するとともに、気密リング９３を容量式加速度センサ２０とピエゾ式圧力センサ３０との間で押圧しながら挟み込み、基準圧力室３７の気密を保っている。
【０１０６】
また、実施例１ではアルミなどで固定部用配線２４ｃや可動部用配線２３ｃを設けていたが、本実施例２では図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、外枠２２の一部を絶縁加工して固定部用配線２４ｃや可動部用配線２３ｃや圧力センサ用配線９４としている。具体的には、図９（ａ）に示すように、ピエゾ式圧力センサ３０の出力信号を伝達するために外枠２２の一部に設けられた圧力センサ用配線９４は、ＳｉＯ２等の絶縁膜９５で外枠２２から絶縁されている。さらに、この圧力センサ用配線９４は、図９（ｂ）に示すように、ピエゾ式圧力センサ３０の内部に設けられた圧力センサ用配線３３と導通用ハンダ９１を介して導通している。すなわち、導通用ハンダ９１は、気密リング９３を押し込んだ状態で、ピエゾ式圧力センサ３０と容量式加速度センサ２０とを連結するという作用と、ピエゾ抵抗３２の出力信号を圧力センサ用配線９４に伝達するという作用の両方をなす。また、圧力センサ用配線９４において、導通用ハンダ９１が設置されない側の終端部は、圧力センサ用パッド３４となり、処理回路４０の処理回路用パッド４１とワイヤボンディングされる。
【０１０７】
一方、図９（ａ）に示すように、固定部用配線２４ｃは、固定部２４の連結部２４ｂの一部であり、ＳｉＯ２等の絶縁膜９５で外枠２２から絶縁されている。なお、図９（ａ）および図９（ｃ）に示すように、固定部用配線２４ｃのピエゾ式圧力センサ側端面の終端部を除く全面に、絶縁膜２７が設けられている。そして、この固定部用配線２４ｃの終端部であって、絶縁膜２７が設けられていない箇所が、固定部用パッド２４ｄとなっており、この固定部用パッド２４ｄと処理回路用パッド４１とがワイヤボンディングにより接続されている。
【０１０８】
また、図９（ａ）に示すように、支柱２３ｄに一体に延設された可動部用配線２３ｃも、固定部用配線２４ｃと略同一の構成であり、外枠２２と絶縁された状態で、可動部用配線２３ｃの終端が露出して可動部用パッド２３ｆとなっている。
【０１０９】
このように、固定部用配線２４ｃと可動部用配線２３ｃとは、外枠２２およびピエゾ式圧力センサ３０と絶縁され、圧力センサ用配線９４は容量式加速度センサ２０と絶縁されている。
【０１１０】
連結用ハンダ９２は、図示しないが、ピエゾ式圧力センサ３０において、このピエゾ式圧力センサ３０の出力信号に影響を与えないように設置された連結用パッドと、容量式加速度センサ２０の出力結果に影響を与えないように外枠２２に設けられた連結用パッドとを連結している。
【０１１１】
このような構成とすることで、圧力センサ用パッド３４と、固定部用パッド２４ｄおよび可動部用パッド２３ｆとを近づけて設置することができる。さらに、実施例１と同様に、ピエゾ抵抗３２と圧力センサ用配線３３とを基準圧力室３７の封止空間内に封止することで、ピエゾ抵抗３２と圧力センサ用配線３３とをパーティクルなどから保護することができる。
【０１１２】
なお、本実施例２では、気密リング９３の環内に導通用ハンダ９１および連結用ハンダ９２を設置したが、導通用ハンダ９１および連結用ハンダ９２の設置場所は、気密リング９３の環外であっても良い。さらに、導通用ハンダ９１および連結用ハンダ９２の設置数は、図９（ａ）のように６箇所でなくても良い。ハンダ（９１，９２）の設置場所としては、ハンダの設置間隔が均等となるようにする、またはおよび、気密リング９３の角付近に設置することが望ましいが、気密リング９３がダイヤフラム３１と外枠２２とからなる基準圧力室３７を封止できるならばハンダの設置数、場所は問わない。
【０１１３】
また、気密リング９３の形状は環状であれば良いため、図９（ａ）のような略長方形形状でなく、円環状などであっても良い。
【０１１４】
〔実施例３〕
図１０（ａ）〜（ｃ）を用いて実施例３について説明する。この実施例３は、基準圧力室３７の気密性がＮＣＦ（Ｎｏｎ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｆｉｌｍ）１０１によって確保されている点で、実施例２と異なる。なお、前述の実施例１または実施例２と同等の構成については、各実施例と同様の符号を付し、本実施例３における説明を省略する。
【０１１５】
図１０（ａ）は、本実施例における複合型力学量センサ１の断面図であって、図１０（ｂ）または図１０（ｃ）のＡ−Ａ線における断面図である。また、図１０（ｂ）は実施例１における図１（ｂ）に相当し、図１０（ｃ）は実施例１における図１（ｃ）に相当する。
【０１１６】
この図１０（ｂ）および図１０（ｃ）に示すように、容量式加速度センサ２０とピエゾ式圧力センサ３０とは、導通用ハンダ９１と、連結用ハンダ９２と、ＮＣＦ１０１とを介して固定されている。このＮＣＦ１０１は、非導電性の樹脂フィルムであって、圧着や加熱圧着、あるいは接着などにより接合されても良いし、スクリーン印刷やインクジェットなどの印刷法により形成されても良い。ＮＣＦ１０１の材質は、電気絶縁性を有する樹脂、たとえばエポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂などからなるものであるため、熱を与えることによって軟化し、この軟化した状態で熱を与え続けることにより硬化するものである。
【０１１７】
このＮＣＦ１０１は、図１０（ａ）の領域Ｆに示すように、外枠２２の内径付近であって、圧力センサ用配線９４の基準圧力室側の終端部を含む領域を囲む環状の形状を有する。そして、このＮＣＦ１０１の内部に、導通用ハンダ９１と連結用ハンダ９２とが点在する。
【０１１８】
以下、ＮＣＦ１０１を介して、容量式加速度センサ２０とピエゾ式圧力センサ３０とを積層する工程について述べる。
【０１１９】
ピエゾ式圧力センサ３０が完成した時点、例えば図３（ｈ）において、圧力センサ用配線３３の露出部（実施例１における圧力センサ用パッド）にバンプとして、導通用ハンダ９１を設置する。もし、圧力センサ用配線３３がアルミ材である場合には、圧力センサ用配線３３の上にＴｉ、Ｎｉ、Ａｕを積層して、このＡｕの上に導通用ハンダ９１を設置する。同様に、連結用ハンダ９２を、領域Ｆ（ＮＣＦ１０１の設置予定領域）内に設置する。そして、領域Ｆに、圧着や印刷形成するなどして、導通用ハンダ９１および連結用ハンダ９２を封止するようにＮＣＦ１０１を設置する。
【０１２０】
一方、容量式加速度センサ２０をなす固定部２４や駆動部２３、ＳｉＯ２等の絶縁膜９５で外枠２２から絶縁された固定部用配線２４ｃや可動部用配線２３ｃ、圧力センサ用配線９４が完成した後に、圧力センサ用パッド３４にバンプとして、導通用ハンダ９１を設置する。同様に、連結用ハンダ９２を、領域Ｆ（ＮＣＦ１０１の設置予定領域）内に設置する。
【０１２１】
このように、ピエゾ式圧力センサ３０および容量式加速度センサ２０に、ＮＣＦ１０１および導通用ハンダ９１と連結用ハンダ９２とを設置した後に、ピエゾ式圧力センサ３０と容量式加速度センサ２０とを対向させＮＣＦ１０１を１５０℃程度に加熱する。そして、ピエゾ式圧力センサ３０の導通用ハンダ９１および連結用ハンダ９２と、対応する容量式加速度センサ２０の導通用ハンダ９１および連結用ハンダ９２とが対向するように位置合わせを行い、ピエゾ式圧力センサ３０を容量式加速度センサ２０に押圧する。すると、ＮＣＦ１０１が、容量式加速度センサ側の導通用ハンダ９１および連結用ハンダ９２によって突き破られ、容量式加速度センサ側の導通用ハンダ９１および連結用ハンダ９２が、対応するピエゾ式圧力センサ３０の導通用ハンダ９１および連結用ハンダ９２に接触する。接触後は、各導通用ハンダ９１および各連結用ハンダ９２に超音波接合を行って電気的に接続させる。
【０１２２】
このような構成とすることで、実施例２と同様の作用効果を奏することができる。
【０１２３】
〔実施例４〕
図１１を用いて実施例４について説明する。この実施例４は、ダイヤフラム３１に貫通電極１１１が設けられ、この貫通電極１１１を通じて、ダイヤフラム３１上から容量式加速度センサ２０の信号が取り出し可能となっている点で、実施例１と異なる。なお、前述の各実施例と同等の構成については、各実施例と同様の符号を付し、本実施例４における説明を省略する。
【０１２４】
図１１は、本実施例４における複合型力学量センサ１の断面図であって、実施例１における図１（ｃ）に相当する。
【０１２５】
この図１１に示すように、ダイヤフラム３１の接地枠３１ｂには、変形部３１ａの変形方向対し平行な貫通電極１１１と、この貫通電極１１１をダイヤフラム３１から絶縁する絶縁膜１１２とが設置されている。なお貫通電極１１１が設けられる場所は、容量式加速度センサ２０とピエゾ式圧力センサ３０とを貼り合わせた際に、固定部用配線２４ｃの露出部（実施例１の固定部用パッド）と可動部用配線２３ｃの露出部（実施例１の可動部用パッド）に対向する場所である。
【０１２６】
そして、貫通電極１１１と、固定部用配線２４ｃまたは可動部用配線２３ｃの露出部とは、各々が導通用ハンダ９１により接続されている。さらに、これらの導通用ハンダ９１に加えて、前述の実施例３で用いた連結用ハンダ９２が、容量式加速度センサ２０とピエゾ式圧力センサ３０の間で電気的に影響の少ない箇所に設置されている。
【０１２７】
また、容量式加速度センサ２０とピエゾ式圧力センサ３０との間には、実施例３と同様に環状の形状を有するＮＣＦ１０１が設けられ、基準圧力室３７の気密を保持している。またこの気密封止のためのリングは実施例２で示したように貫通電極の外側または内側にハンダのリングで形成してもよい。
【０１２８】
貫通電極１１１において固定部用配線２４ｃまたは可動部用配線２３ｃに接続していない終端は、処理回路４０の処理回路用パッド４１とワイヤボンディングされるための固定部用パッド２４ｄまたは可動部用パッド２３ｆとなっている。これらのパッド（２３ｆ，２４ｄ）は、図１１のように貫通電極１１１の終端部を兼用しても良いし、ワイヤボンディングし易いように終端部にアルミを蒸着させるなどして拡大されたものであっても良い。
【０１２９】
ここで、この貫通電極１１１の形成工程は、接地枠３１ｂをマスキングし反応性イオンエッチングして貫通孔を生成する工程と、さらにこの貫通孔を熱酸化して絶縁膜１１２を形成する工程、熱酸化により縮小した貫通孔にポリシリコンを成長させて貫通電極１１１を得る工程とからなる。またこのポリシリコンにかえてタングステンや銅、アルミ等の金属を用いることもできる。
【０１３０】
なお、ピエゾ式圧力センサ３０の構造は、実施例１のピエゾ式圧力センサ３０に２つの貫通電極１１１とこれらの貫通電極１１１を絶縁する絶縁膜１１２を加えたものであり、圧力センサ用配線３３や圧力センサ用パッド３４の位置は、実施例１と同様である。
【０１３１】
このように、ダイヤフラム３１に貫通電極１１１を設け、貫通電極１１１と固定部用配線２４ｃおよび可動部用配線２３ｃとを電気接続することで、図１１のように固定部用パッド２４ｄ、および図示しない可動部用パッドの設置位置をダイヤフラム３１上にすることができる。これにより、実施例１と同様の作用効果を奏しながら、圧力センサ用パッド３４と固定部用パッド２４ｄと可動部用パッドとを同じダイヤフラム３１上に生成することができる。さらにこの圧力センサ上部のパッド部に金ボール、ハンダボール等を形成すれば所謂ボールボンディング用の接続パッドを形成することもできる。
【０１３２】
〔実施例５〕
図１２を用いて実施例５について説明する。この実施例５は、固定部用配線２４ｃおよび可動部用配線２３ｃが、絶縁膜２６の上に設置され、この固定部用配線２４ｃおよび可動部用配線２３ｃがポリシリコン膜１２１を通じて貫通電極１１１に接続されている点で、前述の実施例４と異なる。なお、前述の各実施例と同等の構成については、各実施例と同様の符号を付し、本実施例５における説明を省略する。
【０１３３】
図１２は、本実施例５における複合型力学量センサ１の断面図であって、実施例１における図１（ｃ）に相当する。
【０１３４】
この図１２に示すように、固定部２４の連結部２４ｂは、支持基板側で固定部用配線２４ｃに接続されている。そして、固定部２４の連結部以外の表面がＳｉＯ２などの絶縁膜２７で覆われている。また、固定部用配線２４ｃは、外枠２２に設けられたポリシリコン膜１２１と電気的に接続し、外枠２２や可動部２３とは絶縁膜１２２によって絶縁されている。また、このポリシリコン膜１２１も、絶縁膜１２２によって、外枠２２から絶縁されている。さらに、ポリシリコン膜１２１は、前述の実施例４と同様に、ダイヤフラム３１の接地枠３１ｂに設けられた貫通電極１１１に導通用ハンダ９１で接続されている。この貫通電極１１１のポリシリコン膜１２１と接続しない終端部には、固定部用パッド２４ｄが設置されている。そして、この固定部用パッド２４ｄと、処理回路４０の処理回路用パッド４１とがワイヤボンディングにより接続される。
【０１３５】
また、図示しない可動部に関しては、支柱の支持基板側が可動部用配線と接続し、さらにこの可動部用配線が外枠２２に設けられたポリシリコン膜１２１と電気的に接続している。この可動部用配線は、外枠２２や固定部２４とは絶縁膜１２２によって絶縁されている。さらに、ポリシリコン膜１２１は、ダイヤフラム３１の接地枠３１ｂに設けられた貫通電極１１１に導通用ハンダ９１で接続され、この貫通電極１１１の終端部に可動部用パッドが設置されている。そして、この可動部用パッドと、処理回路４０の処理回路用パッド４１とがワイヤボンディングにより接続される。また、可動電極および梁および錘は、絶縁膜２６との間に間隙を有し、実施例１と同様に支持基板２５の延設方向に変位可能である。
【０１３６】
なお、固定部２４および可動部と支持基板２５との間に、固定部用配線２４ｃおよび可動部用配線を設ける工程については、特開平５−３０４３０３号公報に記載されている製造方法を用いることが可能である。このような構成とすることで、実施例４と同様の作用効果を奏することができる。さらに加速度センサの支持基板２５に上記と同じ方法で貫通電極を形成することにより、加速度センサの支持基板２５の下部から電極を取り出すこともできる。
【０１３７】
〔実施例６〕
図１３を用いて実施例６について説明する。この実施例６は、容量式圧力センサ１３０と容量式加速度センサ２０とを積層する点で前述の実施例３と異なる。なお、前述の各実施例と同等の構成については、各実施例と同様の符号を付し、本実施例６における説明を省略する。
【０１３８】
図１３は、本実施例７における複合型力学量センサ１の断面図であって、実施例１における図１０（ｂ）に相当する。
【０１３９】
この図１３に示すように、容量式圧力センサ１３０は、テーパー状で中央に開口部を備えた基部１３１と、基部１３１の開口部を覆うとともに圧力が印加されると変形する円形状のダイヤフラム３１である下部電極１３２と、下部電極１３２を基部１３１から絶縁する絶縁膜１３４と、基部１３１に穿設され下部電極１３２に接続される下部電極穿設配線１３６とからなる。図示しないが、下部電極穿設配線１３６は基部１３１とは絶縁されている。
【０１４０】
また、下部電極１３２と、容量式加速度センサ２０の可動部２３および固定部２４には、印加信号（電圧、電流）を切り替えるスイッチ回路が接続されている。このスイッチ回路によって、可動部２３および固定部２４に互いに異なった信号が入力され下部電極１３２に信号が入力されない第１時間と、可動部２３および固定部２４に同じ信号が入力され下部電極１３２に信号が入力される第２時間とが周期的に設定される。
【０１４１】
また、この周期に同期して、図示しないＡＤ変換回路が入力ポートを切り替えて、第１時間には可動部２３および固定部２４の電位差（電流差）を取得し、第２時間には下部電極１３２および可動部２３および固定部２４の電位差（電流差）を取得する。
【０１４２】
なお、一般に、ＡＤ変換器とＤＡ変換器とは同一のタイマパルスに基づくため、出力信号を取得する入力ポートと、印加信号を出力する出力ポートの同期を取ってスイッチングさせることは可能である。
【０１４３】
このような構成を備えることで、第１時間には、可動部２３と固定部２４との間の静電容量の変化から、加速度を演算することができる。一方、第２時間には、下部電極１３２と、可動部２３および固定部２４との間の静電容量から、下部電極１３２に印加された圧力を演算することができる。
【０１４４】
〔実施例７〕
図１４を用いて実施例７について説明する。この実施例７は、容量式圧力センサ１３０が上部電極を備える点で前述の実施例６と異なる。なお、前述の各実施例と同等の構成については、各実施例と同様の符号を付し、本実施例７における説明を省略する。
【０１４５】
図１４は、本実施例７における複合型力学量センサ１の断面図であって、実施例１における図１０（ｂ）に相当する。
【０１４６】
この図１４に示すように、容量式圧力センサ１３０は、テーパー状で中央に開口部を備えた基部１３１と、基部１３１の開口部を覆うとともに圧力が印加されると変形する円形状のダイヤフラム３１である下部電極１３２と、下部電極１３２に対向するように基部内に設けられ圧力により変形しない環状の上部電極１３３と、上部電極１３３と下部電極１３２とを絶縁する絶縁膜１３４と、基部１３１に穿設され上部電極１３３に接続される上部電極穿設配線１３５と、基部１３１に穿設され下部電極１３２に接続される下部電極穿設配線１３６とからなる。なお、図示しないが、下部電極１３２と下部電極１３２に接続した下部電極穿設配線１３６とは、基部１３１および上部電極１３３と上部電極１３３に接続した上部電極穿設配線１３５とは絶縁されている。
【０１４７】
また、各穿設配線（１３５，１３６）は、導通用ハンダ９１を介して、外枠２２の一部に設けられた圧力センサ用配線９４に各々接続されている。また、実施例３の接地枠３１ｂと外枠２２との間にＮＣＦ１０１が挟設されていたのと同様に、本実施例７においても基部１３１と外枠２２との間にはＮＣＦ１０１が挟設されている。
【０１４８】
以下、本実施例７の作用について述べる。基部１３１の開口部に対して正圧が加わると、ダイヤフラム３１である下部電極１３２が変形し、上部電極１３３との距離が離れる。この時、上部電極１３３および下部電極１３２には電圧（又は電流）が印加されているため、電極間の距離が離れることで静電容量が減少する。また、この時、下部電極１３２と容量式加速度センサ２０（具体的には外枠２２および絶縁膜）とＮＣＦ１０１とが封止された空間を形成しているため、この空間が基準圧力室３７となって、容量式圧力センサ１３０の検出精度を向上させている。
【０１４９】
このように容量式圧力センサ１３０を用いる場合であっても、実施例３と同様の作用効果を祖することができる。
【０１５０】
〔実施例８〕
図１５を用いて実施例８について説明する。この実施例８は、ピエゾ式圧力センサ３０の圧力センサ基板１５１にピエゾ式圧力センサの圧力センサ処理回路４０ａが設置されている点と、容量式加速度センサ２０の外枠に加速度センサ処理回路４０ｂが設置されている点で、前述の各実施例と異なる。なお、前述の各実施例と同等の構成については、各実施例と同様の符号を付し、本実施例８における説明を省略する。
【０１５１】
図１５（ａ）は、本実施例８における複合型力学量センサ１の断面図であって、実施例１における図１（ｂ）に相当し、図１５（ｂ）は実施例１における図１（ｃ）に相当する。
【０１５２】
図１５（ａ）を用いて、ピエゾ式圧力センサ３０について説明する。ピエゾ式圧力センサ３０は、圧力センサ基板１５１の一部を除去することにより生成されたダイヤフラム３１と、このダイヤフラム３１に設置されたピエゾ抵抗３２と、ピエゾ抵抗３２と圧力センサ処理回路４０ａとに接続される圧力センサ用配線３３と、圧力センサ基板１５１内に形成され圧力センサ用配線３３の信号を処理する圧力センサ処理回路４０ａと、圧力センサ処理回路４０ａの処理信号を圧力センサ基板１５１上に伝達する貫通電極１１１とからなる。なお、圧力センサ処理回路４０ａは、圧力センサ基板１５１において、ダイヤフラム３１の開口側の反対面に形成されている。この圧力センサ処理回路４０ａの入力端子には圧力センサ用配線３３が接続されている。また、圧力センサ処理回路４０ａの出力端子は貫通電極１１１と接続されている。なお、この貫通電極１１１は、圧力センサ基板１５１とは、絶縁膜１１２によって絶縁されている。
【０１５３】
図１５（ａ）および図１５（ｂ）を用いて、容量式加速度センサ２０について説明する。容量式加速度センサ２０にピエゾ式圧力センサ３０を積層した際に、外枠２２においてダイヤフラム３１に対向する箇所に、加速度センサ処理回路４０ｂが形成されている。また、加速度センサ処理回路４０ｂの入力端子には、固定部用配線２４ｃおよび可動部用配線２３ｃが接続され、出力端子には加速度センサ出力配線１５２が接続されている。この加速度センサ出力配線１５２とは、固定部用配線２４ｃおよび可動部用配線２３ｃにより入力された信号を加速度センサ処理回路で処理した結果が出力される配線であって、圧力センサ基板１５１に覆われない箇所が酸化膜２８から露出してパッドとなっている。
【０１５４】
また、図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示すように、ピエゾ式圧力センサ３０と容量式加速度センサ２０とは、第一気密リング９３ａと第二気密リング９３ｂとを押圧し挟み込んだ状態で、連結用ハンダ９２により連結されている。すなわち、第一気密リング９３ａによって、可動部２３および固定部２４が封止空間内に封止される。さらに、第二気密リング９３ｂとダイヤフラム３１と絶縁膜２８とにより基準圧力室３７が形成される。
【０１５５】
このような構成とすることで、実施例１と同様の作用効果を奏しながら、処理回路（４０ａ，４０ｂ）を封止可能でき、これらの処理回路（４０ａ，４０ｂ）を保護することができる。
【０１５６】
〔実施例９〕
図１６を用いて実施例９について説明する。この実施例９は、圧力を検出するセンサが容量式圧力センサである点で、前述の実施例８と異なる。なお、前述の各実施例と同等の構成については、各実施例と同様の符号を付し、本実施例９における説明を省略する。
【０１５７】
図１６は、本実施例９における複合型力学量センサ１の断面図であって、実施例８における図１５（ｂ）に相当する。
【０１５８】
この図１６に示すように、容量式圧力センサは、ダイヤフラム３５に設けられた上部電極１３３と、上部電極１３３に対向するとともに絶縁膜２６を介して支持基板上に立設された下部電極１３２とからなる。そして、上部電極１３３と下部電極１３２の出力信号は図示しない配線（例えば貫通電極など）により、処理回路４０に入力される。そして、処理回路４０で、上部電極１３３と下部電極１３２の出力信号を比較して、上部電極１３３と下部電極１３２との間の静電容量を検出し、この静電容量の変化量からダイヤフラム３５に印加された圧力を演算する。なお、本実施例９の下部電極１３２としては、図１３のように可動部２３および固定部２４を代用したものではなく、直方体形状のシリコンの単一部材が使用されている。
【０１５９】
一方、容量式加速度センサ２０は図１１の容量式加速度センサとほぼ同一の構造である。しかし、容量式加速度センサ２０の出力を伝達する貫通電極１１１は、図１１ではダイヤフラム３１に設けられていたが、本実施例９では圧力センサ基板１５１のダイヤフラム３５でない箇所に設けられている。そして、圧力センサ基板１５１において支持基板側とは反対の端面に処理回路４０が設置されている。この処理回路４０には、図１６に示すように貫通電極１１１と配線１６１とを通じて固定部２４の出力が入力されるとともに、図示しない可動部の出力、下部電極１３２および上部電極１３３の出力が入力される。処理回路４０は、さらにこれらの入力信号を元に、増幅処理や演算処理を行って、加速度センサ出力配線１５２や図示しない配線を用いて演算結果を出力する。また、これらの配線の端部には、図１６の加速度センサ出力配線１５２のように、パッドが設けられている。
【０１６０】
このような構造とすることで、容量式圧力センサを用いた場合であっても、前述の実施例８と同様の作用効果を奏することができる。
【０１６１】
なお、本実施例９では、下部電極１３２を板状部材の電極としたが、図１３の固定部と可動部とを下部電極１３２の代わりに、上部電極１３３に対向させた構造を用いることも可能である。ここで、処理回路４０に対向する容量式加速度センサ２０を第１加速度センサ、上部電極１３３に対向させるとともに下部電極として代用する固定部と可動部とを第２加速度センサとし、第１加速度センサの検出方向（可動部の変位方向）と第２加速度センサの検出方向とを異なる方向（例えば直交方向）にしたとする。この時、実施例６と同様に、第２加速度センサの固定部および可動部には、加速度を検出するタイミング（第１時間）と、圧力を検出するタイミング（第２時間）を周期的に設定する。これにより、第１時間には第２加速度センサにより加速度が検出され、第２時間には、第２加速度センサと上部電極１３３とにより圧力が検出される。
【０１６２】
このような構成とすることで、第１加速度センサと第２加速度センサで２軸の加速度を検出するとともに、第２加速度センサの固定部と可動部および上部電極１３３を用いて圧力を検出することも可能である。
【０１６３】
〔実施例１０〕
図１７および図１８を用いて実施例１０について説明する。この実施例１０は、前述の実施例１の複合型力学量センサ１を、複数同時に半導体プロセスを用いて製造する実施例である。なお、前述の各実施例と同等の構成については、前述の各実施例と同様の符号を付し、本実施例１０における説明を省略する。
【０１６４】
図１７は、実施例１の図１の複合型力学量センサ１が、複数集積されたウェハー基板１７１の鳥瞰図である。さらに図１８は、図１７におけるＧ−Ｇ線の断面拡大図である。この図１８に示すように、図１の容量式加速度センサ２０を複数集積した加速度センサ側ウェハー基板の各容量式加速度センサ２０に対応するように図１のピエゾ式圧力センサ３０をそれぞれ積層することで、図１７に示した複合型力学量センサ１が複数集積されたウェハー基板１７１を生成する。そして、このウェハー基板１７１を図１７および図１８の点線に沿って、ダイシングカットすることで、図１の複合型力学量センサ１を得ることができる。
【０１６５】
なお、容量式加速度センサ２０にピエゾ式圧力センサ３０とを積層した状態で、容量式加速度センサ２０の固定部用パッド２４ｄおよび可動部用パッド２３ｆが露出しているため、ダイシングカットの前に通電試験を行うなどしても良い。また加速度センサを複数形成したウエハ基板１と圧力センサを複数形成したウエハ基板２をウエハ状態で積層後、ダイシングカットすることもできる。この場合、例えば図１８に相当するように加速度センサのワイヤボンディングする領域上部の圧力センサを形成したウエハ基板２には貫通溝または貫通穴を形成した後、ウエハ基板を積層する。
【０１６６】
〔実施例１１〕
図１９および図２０を用いて実施例１１について説明する。この実施例１１は、加速度センサ側ウェハ基板１７１に積層されるピエゾ式圧力センサ３０が、圧力センサ側ウェハ基板１７２の状態で積層される点で、前述の実施例１０と異なる。なお、前述の各実施例と同等の構成については、前述の各実施例と同様の符号を付し、本実施例１１における説明を省略する。
【０１６７】
図１９は、本実施例１１にかかる複合型力学量センサ１の断面図である。複合型力学量センサ１の構造としては、実施例４の図１１に対して、ピエゾ式圧力センサ３０の接地枠３１ｂの側面（圧力印加方向に直交する方向の面）と、容量式加速度センサ２０の側面（加速度印加方向の面）とが面一となっている点である。
【０１６８】
次に、図２０（ａ）〜（ｃ）を用いて、本実施例１１の複合型力学量センサ１の製造方法について説明する。
【０１６９】
まず、図２０（ａ）に示すように、図１９のピエゾ式圧力センサ３０が複数集積された圧力センサ側ウェハ基板１７２を準備する。この圧力センサ側ウェハ基板１７２は、図示しないピエゾ抵抗３２や貫通電極１１１が実施例４にて前述した形成工程を経て、既に圧力センサ側ウェハ基板内に形成されているものである。
【０１７０】
図２０（ａ）に続く図２０（ｂ）の工程では、圧力センサ側ウェハ基板１７２の貫通電極１１１の露出部に導通用ハンダ９１と所定箇所にＮＣＦ１０１を設置した後に、圧力センサ側ウェハ基板１７２を加速度センサ側ウェハ基板１７１に対して積層する。
【０１７１】
図２０（ｂ）に続く図２０（ｃ）の工程では、図２０（ｂ）で生成した積層基板を点線に沿って、ダイシングカットすることで、図１９の複合型力学量センサ１を得ることができる。
【０１７２】
本実施例１１では、圧力センサ側ウェハ基板１７２と加速度センサ側ウェハ基板１７１とを積層した後にダイシングカットを行う。このため、圧力センサ側ウェハ基板１７２をダイシングカットしてピエゾ式圧力センサ３０を生成すると共に加速度センサ側ウェハ基板１７１をダイシングカットして容量式加速度センサ１を生成し、これらのセンサを別個に積層する場合に比べて、本実施例１１の製造方法はダイシングカットおよび積層の回数が少ない。
【０１７３】
ところで、本実施例１１においては、前述の実施例４の図１１と略同一構造の複合型力学量センサ１を、圧力センサ側ウェハ基板１７２を加速度センサ側ウェハ基板１７１に積層することで生成した。しかし、積層により生成する複合型力学量センサの構造は図１１に限定されない。例えば、実施例１の図１のように変形部の凹部底面とは反対方向の接地枠３１ｂの面に、圧力センサ用パッド３４を有するようなピエゾ式圧力センサ３０であっても、このピエゾ式圧力センサ３０を集積した圧力センサ側ウェハ基板を準備して、圧力センサ側ウェハ基板を加速度センサ側ウェハ基板に積層することができる。この場合、固定部用パッドをピエゾ式圧力センサ３０の接地枠３１ｂが覆わないように、積層前の圧力センサ側ウェハ基板に貫通孔を設けておくことが望ましい。
【０１７４】
図１の他にも、図９の構造、図１０の構造、図１１の構造、図１２の構造においても、圧力センサ側ウェハ基板と加速度センサ側ウェハ基板とを積層して、ダイシングカットすることが可能である。また、図２１の構造においては、第１の加速度センサ側ウェハ基板と、第２の加速度センサ側ウェハ基板とを積層して、ダイシングカットすることが可能である。
【０１７５】
【０１７６】
【０１７７】
【０１７８】
【０１７９】
【０１８０】
【０１８１】
【０１８２】
【０１８３】
【０１８４】
【０１８５】
【０１８６】
【０１８７】
【０１８８】
【０１８９】
【０１９０】
【０１９１】
【０１９２】
【０１９３】
【０１９４】
【０１９５】
【０１９６】
【０１９７】
【０１９８】
【０１９９】
【０２００】
【０２０１】
【０２０２】
【０２０３】
【０２０４】
【０２０５】
【０２０６】
【０２０７】
【０２０８】
【０２０９】
【０２１０】
【０２１１】
【０２１２】
【０２１３】
【０２１４】
【０２１５】
【０２１６】
【０２１７】
【０２１８】
【０２１９】
【０２２０】
【０２２１】
【０２２２】
【０２２３】
【０２２４】
【０２２５】
【０２２６】
【０２２７】
【０２２８】
【０２２９】
【０２３０】
【０２３１】
【０２３２】
【０２３３】
【０２３４】
【０２３５】
【０２３６】
【０２３７】
【０２３８】
【０２３９】
【０２４０】
【０２４１】
【０２４２】
【０２４３】
【０２４４】
【０２４５】
【０２４６】
【０２４７】
【０２４８】
【０２４９】
【０２５０】
【０２５１】
【０２５２】
【０２５３】
【０２５４】
〔その他の実施例〕
前述の実施例１〜１０では、容量式加速度センサに、ピエゾ式もしくは容量式圧力センサを積層していた。しかし、積層する組合せは、これに限定されない。たとえば、容量式角速度（ヨーレート）センサに容量式加速度センサを積層しても良いし、容量式角速度センサに圧力センサを積層しても良い。ピエゾ抵抗型の圧力センサとピエゾ抵抗型の加速度センサを積層してもよい。さらに、検出方向が異なる加速度センサ同士を対向させて積層しても良い。また一方の基板側にはＸ，Ｙ軸方向、別の基板にはＺ軸方向と３軸の加速度センサを形成することもできる。さらに検出方向が同じではあるが図１９に示すように感度の異なる加速度センサ同士を積層する事もできる。
【０２５５】
【０２５６】
前述の実施例１〜９に示した複合型力学量センサは、半導体ウェハ基板同士を積層し、積層後にダイシングカットで各チップに分断される製造方法により製造されても良い。また、半導体ウェハ基板同士の積層方法は、基板間にＮＣＦを介さない場合には、常温における直接接合、高温における直接接合、ガラス接着、陽極接合を任意に選択可能である。
【図面の簡単な説明】
【０２５７】
【図１】実施例１に示す複合型力学量センサを表す図であり、図１（ａ）は複合型力学量センサの平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図である。
【図２】実施例１で用いられる図であり、図１（ｂ）または図１（ｃ）のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。
【図３】実施例１を示すピエゾ式圧力センサの製造工程を表す図である。
【図４】実施例１で用いられる固定部用配線の設置工程を表す図である。
【図５】実施例１で用いられる固定部および可動部の製造工程を表す図であり、製造前の図１（ｂ）に相当する。
【図６】実施例１で用いられる固定部および可動部の製造工程を表す図であり、製造前の図１（ｃ）に相当する。
【図７】実施例１で用いられるピエゾ式圧力センサを容量式加速度センサに積層する工程を表す図であり、製造前の図１（ｂ）に相当する。
【図８】実施例１で用いられるピエゾ式圧力センサを容量式加速度センサに積層する工程を表す図であり、製造前の図１（ｃ）に相当する。
【図９】実施例２に示す複合型力学量センサを表す図であり、図９（ａ）は図９（ａ）のＡ−Ａ線における断面図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図、図９（ｃ）は図９（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図である。
【図１０】実施例３に示す複合型力学量センサを表す図であり、図１０（ａ）は図１０（ａ）のＡ−Ａ線における断面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図、図１０（ｃ）は図１０（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図である。
【図１１】実施例４を示す複合型力学量センサを表す図である。
【図１２】実施例５を示す複合型力学量センサを表す図である。
【図１３】実施例６を示す複合型力学量センサを表す図である。
【図１４】実施例７を示す複合型力学量センサを表す図である。
【図１５】実施例８を示す複合型力学量センサを表す断面図である。
【図１６】実施例９を示す複合型力学量センサを表す断面図である。
【図１７】実施例１０にて示す複合型力学量センサが複数集積されたウェハー基板を表す図である。
【図１８】実施例１０にて示す図１７のＧ−Ｇ線における断面図である。
【図１９】実施例１１を示す複合型力学量センサを表す図である。
【図２０】実施例１１で用いられる図であり、圧力センサ側ウェハ基板を加速度センサ側ウェハ基板に積層する工程を表す。
【図２１】その他の実施例にて示す複合型力学量センサを表す断面図である。
【図２２】実施例１にて示す容量式加速度センサの詳細図である。
【符号の説明】
【０２５８】
１  複合型力学量センサ
２０  容量式加速度センサ
２１  Ｎ型シリコン基板
２２  外枠
２３  可動部
２３ａ  可動電極
２３ｂ  錘
２３ｃ  可動部用配線
２３ｄ  支柱
２３ｅ  梁
２３ｆ  可動部用パッド
２４  固定部
２４ａ  固定電極
２４ｂ  連結部
２４ｃ  固定部用配線
２４ｄ  固定部用パッド
２４ｅ  Ｎ＋領域
２５  支持基板
２６  絶縁膜
２７  ＳｉＮ膜
２７ａ  コンタクトホール
２８  表面保護膜
３０  ピエゾ式圧力センサ
３１  ダイヤフラム
３１ａ  変形部
３１ｂ  接地枠
３１ｃ  Ｎ型シリコン基板
３１ｄ  絶縁膜（ＳｉＯ２）
３１ｅ  コンタクトホール
３２  ピエゾ抵抗
３３  圧力センサ用配線
３４  圧力センサ用パッド
３５  表面保護膜
３６  絶縁膜
３７  基準圧力室
４０  処理回路
４０ａ  圧力センサ処理回路
４０ｂ  加速度センサ処理回路
４１  処理回路用パッド
５０  パーケージ
６０  低融点ガラス
９１  導通用ハンダ
９２  連結用ハンダ
９３  気密リング
９４  圧力センサ用配線
９５  絶縁膜
１０１  ＮＣＦ
１１１  貫通電極
１１２  絶縁膜
１２１  ポリシリコン膜
１２２  絶縁膜
１３０  容量式圧力センサ
１３１  基部
１３２  下部電極
１３３  上部電極
１３４  絶縁膜
１３５  上部電極穿設配線
１３６  下部電極穿設配線
１５１  圧力センサ基板
１５２  加速度センサ出力配線
１６１  配線
１７１  加速度センサ側ウェハ基板（ウェハ基板）
１７２  圧力センサ側ウェハ基板
２０１  積層型力学量センサ
２４０  回路基板
２４１  保護膜
２４２  酸化膜
２４３  コンタクトホール
２４４  窪み
２４５  取出電極
２４６  封止空間
２４７  入力配線
２４８  出力配線
２４９  パッド
２５０  セラミックチップ
２５１  配線
２５２  バンプ
２５３  パッケージ
２５４  スペーサ
【図１】
0005092462.tif 000002
【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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【図２１】
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【図２２】
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