CN102313820B - 元件结构体、惯性传感器以及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供元件结构体、惯性传感器以及电子设备。能够使包含2个以上的传感器元件的元件结构体的制造变得容易。元件结构体包含第1基板(BS1)和第2基板(BS2)，第1基板(BS1)具有第1支撑层(100)和设置于第1支撑层(100)上方的第1传感器元件(SE1)，第2基板(BS2)具有第2支撑层(200)和设置在第2支撑层(200)上方的第2传感器元件(SE2)，其中，第2基板(BS2)在第1传感器元件(SE1)与第2传感器元件(SE2)相互面对的状态下，隔着间隔件(300)配置在第1基板(BS1)上。

Description

元件结构体、惯性传感器以及电子设备
技术领域
本发明涉及元件结构体、惯性传感器以及电子设备等。
背景技术
近年来，使用MEMS(Micro Electro Mechanical System：微电子机械系统)技术，实现小型且高灵敏度的MEMS传感器的技术备受关注。
例如，在专利文献1中，公开了使用多晶硅的层叠结构体的半导体力学量传感器。该半导体力学量传感器使用一个可动结构体，对3轴(X轴、Y轴和Z轴)各个方向的加速度分量进行检测。
此外，在专利文献2中，示出了将三个加速度检测元件集成在一个硅基板上的3轴加速度传感器。三个加速度检测元件通过硅微机械制造工艺同时形成，并且，各加速度传感器相邻地配置(并列配置)在一个硅基板上。
【专利文献1】日本特开2004-286535号公报
【专利文献2】日本特开平9-113534号公报
在专利文献1的技术中，在结构体内，在与基板垂直的方向上需要三个绝缘分离结构。由此，不可否认制造工序变复杂。此外，由于是利用一个可动结构体检测3轴方向的加速度，因此难以确保各轴的检测灵敏度的独立性，不可否认具有所谓的多轴灵敏度特性。此外，由于结构比较复杂，因此在提高传感器的灵敏度、或缩小传感器尺寸的方面存在极限。即，由于是利用成膜工艺来形成电极(多晶硅)，因而厚膜化在工艺上比较难实现，因此在传感器性能提高方面存在极限。并且，在进行传感器元件的密封(封装)的情况下，需要追加工序，制造工序进一步复杂化。此外，因形成密封体而导致传感器尺寸进一步增大。
此外，在专利文献2的技术中，将三个加速度传感器并排配置在一个传感器上，因此不可否认传感器的专用面积增大。并且，在进行传感器元件的密封(封装)的情况下，需要追加工序。此外，因形成密封体而导致传感器尺寸进一步增大。
发明内容
根据本发明的至少一个方式，例如，能够使包含电容元件的元件结构体的制造变得容易。此外，例如，能够实现元件结构体的小型化。
(1)本发明的元件结构体的一个方式为，包含：第1基板，其搭载有第1传感器元件；以及第2基板，其搭载有第2传感器元件，所述第1基板的搭载有所述第1传感器元件的表面与所述第2基板的搭载有所述第2传感器元件的表面相互面对。
(2)本发明的元件结构体的一个方式为，所述第1传感器元件检测平面视图中第1方向的力，所述第2传感器元件检测平面视图中与所述第1方向交叉的第2方向的力。
(3)本发明的元件结构体的一个方式为，所述第1基板具有第1支撑层，所述第1传感器元件设置于所述第1支撑层，所述第2基板具有第2支撑层，所述第2传感器元件设置于所述第2支撑层。
在本方式中，通过相对地配置具有第1传感器元件的第1基板与具有第2传感器元件的第2基板，来构成具有两个传感器元件的元件结构体。第1基板与第2基板彼此例如相隔预定距离，以相互面对的状态配置。作为第1基板和第2基板，例如可使用在半导体基板上层叠地形成有多层绝缘膜和导体膜等的多层结构的半导体基板、SOI(Silicon on Insulator：硅绝缘体)基板、或者玻璃基板等。此外，搭载有第1传感器元件的面与搭载有第2传感器元件的面相互面对。
此外，如果使第1传感器元件的形成区域与第2传感器元件的形成区域在平面视图中重叠，则与并排配置各传感器的情况相比，元件的专用面积减少，由此能够实现元件结构体的小型化。此外，第1传感器元件与第2传感器元件彼此在空间上被分离，因此能够防止第1传感器元件与第2传感器元件之间的相互干扰，确保各传感器的独立性。由此，在本方式的元件结构体中，不存在多轴灵敏度特性的问题。此外，例如，还可以将任意一方的基板用作密封用的盖体，此时，无需追加工序即可实现小型的密封结构体(传感器封装)。
(4)本发明的元件结构体的一个方式为，所述第1支撑层和所述第2支撑层的至少一方包含绝缘层，所述第1传感器元件和所述第2传感器元件中的至少一方隔着所述绝缘层被支撑。
根据该结构，能够确保第1基板与第2基板之间的绝缘性。由此，不需要为了实现设置于各基板上的导体层之间的绝缘分离而形成特别的结构。即，当保持预定距离而相对地配置第1基板与第2基板时，伴随于此，必然能够实现与各基板垂直的方向(例如Z轴方向)上的、导体层(导电部件)之间的绝缘分离。由此，能够简化包含电容元件的元件结构体的制造工序。
此外，例如，当使用具有厚活性层的SOI基板等、并利用该厚活性层构成可动梁时，能够容易地确保高精度检测惯性力(加速度或角速度等物理量)所需的质量(可动施重部的质量)。由此，容易提高传感器灵敏度。
(5)在本发明的元件结构体的其他方式中，所述第1传感器元件具有：第1固定框部；第1可动施重部，其隔着第1弹性变形部被支撑于所述第1固定框部上；第1可动电极部，其形成于所述第1可动施重部上；以及第1固定电极部，其一端被固定在所述第1固定框部上，且该第1固定电极部与所述第1可动电极部相对地配置，并且，在对所述第1可动施重部施加了平面视图中的第1方向的力时，所述第1可动电极部在所述第1方向上移位，所述第2传感器元件具有：第2固定框部；第2可动施重部，其隔着第2弹性变形部被支撑于所述第2固定框部；第2可动电极部，其形成于所述第2可动施重部上；以及第2固定电极部，其一端被固定在所述第2固定框部，且该第2固定电极部与所述第2可动电极部相对地配置，并且，在对所述可动施重部施加了平面视图中与所述第1方向交叉的第2方向的力时，所述第2可动电极部在所述第2方向上移位。
在本方式中，第1传感器元件和第2传感器元件都是电容元件，该电容元件具有固定框部、弹性变形部(弹簧部)、可动电极部、可动施重部以及固定电极部。各个部分例如可利用光刻对单晶硅层(以及设置在其上的绝缘层等)进行构图而统一形成。另外，针对第1传感器元件的结构要素，在开头标注了「第1」，针对第2传感器元件的结构要素，在开头标注了「第2」，由此对两者进行区分。
例如，弹性变形部的一端被连接(固定)于固定框部上，另一端被连接(固定)于可动施重部上。可动施重部隔着弹性变形部被支撑于固定框部上。可动施重部成为悬浮在空腔部中的状态，因此能够在预定方向上进行移位。可动电极部例如与可动施重部形成为一体，在对可动施重部施加力而使可动施重部移位时，可动电极部也同样地移位。可动电极部例如形成为，其一端被固定在可动施重部上，且该可动电极部朝向可动施重部周围的空腔部突出。固定电极部与可动电极部相对地配置。固定电极部例如形成为，其一端被固定在固定框部上，且该固定电极部朝向可动施重部周围的空腔部突出。
此外，构成第1传感器元件的电容元件的电容值例如随第1可动施重部在水平面内的第1方向上移位而发生变化。另一方面，构成第2传感器元件的电容元件的电容值例如随第2可动施重部在水平面内与第1方向交叉的第2方向(例如正交的方向)上移位而发生变化。即，第1传感器元件(构成该第1传感器元件的电容元件)的检测轴的方向与第2传感器元件(构成该第2传感器元件的电容元件)的检测轴的方向为相互交叉的方向(例如正交的方向)。由此，当使用本方式的元件结构体时，能够检测2轴方向的加速度和角速度。
(6)在本发明的元件结构体的其他方式中，所述第1传感器元件具有：第1传感器用第1电容，在对所述第1可动施重部施加了所述第1方向的力时，该第1传感器用第1电容的电容值减小；以及第1传感器用第2电容，在对所述第1可动施重部施加了所述第1方向的力时，该第1传感器用第2电容的电容值增大，所述第2传感器元件具有：第2传感器用第1电容，在对所述第2可动施重部施加了所述第2方向的力时，该第2传感器用第1电容的电容值减小；以及第2传感器用第2电容，在对所述第2可动施重部施加了所述第2方向的力时，该第2传感器用第2电容的电容值增大。
在本方式中，在第1传感器元件和第2传感器元件各自中，分别设置了电容值的变化方向相反的两个电容元件(第1电容和第2电容)。能够将第1电容元件与第2电容元件用作差动电容。
例如，在第1传感器元件中，假定在对第1可动施重部施加了第1方向的力(加速度、科里奥利力)时，例如构成第1电容的可动电极与固定电极之间的距离(电容器的间隙)扩大，从而第1电容的电容值减小(设第1电容的电容值变动量为「-ΔC」)。此时，构成第2电容的可动电极与固定电极之间的距离(电容器的间隙)缩小，从而第2电容的电容值增大(第2电容的电容值变动量为「+ΔC」)。对于第2传感器也同样如此。
将第1电容和第2电容各自的电容值的变动提取为电信号，从而能够得到差动检测信号。通过使检测信号差动化，能够抵消掉同相噪声。此外，通过检测两个检测信号中的任意一个信号是否增加，还能够检测力的方向(施加力的方向)。此外，通过设置多个电容(第1电容和第2电容)，惯性力检测用电容的电容值实质上增大，电荷的移动量增大，因此还能够得到增大检测信号的信号振幅的效果。
(7)在本发明的元件结构体的其他方式中，在所述第1基板和所述第2基板的至少一方上，还设置有第3传感器元件，所述第3传感器元件包含第3传感器元件用电容元件，在产生与包含所述第1方向和所述第2方向的面交叉的第3方向的力时，该第3传感器元件用电容元件的电容值发生变化。
由此，实现了除第1方向、第2方向以外，在第3方向上也具有检测灵敏度的元件结构体。作为第3传感器元件的电容元件例如可通过以下方式形成：隔开预定距离相对地配置在第3方向上延伸的导体层，将一方的导体层的侧面用作固定电极，将另一方的导体层的侧面用作可动电极。
(8)在本发明的元件结构体的其他方式中，所述第1基板和所述第2基板相对配置，由此构成所述第3传感器元件，所述第3传感器元件用电容元件包含第1电容，并具有：一端部被支撑于所述第1基板上的作为第1可动电极的第1可动梁；以及固定在所述第2基板上的作为第1固定电极的第1固定部。
在本方式中，也设置有在第3方向上具有检测灵敏度的第3传感器元件。但是，在上述(7)的方式中，是在一个基板设置了第3传感器，而在本方式中，组合第1基板与第2基板而形成第3传感器，基于这一点，第3传感器的实现方法不同。
在本方式中，在第1基板上还设置有作为第1可动电极的第1可动梁，此外，在第2基板上，还设置有作为第1固定电极发挥功能的第1固定部。另外，形式上在开头标注「第1」的原因为：由于在接下来的(9)的方式中要追加结构要素，因而避免结构要素彼此的混淆(如果单独考虑本方式，则不需要「第1」这一序词)。
在本方式中，在第1基板与第2基板例如隔开预定距离相对地配置时，成为第1可动梁与第1固定部面对的状态(在平面视图中重叠的状态)，由此形成平行平板电容器。在与各基板垂直的方向(即第3方向)上施加力(加速度、科里奥利力)时，由于第1可动梁的移位，第1可动电极与第1固定电极之间的距离(电容器的间隙)发生变化，电容值随该变化而发生变动。由此，能够对第3方向的加速度、科里奥利力(旋转角速度)进行检测。
由于第1基板与第2基板彼此相隔预定距离而以相互面对的状态配置，由此确保了第1基板与第2基板之间的绝缘性。由此，不需要为了实现设置于各基板上的导体层之间的绝缘分离而形成特别的结构。即，当保持预定距离而相对地配置第1基板与第2基板时，伴随于此，必然能够实现与各基板垂直的方向(例如Z轴方向)上的、导体层(导电部件)之间的绝缘分离。由此，能够简化包含电容元件的元件结构体的制造工序。
此外，例如，当使用具有厚活性层的SOI基板等、并利用该厚活性层构成可动梁时，能够容易地确保高精度检测惯性力(加速度或角速度等物理量)所需的质量(可动施重部的质量)。由此，容易提高传感器灵敏度。
(9)在本发明的元件结构体的其他方式中，所述第3传感器元件用电容元件还包含第2电容，并具有：固定在所述第1基板上的作为第2固定电极的第2固定部；以及一端部被支撑于所述第2基板上的作为第2可动电极的第2可动梁。
在本方式中，在第1基板上还设置有作为第2固定电极的第2固定部，在第2基板上还设置有作为第2可动电极的第2可动梁。即，在本方式中，第3传感器包含两个电容元件(第1电容和第2电容)。关于第3传感器元件用的第1电容，第1可动电极被设置于第1基板侧，第1固定电极被设置于第2基板侧。另一方面，关于第3传感器元件用的第2电容，第2可动电极被设置于第2基板侧，第2固定电极被设置于第1基板侧。即，对于第3传感器用的第1电容与第3传感器用的第2电容彼此而言，可动电极与固定电极的位置关系相反。由此，能够将第3传感器用的第1电容与第3传感器用的第2电容用作差动电容。
假定在与各基板垂直的方向(例如Z轴方向)上施加了力(加速度、科里奥利力)时，例如第1电容中的、第1可动电极与第1固定电极之间的距离(电容器的间隙)扩大，从而第1电容的电容值减小(设第1电容元件的电容值变动量为「-ΔC」)。此时，第2电容中的、第2可动电极与第2固定电极之间的距离(电容器的间隙)缩小，从而第2电容元件的电容值增大(第2电容元件的电容值变动量为「+ΔC」)。
通过将第1电容和第2电容各自的电容值变动提取为电信号，从而能够得到差动检测信号。通过使检测信号差动化，能够抵消掉同相噪声。此外，通过检测两个检测信号中的任意一个信号是否增加，能够检测力的方向(施加力的方向)。此外，通过设置多个电容元件(第1电容元件和第2电容元件)，惯性力检测用电容的电容值实质上增大，电荷的移动量增大，因此还能够得到增大检测信号的信号振幅的效果。
此外，当采用本方式的结构时，能够得到如下效果：能够将由第1电容与第2电容之间的耦合造成的串扰(相互影响)降低至实际应用中不发生问题的水平。例如，假定这样的情况：将电容元件的固定电极设为公共电位，从可动电极得到检测信号。一般而言，在推进元件结构体的小型化时，第1电容与第2电容之间的距离缩短，在各电容元件的可动电容之间，容易产生寄生电容的耦合。
但是，根据本方式的元件结构体的结构，如上所述，第1电容的第1可动电极被设置于第1基板侧，另一方面，第2电容的第2可动电极被设置于第2基板侧。各基板在与基板垂直的方向(例如Z轴方向)上相隔预定距离，因此，即使第1可动电极与第2可动电极相邻地配置，也能够确保第1可动电极与第2可动电极之间的距离，由此，能够充分降低由第1电容与第2电容之间的耦合造成的串扰(相互影响)。由此，根据本方式，能够使元件结构体小型化，并且抑制第3传感器元件的检测灵敏度下降。
(10)在本发明的元件结构体的其他方式中，在平面视图中，所述第3传感器元件被设置于所述第1传感器元件和所述第2传感器元件的至少一方的形成区域的周围。
本方式涉及第1基板和第2基板中的第3传感器元件的布局。如以上所说明的那样，第1传感器元件与第2传感器元件在平面视图中重叠，由此，能够实现元件结构体的小型化。在本方式中，在平面视图中第1传感器元件和第2传感器元件的形成区域周围的空闲区域中，还设置了第3传感器元件。
例如，将第1基板与第2基板在平面视图中重叠的整个区域设为元件形成区域。第1传感器元件和第2传感器元件例如被设置于平面视图的元件形成区域的中央部，第3传感器元件的结构要素(固定部和可动梁)可采用分散地配置于中央部周围的空闲区域这一布局。由此，成为未浪费地使用了元件形成区域的布局。由此，能够得到3轴分别具有检测灵敏度的、极小型的元件结构体(3轴元件结构体)。
(11)在本发明的元件结构体的其他方式中，在所述第1基板与所述第2基板之间，设置有间隔部件。
在本方式中，在第1基板与第2基板之间设置有间隔部件。利用间隔部件，例如能够在第1基板上，相隔预定距离保持第2基板。作为间隔部件，可使用仅由绝缘材料构成的绝缘性间隔部件，此外，还可使用包含导电性材料作为结构要素的导电性间隔部件。此外，还可同时使用绝缘性间隔部件和导电性间隔部件。
(12)在本发明的元件结构体的其他方式中，由所述第1基板、所述第2基板和所述间隔部件形成了在内部形成有空间的密封体。
例如，可将第1基板用作支撑第2基板的支撑基板、将第2基板用作构成密封体的盖部的盖基板、将第1间隔部件用作气密密封用的侧壁。在第1基板和第2基板的至少一方上，形成平面视图中具有闭合的线形状的第1间隔部件后，面对面地粘合第1基板与第2基板，由此形成具有密封体(封装)的元件结构体。根据本方式，不需要用于构成密封体(封装)的额外制造工序，由此，能够简化元件结构体的制造工序。
(13)在本发明的元件结构体的其他方式中，所述间隔部件具有：树脂芯部，其利用树脂形成；以及导电层，其形成为覆盖所述树脂芯部的表面的至少一部分。
在本方式中，使用具有树脂芯结构的导电性间隔部件(包含导电材料作为结构要素的间隔件)作为间隔部件，该导电性间隔部件具有树脂芯部(树脂芯)和形成为覆盖树脂芯部(树脂芯)的表面的至少一部分的导电层。
作为树脂，例如可使用合成树脂那样的热硬化性树脂。由于树脂较硬、且具有刚性，因此有助于在第1基板上稳定地支撑第2基板(保持预定距离地支撑)。此外，以覆盖树脂芯表面的至少一部分(至少与树脂芯接触)的方式形成导体层。
另外，导体层的厚度极薄(而且，在粘合第1基板与第2基板时，有时会成为树脂芯的顶部大致露出的状态)，由此，能够利用树脂芯的高度准确地确定第1基板与第2基板之间的距离。
此外，由于设置了覆盖树脂芯的至少一部分的导体层，因此，还能够经由该导体层，将例如第1基板侧的导体与第2基板侧的导体相互连接。另外，例如在第1基板侧的绝缘层与第2基板的绝缘层之间夹有具有树脂芯结构的导电性间隔件的情况下，无法发挥取得覆盖树脂芯的至少一部分的导体层的电导通的功能。此时，可视为，具有树脂芯结构的导电性间隔件实质上作为绝缘性间隔件发挥功能。
(14)在本发明的惯性传感器的一个方式中，该惯性传感器具有信号处理电路，该信号处理电路对从所述元件结构体输出的电信号进行处理。
元件结构体的体积小，并且检测性能好。由此，能够实现小型且高灵敏度的惯性传感器。并且，能够得到具有密封体(封装)的、可靠性高的(即耐湿性等优异的)惯性传感器。作为惯性传感器的例子，例如可以列举静电电容型加速度传感器以及陀螺仪传感器(角速度传感器)等。
(15)本发明的电子设备的一个方式为，具有上述元件结构体。
由此，能够得到小型且高性能(且可靠性高的)的电子设备(例如游戏控制器、移动终端等)。
附图说明
图1的(A)～(D)是示出包含电容元件的元件结构体的结构例的图。
图2是示出相对地配置具有Y轴方向传感器元件的第1基板与具有X轴方向传感器元件的第2基板时的、各基板之间的对应关系的平面图。
图3的(A)和(B)是示出相对地配置图2所示的第1基板与第2基板后的状态的图。
图4是示出具有密封结构的元件结构体的截面结构的一例的图。
图5是示出惯性传感器的电路结构例的图。
图6的(A)～(C)是用于说明C/V转换电路的结构和动作的图。
图7的(A)和(B)是示出还包含第3传感器元件的元件结构体的结构的一例的图。
图8的(A)和(B)是示出还包含第3传感器元件的元件结构体的结构的另一例的图。
图9的(A)和(B)是示出在X轴、Y轴、Z轴上分别具有检测灵敏度的3轴传感器元件结构体用的第1基板的布局例的图。
图10是示出第1基板和第2基板各自的具体布局例的图。
图11是示出采用了图10所示的具体布局例的第1基板与第2基板被粘合在一起后的状态的平面图(透视图)。
图12是示出沿着图11的A-A′线的元件结构体的截面图。
图13是示出第1基板中的外部焊盘的作用、以及第1基板的内部焊盘与第2基板的内部焊盘之间的对应的图。
图14的(A)和(B)是示出元件结构体的具体结构例的图。
图15是示出第1基板和第2基板中的布线图案的例子的图。
图16的(A)和(B)是示出第1基板和第2基板中的活性层布线(绝缘分离后的活性层)的图案例的图。
图17的(A)和(B)是示出第1基板和第2基板中的第1层布线的布线图案例的图。
图18的(A)和(B)是示出第1基板和第2基板中的第2层布线的布线图案例的图。
图19的(A)和(B)是示出将第1基板和第2基板的活性层图案、第1层布线以及第2层布线重叠后的图案例的图。
图20的(A)和(B)是示出图19(A)中由粗虚线围起而表示的区域ZQ的放大平面图、和沿着A-A线的器件的截面图。
图21是示出电子设备的结构的一例的图。
图22是示出电子设备的结构的另一例的图。
标号说明
BS1：第1基板；BS2：第2基板；SE1：第1传感器元件；SE2：第2传感器元件；SE3：Y轴方向传感器元件；SE4：X轴方向传感器元件；SE5：Z轴方向传感器元件；51、61：可动施重部；52a、52b、62a、62b：弹性变形部；53、63：可动电极部(梳齿电极)；54、55、64、65：固定电极部(梳齿电极)；100：第1支撑层；102、104：空腔部(空隙部)；110：第1绝缘层；120：第1活性层；130、230、235：活性层上的绝缘层；200：第2支撑层；210：第2绝缘层；220：第2活性层；240：第2基板侧的导体层；250：惯性传感器；300：间隔部件；410：树脂芯部；412：构图后的导体层；414：粘接层(粘接膜等)；800a：第1可动梁(第1可动部或第1可动电极)；800b：第2可动梁(第2可动部或第2可动电极)；900a：第1固定部(第1固定电极)；900b：第2固定部(第2固定电极)；c1y、c1x、c1z：与各轴对应的第1电容元件(第1电容)；c2y、c2x、c2z：与各轴对应的第2电容元件(第2电容)。
具体实施方式
以下，对本发明的优选实施方式进行具体说明。另外，以下说明的本实施方式不对权利要求所记载的本发明内容做出不当限定，本实施方式中说明的所有结构并非都是本发明的解決手段。
(第1实施方式)图1的(A)～(D)是示出包含电容元件的元件结构体的结构例的图。在图1(A)的例子中，元件结构体由相互面对地配置的第1基板BS1和第2基板BS2构成。作为第1基板BS1和第2基板BS2，例如可使用在半导体基板上层叠地形成有多层绝缘膜和导体膜等的多层结构的半导体基板、SOI(Silicon onInsulator：硅绝缘体)基板、或者玻璃基板等。
第1基板BS1具有：第1支撑层(例如单晶硅层)100；形成在第1支撑层100上的第1绝缘层(例如氧化硅膜)110；以及第1传感器元件SE1。另外，还可能存在不需要设置第1绝缘层(例如氧化硅膜)110的情况。例如在使用玻璃基板作为第1支撑层100时，由于第1支撑层100自身由绝缘性材料构成，因此可以不设置第1绝缘层(例如氧化硅膜)110。
第1传感器元件SE1例如可通过对形成在第1绝缘层110上的(或者设置在第1支撑层100的上方的)第1活性层120(例如，单晶硅层)进行构图来构成。另外，还可以在作为第1活性层120的单晶硅层上，形成通过层叠至少1层层间绝缘膜和导体层而得到的多层结构，对该多层结构进行构图来形成第1传感器元件SE1(的结构要素中的至少一个)。
此外，第2基板BS2具有：第2支撑层(例如单晶硅层)200；形成在第2支撑层200上的第2绝缘层(例如氧化硅膜)210；以及第2传感器元件SE2。另外，还可能存在不需要设置第2绝缘层(例如氧化硅膜)210的情况。例如在使用玻璃基板作为第2支撑层200时，可以不设置第2绝缘层(例如氧化硅膜)210。
第2传感器元件SE2例如可通过对形成在第2绝缘层210上的第2活性层220(例如，单晶硅层)进行构图来构成。另外，还可以在作为第2活性层220的单晶硅层上，形成通过层叠至少1层层间绝缘膜和导体层而得到的多层结构，对该多层结构进行构图来形成第2传感器元件SE2(的结构要素的至少一个)。
第2基板BS2在第1传感器元件SE1与第2传感器元件SE2相互面对的状态下，隔着间隔部件(间隔件)300配置在第1基板BS1上。例如，第1基板BS1与第2基板BS2在第1传感器元件SE1与第2传感器元件SE2相互面对的状态下，隔着间隔部件300而粘合在一起。
通过间隔部件300，使得在第1基板BS1上，例如相隔预定距离而保持第2基板BS2。作为间隔部件300，例如可以使用仅由绝缘材料构成的绝缘性间隔部件，此外，还可以使用包含导电性材料作为结构要素的导电性间隔部件。此外，还可以一并使用绝缘性间隔部件和导电性间隔部件。
由于第1传感器元件SE1与第2传感器元件SE2相互面对，因而在平面视图(俯视图)中，第1传感器元件的形成区域与第2传感器元件的形成区域重叠。
在元件结构体的内部形成有空间AR。这样构成的元件结构体例如可以被用作静电电容型的MEMS加速度传感器、静电电容型的MEMS陀螺仪传感器等惯性传感器的结构部件。例如，当由于加速度使得可动电极部移位时，可变电容的电容值发生变化。通过C/V转换电路(电容/电压转换电路)将该电容值的变化转换为电信号，从而能够对加速度进行检测。同样，当由旋转引起的科里奥利力使得可动电极部移位时，可变电容的电容值发生变化。通过C/V转换电路将该电容值的变化转换为电信号，从而能够对角速度进行检测。另外，在陀螺仪传感器中，元件结构体例如被安装在以预定转速旋转的旋转体(旋转质量体：未图示)上。
根据图1(A)所示的元件结构体，确保了第1基板与第2基板之间的绝缘性。由此，不需要为了实现设置于各基板(BS1、BS2)上的导体层之间的绝缘分离而形成特别的结构。即，当保持预定距离而相对地配置第1基板BS1与第2基板BS2时，伴随于此，必然能够实现与各基板垂直的方向(例如Z轴方向)上的、导体层(导电部件)之间的绝缘分离。由此，简化了包含电容元件的元件结构体的制造工序。
此外，例如，当使用具有厚活性层的SOI基板等、并利用该厚活性层构成可动梁时，能够容易地确保高精度检测惯性力(实质上为加速度或角速度等物理量)所需的质量(可动施重部的质量)。由此，容易提高传感器灵敏度。
此外，第1传感器元件SE1的形成区域与第2传感器元件SE2的形成区域在平面视图中重叠，因此与并排配置各传感器的情况相比，元件的专用面积减少，由此能够实现元件结构体的小型化。
此外，第1传感器元件SE1与第2传感器元件SE2彼此在空间上是分离的，因此能够防止第1传感器元件SE1与第2传感器元件SE2之间的相互干扰，确保各传感器的独立性。由此，在本方式的元件结构体中，不存在多轴灵敏度特性的问题。
此外，例如，还可以将任意一方的基板用作密封用的盖体，此时，无需追加工序即可实现小型的密封结构体(传感器封装)。
在图1(B)所示的元件结构体中，设置有Y轴方向传感器元件SE3和X轴方向传感器元件SE4。作为第1传感器元件的Y轴方向传感器元件SE3和作为第2传感器元件的X轴方向传感器元件都是电容元件。
图1(C)是示出Y轴方向传感器元件(Y方向传感器元件)SE3的结构例的平面图，图1(D)是示出X轴方向传感器元件(X方向传感器元件)SE4的结构例的平面图。图1(C)所示的Y轴方向传感器元件SE3与图1(D)所示的X轴方向传感器元件SE4的结构相同，但是检测轴不同。图1(C)所示的Y轴方向传感器元件SE3的检测轴为Y轴，图1(D)所示的X轴方向传感器元件SE3的检测轴是与Y轴正交的X轴。
图1(C)所示的、作为第1传感器元件的Y轴方向传感器元件SE3可利用例如光刻对第1基板BS1的活性层120进行构图来形成。
图1(C)的Y轴方向传感器元件SE3具有：第1固定框部50；第1可动施重部51，其隔着第1弹性变形部(弹簧部)52a、52b被支撑于第1固定框部50上，且在周围形成有第1空腔部56；第1可动电极部53，其与第1可动施重部51形成为一体，与第1可动施重部51一体地移位；以及一对第1固定电极部54、55，它们的一端被固定在第1固定框部50上，并且与第1可动电极部53相对地配置。在对第1可动施重部51施加了平面视图中第1方向的力(即Y轴方向的力)时，第1可动电极部53在第1方向(Y轴方向)上移位。
弹性变形部(弹簧部)52a、52b的一端被连接(固定)在固定框部50上，另一端被连接(固定)在可动施重部51上。可动施重部51隔着弹性变形部52a、52b被支撑于固定框部50上。可动施重部51处于悬浮在空腔部56中的状态，因此能够在预定方向(在图1(C)的例中为Y轴方向)上移位。可动电极部53例如与可动施重部51形成为一体，在对可动施重部51施加力而使得可动施重部51移位时，可动电极部53也同样地移位。可动电极部53例如形成为，其一端被固定在可动施重部51上，且该可动电极部53朝向设置于可动施重部51周围的空腔部56突出。一对固定电极部54、55与可动电极部53相对地配置。例如，一对固定电极部54、55各自的一端被固定在固定框部50上，且该一对固定电极部54、55形成为朝向设置于可动施重部51周围的空腔部56突出。
在图1(C)的例子中，固定电极部54、55和可动电极部53构成梳齿电极。由该梳齿电极构成两个电容(差动电容)c1y、c2y。在可动电极部53与固定电极部54之间的距离(电容器的间隙)缩小、从而第1电容元件c1y的电容值增大的情况下(电容值的增量为+ΔC)，可动电极部53与固定电极部55之间的距离增大、从而第2电容元件c2y的电容值减小(电容值的减小量为-ΔC)。由此，第1电容元件c1y与第2电容元件c2y成为差动电容。
将第1电容c1y和第2电容c2y各自的电容值的变动提取为电信号，从而能够得到差动检测信号。通过使检测信号差动化，能够抵消掉同相噪声。此外，通过检测两个检测信号中的任意一个信号是否增加，还能够检测力的方向(施加力的方向)。此外，通过设置多个电容(第1电容c1y和第2电容c2y)，惯性力检测用电容的电容值实质上增大，电荷的移动量增大，因此，还能够得到增大检测信号的信号振幅的效果。
图1(D)所示的X轴方向传感器元件SE2也具有相同结构。即，X轴方向传感器元件SE2具有：第2固定框部60；第2可动施重部61，其隔着第2弹性变形部62a、62b被支撑于第2固定框部60上，且在周围形成有第2空腔部66；第2可动电极部63，其与第2可动施重部61形成为一体，与第2可动施重部61一体地移位；以及第2固定电极部64、65，它们的一端被固定在第2固定框部60上，并且与第2可动电极部63相对地配置。并且，在对可动施重部61施加平面视图中与第1方向交叉的第2方向(此处为X轴方向)的力时，第2可动电极部63在第2方向(X轴方向)上移位。
另外，在上述说明中，针对作为第1传感器元件的Y轴传感器元件SE3的结构要素，在开头标注了「第1」，针对作为第2传感器元件的X轴传感器元件SE4的结构要素，在开头了标注「第2」，由此对两者进行区分。
如上所述，构成Y轴传感器元件SE3的电容元件c1y、c2y的电容值随第1可动施重部51例如在水平面内的第1方向(Y轴方向)上移位而发生变化。另一方面，构成X轴传感器元件SE4的电容元件c1x、c2x的电容值随第2可动施重部61例如在水平面内与第1方向交叉的第2方向(此处为正交的方向即X轴方向)上移位而发生变化。
即，第1传感器元件(构成该第1传感器元件的电容元件)的检测轴的方向与第2传感器元件(构成该第2传感器元件的电容元件)的检测轴的方向为相互交叉的方向(例如正交的方向)。由此，当使用图1(B)～图1(D)所示的元件结构体时，能够检测2轴方向的加速度和角速度。
图2是示出相对地配置具有Y轴方向传感器元件的第1基板与具有X轴方向传感器元件的第2基板时的、各基板之间的对应关系的平面图。在图2中，对与图1相同的结构要素标注相同的参考标号(该点在以下的图中也同样如此)。
如图2的左侧所示，在第1基板BS1上，设置有内部焊盘(设置于由虚线围起地表示的元件形成区域内侧的连接端子)BIP1～BIP12，并且设置有外部焊盘(设置于由虚线围起地表示的元件形成区域外侧的连接端子)EP1～EP8。
另一方面，在第1基板BS1上，设置有焊盘(连接端子)CIP1～CIP12。焊盘(连接端子)CIP1～CIP12分别对应于第1基板BS1的内部焊盘BIP1～BIP12。当重叠地配置第1基板BS1与第2基板BS2时，对应的焊盘彼此在平面视图中重叠。
图3(A)和图3(B)是示出相对地配置图2所示的第1基板与第2基板后的状态的图。图3(A)是示出相对地配置图2所示的第1基板与第2基板而构成的元件结构体的平面图，图3(B)是示出元件结构体的整体结构的一例的立体图。
在图3(A)中，设置于第1基板BS1上的Y轴方向传感器元件用实线表示，设置于第2基板BS2上的X轴方向传感器元件用虚线表示。此外，图3(A)所示的外部焊盘EP1～EP8相当于图3(B)所示的焊盘PA。
在图3(B)的例子中，在作为支撑基板的第1基板BS1上，固定着作为盖基板的第2基板BS2，从而形成具有密封体(此处为气密密封封装)的惯性传感器250。在第1基板BS1的表面上设置有焊盘(外部连接端子)PA。
设置于密封体内部的可变电容(c1、c2等)与检测电路13经由布线IL连接。检测电路13与焊盘PA通过布线EL连接。此外，在密封体内部搭载有多个传感器的情况下，各传感器的输出信号经由布线IL被导出至检测电路13。此外，在图3(B)的例子中，在第1基板BS1上搭载有检测电路(包含信号处理电路)13(但是，这只是一例，不限于该例)。可以通过在第1基板BS1上搭载检测电路13，来实现具有信号处理功能的高性能的惯性传感器(MEMS惯性传感器)。
在第1基板BS1和第2基板BS2的至少一方上，例如形成平面视图中具有闭合的线形状的框状的间隔部件300(参照图1(A)、图1(B))，然后面对面地粘合第1基板BS1与第2基板BS2，由此，能够形成具有密封体(气密密封封装)的元件结构体，该密封体在内部具有空间AR。在采用该结构的情况下，不需要用于构成密封体(封装)的额外制造工序。由此，能够得到简化元件结构体的制造工序的效果。
图4是示出具有密封结构的元件结构体的截面结构的一例的图。如图4所示，第1基板BS1与第2基板BS2通过粘接膜(此处为非导电性的膜NCF)414而粘合。
第1基板BS1具有：第1支撑层100、第1绝缘层110、第1活性层120、设置在第1活性层上的绝缘层130、层间绝缘膜135、由钨等构成的触头(contact plug)127、第1层导体层129、触头131、第2层导体层(内部布线)140a、作为外部布线的140b、以及具有树脂芯结构的导电性间隔部件(包含树脂芯410、构图后的导体层412)。此外，第1绝缘膜110被选择性地去除，由此形成空腔部56。
另一方面，第2基板BS2具有：第2支撑层200、第2绝缘层210、第2活性层220、设置在第2活性层上的绝缘层230、在绝缘层230上选择性地形成的导体层(此处设为铝等的金属层)229、以及由钨等构成的触头227。此外，第2绝缘膜210被选择性地去除，由此形成空腔部66。
如上所述，在图4所示的元件结构体中，使用了具有树脂芯结构的导电性间隔部件(包含导电材料作为结构要素的间隔件)作为间隔部件，该导电性间隔部件具有树脂芯部(树脂芯)410和形成为覆盖树脂芯部(树脂芯)的表面的至少一部分的导电层414。
作为树脂，例如可使用合成树脂那样的热硬化性树脂。由于树脂较硬、且具有刚性，因此有助于在第1基板BS1上稳定地支撑第2基板BS2(保持预定距离地支撑)。此外，以覆盖树脂芯表面的至少一部分(至少与树脂芯接触)的方式形成导体层。
另外，导体层的厚度极薄(而且，在粘合第1基板与第2基板时，有时会成为树脂芯的顶部大致露出的状态)，由此，能够利用树脂芯的高度准确地确定第1基板与第2基板之间的距离。
此外，由于设置了覆盖树脂芯410的至少一部分的导体层412，因此，能够经由该导体层，将设置于第1基板BS1的元件形成区域内的导体层(布线等)140a与设置于元件形成区域外的导体层(与外部焊盘连接的布线等)140b电连接。另外，例如，还能够将第1基板侧BS1的导体与第2基板侧的导体进行相互连接。
接着，对使用了元件结构体的惯性传感器的电路结构的一例进行说明。图5是示出惯性传感器的电路结构例的图。惯性传感器250(例如静电电容型MEMS加速度传感器)具有：作为第1传感器元件的Y轴方向传感器元件SE3(具有第1电容元件c1y、第2电容元件c2y)；作为第2传感器元件的X轴方向传感器元件SE4(具有第1电容元件c1x、第2电容元件c2x)；以及检测电路13。如图3(B)所示，检测电路13例如可设置于第1基板BS1上的空闲空间中。
检测电路13具有信号处理电路10、CPU 28以及接口电路30。信号处理电路10具有C/V转换电路(电容值/电压转换电路)24和模拟校正及A/D转换电路26。但是，该例只是一例，信号处理电路10还可以进一步包含CPU 28和接口电路(I/F)30。
接着，使用图6(A)～图6(C)，对C/V转换电路(C/V转换放大器)的结构和动作的一例进行说明。图6(A)～图6(C)是用于说明C/V转换电路的结构和动作的图。
图6(A)是示出使用了开关电容器的C/V转换放大器(电荷放大器)的基本结构的图，图6(B)是示出图6(A)所示的C/V转换放大器的各部电压波形的图。
如图6(A)所示，基本的C/V转换电路24具有：第1开关SW1和第2开关SW2(与可变电容c1(或c2)一起构成输入部的开关电容器)；运算放大器(OPA)1；反馈电容(积分电容)Cc；用于对反馈电容Cc进行复位的第3开关SW3；用于对运算放大器(OPA)1的输出电压Vc进行采样的第4开关SW4；以及保持电容Ch。
此外，如图6(B)所示，第1开关SW1和第3开关SW3由同相的第1时钟控制接通/断开，第2开关SW2由与第1时钟反相的第2时钟控制接通/断开。第4开关SW4在第2开关SW2的接通期间最后，短时间地接通。当第1开关SW1接通时，在可变电容c1(c2)的两端施加预定的电压Vd，在可变电容c1(c2)中蓄积电荷。此时，由于第3开关为接通状态，因此反馈电容Cc为复位状态(两端被短接的状态)。接着，当第1开关SW1和第3开关SW3断开、第2开关SW2接通时，可变电容c1(c2)的两端同时成为接地电位，因此蓄积在可变电容c1(c2)中的电荷朝向运算放大器(OPA)1移动。
此时，电荷量被保存，因此Vd·C1(C2)＝Vc·Cc成立，由此，运算放大器(OPA)1的输出电压Vc为(C1/Cc)·Vd。即，电荷放大器的增益由可变电容c1(或c2)的电容值(C1或C2)与反馈电容Cc的电容值之比决定。接着，当第4开关(采样开关)SW4接通时，运算放大器(OPA)1的输出电压Vc被保持电容Ch保持。所保持的电压为Vo，该Vo是电荷放大器的输出电压。
如以上所说明的那样，C/V转换电路24实际上接收分别来自两个可变电容(第1可变电容c1、第2可变电容c2)的差动信号。此时，作为C/V转换电路24，例如可使用图6(C)所示的差动结构的电荷放大器。在图6(C)所示的电荷放大器中，在输入级，设置有用于对来自第1可变电容c1的信号进行放大的第1开关电容放大器(SW1a、SW2a、OPA1a、Cca、SW3a)、用于对来自第2可变电容c2的信号进行放大的第2开关电容放大器(SW1b、SW2b、OPA1b、Ccb、SW3b)。并且，运算放大器(OPA)1a和1b的各输出信号(差动信号)被输入到设置在输出级的差动放大器(OPA2、电阻R1～R4)。
其结果，从运算放大器(OPA)2输出放大后的输出信号Vo。通过使用差动放大器，能够得到去除基极噪声(同相噪声)的效果。另外，以上所说明的C/V转换电路24的结构例只是一例，不限于该结构。
(第2实施方式)在本实施方式中，在第1基板和第2基板的至少一方上，还设置有第3传感器元件。第3传感器元件将与包含第1方向(Y轴方向)和第2方向(X轴方向)的面交叉的(例如垂直的)第3方向的轴(Z轴)作为检测轴。
图7(A)和图7(B)是示出还包含第3传感器元件的元件结构体的结构的一例的图。在图7(A)的例子中，在第1基板BS1上，设置有Z轴方向传感器元件SE5。Z轴方向传感器元件SE5也可以设置在第2基板BS2上，并且还可以设置在第1基板和第2基板两者上。Z轴方向传感器元件SE5将Z轴(与包含X轴和Y轴的面垂直的轴)作为检测轴。由此，实现了除第1方向、第2方向以外，在第3方向上也具有检测灵敏度的元件结构体。
第3传感器元件(作为第3传感器元件的电容元件)例如可通过以下方式形成：隔开预定距离相对地配置在第3方向上延伸的导体层，将一方的导体层的侧面用作固定电极，将另一方的导体层的侧面用作可动电极。
图7(B)是示出Z轴方向传感器元件SE5的结构例的图。Z轴方向传感器元件SE5例如可通过以下方式制造：在第1活性层120上，形成包含多层的层间绝缘层和金属层的多层结构体，对该多层结构进行构图，形成可动电极结构体DN1和固定电极结构体DN2(具有第1固定电极结构体DN2a和第2固定电极结构体DN2b)。
在可动电极结构体DN1的周围设置有空腔部73，可动电极结构体DN1由弹性变形部(未图示)以单侧支撑或双侧支撑的方式支撑。此外，可动电极结构体DN1是包含例如层间绝缘层70、由铝等构成的金属布线层71、由钨等构成的触头72的多层的层叠结构体。可动电极结构体DN1是兼用作可动电极部和可动施重部的结构体，当受到Z轴方向的力时，在受到该力的方向上进行移位。
另一方面，以与可动电极结构体DN1相对的方式设置有固定电极结构体DN2。固定电极结构体DN2具有第1固定电极结构体DN2a和第2固定电极结构体DN2b。固定电极结构体DN2被固定在第1活性层120上。固定电极结构体DN2与可动电极结构体DN1同样，是包含层间绝缘层、金属布线层和触头的多层的层叠结构体。
在图7(B)的下侧，如由点划线围起地所示，由作为可动电极发挥功能的可动电极结构体DN1和作为固定电极发挥功能的第1固定电极结构体DN2a，构成第1可变电容(平行平板电容器)c1z，并且，由作为可动电极发挥功能的可动电极结构体DN1和作为固定电极发挥功能的第2固定电极结构体DN2b，构成第2可变电容(平行平板电容器)c2z。第1可变电容c1z和第2可变电容c2z是差动电容。
例如，当作为可动电极发挥功能的可动电极结构体DN1朝向正的Z轴方向(图中上侧)移位时，可动电极结构体DN1与第1固定电极结构体DN2a之间的相对面积(侧面的相对面积)减小。由此，第1可变电容(平行平板电容器)c1z的电容值减小。另一方面，可动电极结构体DN1与第2固定电极结构体DN2b之间的相对面积(侧面的相对面积)增大。由此，第2可变电容(平行平板电容器)c2z的电容值增大。C/V转换电路24a、24b分别将第1可变电容c1z和第2可变电容c2z各自的电容值的变化转换为电信号，并由差动放大器25对作为结果得到的差动信号进行放大，从而能够对电容元件的电容值的变化量(即加速度和角速度等物理量的大小)进行检测。
(第3实施方式)在第2实施方式中，是在一个基板上形成了第3传感器元件(Z轴方向传感器元件)，而在本实施方式中，通过相对地配置的第1基板与第2基板的组合来构成第3传感器元件。
图8(A)和图8(B)是示出还包含第3传感器元件的元件结构体的结构的另一例的图。如图8(A)所示，通过第1基板与第2基板的组合，构成作为第3传感器元件的Z轴方向传感器元件SE5a和SE5b(用于检测Z方向的物理量的差动电容元件)(但是，不限于差动电容，有时也可以仅设置其中任意一个电容)。
图8(B)示出了图8(A)所示的作为第3传感器元件的Z轴方向传感器元件SE5a、SE5b的截面结构的一例。在图8(B)的例子所示的第1基板BS1中，对第1支撑层100上的第1绝缘层110进行构图，其结果，残留下构图后的第1绝缘层110-1、110-2，另一方面，在去除了第1绝缘层110的部分中，形成了第1空腔部102。并且，对第1绝缘层110上的第1活性层120进行构图，其结果，残留下构图后的第1活性层120-1、120-2、120-3。构图后的第1活性层120-3成为第1可动梁(第1可动部)800a。第1可动梁(第1可动部)800a的一端部由第1绝缘层110支撑，并且在第1可动梁800a的另一端部的周围，形成了第1空隙部102。此外，构图后的第1活性层120-2成为第2固定部900b。第2固定部900b被固定在第1绝缘层110-1上。
并且，在第1基板BS1中的第1活性层120(120-1和120-4)上，设置有绝缘层130。在该绝缘层130上，设置有具有之前使用图4说明的树脂芯结构的间隔部件300-1、300-2。在该间隔部件300-1、300-2中设置有树脂芯410、和形成在树脂芯410的至少一部上的构图后的导体层(金属层等)412。
另一方面，在图8(B)所示的第2基板BS2中，对第2活性层220进行构图，其结果，残留下构图后的第2活性层220-1、220-2、220-3。构图后的第2活性层220-3构成第1固定部900a。第1固定部900a被固定在第2绝缘层210-2上。此外，构图后的第2活性层220-2构成第2可动梁(第2可动部)800b。第2可动梁(第2可动部)800b的一端部由第2绝缘层210-2支撑，并且在第2可动梁(第2可动部)800b的另一端部周围，形成了第2空隙部104。
由第1可动梁800a和第1固定部900a构成第3传感器元件用的第1电容c1z，由第2可动梁800b和第2固定部900b构成第3传感器元件用的第2电容c2z。此外，在第2基板BS2中的第2活性层220(220-1和220-4)上，设置有绝缘层235。并且，在绝缘层235上，设置有导体层(金属层等)240。在需要进行第1基板BS1的导体层与第2基板BS2的导体层之间的电连接的情况下，该导体层240是有效的。
在图8(B)的例子中，在例如隔开预定距离相对地配置第1基板BS1与第2基板BS2时，成为第1可动梁800a与第1固定部900a相对的状态(平面视图中重叠的状态)，由此形成第1电容(第1平行平板电容器)c1z。同样，成为第2可动梁800b与第2固定部900b相对的状态(平面视图中重叠的状态)，由此形成第2电容(第2平行平板电容器)c2z。
在与各基板(BS1、BS2)的主面(水平面)垂直的Z方向(即第3方向)上施加力(加速度、科里奥利力)时，由于第1可动梁800a和第2可动梁800b的移位，使得第1可动电极与第1固定电极之间的距离(电容器的间隙)以及第2可动电极与第2固定电极之间的距离发生变化，伴随于此，第1电容c1z和第2电容c2z的电容值发生变化。由此能够对第3方向的加速度、科里奥利力(旋转角速度)进行检测。
根据该结构，第1基板BS1与第2基板BS2彼此相隔预定距离，以彼此面对的状态配置，由此确保了第1基板与第2基板之间的绝缘性。由此，不需要为了实现设置于各基板(BS1、BS2)上的导体层之间的绝缘分离而形成特别的结构。即，当保持预定距离而相对地配置第1基板BS1与第2基板BS2时，伴随于此，必然能够实现与各基板垂直的方向(例如Z轴方向)上的、导体层(导电部件)之间的绝缘分离。由此，简化了包含电容元件的元件结构体的制造工序。
此外，例如，当使用具有厚活性层的SOI基板等、并利用该厚活性层构成第1可动梁800a(或第2可动梁800b)时，能够容易地确保高精度检测惯性力(实质上为加速度或角速度等物理量)所需的质量(可动施重部的质量)。由此，容易提高传感器灵敏度。
此外，能够将第3传感器用的第1电容与第3传感器用的第2电容用作差动电容。
在图8(B)的例子中，对于第1电容c1z与第2电容c2z彼此而言，可动电极与固定电极的位置关系相反。由此，当一方电容的电容值增大时，另一方电容的电容值减小相同的量，由此能够将第1电容c1z与第2电容c2z用作差动电容。通过将第1电容c1z和第2电容c2z各自的电容值的变动提取为电信号，从而能够得到差动检测信号。通过使检测信号差动化，能够抵消掉同相噪声。此外，通过检测两个检测信号中的任意一个信号是否增加，还能够检测力的方向(施加力的方向)。此外，通过设置多个电容(即第1电容和第2电容)，惯性力检测用电容的电容值实质上增大，电荷的移动量增大，因此还能够得到增大检测信号的信号振幅的效果。
当采用图8(B)的结构时，能够得到如下效果：能够将由第1电容c1z与第2电容c2z之间的耦合造成的串扰(相互影响)降低至实际应用中不会发生问题的水平。例如假定这样的情况：将电容元件的固定电极设为公共电位，从可动电极得到检测信号。一般而言，在推进元件结构体的小型化时，第1电容c1z与第2电容c2z之间的距离缩短，在各电容元件的可动电容之间，容易产生寄生电容的耦合。
但是，根据图8(B)的元件结构体的结构，如上所述，第1电容c1z的第1可动电极(第1可动梁800a)被设置于第1基板BS1侧，另一方面，第2可动电极(第2可动梁800b)被设置于第2基板BS2侧。各基板(BS1、BS2)在与基板垂直的方向(例如Z轴方向)上相隔预定距离，因此，即使第1电容c1z与第2电容c2z在平面视图中相邻地配置，也能够确保第1可动电极(第1可动梁800a)与第2可动电极(第2可动梁800b)之间的距离。由此，能够充分降低由第1电容c1z与第2电容c2z之间的耦合造成的串扰(相互影响)。因此，通过采用图8(B)所示的结构，能够使元件结构体小型化，并且抑制第3传感器元件SE5的检测灵敏度下降。
接着说明在X轴、Y轴、Z轴上分别具有检测灵敏度的3轴传感器元件(3轴元件结构体)的布局。
图9(A)和图9(B)是示出在X轴、Y轴、Z轴上分别具有检测灵敏度的3轴传感器元件结构体用的第1基板上的布局例的图。图9(A)示出关于各结构要素的形成区域的布局例，图9(B)示出第1基板的具体布局例。另外，该布局例也可以应用于第2基板BS2。此外，在图9(B)的具体布局例中，对与前述实施方式相同的部分标注相同的参考标号。
在图9(A)的布局例中，在第1基板BS1的中央，设置有Y轴方向传感器元件SE3或X轴方向传感器元件SE4(Y传感器元件或X传感器元件)的形成区域Z1。即，第1传感器元件SE1或第2传感器元件SE2形成在第1基板BS1的中央部。此外，构成第3传感器元件SE5(Z轴方向传感器元件或Z传感器元件)的可动电极的形成区域Z2(Z2a、Z2b)以及固定电极的形成区域Z3(Z3a、Z3b)被设置于第1传感器元件和第2传感器元件的形成区域Z1(中央区域)的周围的空闲区域(四角的区域)中。
在图9(B)所示的具体布局例中，在第1基板BS1的中央形成有Y轴方向传感器元件(Y传感器元件)。此外，在Y轴方向传感器元件(Y传感器元件)的周围，设置有作为可动电极发挥功能的第1可动梁800a(1)和800a(2)、以及作为固定电极的第2固定部900b(1)和900b(2)。第1可动梁800a(1)是构成差动电容中的第1电容的可动梁，第1可动梁800a(2)是构成第2电容的可动梁。此外，第1固定部900b(1)是构成差动电容中的第2电容的固定部，第1固定部900b(2)是构成第2电容的固定部。
图10是示出第1基板和第2基板各自的具体布局例的图。在图10的左侧，示出了采用图9所示的具体布局的第1基板BS1(带连接端子)。此外，在图9的右侧，示出了第2基板BS2的具体布局例。第2基板BS2的元件形成区域的布局与使第1基板BS1的元件形成区域的布局例如顺时针旋转90度后的布局相同。
在第2基板BS2中，在中央区域Z1′中配置有X轴方向传感器元件(X传感器元件)。此外，在周边的空闲区域Z2a′中配置有作为第2可动电极发挥功能的第2可动梁800b(1)，在周边的空闲区域Z2b′中配置有作为第2可动电极发挥功能的第2可动梁800b(2)。此外，在周边的空闲区域Z3a′中配置有作为第1固定电极发挥功能的第1固定部900a(1)，在周边的空闲区域Z3b′中配置有作为第1固定电极发挥功能的第1固定部900a(2)。
第1基板BS1与第2基板BS2彼此相对地配置成，第1基板BS1的内部端子BIP1～BIP12分别与第2基板BS2的内部端子CIP1～CIP12彼此相对，且通过间隔部件以及粘接剂(均未图示)粘合在一起。
图11是示出采用了图10所示的具体布局例的第1基板与第2基板被粘合在一起的状态的平面图(透视图)。如以上所说明的那样，作为第1传感器元件的Y轴方向传感器元件和作为第2传感器元件的X轴方向传感器元件在平面视图中，重叠地配置在芯片中央，由此能够实现元件结构体的小型化。
在图11的布局例中，在平面视图中的第1传感器元件和第2传感器元件的形成区域(中央区域)周围的空闲区域中，还配置有作为第3传感器元件的Z轴方向传感器元件。
即，第1传感器元件(Y轴方向传感器元件)和第2传感器元件(X轴方向传感器元件)例如被设置于平面视图的元件形成区域的中央部，第3传感器元件(Z轴方向传感器元件)的结构要素(固定部和可动梁)采用了分散配置于中央部周围的空闲区域这一布局。由此，成为没有浪费地使用了元件形成区域的布局。由此，能够得到3轴分别具有检测灵敏度的极小型的元件结构体(3轴元件结构体)。另外，可将第1基板BS1与第2基板BS2在平面视图中重叠的整个区域设为“元件形成区域”。
图12是示出沿着图11的A-A′线的元件结构体的截面图。第1基板BS1与第2基板BS2在相互面对的状态下，隔着间隔部件300被粘合在一起，由此构成3轴元件结构体。在第1基板BS1的中央，形成有作为第1传感器元件的Y轴方向传感器元件SE3，在第2基板BS2的中央，形成有作为第2传感器元件的X轴方向传感器元件SE4，从而成为Y轴方向传感器元件SE3和X轴方向传感器元件SE4相互面对的状态。此外，在元件结构体的周边部中，形成有第一Z轴方向传感器元件SE5a(第1电容元件c1z)和第二Z轴方向传感器元件SE5b(第2电容元件c2z)。能够高效制造出超小型且高性能的元件结构体。第2基板BS2可作为构成气密密封封装的盖基板使用。此时，无需经过用于形成封装的特别工序，即可实现带封装的可靠性高的元件结构体。
(第4实施方式)在本实施方式中，对元件结构体中的焊盘配置、各焊盘的作用(赋予给各焊盘的电位和从各焊盘得到的信号等)以及布线的图案例等进行说明。图13是示出第1基板中的外部焊盘的作用、以及第1基板的内部焊盘与第2基板的内部焊盘之间的对应的图。
对第1基板BS1的外部端子EP1和EP5赋予公共电位Vcom(例如接地电位GND)。从外部端子EP2输出Z轴方向的第1检测信号Vz1，从外部端子EP3输出Y轴方向的第1检测信号Vy1，从外部端子EP4输出X轴方向的第1检测信号Vx1。此外，从外部端子EP6输出Z轴方向的第2检测信号Vz2，从外部端子EP7输出Y轴方向的第2检测信号Vy2，从外部端子EP8输出X轴方向的第2检测信号Vx2。
此外，第1基板BS1中的内部端子BIP1～BIP12分别对应于第2基板BS2的内部端子CIP1～CIP12。
图14(A)和图14(B)是用于说明与作为盖基板的第2基板的各个内部端子相关的电连接关系的图。作为支撑基板的第1基板BS1与作为盖基板的第2基板BS2彼此面对地配置。在图14(A)中，示出了第1基板BS1中的外部焊盘EP1～EP8的电位、以及第1基板BS1和第2基板BS2中的内部焊盘(BIP1～BIP12、CIP1～CIP12)的配置等。
在图14(B)中，以表的形式示出了分别与作为盖基板的第2基板BS2的内部端子CIP1～CIP12相关的电连接关系。例如，从第2基板BS2中的内部端子CIP1，经由第1基板BS1的内部端子BIP4和外部端子EP4，输出X轴方向的第1检测信号Vx1。从第2基板BS2中的内部端子CIP2，经由第1基板BS1的内部端子BIP3和外部端子EP3，输出Y轴方向的第1检测信号Vy1。从第2基板BS2中的内部端子CIP3，经由第1基板BS1的内部端子BIP2和外部端子EP6，输出Z轴方向的第1检测信号Vz1。其他端子CIP4～CIP12也同样如此。
图15是示出第1基板和第2基板中的布线图案例的图。在图15中，用于将X轴方向检测信号(Vx1、Vx2)导出到外部的布线和用于将Y轴方向检测信号(Vy1、Vy2)导出到外部的布线由粗实线表示。此外，用于将Z轴方向检测信号(Vz1、Vz2)导出到外部的布线由粗点划线表示。此外，用于提供公共电位(VCOM：GND)的布线(GND布线)由粗虚线表示。这些布线由以下部分等构成：对绝缘膜上的活性层进行构图而得到的、由绝缘分离后的活性层岛构成的布线(以下称作活性层布线)；以及与各活性层布线连接的第1层布线和第2层布线以及触头。
以下使用图16～图18，对活性层布线、第1层布线以及第2层布线的图案例进行说明。图16(A)和图16(B)是示出第1基板和第2基板中的活性层布线(绝缘分离后的活性层)的图案例的图。图16(A)示出第1基板BS1中的活性层布线的图案例，图16(B)示出第2基板BS2中的活性层布线的图案例。另外，在图16中，对与前述实施方式中的附图相同的部分标注相同的参考标号。
在图16(A)所示的第1基板BS1上，在第1绝缘层上，形成由硅层构成的第1活性层120，通过对该第1活性层进行构图，由此形成绝缘分离后的活性层图案(构成第1可动梁的活性层图案120-2a和120-2b，构成第2固定部的活性层图案120-3a、120-3b，以及构成Y轴方向传感器元件的活性层图案51～55等)。各活性层图案是在电气上独立的图案。参考标号110a、110b以及110-1～110-8表示各活性层图案的绝缘分离区域中的底部绝缘层(第1绝缘层)。
此外，在图16(B)所示的第2基板BS2上，在第2绝缘层上，形成有由硅层构成的第2活性层220，通过对该第2活性层进行构图，由此形成绝缘分离后的活性层图案(构成第2可动梁的活性层图案220-2a和220-2b，构成第1固定部的220-3a、220-3b，以及构成X轴方向传感器元件的活性层61～65等)。各活性层图案是在电气上独立的图案。参考标号210a、210b以及210-1～210-8表示各活性层图案的绝缘分离区域中的底部绝缘层(第2绝缘层)。
图17(A)和图17(B)是示出第1基板和第2基板中的第1层布线的布线图案例的图。第1层布线是例如形成于覆盖活性层表面的绝缘膜上的金属布线。
如图17(A)所示，在作为支撑基板的第1基板BS1上，设置有由铝等金属构成的第1层布线L1～L11。此外，为了将第1层布线与活性层布线(绝缘分离后的活性层图案)电连接，设置有由钨等构成的触头CNP1～CNP9。图中，第1层布线由粗实线表示，触头由双重圆圈表示。
如图17(B)所示，在作为盖基板的第2基板BS2上，设置有由铝等金属构成的第1层布线L21～L30。此外，为了将第1层布线与活性层布线(绝缘分离后的活性层图案)电连接，设置有由钨等构成的触头CNP21～CNP30。图中，第1层布线由粗实线表示，触头由双重圆圈表示。
图18(A)和图18(B)是示出第1基板和第2基板中的第2层布线的布线图案例的图。第2层布线是例如形成于覆盖第1层布线的表面的绝缘膜上的金属布线。
如图18(A)所示，在作为支撑基板的第1基板BS1上，设置有由铝等金属构成的第2层布线L31～L40。图中，第2层布线由粗实线表示。此外，为了明确第1层布线与第2层布线之间的关系，还一并描绘出第1层布线。另外，图中，第1层布线由粗虚线表示。
此外，如图18(B)所示，在作为盖基板的第2基板BS2上，设置有由铝等金属构成的第2层布线L41～L46。
图19(A)和图19(B)是示出第1基板和第2基板的活性层图案、第1层布线以及第2层布线重叠后的图案例的图。利用该图案例，实现了之前在图14(B)中示出的电连接关系。
图20(A)和图20(B)是图19(A)中由粗虚线围起地表示的区域ZQ的放大平面图、和沿着A-A线的器件的截面图。如图20(B)所示，第1基板BS1与第2基板BS2通过粘接膜(此处为非导电性的膜NCF)414而粘合在一起。
第1基板BS1具有：第1支撑层100；第1绝缘层110；第1活性层120(包含通过构图而绝缘分离后的活性层120-2a)；设置在第1活性层120上的绝缘层130；层间绝缘膜135；由钨等构成的触头127(相当于图20(A)的参考标号CNP4)；第1层导体层129a、129b；触头131；构成内部焊盘BIP5的第2层导体层140a；构成布线L37的第2层导体层140b；以及具有树脂芯结构的导电性间隔部件(包含树脂芯410、构图后的导体层412)。另外，对第1活性层120进行构图而形成的绝缘分离后的活性层120-2a构成第2固定部900b(1)。
另一方面，第2基板BS2具有：第2支撑层200；第2绝缘层210；通过对第2活性层220进行构图而形成的绝缘分离后的活性层220-3b；设置在第2活性层上的绝缘层230；以及设置在绝缘层230上的层间绝缘层235。此外，第2绝缘层210被选择性地去除，由此设置了空腔部104(或66)。另外，通过对第2活性层220进行构图而形成的绝缘分离后的活性层220-3b构成第2可动梁800(b)-1。
由第2固定部900b(1)和第2可动梁220-3b构成Z轴方向的第2电容元件c2z。
在图20(B)所示的元件结构体中，如上所述，使用了具有树脂芯结构的导电性间隔部件(包含导电材料作为结构要素的间隔件)作为间隔部件，该导电性间隔部件具有树脂芯部(树脂芯)410和形成为覆盖树脂芯部(树脂芯)的表面的至少一部分的导电层414。由此，能够经由导电层414，将第1基板BS1的内部端子BIP5与作为布线L37的导体层140b电连接。
作为树脂芯410的材料，例如可使用合成树脂那样的热硬化性树脂。由于树脂较硬、且具有刚性，因此有助于在第1基板BS1上稳定地支撑第2基板BS2(保持预定距离地支撑)。此外，以覆盖树脂芯410表面的至少一部分(至少与树脂芯410接触)的方式形成导体层412。如上所述，该导体层412可用于将内部焊盘(BIP1～BIP12)与外部焊盘(EP1～EP8)电连接，此外，还可用于将第1基板BS1的内部焊盘(BIP1～BIP12)分别与第2基板BS2的内部焊盘(CIP1～CIP12)彼此连接。
导体层412的厚度极薄(而且，在粘合第1基板BS1与第2基板BS2时，有时会成为树脂芯410的顶部大致露出的状态)，由此，能够利用树脂芯410的高度准确地确定第1基板BS1与第2基板BS2之间的距离。由此，能够准确地确定电容器的间隙。此外，在第2可动梁800b(1)上形成有绝缘层230和235，这些绝缘层230、235不仅作为保护层、还作为电介质层发挥功能。由此，能够使电容元件(c2z等)的电容值有效增大。
(第5实施方式)在本实施方式中，对上述元件结构体的制造方法的一例进行说明。
(第1工序)为了制造元件结构体，例如准备2块SOI基板(第一SOI基板和第二SOI基板)。第一SOI基板对应于作为支撑基板的第1基板BS1，第二SOI基板对应于作为盖基板的第2基板BS2。
(第2工序)利用光刻对各SOI基板进行加工，分别形成Y轴传感器元件、X轴传感器元件以及Z轴传感器元件(例如参照图10)。此外，在各基板中，形成必要的布线层等(例如参照图15～图19)。
(第3工序)在第一SOI基板上形成树脂层，并对该树脂层进行构图，从而形成之前所说明的树脂芯部(树脂芯)410。接着，在整个面上形成导电膜412后，对该导电膜进行构图。由此，形成覆盖树脂芯部410的至少一部分的、构图后的导体层412(例如，参照图20(B))。
(第4工序)在第一SOI基板和第二SOI基板的至少一方上形成粘接膜(例如非导电性膜NCF)，并对该粘接膜NCF进行构图。
(第5工序)使第一SOI基板(第1基板BS1)和第二SOI基板(第2基板BS2)相对而进行粘合(例如参照图12、图19、图20等)。之后，可根据需要，切割第2基板BS2，切除外周部，调整盖基板的尺寸。
如之前所说明的那样，该元件结构体具有密封结构(封装结构)，因此可靠性高。此外，不需要为了形成密封结构而设置额外的制造工序，从而能够简化制造工序。此外，能够使粘合在一起的2块基板的布局相同(不仅是相同还包括相似)(即，使一方的基板相对于另一方的基板旋转而以检测轴交叉的方式相对地配置，例如在旋转90度后的状态下进行相对配置，只要这样，就没有必要针对每个基板采用不同的布局)，因此在这方面也能够简化制造工序。
(第6实施方式)图21是示出电子设备的结构的一例的图。在图21的电子设备中，包含上述任意实施方式的惯性传感器(静电电容型MEMS加速度传感器等)。电子设备例如是游戏控制器、运动传感器等。
如图21所示，电子设备包含传感器器件(静电电容型MEMS加速度传感器等)4100、图像处理部4200、处理部4300、存储部4400、操作部4500和显示部4600。另外，电子设备的结构不限于图21的结构，可进行各种变形来实施，例如省略其结构要素中的一部分(例如操作部、显示部等)、或者追加其他结构要素等。
图22是示出电子设备的结构的另一例的图。图22所示的电子设备510具有传感器单元490和CPU 500，其中，传感器单元490包含上述任意一个实施方式的惯性传感器(此处设为静电电容型MEMS加速度传感器)470和检测与加速度不同的物理量的检测元件(此处设为检测角速度的静电电容型MEMS陀螺仪传感器)480，CPU500根据从传感器单元490输出的检测信号，执行预定的信号处理。另外，在CPU 500中，还可以设置作为检测电路的功能。可将传感器单元490自身视为一个电子设备。
即，通过同时使用组装性优异、小型且高性能的静电电容型MEMS加速度传感器470和检测不同种类的物理量的其他传感器(例如，利用了MEMS结构的陀螺仪传感器)480，能够实现小型且高性能的电子设备。即，能够实现包含多个传感器的作为电子设备的传感器单元470、以及搭载该传感器单元470的更上位的电子设备(例如FA设备等)510。
由此，通过使用本发明的元件结构体，能够实现小型且高性能(且可靠性高)的电子设备(例如游戏控制器、移动终端等)。此外，还能够实现小型且高性能(且可靠性高)的传感器模块(例如，对人的姿势等的变化进行检测的运动传感器：电子设备的一种)。
由此，根据本发明的至少一个实施方式，例如能够使包含电容元件的元件结构体的制造变得容易。此外，能够实现小型且高性能的电子设备。
以上，针对几个实施方式进行了说明，但是本领域技术人员能够容易地理解到，可根据本发明的新颖内容和效果进行实体上未脱离的多个变形。因而，这种变形例全部包含在本发明的范围内。
例如，在说明书或附图中，对于至少一次地与更广义或同义的不同用语一起记载的用语，在说明书或附图的任何位置处，都可以将其置换为该不同的用语。本发明能够用于惯性传感器。例如，能够作为静电电容型加速度传感器、静电电容型陀螺仪传感器来使用。

Claims (13)

1.一种元件结构体，其特征在于，该元件结构体包含：
第1基板，其搭载有检测平面视图中第1方向的力的第1传感器元件；以及
第2基板，其搭载有检测平面视图中与所述第1方向交叉的第2方向的力的第2传感器元件，
所述第1基板的搭载有所述第1传感器元件的表面与所述第2基板的搭载有所述第2传感器元件的表面相互面对，
在平面视图中，所述第1传感器元件的形成区域与所述第2传感器元件的形成区域重叠，
所述第1传感器元件具有：
第1固定框部；第1可动施重部，其隔着第1弹性变形部被支撑于所述第1固定框部上；第1可动电极部，其形成于所述第1可动施重部上；以及第1固定电极部，其一端被固定在所述第1固定框部上，且该第1固定电极部与所述第1可动电极部相对地配置，并且，在对所述第1可动施重部施加了平面视图中的第1方向的力时，所述第1可动电极部在所述第1方向上移位，
所述第2传感器元件具有：
第2固定框部；第2可动施重部，其隔着第2弹性变形部被支撑于所述第2固定框部上；第2可动电极部，其形成于所述第2可动施重部上；以及第2固定电极部，其一端被固定在所述第2固定框部上，且该第2固定电极部与所述第2可动电极部相对地配置，并且，在对所述第2可动施重部施加了平面视图中与所述第1方向交叉的第2方向的力时，所述第2可动电极部在所述第2方向上移位。
2.根据权利要求1所述的元件结构体，其特征在于，
所述第1基板具有第1支撑层，所述第1传感器元件设置于所述第1支撑层上，
所述第2基板具有第2支撑层，所述第2传感器元件设置于所述第2支撑层上。
3.根据权利要求2所述的元件结构体，其特征在于，
所述第1支撑层和所述第2支撑层的至少一方包含绝缘层，
所述第1传感器元件和所述第2传感器元件中的至少一方隔着所述绝缘层被支撑。
4.根据权利要求1所述的元件结构体，其特征在于，
所述第1传感器元件具有：第1传感器用第1电容，在对所述第1可动施重部施加了所述第1方向的力时，该第1传感器用第1电容的电容值减小；以及第1传感器用第2电容，在对所述第1可动施重部施加了所述第1方向的力时，该第1传感器用第2电容的电容值增大，
所述第2传感器元件具有：第2传感器用第1电容，在对所述第2可动施重部施加了所述第2方向的力时，该第2传感器用第1电容的电容值减小；以及第2传感器用第2电容，在对所述第2可动施重部施加了所述第2方向的力时，该第2传感器用第2电容的电容值增大。
5.根据权利要求1所述的元件结构体，其特征在于，
在所述第1基板和所述第2基板的至少一方上，还设置有第3传感器元件，
所述第3传感器元件包含第3传感器元件用电容元件，在产生与包含所述第1方向和所述第2方向的面交叉的第3方向的力时，该第3传感器元件用电容元件的电容值发生变化。
6.根据权利要求5所述的元件结构体，其特征在于，
所述第1基板和所述第2基板相对配置，由此构成所述第3传感器元件，
所述第3传感器元件用电容元件包含第1电容，并具有：一端部被支撑于所述第1基板上的作为第1可动电极的第1可动梁；以及固定在所述第2基板上的作为第1固定电极的第1固定部。
7.根据权利要求6所述的元件结构体，其特征在于，
所述第3传感器元件用电容元件还包含第2电容，并具有：固定在所述第1基板上的作为第2固定电极的第2固定部；以及一端部被支撑于所述第2基板上的作为第2可动电极的第2可动梁。
8.根据权利要求5所述的元件结构体，其特征在于，
在平面视图中，所述第3传感器元件设置于所述第1传感器元件和所述第2传感器元件的至少一方的形成区域的周围。
9.根据权利要求1所述的元件结构体，其特征在于，
在所述第1基板与所述第2基板之间，设置有间隔部件。
10.根据权利要求9所述的元件结构体，其特征在于，
由所述第1基板、所述第2基板和所述间隔部件形成了在内部形成有空间的密封体。
11.根据权利要求9所述的元件结构体，其特征在于，
所述间隔部件具有：
树脂芯部，其利用树脂形成；以及
导电层，其形成为覆盖所述树脂芯部的表面的至少一部分。
12.一种惯性传感器，其特征在于，该惯性传感器具有：
权利要求1所述的元件结构体；以及
信号处理电路，其对从所述元件结构体输出的电信号进行处理。
13.一种电子设备，其特征在于，该电子设备具有权利要求1所述的元件结构体。
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