CN108450011A - 力学量传感器 - Google Patents

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Abstract

一种力学量传感器，具有：形成有固定电极(437、613)的支承部(4)；固定于支承部的板状的固定部(21)；支承于固定部并在固定部的平面上的一个方向上延伸设置的梁部(22)；第一锤部(23)，在固定部的平面上的与一个方向垂直的另一方向上配置在固定部的一侧，连结于所述梁部，并且该第一锤部与梁部的连接部(231)和该第一锤部的与梁部相反一侧的前端部(232)利用在另一方向上延伸设置的连结部(233)连结，从而在连接部和前端部之间形成空间；第二锤部(24)，在另一方向上在与第一锤部相反的一侧配置于固定部，连结于梁部；第一锤部在另一方向上的长度大于第二锤部在另一方向上的长度，利用第一锤部及第二锤部位移时固定电极与第一锤部及第二锤部之间的静电电容的变化来检测力学量。

Description

力学量传感器
关联申请的相互参照
本申请是基于2015年11月3日申请的日本专利申请第2015-216228号的申请，在此通过参照的方式整合其记载内容。
技术领域
本公开涉及一种具有杠杆构造的力学量传感器。
背景技术
以往，提出过专利文献1记载的那种加速度传感器。该加速度传感器是将固定电极与可动电极相对配置的静电电容型加速度传感器，利用惯性力所引起的可动电极的位移和基于此的电极间静电电容的变化来检测加速度。
另外，在专利文献1记载的加速度传感器这种具有X、Y、Z方向各自的检测部的三轴加速度传感器中，与可动电极由弹簧支承的X、Y方向的检测部不同，Z方向的检测部中，可动电极被设为以支点为中心的杠杆构造。并且，在Z方向上与可动电极相对地配置有两个固定电极，当可动电极受到惯性力时，各个固定电极与可动电极之间的静电电容出现差异。在三轴加速度传感器中，利用该静电电容的差异检测Z方向的加速度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-37341号公报
发明内容
在三轴加速度传感器中，要想提高Z方向的灵敏度，从而使较小的加速也能被检测出来，就需要加大构成可动电极的杠杆的沿Y方向排列的两个锤的质量差。例如，在X、Y方向的检测部中，可以通过加大Z方向的厚度来加大锤的质量。但是，在Z方向的检测部中，即使加大可动电极的厚度，杠杆的左右平衡也不变，而且扭力梁还会变硬，因此加大Z方向的厚度对于提高灵敏度没有用处。
因此，要想在使用均匀材料的情况下提高Z方向的灵敏度，就需要使杠杆的沿Y方向排列的两个锤中的、从支点到前端为止的距离较长一方的锤更长，从而增加扭矩。
但是，当在Z方向的检测部中加长可动电极时，与X、Y方向的检测部合在一起而成的整个加速度传感器的芯片尺寸就要增大。
本公开的目的是提供一种抑制芯片尺寸增大同时提高检测灵敏度的力学量传感器。
根据本公开的一个观点，力学量传感器具有：形成有固定电极的支承部；固定于支承部的板状的固定部；梁部，支承于固定部，在固定部的平面上的一个方向上延伸设置；第一锤部，在固定部的平面上的与一个方向垂直的另一方向上配置在固定部的一侧，连结于梁部，并且该第一锤部与梁部的连接部和该第一锤部的与梁部相反一侧的前端部利用在另一方向上延伸设置的连结部连结，从而在连接部和前端部之间形成空间；第二锤部，在另一方向上在与第一锤部相反的一侧配置于固定部，并连结于梁部；第一锤部在另一方向上的长度大于第二锤部在另一方向上的长度，利用第一锤部及第二锤部位移时固定电极与第一锤部及第二锤部之间的静电电容的变化来检测力学量。
由此，由于第一锤部在另一方向上的长度大于第二锤部在另一方向上的长度，在第一锤部中在与梁部的连接部和前端部之间形成有空间，因此通过将该空间用于器件设备等，能够抑制芯片尺寸增大同时提高检测灵敏度。
附图说明
图1是第一实施方式的力学量传感器的剖面图。
图2是第一实施方式的力学量传感器的剖面图。
图3是XY传感器的俯视图。
图4是XY传感器的立体图。
图5是表示MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)晶片的制造方法的剖面图。
图6是表示CAP晶片的制造方法的剖面图。
图7是表示力学量传感器的制造方法的剖面图。
图8是表示力学量传感器的动作的剖面图。
图9是现有的力学量传感器的剖面图。
图10是现有的力学量传感器的剖面图。
图11是第一实施方式的变形例的剖面图。
图12是第二实施方式的力学量传感器的剖面图。
图13是表示CAP晶片的制造方法的剖面图。
图14是表示力学量传感器的制造方法的剖面图。
图15是第三实施方式的力学量传感器的剖面图。
图16是表示MEMS晶片的制造方法的剖面图。
图17是表示MEMS晶片的制造方法的剖面图。
图18是表示CAP晶片的制造方法的剖面图。
图19是表示力学量传感器的制造方法的剖面图。
图20是第四实施方式的力学量传感器的剖面图。
图21是第四实施方式的力学量传感器的剖面图。
图22是第四实施方式的力学量传感器的剖面图。
图23是第五实施方式的力学量传感器的剖面图。
图24是第六实施方式的力学量传感器的立体图。
图25是第七实施方式的力学量传感器的剖面图。
图26是图25的XXVI-XXVI线处的剖面图。
图27是其他实施方式的力学量传感器的立体图。
图28是其他实施方式的力学量传感器的剖面图。
具体实施方式
以下，基于附图对本公开的实施方式进行说明。在以下的各实施方式中，对于互相相同或者等同的部分，标注相同的附图标记来进行说明。
<第一实施方式>
对第一实施方式进行说明。本实施方式的力学量传感器1是对相互垂直的X、Y、Z方向的加速度进行检测的传感器，如图1、图2所示，具有Z传感器2、XY传感器3和支承部4。如图2所示，力学量传感器1为Z传感器2和XY传感器3被支承部4封闭，Z传感器2的一部分和XY传感器3的一部分固定于支承部4的结构。
Z传感器2是检测Z方向的加速度的传感器，具有固定部21、梁部22、锤部23和锤部24。固定部21、梁部22、锤部23、24在本实施方式是通过加工后述活性层411而形成。另外，通过将锤部23、24分别配置在固定部21的两侧并经由梁部22将固定部21和锤部23、24连结，构成以固定部21为支点的杠杆构造。
固定部21是将Z传感器2固定于支承部4的部分，被设为板状。如图1所示，固定部21的与XY平面平行的表面被设为四边形状。另外，如图2所示，固定部21的背面固定于后述的牺牲层412，固定部21的正面固定于后述的CAP晶片43。
梁部22支承于固定部21，以固定部21为中心沿与固定部21的表面平行的一个方向延伸设置，在此是向Y方向的两侧延伸设置。在梁部22的背面除去了后述的牺牲层412，梁部22配置为离开后述的支承层413及CAP晶片43的状态。锤部23、24通过梁部22扭转而在Z方向上位移。
锤部23在X方向上配置于固定部21的一侧，并连结于梁部22。另外，如图1所示，锤部23中的与梁部22的连接部231和与梁部22相反的一侧的前端部232利用在X方向上延伸设置的连结部233连结，从而在与梁部22的连接部231和前端部232之间形成了空间。
锤部24在X方向上在与锤部23相反的一侧配置于固定部21，并连结于梁部22。锤部23、锤部24分别相当于第一锤部、第二锤部。
连接部231及锤部24分别将上表面形状设为U形，相互相对地配置在固定部21的两侧，在各自的两端部连结于梁部22。锤部23在X方向上的长度大于锤部24在X方向上的长度，并且质量大于锤部24的质量。
在形成于连接部231和前端部232之间的空间中，配置有相当于器件的XY传感器3的至少一部分。在本实施方式中，如图1所示，连结部233由直线状的两根梁构成，XY传感器3配置于由连接部231、连结部233和前端部232围成的空间中。
XY传感器3是检测X方向及Y方向的加速度的传感器，具有固定部31和可动部32。在本实施方式中，固定部31、可动部32也是与Z传感器2的固定部21、梁部22、锤部23、24一起通过加工后述活性层411而形成。
如图1、图3所示，固定部31具有四个梳齿型的电极31a、31b、31c、31d。电极31a、31b、31c、31d相当于第一电极。
如图2所示，固定部31的表面以能够根据需要在固定部31和外部的配线之间形成电连接的方式固定于CAP晶片43。另外，固定部31的背面固定于牺牲层412。图2虽然没有图示电极31a、31b、31c、31d，但这四个电极分别固定于支承部4。固定部31及后述的固定部321在图3的虚线所示的区域固定于牺牲层412及CAP晶片43。
相对于XY传感器3的中心，在X方向的一侧配置电极31a、31b，在另一侧配置电极31c、31d。另外，相对于XY传感器3的中心，在Y方向的一侧配置电极31a、31c，在另一侧配置电极31b、31d。
电极31a及电极31d是用于检测Y方向的加速度的电极，如图3所示，电极31a、31d的梳齿分别与X方向平行，并朝向XY传感器3的内侧。电极31b及电极31c是用于检测X方向的加速度的电极，电极31b、31c的梳齿分别与Y方向平行，并朝向XY传感器3的外侧。
在本实施方式中，为了降低在XY传感器3的内外产生的应力的影响，如图3所示地将电极31a和电极31d配置在了对角，将电极31b和电极31c配置在了对角。然而，电极31a、31b、31c、31d也可以配置在其他位置。
如图3所示，可动部32具有两个固定部321、四个电极322、四个弹簧部323、梁部324、框体325和连结部326。
如图1、图3所示，框体325的上表面被设为由与X方向平行的边和与Y方向平行的边构成的四边形状。在框体325的四个边各自的内侧配置弹簧部323，固定部31、固定部321、电极322、梁部324、连结部326配置在框体325及弹簧部323的内侧。
四个弹簧部323分别由板簧构成。将四个弹簧部323中的配置于图3的纸面右侧、下侧、左侧、上侧的弹簧部分别作为弹簧部323a、323b、323c、323d。
如图3所示，弹簧部323b和弹簧部323d由在Y方向上延伸设置的连结部326连结。在连结部326的中央部的两侧，以离开连结部326的状态配置有固定部321。固定部321用于支承可动部32，固定部321的正面固定于CAP晶片43，背面固定于牺牲层412。
如图3所示，两个固定部321经由在X方向上延伸设置的梁部324分别连结于弹簧部323a、323c。梁部324以电极31a和电极31b之间、电极31c和电极31d之间通过的方式延伸设置。
在本实施方式中，为了使XY传感器3小型化而如图3所示那样将梁部324设为蜿蜒形状，但也可以将梁部324设为其他形状。
如图3所示，在连结部326连结有四个梳齿型的电极322。将四个电极322分别作为电极322a、322b、322c、322d。电极322a、322b、322c、322d相当于第二电极。
电极322a及电极322d以梳齿与X方向平行的方式向连结部326的两侧延伸设置，如图3、图4所示，电极322a及电极322d分别与电极31a、电极31d相对。从连结部326的Y方向的一端向X方向的一侧延伸出延伸部326a，从连结部326的Y方向的另一端向X方向的另一侧延伸出延伸部326b。电极322b及电极322c分别从延伸部326a、326b以梳齿与Y方向平行的方式延伸设置，并与电极31b、电极31c相对。
支承部4用于支承Z传感器2及XY传感器3，如图2所示，具有MEMS晶片41和CAP晶片43。MEMS晶片41是将活性层411、牺牲层412、支承层413按顺序层叠而成的SOI(Silicon onInsulator)晶片，通过对活性层411形成布线图案而形成Z传感器2及XY传感器3。活性层411中位于Z传感器2及XY传感器3外侧的部分构成支承部4的一部分。活性层411、支承层413例如由Si等构成，牺牲层412例如由SiO2等构成。
在形成Z传感器2及XY传感器3的部分除去了牺牲层412，另外还除去了支承层413的一部分而形成了凹部414。不过，在Z传感器2的固定部21、XY传感器3的固定部31、321的下部，牺牲层412及支承层413没有被除去，而是被保留下来。在凹部414的表面形成有氧化膜415。
在活性层411的上表面的外周部形成有间隔件416。间隔件416用于在后述图7(a)所示的工序中进行金属接合时调整CAP晶片43的位置，在此，间隔件416由SiO2构成。
另外，在活性层411的上表面形成有金属层417。金属层417是在图7(a)所示的工序中进行的金属接合的接合剂、电极剂，在此，金属层417由Al构成。此外，金属层417也可以由Au、Cu等构成。另外，金属层417也可以不由同种类金属构成，而是由通过以共晶反应为代表的夹杂固相、液相的接合方式进行接合的不同种类金属构成。
CAP晶片43通过对使活性层431、牺牲层432、支承层433(参照图6)按顺序层叠而成的SOI晶片进行加工而形成。在CAP晶片43的制造工序中除去支承层433，并如图2所示在牺牲层432的表面形成配线441及钝化膜442。
在活性层431的表面形成有绝缘层434。在与Z传感器2及XY传感器3对应的部分，除去绝缘层434并除去活性层431的一部分，从而形成凹部435。
在凹部435的表面形成有电位分离用的氧化膜436。在氧化膜436的表面中与连接部231、锤部24相对的部分形成有固定电极437。固定电极437在此由Poly-Si构成。
另外，在CAP晶片43上形成有导通孔438，导通孔438是贯通绝缘层434、活性层431、牺牲层432的TSV(Through-Silicon Via)。在导通孔438的表面形成有侧壁氧化膜439。
在侧壁氧化膜439的表面以及绝缘层434的表面中将侧壁氧化膜439和固定电极437连结的部分形成有配线440，配线440在绝缘层434侧与MEMS晶片41的金属层417连接。另外，在牺牲层432的表面，以与配线440连接的方式形成有配线441。
在牺牲层432、配线440、441的表面形成有钝化膜442。钝化膜442用于使力学量传感器1具有耐湿性，在此，钝化膜442由SiN构成。此外，钝化膜442也可以由作为聚酰亚胺类树脂的PIQ(注册商标)等构成。
在钝化膜442中形成于配线441的上表面的部分形成有开口部443。由此，经由配线440、441，能够将固定电极437、锤部23、24等与外部的配线连接。
如后所示，当向力学量传感器1施加加速度时，锤部23和固定电极437之间、锤部24和固定电极437之间、固定部31和可动部32之间的静电电容变化。在本实施方式中，将力学量传感器1和未图示的控制装置连接，以对施加加速度时产生的这些容量的变化进行差动增幅。例如在电源电压为5V的情况下，锤部23、24、可动部32的电位被设为5V。固定部31及固定电极437经由金属层417、配线440、441与未图示的控制装置的输入端子连接。
对力学量传感器1的制造方法进行说明。在本实施方式中，通过使用金属接合的方法制造力学量传感器1。通过图5所示的工序制造MEMS晶片41，通过图6所示的工序制造CAP晶片43，然后通过图7所示的工序将MEMS晶片41和CAP晶片43接合，并形成配线等，由此制造出力学量传感器1。
使用图5对MEMS晶片41的制造方法进行说明。首先，准备在支承层413的上表面层叠了牺牲层412的基板。然后，如图5(a)所示，在与Z传感器2及XY传感器3对应的部分，使用蚀刻除去牺牲层412，并将牺牲层412作为掩模，使用蚀刻除去支承层413的一部分，由此形成凹部414。不过，在与固定部21、31、321对应的部分则不除去牺牲层412及支承层413，而是将牺牲层412及支承层413保留下来。另外，在图5(a)所示的工序中，在形成凹部414之后，在凹部414的表面形成氧化膜415。
在图5(a)所示的工序之后，如图5(b)所示，进行Cavity-SOI工序，通过直接接合将作为MEMS层的活性层411接合于牺牲层412的表面。
在图5(c)所示的工序中，通过光刻及蚀刻在活性层411的表面形成间隔件416。在图5(d)所示的工序中，通过光刻及蚀刻在活性层411的表面形成金属层417。在图5(e)所示的工序中，通过蚀刻加工活性层411，形成Z传感器2、XY传感器3。
使用图6对CAP晶片43的制造方法进行说明。首先，准备使活性层431、牺牲层432、支承层433按顺序层叠而成的SOI晶片，并在活性层431的表面形成绝缘层434。然后，如图6(a)所示，在与Z传感器2及XY传感器3对应的部分，使用蚀刻除去绝缘层434，并将绝缘层434作为掩模，使用蚀刻除去活性层431的一部分，由此形成凹部435。不过，在与固定部21、31、321对应的部分则不除去绝缘层434及活性层431，而是将它们保留下来。
在图6(b)所示的工序中，通过使凹部435的表面热氧化而形成氧化膜436，并通过光刻及蚀刻在氧化膜436的表面形成固定电极437。在图6(c)所示的工序中，使用蚀刻除去绝缘层434及活性层431，由此形成导通孔438。然后，通过使导通孔438的表面热氧化而形成侧壁氧化膜439。在图6(d)所示的工序中，通过光刻及蚀刻在侧壁氧化膜439的表面和绝缘层434的表面中将侧壁氧化膜439和固定电极437连结的部分形成配线440。
使用图7对这样制造的MEMS晶片41及CAP晶片43的贴合、贴合后的工序进行说明。在图7(a)所示的工序中，通过热压接、扩散结合等金属接合将MEMS晶片41和CAP晶片43贴合。
由此，形成于MEMS晶片41的间隔件416和形成于CAP晶片43的绝缘层434接触。另外，形成于MEMS晶片41的金属层417和形成于CAP晶片43的配线440接合。并且，通过对MEMS晶片41的活性层411进行加工而形成的Z传感器2、XY传感器3被CAP晶片43封闭。
在图7(b)所示的工序中，通过磨削研磨及蚀刻除去支承层433，使牺牲层432露出。在图7(c)所示的工序中，通过蚀刻除去牺牲层432中成为导通孔438底部的部分，使导通孔438开口。
在图7(d)所示的工序中，通过光刻及蚀刻在牺牲层432的表面中的导通孔438的附近形成配线441，并将配线441和配线440连接。在图7(e)所示的工序中，通过CVD(ChemicalVapor Deposition)法或涂布法等在牺牲层432、配线440、441的表面形成钝化膜442。另外，通过蚀刻在钝化膜442上形成开口部443，使配线441的一部分露出。
对力学量传感器1的动作进行说明。当力学量传感器1在Z方向上加速时，锤部23、24如图2的虚线、图8的箭头A1所示那样位移。并且，如图8所示，CAP晶片43的固定电极437和锤部23及锤部24之间的距离变化，静电电容变化。Z传感器2从锤部23、24位移时CAP晶片43的固定电极437和锤部23及锤部24之间的静电电容的变化求出固定电极437的电位的变化，并利用求出的静电电容的变化检测Z方向的加速度。
当力学量传感器1在X方向上加速时，与电极31b相对的电极322b位移，电极31b和电极322b之间的静电电容变化。另外，与电极31c相对的电极322c位移，电极31c和电极322c之间的静电电容变化。XY传感器3从电极31b、31c的电位求出这些静电电容的变化，并利用求出的静电电容的变化检测X方向的加速度。
同样，当力学量传感器1在Y方向上加速时，与电极31a相对的电极322a位移，电极31a和电极322a之间的静电电容变化。另外，与电极31d相对的电极322d位移，电极31d和电极322d之间的静电电容变化。XY传感器3从电极31a、31d的电位求出这些静电电容的变化，并利用求出的静电电容的变化检测Y方向的加速度。
由于XY传感器3的固定部31、可动部32在连接部231和前端部232之间的空间中配置为离开锤部23的状态，因此Z传感器2及XY传感器3互不干涉地动作。
在检测三轴的加速度的力学量传感器中，要想提高Z方向的灵敏度，从而使较小的加速也能被检测出来，就需要加大锤部23、24的质量差。要想在使用均匀材料的情况下提高Z方向的灵敏度，就需要如图9所示那样使锤部23在X方向上的长度更长，从而增加扭矩。
但是，当加长锤部23时，如图10所示，将Z传感器2和XY传感器3合在一起而成的整个力学量传感器的芯片尺寸就要增大。
在本实施方式的力学量传感器1中，XY传感器3被配置在锤部23的连接部231和前端部232之间的空间中。因此，能够抑制加长锤部23所引起的芯片尺寸的增大，并且能够提高Z方向的加速度的检测灵敏度。
另外，通过加长锤部23，维持检测灵敏度所需的锤部23的上表面的面积变小，因此能够抑制力学量传感器1的芯片尺寸的增大。
在本实施方式中，Z传感器2和XY传感器3是分离的，因此能够独立地检测Z方向的加速度和XY方向的加速度。另外，在XY传感器3中将固定部31配置于外周部的情况下，固定部31和锤部23的电位差会导致产生寄生电容，而在本实施方式中，由于在固定部31的外侧配置框体325而形成中央帽顶件，因此能够寄生电容的产生。由此，其他轴灵敏度降低，能够提高检测精度。
此外，为了提高Z方向的加速度的检测精度，优选加大锤部23的可动范围。但是，当为了加大锤部23的可动范围而加深凹部435时，固定电极437和锤部23、24的距离变大，因此检测精度下降。
因此，如图11所示，优选的是，在凹部435中比固定电极437离固定部21更远的部分进一步设置凹部，维持固定电极437和锤部23、24的距离，同时加大锤部23的可动范围。
具体而言，优选的是，当锤部23大幅度位移时，固定电极437比凹部435或设于凹部435的内部的凹部更先接触到锤部23，利用固定电极437设定锤部23的可动范围。
<第二实施方式>
对第二实施方式进行说明。本实施方式针对第一实施方式改变了支承部4的结构，其他与第一实施方式是相同的，因此仅对与第一实施方式不同的部分进行说明。
如图12所示，在本实施方式中，支承部4具有MEMS晶片51和CAP晶片53。MEMS晶片51具有活性层411、牺牲层412、支承层413、间隔件416和金属层417。
在支承层413与Z传感器2及XY传感器3对应地形成有凹部414，在凹部414的表面形成有氧化膜415。在支承层413形成有导通孔518，在导通孔518的表面及支承层413的表面形成有绝缘层519。
另外，在导通孔518的底部除去了绝缘层519及牺牲层412，形成了开口部520a。并且，从开口部520a的内部到导通孔518的内部的绝缘层519的表面及绝缘层519的上表面，形成有配线521。配线521例如由Al等构成。绝缘层519中形成于支承层413表面的部分被除去一部分，形成了开口部520b。在开口部520b的内部也形成有配线521，活性层411和支承层413经由配线521电连接。
另外，以包覆绝缘层519及配线521的表面的方式形成有钝化膜522。钝化膜522以露出配线521的一部分的方式形成。在本实施方式中，固定电极437、固定部21、31、可动部32经由配线521与未图示的控制装置连接。
CAP晶片53具有Si层531和绝缘层434。与Z传感器2及XY传感器3对应地除去绝缘层434及Si层531的一部分，形成了凹部435。并且，与第一实施方式的CAP晶片43相同，在凹部435的表面形成有氧化膜436，在氧化膜436的表面形成有固定电极437。另外，与第一实施方式相同，在绝缘层434、氧化膜436、固定电极437的表面形成有配线440。此外，也可以在绝缘层434设置用于从配线440取出电位的接头窗。
使用图13、图14对本实施方式的力学量传感器1的制造方法进行说明。在本实施方式中，与第一实施方式的MEMS晶片41相同地制造MEMS晶片51，通过图13所示的工序制造CAP晶片53，通过图14所示的工序进行MEMS晶片51和CAP晶片53的接合等。
首先，准备具有Si层531和分别形成于Si层531的正面、背面的绝缘层434、532的基板。然后，如图13(a)所示，在与Z传感器2及XY传感器3对应的部分，通过蚀刻除去绝缘层434，并将绝缘层434作为掩模，通过蚀刻除去Si层531的一部分，从而形成凹部435。
在图13(b)所示的工序中，通过使凹部435的表面热氧化而形成氧化膜436，并通过光刻及蚀刻在氧化膜436的表面形成固定电极437。在图13(c)所示的工序中，通过光刻及蚀刻在从绝缘层434的表面到氧化膜436的表面及固定电极437的表面的部分形成配线440。
在图14(a)所示的工序中，通过金属接合将MEMS晶片51和CAP晶片53接合。在图14(b)所示的工序中，形成贯通支承层413的导通孔518，使牺牲层412露出。通过蚀刻将支承层413中与金属层417相对的部分除去，由此形成导通孔518。
在图14(c)所示的工序中，通过使支承层413中与牺牲层412相反一侧的表面和导通孔518的表面热氧化，或者通过CVD法，形成绝缘层519。然后，通过蚀刻将位于导通孔518底部的绝缘层519及牺牲层412除去，形成开口部520a，使活性层411露出。另外，将绝缘层519中形成于支承层413表面的部分的一部分除去，形成开口部520b，使支承层413露出。由此，所有的层都能与外部的配线连接，浮动电位不再存在，因此能够降低寄生电容。
在图14(d)所示的工序中，通过光刻及蚀刻形成从绝缘层519的表面到开口部520a的内部的配线521，将配线521和活性层411连接。另外，在开口部520b的内部也形成配线521，将活性层411和支承层413连接。
在图14(e)所示的工序中，通过涂布法在绝缘层519的表面及配线521的表面形成钝化膜522。另外，在钝化膜522形成开口部，使配线521的一部分露出。
这样制造的本实施方式的力学量传感器1也能获得与第一实施方式相同的效果。
<第三实施方式>
对第三实施方式进行说明。本实施方式针对第一实施方式改变了支承部4的结构，其他与第一实施方式是相同的，因此仅对与第一实施方式不同的部分进行说明。
如图15所示，本实施方式的支承部4具有MEMS晶片61和CAP晶片63。MEMS晶片61具有Si层611、绝缘层612、配线613、牺牲层614、配线615、牺牲层616、厚膜poly-Si层617、粘接剂618和配线619。
绝缘层612形成于Si层611的上表面，在绝缘层612的上表面形成有配线613。在绝缘层612及配线613的上表面形成有牺牲层614，在牺牲层614的上表面形成有配线615。在牺牲层614中位于配线613上部的部分形成有开口部，配线615形成至牺牲层614的开口部的内部，与配线613连接。配线613及配线615由poly-Si构成。
在牺牲层614及配线615的上表面形成有牺牲层616，在配线615及牺牲层616的上表面形成有厚膜poly-Si层617。在本实施方式中，通过加工厚膜poly-Si层617，形成Z传感器2及XY传感器3。
在与Z传感器2及XY传感器3对应的部分，除去牺牲层614、616，露出绝缘层612、配线613、配线615。在本实施方式中，配线613被用作固定电极，固定部21、31、321、配线613经由配线615与未图示的控制装置连接。
在厚膜poly-Si层617的上表面形成有粘接剂618，利用粘接剂618及后述的粘接剂633使MEMS晶片61和CAP晶片63接合。粘接剂618在本实施方式中由Al-Ge类合金构成。此外，也可以利用玻璃膏构成粘接剂618，通过玻璃烧结接合将MEMS晶片61和CAP晶片63接合。另外，在厚膜poly-Si层617的上表面，形成有被用作电极焊盘的配线619。
CAP晶片63具有基板631和粘接剂633。在本实施方式中虽然基板631由剥离构成，但也可以利用Si构成基板631。在基板631上，与Z传感器2及XY传感器3对应地形成有凹部632，粘接剂633以包围凹部632的方式形成于基板631的表面。在本实施方式中，固定部21、31、321不固定于CAP晶片63，而固定于MEMS晶片61的牺牲层616。
粘接剂633在本实施方式中由Al-Ge类合金构成。此外，也可以利用Au-Ge类、Cu-Sn类的共晶、焊锡等构成粘接剂633。另外，也可以利用玻璃膏构成粘接剂633，通过玻璃烧结接合将MEMS晶片61和CAP晶片63接合。
使图16～图19对本实施方式的力学量传感器1的制造方法进行说明。通过图16、图17所示的工序制造MEMS晶片61，通过图18所示的工序制造CAP晶片63，然后通过图19所示的工序进行MEMS晶片61和CAP晶片63的接合等，由此制造出本实施方式的力学量传感器1。
在图16(a)所示的工序中，通过使Si层611的上表面热氧化而形成绝缘层612，并通过光刻及蚀刻在绝缘层612的上表面形成配线613。在图16(b)所示的工序中，通过CVD法在配线613的表面形成牺牲层614。此时，以露出配线613的一部分的方式形成牺牲层614。
在图16(c)所示的工序中，通过光刻及蚀刻在牺牲层614的表面及配线613的表面形成配线615，并将配线613和配线615连接。在图16(d)所示的工序中，通过CVD法在配线615的表面形成牺牲层616。此时，以露出配线615的一部分的方式形成牺牲层616。
在图17(a)所示的工序中，通过CVD法在牺牲层614、配线615、牺牲层616的表面形成厚膜poly-Si层617。在图17(b)所示的工序中，通过光刻及蚀刻形成用于在图19(a)所示的工序中将MEMS晶片61和CAP晶片63接合的粘接剂618的图案。另外，在图17(b)所示的工序中，在厚膜poly-Si层617的表面形成配线619。
在图17(c)所示的工序中，通过蚀刻加工厚膜poly-Si层617。在图17(d)所示的工序中，使用HF气有选择地除去牺牲层614、616，使厚膜poly-Si层617的一部分从绝缘层612及配线613分离。由此，形成Z传感器2及XY传感器3。
在图18(a)所示的工序中，在与Z传感器2及XY传感器3对应的部分，通过蚀刻除去基板631的一部分，形成凹部632。在图18(b)所示的工序中，以包围凹部632的方式在基板631的表面形成粘接剂633。
在图19(a)所示的工序中，通过Al-Ge共晶接合将MEMS晶片61和CAP晶片63接合。由此，Z传感器2及XY传感器3被利用MEMS晶片61和CAP晶片63封闭。
在图19(b)所示的工序中，通过留下MEMS晶片61地切断基板631的半切割，使配线619露出。在图19(c)所示的工序中，以配线619为掩模而除去厚膜poly-Si层617，形成器件。由此，配线615露出，能够将固定部21、31、321、配线613与未图示的控制装置连接。
这样制造的本实施方式的力学量传感器1也能获得与第一实施方式相同的效果。
<第四实施方式>
对第四实施方式进行说明。本实施方式针对第一实施方式改变了Z传感器2的数量，其他与第一实施方式是相同的，因此仅对与第一实施方式不同的部分进行说明。
如图20所示，本实施方式的力学量传感器1具有两个Z传感器2。在图20中，省略了对梁部22的图示。
在本实施方式中，锤部23的连结部233由一根直线状的梁构成，连接部231和前端部232各自的Y方向上的一侧的端部彼此利用连结部233连结。两个Z传感器2以前端部232彼此相对、连结部233彼此相对的方式配置。
将两个Z传感器2中一方的锤部23、24分别作为锤部23a、24a，将另一方的锤部23、24分别作为锤部23b、24b。本实施方式的XY传感器3配置于由锤部23a的前端部232及连结部233和锤部23b的前端部232及连结部233围成的空间中。在本实施方式中，两个Z传感器2在XY平面内关于XY传感器3的中心以点对称方式配置。
另外，在本实施方式中，如图20所示，形成有四个固定电极437，四个固定电极437中的两个配置于一方的Z传感器2的上部，其余的两个固定电极437配置于另一方的Z传感器2的上部。
在本实施方式中，当力学量传感器1在Z方向上加速时，如图21所示，两个Z传感器2分别与第一实施方式的Z传感器2相同地动作，使用固定电极437和锤部23、24之间的静电电容的变化检测Z方向的加速度。
在支承部4在安装等过程中如图22所示那样倾斜的情况下，Z方向的加速度的检测精度下降，而在本实施方式中，两个Z传感器2在XY平面内关于XY传感器3的中心以点对称方式配置。因此，在支承部4通过XY传感器3的中心并以与Y方向平行的轴为中心倾斜的情况下，能够使用四个固定电极437的电位抑制检测精度下降。
作为一个例子，设力学量传感器1静止时锤部23a、24a、23b、24b和与各锤部相对的固定电极437的距离为d1、d2、d3、d4，设支承部4不倾斜时各锤部和固定电极437的距离为d0。该情况下，d1+d3＝2d0，d2+d4＝2d0。
因此，当力学量传感器1在Z方向上加速时，若设Z方向的加速所引起的锤部23a、23b的位移为Δd，设锤部24a、24b的位移为－Δd，则d1+d3＝2d0－2Δd，d2+d4＝2d0+2Δd。
固定电极437和锤部23、24的电位差与固定电极437和锤部23、24的距离成比例。因此，通过对固定电极437和锤部23a、23b的电位差求平均，能够求出支承部4不倾斜的情况下的锤部23和固定电极437的距离即d0－Δd。同样，通过对固定电极437和锤部24a、24b的电位差求平均，能够求出支承部4不倾斜的情况下的锤部24和固定电极437的距离即d0+Δd。因此，使用各电位差能够检测支承部4不倾斜的情况下的Z方向的加速度。
这样，在本实施方式中，在支承部4在安装等过程中倾斜的情况下，通过使用两个Z传感器2的检测结果，能够抑制检测精度下降。
<第五实施方式>
对第五实施方式进行说明。本实施方式针对第一实施方式改变了锤部23及可动部32的结构，其他与第一实施方式是相同的，因此仅对与第一实施方式不同的部分进行说明。
如图23所示，在本实施方式中，Z传感器2的锤部23和XY传感器3的可动部32形成一体。并且，在连接部231和前端部232之间的空间中，配置有作为XY传感器3的一部分的固定部31。
具体而言，在连接部231和前端部232之间形成有由可动部32围成的四个空间，四个空间中分别配置有固定部31的电极31a、31b、31c、31d。另外，可动部32不具有固定部321，在可动部32的背面除去了牺牲层412。
在本实施方式中，通过使锤部23和可动部32形成一体而将可动部32的电位固定在例如2.5V，使用固定电极437的电位和固定部31的各电极的电位来检测X、Y、Z方向的加速度。
在本实施方式中，通过将Z传感器2的锤部23和XY传感器3的可动部32集成在一起，能够使力学量传感器1进一步小型化。
<第六实施方式>
对第六实施方式进行说明。本实施方式针对第五实施方式改变了固定部31的结构，其他与第一实施方式是相同的，因此仅对与第一实施方式不同的部分进行说明。
如图24所示，在本实施方式中，固定部31在局部减小了厚度，形成了弹簧构造。具体而言，梳齿型的电极31a、31b、31c、31d分别在与形成梳齿的部分相反的一侧的端部固定于牺牲层412及CAP晶片43。并且，在固定于牺牲层412的端部和形成梳齿的端部之间，形成有与固定于牺牲层412的端部及形成梳齿的端部相比Z方向的厚度较小的部分。
在第五实施方式中，当锤部23因Z方向的加速而位移时，固定部31的各电极和可动部32的各电极的相对面积变化，但锤部23的位移实际上充分小，因此Z方向的加速对XY传感器3的检测精度所带来的影响较小。但是，为了提高XY传感器3的检测精度，优选的是该相对面积的变化较小。
在本实施方式中，通过在固定部31的各电极形成弹簧构造，各电极中形成梳齿的部分变得容易在Z方向上位移。因此，当力学量传感器1在Z方向上加速时，如图24所示，固定部31所具有的各电极的形成梳齿的部分向与可动部32相同的方向位移。因此，能够抑制Z方向的加速所引起的固定部31的各电极和可动部32的各电极的相对面积的变化，能够提高X方向及Y方向的加速度的检测精度。
<第七实施方式>
对第七实施方式进行说明。本实施方式针对第一实施方式改变了锤部23的结构，其他与第一实施方式是相同的，因此仅对与第一实施方式不同的部分进行说明。
如图25、图26所示，在在本实施方式中，在锤部23的前端部232，形成有增加锤部23的质量的埋入层234。埋入层234例如由钨插塞(W-Plug)等构成。
这样，通过形成埋入层234而增加锤部23的驱动扭矩，能够增加锤部23和锤部24的扭矩差，能够提高Z方向的加速度的检测精度。
<其他实施方式>
本公开并不局限于上述实施方式，可以作适当改变。另外，上述各实施方式并不是互不相关的，除了明显不能组合的情况以外，可以适当组合。另外，当然，在上述各实施方式中，构成实施方式的要素，除了特别明示必需的情况以及在原理上认为明显必需的情况等以外，都不一定是必需的。另外，在上述各实施方式上，在提及实施方式的构成要素的个数、树脂、量、范围等数值的情况下，除了特别明示必需的情况以及在原理上明显要限定在特定数目的情况等以外，都不局限于该特定数目。另外，在上述各实施方式中，当提及构成要素等的形状、位置关系等时，除了特别明示的情况以及在原理上要限定在特定形状、位置关系等的情况等以外，都不局限于该形状、位置关系等。
例如，也可以配置对X方向或Y方向中的任一方的加速度进行检测的传感器，以此来代替XY传感器3。另外，也可以在连接部231和前端部232之间的空间中配置多个XY传感器3。另外，也可以是XY传感器3仅具有电极31a、31d中的一方和电极31b、31c中的一方，并相应地仅具有电极322a、322d中的一方和电极322b、322c中的一方。
另外，在上述第五实施方式中，如图27所示，在X方向上离固定部21越远，锤部23的位移所引起的固定部31的各电极和可动部32的各电极的相对面积的变化越大。因此，也可以使用各电极间的静电电容差校正XY方向的加速度的检测结果。
另外，也可以通过使用Z传感器2的两个静电电容求出锤部23的位移并反馈所求出的位移，从而提高XY传感器3的加速度的检测精度。
另外，如图28所示，也可以通过减小连接部231及锤部24的厚度来增加锤部23和锤部24的扭矩差。另外，也可以通过将连接部231及锤部24加工成网眼状来增加锤部23和锤部24的扭矩差。
另外，在上述第一～第六实施方式中，锤部23由与构成锤部24的材料相同的材料构成，但锤部23也可以由与构成锤部24的材料相比单位体积的质量更大的材料构成。另外，在上述第七实施方式中，锤部23中未形成埋入层234的部分也可以由与构成锤部24的材料相比单位体积的质量更大的材料构成。
另外，也可以是，力学量传感器1不具有XY传感器3，在连接部231和前端部232之间的空间中配置XY传感器3以外的器件。另外，也可以不在连接部231和前端部232之间的空间中配置器件。另外，也可以将本公开应用于加速度传感器以外的力学量传感器，例如倾斜传感器。

Claims (13)

1.一种力学量传感器，其中，具有：
形成有固定电极(437、613)的支承部(4)；
固定于所述支承部的板状的固定部(21)；
梁部(22)，支承于所述固定部，在所述固定部的平面上的一个方向上延伸设置；
第一锤部(23)，在所述固定部的平面上的与所述一个方向垂直的另一方向上配置在所述固定部的一侧，连结于所述梁部，并且该第一锤部与所述梁部的连接部(231)和该第一锤部的与所述梁部相反一侧的前端部(232)利用在所述另一方向上延伸设置的连结部(233)连结，从而在所述连接部和所述前端部之间形成了空间；
第二锤部(24)，在所述另一方向上在与所述第一锤部相反的一侧配置于所述固定部，并连结于所述梁部；
所述第一锤部在所述另一方向上的长度大于所述第二锤部在所述另一方向上的长度，
利用所述第一锤部及所述第二锤部位移时所述固定电极与所述第一锤部及所述第二锤部之间的静电电容的变化来检测力学量。
2.如权利要求1所述的力学量传感器，其中，所述第一锤部由与构成所述第二锤部的材料相同的材料构成。
3.如权利要求1所述的力学量传感器，其中，所述第一锤部由与构成所述第二锤部的材料相比每单位体积的质量更大的材料构成。
4.如权利要求1至3中任一项所述的力学量传感器，其中，所述第一锤部的质量大于所述第二锤部的质量。
5.如权利要求1至4中任一项所述的力学量传感器，其中，具有至少一部分配置于所述空间的器件(3)。
6.如权利要求5所述的力学量传感器，其中，
所述力学量是所述固定部的表面的法线方向的加速度，
所述器件是检测与所述固定部的表面平行的方向的加速度的传感器。
7.如权利要求6所述的力学量传感器，其中，所述器件具有相互相对的第一电极(31a、31b、31c、31d)及第二电极(322a、322b、322c、322d)，利用所述第二电极相对于所述第一电极位移时所述第一电极和所述第二电极之间的静电电容的变化来检测加速度。
8.如权利要求7所述的力学量传感器，其中，所述第一锤部以离开所述第二电极的状态配置。
9.如权利要求7所述的力学量传感器，其中，所述第一锤部和所述第二电极被一体化。
10.如权利要求9所述的力学量传感器，其中，所述第一电极在一端部固定于所述支承部，在另一端部与所述第二电极相对，在固定于所述支承部的端部和与所述第二电极相对的端部之间，与固定于所述支承部的端部及与所述第二电极相对的端部各自相比，所述固定部的表面的法线方向上的厚度更小。
11.如权利要求9所述的力学量传感器，其中，
所述器件配置有多个，
利用配置有多个的所述器件处的所述第一电极和所述第二电极之间的静电电容差，校正加速度的检测结果。
12.如权利要求1至11中任一项所述的力学量传感器，其中，在所述前端部形成有使所述第一锤部的质量增加的埋入层(234)。
13.如权利要求1至12中任一项所述的力学量传感器，其中，利用所述固定电极设定所述第一锤部的可动范围。
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