JP2004245760A - 圧力と加速度との双方を検出するセンサおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】単一の構造体により加速度と圧力との双方を検出する。
【解決手段】シリコンからなる可撓性基板１００の上面に、不純物を拡散して、ピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｐ１，Ｒｐ２を形成する。中央部１１０の下面には、筒状の側壁部２１０を接合し、その下面に重錘体３１０を接合する。側壁部２１０の内部には、真空室Ｃが形成されるようにし、中央部１１０が感圧膜として機能するようにする。固定部１３０の下面には、台座２２０，３２０を接合する。重錘体３１０は、接続部１２１，１２３を介して、台座で囲まれた空間内で宙吊り状態になる。外部の圧力は、中央部１１０の撓みを抵抗素子Ｒｐ１，Ｒｐ２の抵抗値の変化として検出して求め、重錘体３１０に作用した加速度は、接続部１２１，１２３の撓みを抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４の抵抗値の変化として検出して求める。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力と加速度との双方を検出するセンサおよびその製造方法に関し、特に、小さな半導体チップ上に、圧力検出部と加速度検出部との双方を組み込むことが可能なセンサおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、様々な電子機器に、様々な物理量を検出するためのセンサが組み込まれている。このような電子機器に組み込むためのセンサは、できるだけ小型化することが望まれており、最近では、半導体チップを利用した量産タイプの小型センサが広く利用されている。たとえば、加速度を検出するためのセンサとしては、下記の特許文献１に、半導体基板上にピエゾ抵抗素子を形成してなる加速度センサが開示されており、特許文献２に、そのようなセンサを量産するためのプロセスが開示されている。一方、圧力を検出するためのセンサとしては、下記の特許文献３に、半導体ダイアフラム上にピエゾ抵抗素子を形成するタイプの圧力センサが開示されている。
【特許文献１】
特開平３−２５３５号公報
【特許文献２】
特開平４−８１６３０号公報
【特許文献３】
特開平１１−１４２２７０号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、半導体チップを利用した小型のセンサとしては、加速度センサ、圧力センサ、力センサ、磁気センサなど種々のセンサが利用されている。しかしながら、電子機器によっては、複数の物理量を検出する必要があるものも少なくない。特に、加速度および圧力は、いずれも基本的な物理量であり、これら双方を検出して動作する電子機器も少なくない。ところが、加速度センサや圧力センサは、それぞれ単体としては、半導体チップを利用した小型のものが開発されているが、このような単体のセンサをそのまま電子機器に組み込むことにすると、加速度センサ用チップと圧力センサ用チップとの両方を組み込む必要があり、２つのセンサ分のスペースを占めることになる。このように、複数の物理量検出のために、複数のセンサを別体として設けることは、スペース効率を低下させる要因になり、更なる小型化を求められている電子機器にとっては重大な障害となる。
【０００４】
そこで本発明は、単一の構造体により加速度と圧力との双方を検出することが可能なセンサおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１） 本発明の第１の態様は、圧力と加速度との双方を検出するセンサにおいて、
筒状の側壁部と、
この側壁部の上面を塞ぐように形成され、検出対象となる圧力の作用により撓みを生じる感圧膜と、
側壁部の下面を塞ぐように取り付けられた重錘体と、
重錘体の周囲に設けられた台座と、
台座と側壁部とを接続するとともに、検出対象となる加速度の作用により撓みを生じる接続部と、
感圧膜の撓みを電気信号として検出する圧力検出部と、
接続部の撓みを電気信号として検出する加速度検出部と、
を設け、側壁部、感圧膜、重錘体により封止された空間が密閉室を構成するようにしたものである。
【０００６】
（２） 本発明の第２の態様は、圧力と加速度との双方を検出するセンサにおいて、
筒状の側壁部と、
この側壁部の上面を塞ぐように形成され、検出対象となる圧力の作用により撓みを生じる感圧膜と、
側壁部の下面を塞ぐように取り付けられた重錘体と、
重錘体の周囲に設けられた台座と、
台座と側壁部とを接続するとともに、検出対象となる加速度の作用により撓みを生じる接続部と、
感圧膜の撓みを電気信号として検出する圧力検出部と、
接続部の撓みにより生じた重錘体の変位を電気信号として検出する加速度検出部と、
を設け、側壁部、感圧膜、重錘体により封止された空間が密閉室を構成するようにしたものである。
【０００７】
（３） 本発明の第３の態様は、圧力と加速度との双方を検出するセンサにおいて、
感圧膜として機能する中央部と、この中央部の周囲に設けられた接続部と、この接続部の周囲に設けられた固定部と、を有する可撓性基板と、
中央部の下面に固定された筒状の側壁部と、
側壁部の下面を塞ぐように取り付けられた重錘体と、
側壁部および重錘体の周囲に設けられ、固定部の下面に固定された台座と、
中央部の撓みを電気信号として検出する圧力検出部と、
接続部の撓みを電気信号として検出する加速度検出部と、
を設け、
接続部が、中央部と固定部とを接続する機能を果たすとともに、検出対象となる加速度の作用により撓みを生じるように構成され、
側壁部、中央部、重錘体により封止された空間が密閉室を構成するようにしたものである。
【０００８】
（４） 本発明の第４の態様は、圧力と加速度との双方を検出するセンサにおいて、
感圧膜として機能する中央部と、この中央部の周囲に設けられた接続部と、この接続部の周囲に設けられた固定部と、を有する可撓性基板と、
中央部の下面に固定された筒状の側壁部と、
側壁部の下面を塞ぐように取り付けられた重錘体と、
側壁部および重錘体の周囲に設けられ、固定部の下面に固定された台座と、
中央部の撓みを電気信号として検出する圧力検出部と、
接続部の撓みにより生じた重錘体の変位を電気信号として検出する加速度検出部と、
を設け、
接続部が、中央部と固定部とを接続する機能を果たすとともに、検出対象となる加速度の作用により撓みを生じるように構成され、
側壁部、中央部、重錘体により封止された空間が密閉室を構成するようにしたものである。
【０００９】
（５） 本発明の第５の態様は、上述の第３または第４の態様に係る圧力と加速度との双方を検出するセンサにおいて、
可撓性基板に形成されたスリットに挟まれた部分によって橋梁構造体が構成されており、この橋梁構造体が接続部として機能し、重錘体が台座に対して、橋梁構造体を介して支持されるようにしたものである。
【００１０】
（６） 本発明の第６の態様は、上述の第１〜第５の態様に係る圧力と加速度との双方を検出するセンサにおいて、
圧力検出部として、感圧膜上に形成されたピエゾ抵抗素子を用い、このピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化に基づいて圧力検出を行うようにしたものである。
【００１１】
（７） 本発明の第７の態様は、上述の第１〜第５の態様に係る圧力と加速度との双方を検出するセンサにおいて、
圧力検出部として、感圧膜上に形成された変位電極と、この変位電極に対向する位置において台座もしくは重錘体に固定された固定電極と、によって構成される容量素子を用い、この容量素子の静電容量値の変化に基づいて圧力検出を行うようにしたものである。
【００１２】
（８） 本発明の第８の態様は、上述の第１または第３の態様に係る圧力と加速度との双方を検出するセンサにおいて、
加速度検出部として、接続部に形成されたピエゾ抵抗素子を用い、このピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化に基づいて加速度検出を行うようにしたものである。
【００１３】
（９） 本発明の第９の態様は、上述の第２または第４の態様に係る圧力と加速度との双方を検出するセンサにおいて、
加速度検出部として、重錘体の変位に起因して変位を生じる変位面に形成された変位電極と、この変位電極に対向する位置において台座に固定された固定電極と、によって構成される容量素子を用い、この容量素子の静電容量値の変化に基づいて加速度検出を行うようにしたものである。
【００１４】
（１０） 本発明の第１０の態様は、上述の第３または第４の態様に係る圧力と加速度との双方を検出するセンサを製造する方法において、
上から順に、第１層、第２層、第３層の３層を積層してなり、第１層と第２層とが互いにエッチング特性が異なり、第３層と第２層とが互いにエッチング特性が異なり、第１層が可撓性基板として機能するのに適した材質および厚みを有する第１の基板と、重錘体としての質量を確保するのに適した材質および厚みを有する第２の基板と、を用意する基板準備段階と、
第３層に対するエッチングと第２層に対するエッチングとを行い、これら各層の残存部により、台座の上部と側壁部とを形成するエッチング段階と、
所定圧力環境下で、第３層の残存部の下面に、第２の基板を接合する基板接合段階と、
第２の基板をエッチングもしくはダイシングにより分離し、台座の下部と重錘体とを形成する基板分離段階と、
圧力検出部および加速度検出部を形成する検出部形成段階と、
を行うようにしたものである。
【００１５】
（１１） 本発明の第１１の態様は、上述の第１０の態様に係る圧力と加速度との双方を検出するセンサの製造方法において、
第１層に対するエッチングを行うことにより複数のスリットを形成し、このスリットに挟まれた部分によって橋梁構造体を構成し、この橋梁構造体を接続部として用いることができるようにする橋梁構造体形成段階を更に行うようにしたものである。
【００１６】
（１２） 本発明の第１２の態様は、上述の第１０または第１１の態様に係る圧力と加速度との双方を検出するセンサの製造方法において、
検出部形成段階で、第１層にピエゾ抵抗素子を形成し、このピエゾ抵抗素子を圧力検出部および加速度検出部として用いるセンサを構成するようにしたものである。
【００１７】
（１３） 本発明の第１３の態様は、上述の第１０〜第１２の態様に係る圧力と加速度との双方を検出するセンサの製造方法において、
第１の基板としてＳＯＩ基板を用い、第２の基板としてガラス基板もしくはシリコン基板を用いるようにしたものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。
【００１９】
＜＜＜ §１．基本的実施形態の構造および動作 ＞＞＞
図１は、本発明の基本的実施形態に係る圧力と加速度との双方を検出するセンサの上面図である。ここでは、説明の便宜上、このセンサ上面の中心位置に原点Ｏを定義し、図の右方向にＸ軸、図の上方向にＹ軸、図の紙面垂直上方にＺ軸をそれぞれ定義して、ＸＹＺ三次元座標系を考えることにする。したがって、センサ上面は、ＸＹ平面に含まれることになる。
【００２０】
図２は、このセンサを図１のＸ軸（ＸＺ平面）に沿って切断した側断面図である。図２に示されているとおり、このセンサは３層構造をなしている。すなわち、上層の構成要素は、可撓性基板１００であり、中層の構成要素は、筒状の側壁部２１０および台座上部２２０であり、下層の構成要素は、重錘体３１０および台座下部３２０である。
【００２１】
図３は、可撓性基板１００の上面図である。図示のとおり、この可撓性基板１００には、４か所にスリットＳ１〜Ｓ４が形成されている。これらスリットＳ１〜Ｓ４は、いずれも可撓性基板１００の厚み方向に貫通するスリットになっており、これらスリットの存在により、可撓性基板１００は、中央部１１０、４本の橋梁構造体１２１〜１２４、固定部１３０、４枚の翼状部１２５〜１２８の各部分に分けられる。中央部１１０は、中央部分に位置する正方形状の領域であり、図３に示すとおり、この中央部１１０の上面に、４本のピエゾ抵抗素子Ｒｐ１〜Ｒｐ４が形成されている。この４本のピエゾ抵抗素子Ｒｐ１〜Ｒｐ４は、後述するように、圧力検出部として機能する。
【００２２】
一方、固定部１３０は、可撓性基板１００の外周に位置する枠状部分であり、この固定部１３０と中央部１１０との間が、４本の橋梁構造体１２１〜１２４によって接続されていることになる。すなわち、４本の橋梁構造体１２１〜１２４は、中央部１１０の周囲に設けられ、固定部１３０に対する接続部として機能することになる。なお、４枚の翼状部１２５〜１２８は、スリットＳ１〜Ｓ４を形成したために形成された部分であり、ここに示す実施形態では、特有の機能は有していない。したがって、翼状部１２５〜１２８は除去してもかまわない（除去した場合、スリットＳ１〜Ｓ４の代わりに、４か所に正方形状の開口窓が形成されることになる）。
【００２３】
図３に示されているとおり、４本の橋梁構造体１２１〜１２４の上面にも、それぞれ２本もしくは４本ずつピエゾ抵抗素子が形成されている。具体的には、橋梁構造体１２１の上面には、Ｘ軸正方向上にピエゾ抵抗素子Ｒｘ１，Ｒｘ２が配置され、橋梁構造体１２２の上面には、Ｙ軸正方向に平行となるようにピエゾ抵抗素子Ｒｙ１，Ｒｙ２およびＲｚ１，Ｒｚ２が配置され、橋梁構造体１２３の上面には、Ｘ軸負方向上にピエゾ抵抗素子Ｒｘ３，Ｒｘ４が配置され、橋梁構造体１２４の上面には、Ｙ軸負方向に平行となるようにピエゾ抵抗素子Ｒｙ３，Ｒｙ４およびＲｚ３，Ｒｚ４が配置されている。これら橋梁構造体上に配置されているピエゾ抵抗素子は、後述するように、加速度検出部として機能する。
【００２４】
図４は中層の構成要素である側壁部２１０および台座上部２２０を示す横断面図であり、図２に示すセンサを切断線４−４に沿って切断した断面を示す。図示のとおり、側壁部２１０は、断面が正方形状の筒状の構造体であり、可撓性基板１００の中央部１１０の周囲下面に接合されている（図１の破線が、可撓性基板１００に対する側壁部２１０の接続位置を示している）。一方、台座上部２２０は、枠状の構造体であり、固定部１３０の下面に接合されている。
【００２５】
図５は下層の構成要素である重錘体３１０および台座下部３２０を示す横断面図であり、図２に示すセンサを切断線５−５に沿って切断した断面を示す。図示のとおり、重錘体３１０はブロック状の構造体であり、加速度検出に用いられる。図１には、この重錘体３１０のスリットＳ１〜Ｓ４から覗いている一部分が実線で示され、その他の部分が破線で示されている。重錘体３１０の上面は、側壁部２１０の下面に接合されている。一方、台座下部３２０は、枠状の構造体であり、台座上部２２０の下面に接合されている。
【００２６】
なお、ここに示す実施形態では、台座上部２２０の平面形状と台座下部３２０の平面形状とは同一になっているが、台座下部３２０は台座上部２２０を支持する機能を有していればよいので、両者の平面形状は必ずしも同一にする必要はない。また、ここに示す実施例では、台座を、台座上部２２０と台座下部３２０との接合体として構成しているが、もちろん、台座上部２２０と台座下部３２０とを単一の台座として一体構造にしてもかまわない。
【００２７】
ここで、可撓性基板１００は、可撓性をもった基板であり、検出対象となる圧力や加速度の作用により、その一部分が撓みを生じる構造となっている。たとえば、シリコン基板などの半導体基板により可撓性基板１００を構成する場合、厚みをある程度まで小さくすることにより、可撓性基板１００に必要な可撓性をもたせることが可能である。
【００２８】
図２に示すとおり、筒状の側壁部２１０の上面は、可撓性基板１００の中央部１１０に接合され、下面は、重錘体３１０の上面に接合されている。ここで、各面の接合は、十分に密閉性を有する接合となっており、側壁部２１０、中央部１１０、重錘体３１０によって封止された空間Ｃが密閉室Ｃを構成するようになっている。したがって、たとえば、この密閉室Ｃを大気圧よりも圧力の小さい真空室としておき、このセンサを大気圧の環境で使用した場合、図示の密閉室Ｃを構成する各壁面には、内側へ向かう大気圧が加わることになる。このとき、可撓性をもった可撓性基板１００の中央部１１０は、感圧膜として機能する。このように、感圧膜を密閉室Ｃに張ることにより、常に圧力の絶対値を測定することが可能になる。
【００２９】
図６は、この感圧膜として機能する中央部１１０に、圧力Ｐが加わった状態を示す側断面図（ＸＺ平面で切った断面図）である。ブロック状の重錘体３１０や側壁部２１０に比べて、中央部１１０の可撓性を十分に高く設定しておけば（たとえば、側壁部２１０の厚みに比べて、中央部１１０の厚みを十分に小さくしておけば）、大気圧などの外部環境の圧力は、このセンサの各部に作用するものの、この圧力によって密閉室Ｃの隔壁に生じる内側への変形は、専ら中央部１１０において生じることになり、感圧膜として機能する中央部１１０に撓みが生じることになる。このような撓みは、中央部１１０に形成された４本のピエゾ抵抗素子Ｒｐ１〜Ｒｐ４の抵抗値に基づいて検出することができる。
【００３０】
たとえば、図６に示すように、中央部１１０が下方へ窪むような変形を生じた場合、図３に示す中央部１１０の外周位置に配置されたピエゾ抵抗素子Ｒｐ１およびＲｐ２には、長手方向に伸びる応力が加わり、中央部１１０の中央位置に配置されたピエゾ抵抗素子Ｒｐ３およびＲｐ４には、長手方向に縮む応力が加わる。したがって、可撓性基板１００をシリコン基板により構成し、各ピエゾ抵抗素子をＰ型不純物ドープ層によって構成した場合、ピエゾ抵抗素子Ｒｐ１およびＲｐ２の抵抗値は増加し、ピエゾ抵抗素子Ｒｐ３およびＲｐ４の抵抗値は減少する（ピエゾ抵抗素子をＮ型不純物ドープ層によって構成した場合は、抵抗値の増減が逆になる。以下も同様）。
【００３１】
もちろん、密閉室Ｃの圧力を大気圧よりも高くしておいた場合、このセンサを大気圧の環境で使用すると、図６とは逆に、感圧膜として機能する中央部１１０は、上方へ膨らむように外側に向けて変形する。この場合は、ピエゾ抵抗素子Ｒｐ１およびＲｐ２には、長手方向に縮む応力が加わり、ピエゾ抵抗素子Ｒｐ３およびＲｐ４には、長手方向に伸びる応力が加わることになり、抵抗値の増減の関係は、上述の場合と逆になる。
【００３２】
結局、中央部１１０の撓みの形態は、密閉室Ｃ内の圧力と、このセンサが置かれた環境の圧力との比較の下に定まることになるが、密閉室Ｃ内の圧力と外部の圧力とが等しくなったときの各ピエゾ抵抗素子Ｒｐ１〜Ｒｐ４の抵抗値を基準として、これら各抵抗素子の増減を測定するようにすれば、増減の形態に基づいて外部の圧力が密閉室Ｃ内の圧力より高いか低いかを認識することができ、増減の程度に基づいてどの程度高いか低いかを認識することができる。
【００３３】
なお、原理的には、上述したとおり、密閉室Ｃの圧力は、検出対象となる圧力（たとえば、大気圧）より低く設定しても、高く設定しても、圧力検出は可能になるが、実用上は、密閉室Ｃの圧力を大気圧に比べて十分に低く設定し、実質的に密閉室Ｃが真空室となるようにしておくのが好ましい。これは、センサの温度特性を改善させるためである。すなわち、密閉室Ｃ内の空気は、温度により膨張するので、密閉室Ｃ内に空気が含まれていると、温度が上昇すると、感圧膜として機能する中央部１１０に内圧が加わり、撓みの状態に変化が生じることになる。そのため、ピエゾ抵抗素子Ｒｐ１〜Ｒｐ４の抵抗値は、温度によっても変化してしまうことになり、温度条件の変化により、検出値に誤差が生じることになる。したがって、実用上は、密閉室Ｃ内はできるだけ高い真空度に維持するようにし、温度依存性を排除するようにするのが好ましい。
【００３４】
続いて、このセンサに加速度が作用した場合を考えてみよう。図２に示すとおり、重錘体３１０は、筒状の側壁部２１０を介して中央部１１０の下面に接合されており、この中央部１１０は４本の橋梁構造体１２１〜１２４によって固定部１３０（および台座上部２２０、台座下部３２０）に固定されているので、重錘体３１０は、その周囲を取り囲むように設けられた台座２２０，３２０に対して、４本の橋梁構造体１２１〜１２４を介して宙吊りの状態になっている。したがって、重錘体３１０に加速度が加わると、この加速度に起因した力により、可撓性をもった橋梁構造体１２１〜１２４が撓みを生じ、重錘体３１０が変位することになる。
【００３５】
たとえば、重錘体３１０に対して、Ｘ軸正方向への加速度αｘが作用すると、図７の側断面図（ＸＺ平面で切った断面図）に示すとおり、重錘体３１０に対して、加速度αｘに応じた力Ｆｘが加わることになり、重錘体３１０がＸ軸正方向へと変位することになる。この変位量は、加わった加速度の大きさに応じたものになる。このような変位は、主として、４本の橋梁構造体１２１〜１２４の撓みによって生じる。このとき、Ｘ軸に沿って、橋梁構造体１２１，１２３上に配置されたピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４には、物理的な伸縮の変化が生じ、抵抗値に変化が生じることになる。具体的には、ピエゾ抵抗素子Ｒｘ１およびＲｘ３には、長手方向に縮む応力が加わり、ピエゾ抵抗素子Ｒｘ２およびＲｘ４には、長手方向に伸びる応力が加わる。したがって、可撓性基板１００をシリコン基板により構成し、各ピエゾ抵抗素子をＰ型不純物ドープ層によって構成した場合、ピエゾ抵抗素子Ｒｘ２およびＲｘ４の抵抗値は増加し、ピエゾ抵抗素子Ｒｘ１およびＲｘ３の抵抗値は減少する。一方、Ｘ軸負方向への加速度−αｘが作用すると、ピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４の伸縮が逆になり、抵抗値の増減も逆になる。
【００３６】
また、重錘体３１０に対して、Ｙ軸方向への加速度が作用した場合は、Ｙ軸に関して上述と同様の現象が生じるので、Ｙ軸に沿って橋梁構造体１２２，１２４上に配置されたピエゾ抵抗素子Ｒｙ１〜Ｒｙ４の抵抗値の増減により、作用した加速度を検出することができる。
【００３７】
一方、重錘体３１０に対して、Ｚ軸正方向への加速度αｚが作用した場合は、図８の側断面図（ＸＺ平面で切った断面図）に示すとおり、重錘体３１０に対して、加速度αｚに応じた力Ｆｚが加わることになり、重錘体３１０がＺ軸正方向へと変位することになる。このとき、Ｙ軸に沿って、橋梁構造体１２２，１２４上に配置されたピエゾ抵抗素子Ｒｚ１〜Ｒｚ４のうち、内側に配置された２つの抵抗素子Ｒｚ２，Ｒｚ３には、長手方向に伸びる応力が加わり、外側に配置された２つの抵抗素子Ｒｚ１，Ｒｚ４には、長手方向に縮む応力が加わる（抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４やＲｙ１〜Ｒｙ４に関しても同様の応力が加わるが、Ｚ軸方向の加速度検出には、抵抗素子Ｒｚ１〜Ｒｚ４を用いる）。したがって、可撓性基板１００をシリコン基板により構成し、各ピエゾ抵抗素子をＰ型不純物ドープ層によって構成した場合、ピエゾ抵抗素子Ｒｚ２およびＲｚ３の抵抗値は増加し、ピエゾ抵抗素子Ｒｚ１およびＲｚ４の抵抗値は減少する。逆に、Ｚ軸負方向への加速度が作用した場合は、抵抗値の増減が逆になる。
【００３８】
ここに示す実施形態の場合、圧力を検出するためのピエゾ抵抗素子Ｒｐ１〜Ｒｐ４、Ｘ軸方向の加速度を検出するためのピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４、Ｙ軸方向の加速度を検出するためのピエゾ抵抗素子Ｒｙ１〜Ｒｙ４、Ｚ軸方向の加速度を検出するためのピエゾ抵抗素子Ｒｚ１〜Ｒｚ４を、それぞれ４本ずつ設けているが、これは図９（ａ） 〜（ｄ） に示すようなブリッジ回路を構成することにより、それぞれのブリッジ電圧として、圧力、Ｘ軸方向の加速度、Ｙ軸方向の加速度、Ｚ軸方向の加速度を検出できるようにするためである。
【００３９】
すなわち、圧力は、ピエゾ抵抗素子Ｒｐ１〜Ｒｐ４により図９（ａ） に示すブリッジ回路を形成し、電源４１０から図示のような電圧を印加したときのブリッジ電圧を電圧計４１５で測定することにより得ることができる。測定した電圧値の符号は、密閉室Ｃ内の圧力に対して、測定対象となる外部の圧力が高いか低いかを示す情報となり、測定した電圧値の絶対値は、密閉室Ｃ内の圧力に比べて、どの程度高いかもしくは低いかを示す情報となる。
【００４０】
同様に、Ｘ軸方向の加速度は、ピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４により図９（ｂ） に示すブリッジ回路を形成し、電源４２０から図示のような電圧を印加したときのブリッジ電圧を電圧計４２５で測定することにより得ることができ、Ｙ軸方向の加速度は、ピエゾ抵抗素子Ｒｙ１〜Ｒｙ４により図９（ｃ） に示すブリッジ回路を形成し、電源４３０から図示のような電圧を印加したときのブリッジ電圧を電圧計４３５で測定することにより得ることができ、Ｚ軸方向の加速度は、ピエゾ抵抗素子Ｒｚ１〜Ｒｚ４により図９（ｄ） に示すブリッジ回路を形成し、電源４４０から図示のような電圧を印加したときのブリッジ電圧を電圧計４４５で測定することにより得ることができる。いずれの場合も、測定した電圧値の符号は、測定対象となる加速度の向きを示す情報となり、測定した電圧値の絶対値は、測定対象となる加速度の大きさを示す情報となる。
【００４１】
結局、図１に示すセンサの上層を構成する可撓性基板１００は、中央部１１０と、この中央部１１０の周囲に設けられた接続部として機能する４本の橋梁構造体１２１〜１２４と、更にその周囲に設けられた固定部１３０と、を有する構造をなしており、中央部１１０の下面には、筒状の側壁部２１０が接合され、更に、この側壁部２１０の下面を塞ぐように重錘体３１０が取り付けられている。このため、所定の圧力をもった密閉室Ｃが形成されることになり、中央部１１０は検出対象となる圧力の作用により撓みを生じる感圧膜として機能し、外圧に応じて変形する。この中央部１１０の変形は、ピエゾ抵抗素子Ｒｐ１〜Ｒｐ４の抵抗値の変化として検出することが可能であり、ピエゾ抵抗素子Ｒｐ１〜Ｒｐ４は、感圧膜の撓みを電気信号として検出する圧力検出部として機能することになる。
【００４２】
一方、加速度の検出に関しては、側壁部２１０および重錘体３１０の周囲を取り囲むように、かつ、固定部１３０の下面に固定されるように台座（台座上部２２０および台座下部３２０）が設けられており、４本の橋梁構造体１２１〜１２４によって宙吊り状態となった重錘体３１０が、加速度に起因する力の作用により変位することになるので、この変位によって生じた橋梁構造体１２１〜１２４の撓みを、ピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４の抵抗値の変化として検出することにより、加速度の各軸方向成分を求めることが可能になる。ここで、ピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４は、接続部として機能する橋梁構造体１２１〜１２４の撓みを電気信号として検出する加速度検出部として機能することになる。
【００４３】
このように、本発明に係るセンサによれば、加速度センサ用の重錘体の一部に、感圧膜を有する密閉室を組み込むようにしたため、単一の構造体により加速度と圧力との双方を検出することが可能になる。
【００４４】
なお、検出感度をできるだけ高めるためには、各ピエゾ抵抗素子は、できるだけ撓みによる応力が集中する箇所に配置するのが好ましい。図１には、各ピエゾ抵抗素子を最も応力が集中する箇所に配置した例が示されている（各ピエゾ抵抗素子の符号は図３参照）。すなわち、圧力検出用のピエゾ抵抗素子Ｒｐ１〜Ｒｐ４については、外側の抵抗素子Ｒｐ１，Ｒｐ２の外側端が、側壁部２１０の壁面内側位置に揃うように配置し、内側の抵抗素子Ｒｐ３，Ｒｐ４をほぼ中央位置に配置している。一方、加速度検出用のピエゾ抵抗素子のうち、橋梁構造体の外側に配置されるＲｘ１，Ｒｘ４，Ｒｙ１，Ｒｙ４，Ｒｚ１，Ｒｚ４については、その外側端が、橋梁構造体の外側端に揃うように配置し、橋梁構造体の内側に配置されるＲｘ２，Ｒｘ３，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｚ２，Ｒｚ３については、その内側端が、橋梁構造体の内側端に揃うように配置してある。
【００４５】
＜＜＜ §２．変形例の構造および動作 ＞＞＞
続いて、本発明に係るセンサの変形例をいくつか述べておく。まず、本発明を実施する上で、中央部１１０と固定部１３０とを接続する接続部は、必ずしも橋梁構造体にする必要はない。図１０は、スリットを有しない可撓性基板１００Ａによって構成したセンサの実施例を示す上面図である。可撓性基板１００Ａは、１枚の平板状の基板であり、その中央付近の下面に筒状の側壁部２１０（図では破線で示されている）が接合され、更にこの側壁部２１０の下面に重錘体３１０が接合される点は、§１で述べた基本的実施形態と全く同様である。また、可撓性基板１００Ａの周囲部分の下面に台座上部２２０、更にその下面に台座下部３２０（いずれも図では破線で示されている）が接合される点も、§１で述べた基本的実施形態と全く同様である。ただ、可撓性基板１００Ａにはスリットは形成されておらず、橋梁構造体も形成されていない。
【００４６】
図示のとおり、可撓性基板１００Ａの中央の側壁部２１０に囲まれた内側部分が中央部１１０Ａを構成し、台座上部２２０が接合された周囲の枠状部分が固定部１３０Ａを構成し、この中央部１１０Ａと固定部１３０Ａとの間の板状領域が接続部１２０Ａを構成することになる。この板状領域からなる接続部１２０Ａに、§１で述べた実施形態における４本の橋梁構造体１２１〜１２４から構成される接続部と同等の可撓性をもたせるためには、厚みをより小さくするか、より可撓性の高い材料を用いるなどの工夫が必要になるものの、この図１０に示す変形例に係るセンサも、§１で述べた基本的実施形態に係るセンサと同じ原理により、圧力と加速度との双方の検出が可能である。
【００４７】
要するに、図１０に示すセンサでは、可撓性基板１００Ａは１枚のダイアフラムとしての機能を果たすことになる。もっとも、できるだけ検出感度を高めるためには、§１で述べた基本的な実施形態のように、ビーム構造をもった橋梁構造体によって接続部を構成するのが好ましい。橋梁構造体によって接続部を構成すれば、この接続部の可撓性を、可撓性基板１００の厚みだけでなく、橋梁構造体の幅や長さによって制御することができるため、所望の検出感度をもったセンサを製造しやすくなる。
【００４８】
また、§１で述べた実施形態に係るセンサでは、図２に示すように、全体的に３層からなる構造を有しているが、もちろん、本発明に係るセンサの構造部分は、必ずしも３層構造をとる必要はない。図１１に示す変形例は、２層構造によって、本発明に係るセンサの構造部分を実現したものである。図１１は、図２に示す基本的な実施形態と同様に、この変形例に係るセンサを、ＸＺ平面で切った側断面図である。この図１１の変形例のセンサの下層部分は、重錘体３１０と台座下部３２０とによって構成されており、これは図２に示すセンサと全く同様である。ただ、この変形例では、上層部分が、１枚のシリコン基板７００によって構成されている。
【００４９】
シリコン基板７００の下面には、エッチングなどの加工により、溝が掘られており、その結果、感圧膜として機能する中央部７１０と、この中央部７１０の下面周囲を取り囲むように設けられた側壁部７２０と、この側壁部７２０の更に周囲を取り囲むように設けられた膜状の接続部７３０と、その更に周囲を取り囲むように設けられた台座上部７４０と、が形成されている。この台座上部７４０は、台座下部３２０に接合されており、側壁部７２０の下面には、重錘体３１０が接合されている。したがって、中央部７１０、側壁部７２０、重錘体３１０の上面によって、密閉室（真空室）Ｃが形成されることになる。
【００５０】
ここで、感圧膜となる中央部７１０上に圧力検出用ピエゾ抵抗素子Ｒｐ１〜Ｒｐ４が形成され、膜状の接続部７３０上に加速度検出用ピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４が形成されている点は、図２に示すセンサと同様である。もちろん、膜状の接続部７３０の代わりに、何本かの橋梁構造体を設けることも可能である。
【００５１】
また、§１で述べた基本的な実施形態では、スリットＳ１〜Ｓ４を有する可撓性基板１００を用いることにより、４本の橋梁構造体１２１〜１２４を構成し、この４本の橋梁構造体１２１〜１２４を接続部として用いて、中央部１１０と固定部１３０とを接続していた。しかしながら、接続部として機能する橋梁構造体は必ずしも４本にする必要はなく、たとえば、２本にしてもよいし、１本でもかまわない。橋梁構造体を１本にした場合は、いわゆる片持ち梁構造により、重錘体が台座に対して支持されることになる。
【００５２】
図１２および図１３に示す変形例は、このような片持ち梁構造をもったセンサである。図１２は、このセンサの上面図、図１３は、このセンサをＸＺ平面で切った側断面図である。図１３に示されているとおり、このセンサも２層構造を有しており、上層部分は、１枚のシリコン基板８００の下面をエッチングすることにより構成されている。すなわち、上層部分は、感圧膜８１０と、この感圧膜８１０の下面周囲を取り囲むように設けられた側壁部８２０と、この側壁部８２０を一方側から支持する接続部８３０（片持ち梁として機能する橋梁構造体）と、この接続部８３０を固定する台座上部８４０と、によって構成されている。また、下層部分は、重錘体８５０と台座下部８６０とによって構成されており、たとえば、ガラス基板を切断することにより形成することができる。重錘体８５０の上面は、側壁部８２０の下面に接合され、台座下部８６０の上面は、台座上部８４０の下面に接合される。したがって、感圧膜８１０、側壁部８２０、重錘体８５０の上面によって、密閉室（真空室）Ｃが形成されることになる。
【００５３】
この変形例では、台座上部８４０もしくは台座下部８６０の部分を装置筐体などに固定した状態にしても、接続部８３０が可撓性を有しているため、重錘体８５０をＺ軸方向に変位させることができる。このような変位は、接続部８３０上に設けられた加速度検出用ピエゾ抵抗素子Ｒｚ１，Ｒｚ２の抵抗値を測定することにより検出することができ、このセンサをＺ軸方向に関する１軸加速度センサとして用いることができる。また、感圧膜８１０の上面には、圧力検出用ピエゾ抵抗素子Ｒｐ１〜Ｒｐ４が形成されており、これらの抵抗値を測定することにより圧力検出も可能になる。
【００５４】
一方、§１で述べた基本的実施形態では、圧力検出部および加速度検出部として、いずれもピエゾ抵抗素子を用いているが、本発明を実施するにあたり、各検出部としては、必ずしもピエゾ抵抗素子を用いる必要はない。
【００５５】
たとえば、圧力検出部は、感圧膜として機能する中央部１１０の撓みを電気信号として検出する機能をもっていれば足りるので、たとえば、一対の電極からなる容量素子によって圧力検出部を構成することも可能である。具体的には、図２において、中央部１１０に電極（中央部１１０の撓みとともに変位を生じるため、ここでは変位電極と呼ぶ）を形成しておき、この変位電極の上方位置に、所定間隔をおいて対向するようにもう１枚の電極（中央部１１０の撓みにかかわらず固定されているため、ここでは固定電極と呼ぶ）を形成しておき、この固定電極が何らかの方法で台座に固定されるような構造（たとえば、可撓性基板１００の上方に所定間隔をおいて導電性材料からなる補助基板を配置し、この補助基板を、固定部１３０の上に配置した枠状台座によって固定する構造とすれば、この補助基板自身を固定電極として利用できる）にしておけば、変位電極と固定電極とにより容量素子が形成されることになる。しかも、検出対象となる圧力に応じて、変位電極の位置が変動するため、この容量素子の電極間隔が変動し、その静電容量値も変動することになる。したがって、この容量素子を圧力検出部として用い、その静電容量値を検出することにより、圧力の検出を行うことが可能になる。
【００５６】
なお、固定電極は、必ずしも台座に固定する必要はなく、重錘体３１０側に固定するようにしてもかまわない。たとえば、図２において、中央部１１０を導電性材料で構成し、重錘体３１０を導電体で構成しておけば、変位電極として機能する中央部１１０と、固定電極として機能する重錘体３１０の上面の一部とによって容量素子が構成される。しかも、その電極間隔は、検出対象となる圧力によって変動するので、この容量素子の静電容量値に基づいて、作用した圧力を検出することが可能である。
【００５７】
また、加速度検出部は、接続部の撓みもしくは重錘体の変位を電気信号として検出する機能をもっていれば足りるので、こちらも一対の電極からなる容量素子によって構成することが可能である。たとえば、§１で述べた実施形態では、接続部（橋梁構造体）の撓みを検出するために、ピエゾ抵抗素子を加速度検出部として用いたが、重錘体の変位を検出することにすれば、容量素子を加速度検出部として利用することができる。具体的には、図３に示す４枚の翼状部１２５〜１２８の上面に、それぞれ電極を形成するようにすれば、これらの電極は重錘体３１０の変位に応じて所定の変位を生じるため、変位電極として機能することになる。そこで、可撓性基板１００の上方に、前述したような導電性材料からなる補助基板を配置し、この補助基板自身を共通の固定電極として利用するようにすれば、４枚の変位電極と、これに対向する１枚の固定電極と、によって、独立した４組の容量素子が構成されることになる。この４組の容量素子の静電容量値の増減パターンを解析すれば、重錘体３１０がいずれの方向に変位を生じたかを認識することができ、作用した加速度の各座標軸方向成分を検出することが可能になる。
【００５８】
図１４は、容量素子を利用したセンサの別な変形例を示す上面図である。このセンサの最上層は、導電性の基板を、４本のスリットＳ５〜Ｓ８によって、各部に分離することにより形成されており、感圧膜として機能する中央部９１０、可撓性をもった橋梁構造体によって構成される４本の接続部９１１〜９１４、４枚の固定電極９１５〜９１８によって構成されている。中央部９１０の下面には、断面が８角形をなす筒状の側壁部９２０が接合されており、更に、この筒状の側壁部９２０の下面には、ブロック状の重錘体９３０が接合されている。また、４本の接続部９１１〜９１４および４枚の固定電極９１５〜９１８の外側部分は、正方形状の枠体をなす台座９４０の上面に固定されている。重錘体９３０は、可撓性をもった４本の接続部９１１〜９１４によって支持されている形になるため、台座９４０に囲まれた空間内において所定の自由度をもって変位する。
【００５９】
ここで、重錘体９３０は、導電性材料によって構成されており、この重錘体９３０の上面は、４枚の固定電極９１５〜９１８に部分的に対向している。したがって、この対向部分によって、４組の容量素子が形成されることになり、これら容量素子の電極間隔は、重錘体９３０の変位の態様によって変化する。結局、この４組の容量素子の静電容量値を測定することにより、重錘体９３０の変位の態様および変位の量を認識することが可能になり、重錘体９３０に作用した加速度を検出することが可能になる。
【００６０】
一方、中央部９１０、側壁部９２０、重錘体９３０の上面によって、密閉室（真空室）Ｃが形成されており、圧力は、感圧膜として機能する中央部９１０の撓みを測定することにより検出できる。図１４には、この圧力検出を行うための素子は図示されていないが、たとえば、中央部９１０上にピエゾ抵抗素子を形成しておけば、その抵抗値を測定することにより圧力検出ができる。あるいは、中央部９１０の上方に所定間隔をおいて固定電極を配置し、中央部９１０と当該固定電極とにより容量素子を形成しておけば、この容量素子の静電容量値を測定することにより圧力検出ができる。
【００６１】
＜＜＜ §３．センサの製造方法 ＞＞＞
最後に、§１で述べた基本的実施形態に係るセンサを量産するのに適した製造方法を述べておく。図１５および図１６は、この製造方法を示す側断面図である。ここで、図１６（ｂ） および（ｃ） は、図１に示すセンサを切断線１６ｂ−１６ｂの位置で切断した断面を示す側断面図であるが、その他はすべてＸ軸（ＸＺ平面）で切断した断面を示す側断面図である。
【００６２】
まず、図１５（ａ） に示すように、上から順に、第１層５１０、第２層５２０、第３層５３０の３層を積層してなる第１の基板５００を用意する。このとき、第１層５１０と第２層５２０とは互いにエッチング特性が異なり、また、第３層５３０と第２層５２０とは互いにエッチング特性が異なるような材料基板を用意するようにする。これは、後述するエッチングプロセスにおいて、特定の層に対するエッチング時に、別な層がエッチングを受けないようにするためである。また、この第１の基板５００における第１層５１０は、§１で述べたセンサにおける可撓性基板１００を構成する部分になるので、可撓性基板１００として機能するのに適した材質および厚みを有する層になるようにする。
【００６３】
実用上、このような第１の基板５００としては、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いるのが好ましい。ＳＯＩ基板は、半導体装置を製造するための基板として、種々の分野で利用されており、用途に応じた様々な種類のＳＯＩ基板が入手可能である。ここでは、第１層５１０がシリコン、第２層５２０が酸化シリコン、第３層５３０がシリコンから構成されているＳＯＩ基板を用いた例を説明する。なお、ここで実際に用いたＳＯＩ基板は、第１層５１０の厚みが５μｍ、第２層５２０の厚みが１μｍ、第３層５３０の厚みが５００μｍ程度のものであるが、本願図面では、便宜上、各部の寸法比を無視した構造図を示すことにする。
【００６４】
さて、第１の基板５００が用意できたら、図１５（ｂ） に示すように、第１層５１０の上面に、ピエゾ抵抗素子を形成する。図１５（ｂ） には、これらピエゾ抵抗素子の一部しか示されていないが、図３の上面図に示すように、合計１６本のピエゾ抵抗素子Ｒｐ１〜Ｒｐ４，Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４が形成されることになる。たとえば、第１の基板５００として、シリコン／酸化シリコン／シリコンなるＳＯＩ基板を用いた場合、第１層５１０の所定位置に、Ｐ型不純物もしくはＮ型不純物（基板の不純物とは異なる型の不純物）をイオン注入もしくは熱拡散することにより、これらピエゾ抵抗素子を形成することができる。これらピエゾ抵抗素子が、圧力検出部および加速度検出部として機能することは、既に述べたとおりである。
【００６５】
続いて、第３層５３０に対する下面側からのエッチングを行い、図１５（ｃ） に示すように、その残存部により側壁部の一部５３１と台座の一部５３２とを形成し、更に、第２層５２０に対するエッチングを行い、図１５（ｄ） に示すように、その残存部により側壁部の一部５２１と台座の一部５２２とを形成する。ここで、側壁部の一部５２１，５３１によって構成される部分が、図２に示す側壁部２１０に相当する部分となり、台座の一部５２２，５３２によって構成される部分が、図２に示す台座上部２２０に相当する部分となる。結局、この図１５（ｃ） ，（ｄ） に示す工程は、第３層５３０に対するエッチングと第２層５２０に対するエッチングとを行い、これら各層の残存部により、図２に示す台座上部２２０と側壁部２１０に相当する部分を形成する工程ということになる。
【００６６】
なお、第１の基板５００として、シリコン／酸化シリコン／シリコンなるＳＯＩ基板を用いた場合、第３層５３０に対するエッチングは、シリコンに対しては腐食性を有するが、酸化シリコンに対しては腐食性を有しないエッチング液、たとえば、ＫＯＨなどを用いて行うことができ、第２層５２０に対するエッチングは、酸化シリコンに対しては腐食性を有するが、シリコンに対しては腐食性を有しないエッチング液、たとえば、バッファド弗酸（ＨＦ：ＮＨ_４Ｆ＝１：１０の混合液）などを用いて行うことができる。
【００６７】
上述のエッチングプロセスでは、第１層５１０と第２層５２０とが、エッチング特性の異なる材料から構成されているため、第２層５２０に対するエッチングでは、第１層５１０はエッチングされることなしに残ることになる。これは、所望の検出感度をもったセンサを製造する上では非常に重要である。すなわち、第１層５１０は、可撓性基板１００として機能する層であり、橋梁構造体１２１〜１２４を構成する層であるが、その厚みは、第２層５２０に対するエッチングプロセスにより変化することはなく、常に一定に保つことができる。したがって、このセンサを大量生産した場合であっても、橋梁構造体１２１〜１２４の厚みは、最初に用意した第１の基板の第１層５１０の厚みに等しくなり、ロットごとに感度がばらつくことを避けることができる。
【００６８】
続いて、重錘体としての質量を確保するのに適した材質および厚みを有する第２の基板６００を用意し、これを上述のエッチングプロセスを経た第１の基板５００の下面に接合する。図１６（ａ） は、このような接合が完了した状態を示す側断面図である。このとき、側壁部５３１の底面と第２の基板６００の上面との間が密閉され、所定の圧力をもった密閉室Ｃが形成されるようにする。前述したとおり、圧力検出値の温度依存性を極力排除するためには、密閉室Ｃを真空室にするのが好ましい。そこで、実際には、所定の真空度に維持された真空チャンバ内で、両者を密接に接合する工程を行うようにすればよい。ここに示す例では、第２の基板６００としてガラス基板を用いており、このガラス基板を、所定の真空度が確保された真空チャンバ内において、側壁部５３１および台座５３２の底面に対して、陽極接合により接合するようにし、所定の真空度をもった密閉室Ｃが確保されるようにしている。もちろん、第２の基板６００としては、シリコン基板など、別な材質の基板を用いてもかまわない。
【００６９】
なお、図１６に示す第２の基板６００の底面には、底面の中央部分に溝Ｇ１が形成されているが、これは最終的に、重錘体の底面を台座の底面よりも若干上げるような構造にするための配慮である。このような溝Ｇ１は、予めエッチングや切削加工により、第２の基板６００の底面に形成しておけばよい。
【００７０】
続いて、第１層５１０に対して上面側からのエッチングを行い、スリットＳ１〜Ｓ４を形成する。図１６（ｂ） は、このようなエッチングにより、スリットＳ１〜Ｓ４を形成した状態を示す側断面図（図１の切断線１６ｂ−１６ｂの位置で切断した側断面図）である。このエッチングの残存部により、図３に示す中央部１１０、橋梁構造体１２１〜１２４、翼状部１２５〜１２８、固定部１３０に相当する部分が形成されることになる。このエッチングは、たとえば、シリコンに対しては腐食性を有するが、酸化シリコンに対しては腐食性を有しないＫＯＨなどのエッチング液を用いて行えばよい。このエッチング液は、第１層５１０だけでなく、側壁部５３１や台座５３２に対しても腐食性を有するが、エッチング液が第１層５１０の部分だけに作用するようなエッチング方法を採ったり、エッチング時間を適当に制御する方法を採ることにより、側壁部５３１や台座５３２に対しては、実質的にエッチングが進行しないようにすることができる。もちろん、この第１層５１０に対するエッチング工程は、必ずしもこの段階で行う必要はなく、たとえば、図１５（ｂ） に示す工程の後に行ってもよい。
【００７１】
なお、上述した第１層５１０に対するエッチング工程は、スリットＳ１〜Ｓ４の形成により、接続部として機能する橋梁構造体１２１〜１２４を構成するための工程であるので、図１０に示す実施形態（スリットを形成せず、可撓性基板１００Ａ全体をダイアフラムとして用いる実施形態）に係るセンサを製造する場合には、このエッチング工程は不要である。
【００７２】
最後に、第２の基板６００をエッチングもしくはダイシング（機械的な切削）により分離し、台座の下部と重錘体とを形成するプロセスを行う。具体的には、図１６（ｂ） に破線で示す部分（平面的には、図５に示す重錘体３１０と台座下部３２０との空隙部分）をエッチングもしくはダイシングにより除去すれば、第２の基板６００を、図２に示す重錘体３１０および台座下部３２０に相当する部分に分けることができる。かくして、図２に示す構造と同等の構造をもったセンサが得られる。第２の基板６００がガラス基板のときは、ダイシングによる分離が好ましいが、シリコン基板のときは、ＩＣＰエッチング法による分離を行うこともできる。
【００７３】
なお、この最後の工程をダイシングで行う場合には、図１６（ｃ） に示すように、予め、第２の基板６００の上面のダイシング位置近傍に、溝Ｇ２（平面的には、図５に示す重錘体３１０と台座下部３２０との空隙部分に相当する枠状の溝）を形成しておくのが好ましい。このような溝Ｇ２を形成しておくことにより、ダイシングブレードによる切削工程をより容易に行うことが可能になる。
【００７４】
このように、ＳＯＩ基板のような３層基板を第１の基板５００として用いると、第１層５１０の厚みがそのまま可撓性基板１００の厚みとなり、感圧膜の厚みを正確に制御することが可能になり、圧力センサとしての感度を正確に制御することが可能になる。一方、加速度センサとしての感度は、可撓性基板１００の厚みだけではなく、橋梁構造体の幅や長さ、重錘体３１０の質量や重心位置によって定まるため、スリットの形成位置、第２の基板６００の厚み、ダイシング位置などによって制御することが可能である。したがって、本発明に係るセンサは、同じ構造体でありながら、圧力の検出感度と加速度の検出感度とをそれぞれ独立して設定することが可能になり、所望の圧力検出感度および所望の加速度検出感度をもったセンサを自由に製造することが可能になる。
【００７５】
以上、§１で述べた基本的実施形態に係るセンサの製造方法を述べたが、§２で述べたように、圧力検出部や加速度検出部に容量素子を用いる変形例のセンサを製造する場合には、第１層５１０の上面にピエゾ抵抗素子を形成するプロセスの代わりに、変位電極として機能する導電層を形成するプロセスを行うようにし、別途、固定電極としての構造体を設けるプロセスを行えばよい。
【００７６】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明に係る圧力と加速度との双方を検出するセンサによれば、加速度検出を行うための重錘体の一部に圧力検出用の密閉室および感圧膜を組み込む構造にしたため、単一の構造体により加速度と圧力との双方を検出することが可能なセンサを実現することができ、また、本発明に係るセンサの製造方法によれば、このようなセンサを効率的に量産することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本的実施形態に係る圧力と加速度との双方を検出するセンサの上面図である。
【図２】図１に示すセンサを、Ｘ軸（ＸＺ平面）に沿って切断した側断面図である。
【図３】図１に示すセンサの上層の構成要素である可撓性基板１００の上面図である。
【図４】図１に示すセンサの中層の構成要素である側壁部２１０および台座上部２２０を示す横断面図であり、図２に示すセンサを切断線４−４に沿って切断した断面を示す。
【図５】図１に示すセンサの下層の構成要素である重錘体３１０および台座下部３２０を示す横断面図であり、図２に示すセンサを切断線５−５に沿って切断した断面を示す。
【図６】図１および図２に示すセンサにおいて、感圧膜として機能する中央部１１０に、圧力Ｐが加わった状態を示す側断面図（ＸＺ平面で切った断面図）である。
【図７】図１および図２に示すセンサにおいて、重錘体３１０に、加速度に起因するＸ軸正方向の力Ｆｘが加わった状態を示す側断面図（ＸＺ平面で切った断面図）である。
【図８】図１および図２に示すセンサにおいて、重錘体３１０に、加速度に起因するＺ軸正方向の力Ｆｚが加わった状態を示す側断面図（ＸＺ平面で切った断面図）である。
【図９】図１および図２に示すセンサに用いる検出回路の一例を示す回路図である。
【図１０】図１および図２に示すセンサの変形例を示す上面図である。
【図１１】２層構造によって形成された本発明に係るセンサの変形例を示す側断面図（ＸＺ平面で切った断面図）である。
【図１２】片持ち梁構造をもった本発明に係るセンサの変形例を示す上面図である。
【図１３】図１２に示すセンサをＸＺ平面で切った断面を示す側断面図である。
【図１４】容量素子を利用した本発明に係るセンサの変形例を示す上面図である。
【図１５】図１および図２に示すセンサの製造方法の前半段階のプロセスを示す側断面図（いずれも、ＸＺ平面で切った断面図）である。
【図１６】図１および図２に示すセンサの製造方法の後半段階のプロセスを示す側断面図（（ａ） はＸＺ平面で切った断面図、（ｂ） および（ｃ） は図１の切断線１６ｂ−１６ｂに沿って切った断面図）である。
【符号の説明】
１００，１００Ａ…可撓性基板
１１０，１１０Ａ…中央部（感圧膜）
１２０Ａ…接続部
１２１〜１２４…橋梁構造体
１２５〜１２８…翼状部
１３０，１３０Ａ…固定部
２１０…側壁部
２２０…台座上部
３１０…重錘体
３２０…台座下部
４１０…電源
４１５…電圧計
４２０…電源
４２５…電圧計
４３０…電源
４３５…電圧計
４４０…電源
４４５…電圧計
５００…第１の基板（ＳＯＩ基板）
５１０…第１層（シリコン層）
５２０…第２層（酸化シリコン層）
５２１…側壁部の一部
５２２…台座の一部
５３０…第３層（シリコン層）
５３１…側壁部の一部
５３２…台座の一部
６００…第２の基板（ガラスもしくはシリコン基板）
７００…シリコン基板
７１０…中央部（感圧膜）
７２０…側壁部
７３０…接続部
７４０…台座上部
８００…シリコン基板
８１０…感圧膜
８２０…側壁部
８３０…接続部（橋梁構造体）
８４０…台座上部
８５０…重錘体
８６０…台座下部
９１０…中央部（感圧膜）
９１１〜９１４…接続部（橋梁構造体）
９１５〜９１８…固定電極
９２０…側壁部
９３０…重錘体
９４０…台座
Ｃ…密閉室（真空室）
Ｆｘ…Ｘ軸正方向の力
Ｆｚ…Ｚ軸正方向の力
Ｇ１，Ｇ２…溝
Ｏ…座標系の原点
Ｐ…圧力
Ｒｐ１〜Ｒｐ４…圧力検出用ピエゾ抵抗素子
Ｒｘ１〜Ｒｘ４…Ｘ軸方向の加速度検出用ピエゾ抵抗素子
Ｒｙ１〜Ｒｙ４…Ｙ軸方向の加速度検出用ピエゾ抵抗素子
Ｒｚ１〜Ｒｚ４…Ｚ軸方向の加速度検出用ピエゾ抵抗素子
Ｓ１〜Ｓ８…スリット
Ｘ，Ｙ，Ｚ…座標軸

Claims (13)

1. 筒状の側壁部と、
   この側壁部の上面を塞ぐように形成され、検出対象となる圧力の作用により撓みを生じる感圧膜と、
   前記側壁部の下面を塞ぐように取り付けられた重錘体と、
   前記重錘体の周囲に設けられた台座と、
   前記台座と前記側壁部とを接続するとともに、検出対象となる加速度の作用により撓みを生じる接続部と、
   前記感圧膜の撓みを電気信号として検出する圧力検出部と、
   前記接続部の撓みを電気信号として検出する加速度検出部と、
   を備え、前記側壁部、前記感圧膜、前記重錘体により封止された空間が密閉室を構成することを特徴とする圧力と加速度との双方を検出するセンサ。
2. 筒状の側壁部と、
   この側壁部の上面を塞ぐように形成され、検出対象となる圧力の作用により撓みを生じる感圧膜と、
   前記側壁部の下面を塞ぐように取り付けられた重錘体と、
   前記重錘体の周囲に設けられた台座と、
   前記台座と前記側壁部とを接続するとともに、検出対象となる加速度の作用により撓みを生じる接続部と、
   前記感圧膜の撓みを電気信号として検出する圧力検出部と、
   前記接続部の撓みにより生じた前記重錘体の変位を電気信号として検出する加速度検出部と、
   を備え、前記側壁部、前記感圧膜、前記重錘体により封止された空間が密閉室を構成することを特徴とする圧力と加速度との双方を検出するセンサ。
3. 感圧膜として機能する中央部と、この中央部の周囲に設けられた接続部と、この接続部の周囲に設けられた固定部と、を有する可撓性基板と、
   前記中央部の下面に固定された筒状の側壁部と、
   前記側壁部の下面を塞ぐように取り付けられた重錘体と、
   前記側壁部および前記重錘体の周囲に設けられ、前記固定部の下面に固定された台座と、
   前記中央部の撓みを電気信号として検出する圧力検出部と、
   前記接続部の撓みを電気信号として検出する加速度検出部と、
   を備え、
   前記接続部が、前記中央部と前記固定部とを接続する機能を果たすとともに、検出対象となる加速度の作用により撓みを生じるように構成され、
   前記側壁部、前記中央部、前記重錘体により封止された空間が密閉室を構成することを特徴とする圧力と加速度との双方を検出するセンサ。
4. 感圧膜として機能する中央部と、この中央部の周囲に設けられた接続部と、この接続部の周囲に設けられた固定部と、を有する可撓性基板と、
   前記中央部の下面に固定された筒状の側壁部と、
   前記側壁部の下面を塞ぐように取り付けられた重錘体と、
   前記側壁部および前記重錘体の周囲に設けられ、前記固定部の下面に固定された台座と、
   前記中央部の撓みを電気信号として検出する圧力検出部と、
   前記接続部の撓みにより生じた前記重錘体の変位を電気信号として検出する加速度検出部と、
   を備え、
   前記接続部が、前記中央部と前記固定部とを接続する機能を果たすとともに、検出対象となる加速度の作用により撓みを生じるように構成され、
   前記側壁部、前記中央部、前記重錘体により封止された空間が密閉室を構成することを特徴とする圧力と加速度との双方を検出するセンサ。
5. 請求項３または４に記載のセンサにおいて、
   可撓性基板に形成されたスリットに挟まれた部分によって橋梁構造体が構成されており、この橋梁構造体が接続部として機能し、重錘体が台座に対して、前記橋梁構造体を介して支持されることを特徴とする圧力と加速度との双方を検出するセンサ。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のセンサにおいて、
   圧力検出部として、感圧膜上に形成されたピエゾ抵抗素子を用い、このピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化に基づいて圧力検出を行うことを特徴とする圧力と加速度との双方を検出するセンサ。
7. 請求項１〜５のいずれかに記載のセンサにおいて、
   圧力検出部として、感圧膜上に形成された変位電極と、この変位電極に対向する位置において台座もしくは重錘体に固定された固定電極と、によって構成される容量素子を用い、この容量素子の静電容量値の変化に基づいて圧力検出を行うことを特徴とする圧力と加速度との双方を検出するセンサ。
8. 請求項１または３に記載のセンサにおいて、
   加速度検出部として、接続部に形成されたピエゾ抵抗素子を用い、このピエゾ抵抗素子の抵抗値の変化に基づいて加速度検出を行うことを特徴とする圧力と加速度との双方を検出するセンサ。
9. 請求項２または４に記載のセンサにおいて、
   加速度検出部として、重錘体の変位に起因して変位を生じる変位面に形成された変位電極と、この変位電極に対向する位置において台座に固定された固定電極と、によって構成される容量素子を用い、この容量素子の静電容量値の変化に基づいて加速度検出を行うことを特徴とする圧力と加速度との双方を検出するセンサ。
10. 請求項３または４に記載のセンサを製造する方法において、
    上から順に、第１層、第２層、第３層の３層を積層してなり、前記第１層と前記第２層とが互いにエッチング特性が異なり、前記第３層と前記第２層とが互いにエッチング特性が異なり、前記第１層が可撓性基板として機能するのに適した材質および厚みを有する第１の基板と、重錘体としての質量を確保するのに適した材質および厚みを有する第２の基板と、を用意する基板準備段階と、
    前記第３層に対するエッチングと前記第２層に対するエッチングとを行い、これら各層の残存部により、台座の上部と側壁部とを形成するエッチング段階と、
    所定圧力環境下で、前記第３層の残存部の下面に、前記第２の基板を接合する基板接合段階と、
    前記第２の基板をエッチングもしくはダイシングにより分離し、台座の下部と重錘体とを形成する基板分離段階と、
    圧力検出部および加速度検出部を形成する検出部形成段階と、
    を有することを特徴とする圧力と加速度との双方を検出するセンサの製造方法。
11. 請求項１０に記載のセンサの製造方法において、
    第１層に対するエッチングを行うことにより複数のスリットを形成し、このスリットに挟まれた部分によって橋梁構造体を構成し、この橋梁構造体を接続部として用いることができるようにする橋梁構造体形成段階を更に有することを特徴とする圧力と加速度との双方を検出するセンサの製造方法。
12. 請求項１０または１１に記載のセンサの製造方法において、
    検出部形成段階で、第１層にピエゾ抵抗素子を形成し、このピエゾ抵抗素子を圧力検出部および加速度検出部として用いるセンサを構成することを特徴とする圧力と加速度との双方を検出するセンサの製造方法。
13. 請求項１０〜１２のいずれかに記載のセンサの製造方法において、
    第１の基板としてＳＯＩ基板を用い、第２の基板としてガラス基板もしくはシリコン基板を用いることを特徴とする圧力と加速度との双方を検出するセンサの製造方法。

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