WO2017077869A1 - 力学量センサ - Google Patents

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WO2017077869A1
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英一 竹谷
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株式会社デンソー
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Definitions

  • the present disclosure relates to a mechanical quantity sensor having an insulator structure.
  • This acceleration sensor is a capacitance type acceleration sensor in which a fixed electrode and a movable electrode are arranged to face each other, and utilizes displacement of the movable electrode due to inertial force and change in capacitance between the electrodes due to this displacement. Thus, the acceleration is detected.
  • the detection part of the X and Y direction by which a movable electrode is supported by the spring In contrast, in the detection unit in the Z direction, the movable electrode has an insulator structure with a fulcrum at the center. And two fixed electrodes are arrange
  • the mass of the weight can be increased by increasing the thickness in the Z direction.
  • the balance between the left and right sides of the insulator does not change even if the thickness of the movable electrode is increased, and the torsion beam becomes stiffer, so increasing the thickness in the Z direction contributes to higher sensitivity. do not do.
  • the chip size of the entire acceleration sensor combined with the detection unit in the X and Y directions increases.
  • This disclosure is intended to provide a mechanical quantity sensor that improves detection sensitivity while suppressing an increase in chip size.
  • the mechanical quantity sensor includes a support part on which a fixed electrode is formed, a plate-like fixed part fixed to the support part, and a fixed part supported on the plane of the fixed part.
  • the beam part extending in one direction and the other part perpendicular to the one direction on the plane of the fixed part are arranged on one side of the fixed part, connected to the beam part, and connected to the beam part and the beam part.
  • the first weight portion in which a space is formed between the connecting portion and the tip portion is fixed in the other direction by connecting the tip portion on the opposite side to the connecting portion that extends in the other direction.
  • a second weight portion disposed on the opposite side of the first weight portion and connected to the beam portion, wherein the first weight portion is longer in the other direction than the second weight portion. Between the fixed electrode and the first weight part and the second weight part when the first weight part and the second weight part are displaced. Detecting a physical quantity utilizing changes in capacitance.
  • the first weight portion is longer in the other direction than the second weight portion, and a space is formed between the connection portion of the first weight portion with the beam portion and the tip portion. Therefore, by using this space for arrangement of devices and the like, it is possible to improve detection sensitivity while suppressing an increase in chip size.
  • the mechanical quantity sensor 1 of the present embodiment is a sensor that detects accelerations in the X, Y, and Z directions perpendicular to each other.
  • the Z sensor 2, the XY sensor 3, and the support unit 4 is provided.
  • the Z sensor 2 and the XY sensor 3 are sealed by the support part 4, and a part of the Z sensor 2 and a part of the XY sensor 3 are supported by the support part 4. It is configured to be fixed to.
  • the Z sensor 2 is a sensor that detects acceleration in the Z direction, and includes a fixed portion 21, a beam portion 22, a weight portion 23, and a weight portion 24.
  • the fixing portion 21, the beam portion 22, and the weight portions 23 and 24 are formed by processing an active layer 411 described later. Further, by placing the weight parts 23 and 24 on both sides of the fixed part 21 and connecting the fixed part 21 and the weight parts 23 and 24 via the beam part 22, an insulator structure with the fixed part 21 as a fulcrum is obtained. It is configured.
  • the fixing part 21 is a part for fixing the Z sensor 2 to the support part 4 and is plate-shaped. As shown in FIG. 1, the surface parallel to the XY plane of the fixed portion 21 has a quadrangular shape. As shown in FIG. 2, the back surface of the fixing portion 21 is fixed to a sacrificial layer 412 described later, and the front surface of the fixing portion 21 is fixed to a CAP wafer 43 described later.
  • the beam portion 22 is supported by the fixed portion 21 and extends in one direction parallel to the surface of the fixed portion 21 with the fixed portion 21 as the center, in this case, on both sides in the Y direction.
  • a sacrificial layer 412 to be described later is removed on the back surface of the beam portion 22, and the beam portion 22 is disposed in a state of being separated from a support layer 413 and a CAP wafer 43 to be described later.
  • the weight parts 23 and 24 are displaced in the Z direction when the beam part 22 is twisted.
  • the weight portion 23 is disposed on one side of the fixed portion 21 in the X direction and is connected to the beam portion 22. Further, as shown in FIG. 1, the connection portion 231 of the weight portion 23 to the beam portion 22 and the tip end portion 232 on the opposite side to the beam portion 22 are connected by a connection portion 233 extending in the X direction. Thus, a space is formed between the connection portion 231 with the beam portion 22 and the tip portion 232.
  • the weight portion 24 is disposed on the opposite side of the weight portion 23 with respect to the fixed portion 21 in the X direction, and is connected to the beam portion 22.
  • the weight part 23 and the weight part 24 correspond to a first weight part and a second weight part, respectively.
  • connection portion 231 and the weight portion 24 each have a U-shaped upper surface, are arranged to face each other on both sides of the fixed portion 21, and are connected to the beam portion 22 at both ends.
  • the weight portion 23 has a length in the X direction larger than that of the weight portion 24 and a mass larger than that of the weight portion 24.
  • connection portion 231 and the tip portion 232 In the space formed between the connection portion 231 and the tip portion 232, at least a part of the XY sensor 3 corresponding to the device is disposed.
  • the connecting portion 233 is composed of two linear beams, and the XY sensor 3 is surrounded by the connecting portion 231, the connecting portion 233, and the distal end portion 232. Are arranged in a designated space.
  • the XY sensor 3 is a sensor that detects acceleration in the X direction and the Y direction, and includes a fixed portion 31 and a movable portion 32.
  • the fixed portion 31 and the movable portion 32 are also formed by processing an active layer 411 described later.
  • the fixing unit 31 includes four comb-shaped electrodes 31a, 31b, 31c, and 31d.
  • the electrodes 31a, 31b, 31c, and 31d correspond to the first electrode.
  • the surface of the fixing portion 31 is fixed to the CAP wafer 43 so that an electrical connection can be formed between the fixing portion 31 and external wiring as necessary. Further, the back surface of the fixing portion 31 is fixed to the sacrificial layer 412. Although the electrodes 31 a, 31 b, 31 c, and 31 d are not shown in FIG. 2, these four electrodes are each fixed to the support portion 4. Note that the fixing portion 31 and the fixing portion 321 to be described later are fixed to the sacrificial layer 412 and the CAP wafer 43 in a region indicated by a broken line in FIG.
  • the electrodes 31a and 31b are arranged on one side in the X direction with respect to the center of the XY sensor 3, and the electrodes 31c and 31d are arranged on the other side. Further, electrodes 31a and 31c are arranged on one side in the Y direction with respect to the center of the XY sensor 3, and electrodes 31b and 31d are arranged on the other side.
  • the electrode 31a and the electrode 31d are electrodes for detecting the acceleration in the Y direction. As shown in FIG. 3, the comb teeth of the electrodes 31a and 31d are parallel to the X direction and directed toward the inside of the XY sensor 3. It has been.
  • the electrode 31b and the electrode 31c are electrodes for detecting acceleration in the X direction, and the comb teeth of the electrodes 31b and 31c are parallel to the Y direction and are directed to the outside of the XY sensor 3.
  • the electrode 31a and the electrode 31d are arranged diagonally as shown in FIG. 3, and the electrode 31b and the electrode 31c are arranged. It is arranged diagonally.
  • the electrodes 31a, 31b, 31c, 31d may be arranged at other positions.
  • the movable portion 32 includes two fixed portions 321, four electrodes 322, four spring portions 323, a beam portion 324, a frame body 325, and a connecting portion 326.
  • the upper surface of the frame body 325 has a quadrangular shape composed of sides parallel to the X direction and sides parallel to the Y direction.
  • a spring portion 323 is arranged inside each of the four sides of the frame body 325, and the fixing portion 31, the fixing portion 321, the electrode 322, the beam portion 324, and the connecting portion 326 are connected to the frame body 325 and the spring portion 323. Arranged inside.
  • the four spring portions 323 are each configured by a leaf spring. Of the four spring portions 323, those arranged on the right side, lower side, left side, and upper side of FIG. 3 are referred to as spring portions 323a, 323b, 323c, and 323d, respectively.
  • the spring part 323b and the spring part 323d are connected by a connecting part 326 extending in the Y direction.
  • Fixing portions 321 are arranged on both sides of the central portion of the connecting portion 326 so as to be separated from the connecting portion 326.
  • the fixed portion 321 is for supporting the movable portion 32, and the front surface of the fixed portion 321 is fixed to the CAP wafer 43 and the back surface is fixed to the sacrificial layer 412.
  • the two fixing portions 321 are connected to the spring portions 323a and 323c via beam portions 324 extending in the X direction, respectively.
  • the beam portion 324 extends between the electrode 31a and the electrode 31b and between the electrode 31c and the electrode 31d.
  • the beam portion 324 in order to reduce the size of the XY sensor 3, the beam portion 324 has a meandering shape as shown in FIG. 3, but the beam portion 324 may have another shape.
  • the four comb-shaped electrodes 322 are connected to the connecting portion 326.
  • the four electrodes 322 are referred to as electrodes 322a, 322b, 322c, and 322d, respectively.
  • the electrodes 322a, 322b, 322c, and 322d correspond to the second electrode.
  • the electrodes 322a and 322d are extended on both sides of the connecting portion 326 so that the comb teeth are parallel to the X direction. As shown in FIGS. 3 and 4, the electrodes 322a and 322d face the electrodes 31a and 31d, respectively. Yes.
  • An extending portion 326a extends in one direction in the X direction from one end in the Y direction of the connecting portion 326, and an extending portion 326b extends in the other direction in the X direction from the other end.
  • the electrode 322b and the electrode 322c are extended from the extending portions 326a and 326b so that the comb teeth are parallel to the Y direction, and are opposed to the electrode 31b and the electrode 31c.
  • the support unit 4 supports the Z sensor 2 and the XY sensor 3, and includes a MEMS wafer 41 and a CAP wafer 43 as shown in FIG.
  • the MEMS wafer 41 is an SOI (Silicon on Insulator) wafer in which an active layer 411, a sacrificial layer 412, and a support layer 413 are sequentially stacked, and the Z sensor 2 and the XY sensor 3 are formed by patterning the active layer 411.
  • SOI Silicon on Insulator
  • the sacrificial layer 412 is removed, and a part of the support layer 413 is removed to form a recess 414.
  • the sacrificial layer 412 and the support layer 413 are left without being removed under the fixing portion 21 of the Z sensor 2 and the fixing portions 31 and 321 of the XY sensor 3.
  • An oxide film 415 is formed on the surface of the recess 414.
  • Spacers 416 are formed on the outer peripheral portion of the upper surface of the active layer 411.
  • the spacer 416 is for adjusting the position of the CAP wafer 43 when performing metal bonding in the process shown in FIG. 7A described later, and is made of SiO 2 here.
  • a metal layer 417 is formed on the upper surface of the active layer 411.
  • the metal layer 417 serves as a bonding agent and an electrode agent for metal bonding performed in the step shown in FIG. 7A, and is composed of Al here.
  • the metal layer 417 may be made of Au, Cu, or the like.
  • the metal layer 417 may be formed of a dissimilar metal bonded by a bonding method in which a solid phase or a liquid phase including an eutectic reaction is interposed, instead of the same metal.
  • the CAP wafer 43 is formed by processing an SOI wafer in which an active layer 431, a sacrificial layer 432, and a support layer 433 (see FIG. 6) are sequentially stacked. In the manufacturing process of the CAP wafer 43, the support layer 433 is removed, and as shown in FIG. 2, a wiring 441 and a passivation film 442 are formed on the surface of the sacrificial layer 432.
  • An insulating layer 434 is formed on the surface of the active layer 431. In a portion corresponding to the Z sensor 2 and the XY sensor 3, the insulating layer 434 is removed, and a part of the active layer 431 is removed, so that a recess 435 is formed.
  • An oxide film 436 for potential separation is formed on the surface of the recess 435.
  • a fixed electrode 437 is formed on a portion of the surface of the oxide film 436 facing the connection portion 231 and the weight portion 24.
  • the fixed electrode 437 is made of Poly-Si.
  • a via 438 which is a TSV (Through-Silicon-Via) that penetrates the insulating layer 434, the active layer 431, and the sacrificial layer 432 is formed.
  • a sidewall oxide film 439 is formed on the surface of the via 438.
  • a wiring 440 is formed on the surface of the sidewall oxide film 439 and a portion of the surface of the insulating layer 434 that connects the sidewall oxide film 439 and the fixed electrode 437.
  • the wiring 440 is formed on the insulating layer 434 side. It is connected to the metal layer 417 of the MEMS wafer 41.
  • a wiring 441 is formed on the surface of the sacrificial layer 432 so as to be connected to the wiring 440.
  • a passivation film 442 is formed on the surface of the sacrificial layer 432 and the wirings 440 and 441.
  • the passivation film 442 is for imparting moisture resistance to the mechanical quantity sensor 1 and is made of SiN here.
  • the passivation film 442 may be formed of PIQ (registered trademark), which is a polyimide resin.
  • An opening 443 is formed in a portion of the passivation film 442 formed on the upper surface of the wiring 441.
  • the mechanical quantity sensor 1 and a control device are connected so as to differentially amplify these capacitance changes that occur during acceleration application.
  • the power supply voltage is 5V
  • the potentials of the weight portions 23 and 24 and the movable portion 32 are 5V.
  • the fixed part 31 and the fixed electrode 437 are connected to an input terminal of a control device (not shown) via a metal layer 417 and wirings 440 and 441.
  • the mechanical quantity sensor 1 is manufactured by a method using metal bonding.
  • the mechanical quantity sensor 1 manufactures the MEMS wafer 41 in the process shown in FIG. 5 and manufactures the CAP wafer 43 in the process shown in FIG. 6, and then bonds the MEMS wafer 41 and the CAP wafer 43 in the process shown in FIG. 7. It is manufactured by forming a wiring or the like.
  • a method for manufacturing the MEMS wafer 41 will be described with reference to FIG. First, a substrate in which a sacrificial layer 412 is stacked on the upper surface of the support layer 413 is prepared. Then, as shown in FIG. 5A, the sacrificial layer 412 is removed by etching at the portions corresponding to the Z sensor 2 and the XY sensor 3, and the support layer 413 is etched by using the sacrificial layer 412 as a mask. By removing a part of the concave portion 414, the concave portion 414 is formed. However, the sacrificial layer 412 and the support layer 413 are left without being removed in portions corresponding to the fixing portions 21, 31, and 321. 5A, after forming the recess 414, an oxide film 415 is formed on the surface of the recess 414.
  • a cavity-SOI step of bonding the active layer 411, which is a MEMS layer, to the surface of the sacrificial layer 412 by direct bonding is performed.
  • a spacer 416 is formed on the surface of the active layer 411 by photolithography and etching.
  • a metal layer 417 is formed on the surface of the active layer 411 by photolithography and etching.
  • the active layer 411 is processed by etching to form the Z sensor 2 and the XY sensor 3.
  • the manufacturing method of the CAP wafer 43 will be described with reference to FIG. First, an SOI wafer in which the active layer 431, the sacrificial layer 432, and the support layer 433 are sequentially stacked is prepared, and the insulating layer 434 is formed on the surface of the active layer 431. Then, as shown in FIG. 6A, the insulating layer 434 is removed by etching at portions corresponding to the Z sensor 2 and the XY sensor 3, and the active layer 431 is etched by using the insulating layer 434 as a mask. A recess 435 is formed by removing a part of. However, the insulating layer 434 and the active layer 431 are left without being removed in portions corresponding to the fixing portions 21, 31, and 321.
  • the oxide film 436 is formed by thermally oxidizing the surface of the recess 435, and the fixed electrode 437 is formed on the surface of the oxide film 436 by photolithography and etching.
  • the via 438 is formed by removing the insulating layer 434 and the active layer 431 by etching.
  • the sidewall oxide film 439 is formed by thermally oxidizing the surface of the via 438.
  • a wiring 440 is formed by photolithography and etching on the surface of the sidewall oxide film 439 and the portion of the surface of the insulating layer 434 where the sidewall oxide film 439 and the fixed electrode 437 are connected. .
  • the MEMS wafer 41 and the CAP wafer 43 manufactured in this way and the steps after the bonding will be described with reference to FIG.
  • the MEMS wafer 41 and the CAP wafer 43 are bonded together by metal bonding such as thermocompression bonding or diffusion bonding.
  • the spacer 416 formed on the MEMS wafer 41 and the insulating layer 434 formed on the CAP wafer 43 come into contact with each other. Further, the metal layer 417 formed on the MEMS wafer 41 and the wiring 440 formed on the CAP wafer 43 are bonded. Then, the Z sensor 2 and the XY sensor 3 formed by processing the active layer 411 of the MEMS wafer 41 are sealed with the CAP wafer 43.
  • the support layer 433 is removed by grinding and polishing, and the sacrificial layer 432 is exposed.
  • the portion of the sacrificial layer 432 that is the bottom of the via 438 is removed by etching, and the via 438 is opened.
  • a wiring 441 is formed in the vicinity of the via 438 in the surface of the sacrificial layer 432 by photolithography and etching, and the wiring 441 and the wiring 440 are connected.
  • a passivation film 442 is formed on the surface of the sacrificial layer 432 and the wirings 440 and 441 by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or a coating method. Further, an opening 443 is formed in the passivation film 442 by etching, and part of the wiring 441 is exposed.
  • the operation of the mechanical quantity sensor 1 will be described.
  • the mechanical quantity sensor 1 accelerates in the Z direction, the weight portions 23 and 24 are displaced as indicated by the broken line in FIG. 2 and the arrow A1 in FIG.
  • the distance between the fixed electrode 437 of the CAP wafer 43 and the weight part 23 and the weight part 24 changes, and the capacitance changes.
  • the Z sensor 2 obtains a change in electrostatic capacitance between the fixed electrode 437 and the weight part 23 and the weight part 24 of the CAP wafer 43 when the weight parts 23 and 24 are displaced from a change in potential of the fixed electrode 437.
  • the acceleration in the Z direction is detected using the obtained change in capacitance.
  • the XY sensor 3 obtains these changes in capacitance from the potentials of the electrodes 31b and 31c, and detects the acceleration in the X direction using the obtained change in capacitance.
  • the XY sensor 3 obtains these changes in capacitance from the potentials of the electrodes 31a and 31d, and detects the acceleration in the Y direction using the obtained change in capacitance.
  • the fixed portion 31 and the movable portion 32 of the XY sensor 3 are arranged in a state separated from the weight portion 23 in the space between the connection portion 231 and the tip portion 232, the Z sensor 2 and the XY sensor 3. Operate without interfering with each other.
  • the XY sensor 3 is disposed in a space between the connection part 231 and the tip part 232 of the weight part 23. Therefore, it is possible to suppress an increase in chip size due to the length of the weight portion 23 and to improve the detection sensitivity of acceleration in the Z direction.
  • the acceleration in the Z direction and the acceleration in the XY direction can be detected independently.
  • the fixed portion 31 is arranged on the outer peripheral portion in the XY sensor 3
  • parasitic capacitance is generated due to a potential difference between the fixed portion 31 and the weight portion 23.
  • the frame body 325 is provided outside the fixed portion 31. Since it is arranged as a central anchor, the generation of parasitic capacitance can be suppressed. Thereby, the sensitivity of other axes is reduced, and the detection accuracy can be improved.
  • the concave portion 435 is deepened in order to widen the movable range of the weight portion 23, the distance between the fixed electrode 437 and the weight portions 23 and 24 increases, and the detection accuracy decreases.
  • a concave portion is further provided in a portion of the concave portion 435 farther from the fixed portion 21 than the fixed electrode 437, and the weight portion is maintained while maintaining the distance between the fixed electrode 437 and the weight portions 23 and 24. It is preferable to extend the movable range of 23.
  • the fixed electrode 437 contacts the weight part 23 before the concave part 435 or the concave part provided inside the concave part 435, and the movable range of the weight part 23 is fixed. It is preferable to be set by the electrode 437.
  • the support unit 4 includes a MEMS wafer 51 and a CAP wafer 53.
  • the MEMS wafer 51 includes an active layer 411, a sacrificial layer 412, a support layer 413, a spacer 416, and a metal layer 417.
  • the support layer 413 has a recess 414 corresponding to the Z sensor 2 and the XY sensor 3, and an oxide film 415 is formed on the surface of the recess 414.
  • a via 518 is formed in the support layer 413, and an insulating layer 519 is formed on the surface of the via 518 and the surface of the support layer 413.
  • the insulating layer 519 and the sacrificial layer 412 are removed at the bottom of the via 518, and an opening 520a is formed.
  • a wiring 521 is formed from the inside of the opening 520 a to the surface of the insulating layer 519 and the upper surface of the insulating layer 519 inside the via 518.
  • the wiring 521 is made of, for example, Al.
  • a part of the insulating layer 519 formed on the surface of the support layer 413 is removed, and an opening 520b is formed.
  • the wiring 521 is also formed inside the opening 520 b, and the active layer 411 and the support layer 413 are electrically connected through the wiring 521.
  • a passivation film 522 is formed so as to cover the surfaces of the insulating layer 519 and the wiring 521. Note that the passivation film 522 is formed so that a part of the wiring 521 is exposed.
  • the fixed electrode 437, the fixed parts 21 and 31, and the movable part 32 are connected to a control device (not shown) via the wiring 521.
  • the CAP wafer 53 includes a Si layer 531 and an insulating layer 434. Corresponding to the Z sensor 2 and the XY sensor 3, a part of the insulating layer 434 and the Si layer 531 are removed, and a recess 435 is formed. Similar to the CAP wafer 43 of the first embodiment, an oxide film 436 is formed on the surface of the recess 435, and a fixed electrode 437 is formed on the surface of the oxide film 436. Similarly to the first embodiment, wirings 440 are formed on the surfaces of the insulating layer 434, the oxide film 436, and the fixed electrode 437. Note that a contact window for taking out a potential from the wiring 440 may be provided in the insulating layer 434.
  • the MEMS wafer 51 is manufactured in the same manner as the MEMS wafer 41 of the first embodiment, the CAP wafer 53 is manufactured in the process shown in FIG. 13, and the MEMS wafer 51 and the CAP wafer 53 are manufactured in the process shown in FIG. And so on.
  • a substrate provided with a Si layer 531 and insulating layers 434 and 532 formed on the front and back surfaces of the Si layer 531 is prepared.
  • the insulating layer 434 is removed by etching at portions corresponding to the Z sensor 2 and the XY sensor 3, and a part of the Si layer 531 is removed by etching using the insulating layer 434 as a mask. By removing, a recess 435 is formed.
  • the oxide film 436 is formed by thermally oxidizing the surface of the recess 435, and the fixed electrode 437 is formed on the surface of the oxide film 436 by photolithography and etching.
  • a wiring 440 is formed by photolithography and etching in a portion from the surface of the insulating layer 434 to the surface of the oxide film 436 and the surface of the fixed electrode 437.
  • the MEMS wafer 51 and the CAP wafer 53 are bonded by metal bonding.
  • a via 518 penetrating the support layer 413 is formed, and the sacrificial layer 412 is exposed.
  • the via 518 is formed by removing a portion of the support layer 413 facing the metal layer 417 by etching.
  • the insulating layer 519 is formed by thermally oxidizing the surface of the support layer 413 opposite to the sacrificial layer 412 and the surface of the via 518, or by the CVD method. Thereafter, the insulating layer 519 and the sacrificial layer 412 located at the bottom of the via 518 are removed by etching, an opening 520a is formed, and the active layer 411 is exposed. Further, part of the insulating layer 519 formed on the surface of the support layer 413 is removed to form an opening 520b to expose the support layer 413. This makes it possible to connect all layers to external wiring and eliminate the floating potential, thereby reducing parasitic capacitance.
  • a wiring 521 is formed from the surface of the insulating layer 519 to the inside of the opening 520a by photolithography and etching, and the wiring 521 and the active layer 411 are connected.
  • a wiring 521 is also formed inside the opening 520 b to connect the active layer 411 and the support layer 413.
  • a passivation film 522 is formed on the surface of the insulating layer 519 and the surface of the wiring 521 by a coating method. In addition, an opening is formed in the passivation film 522 so that part of the wiring 521 is exposed.
  • the support unit 4 of this embodiment includes a MEMS wafer 61 and a CAP wafer 63.
  • the MEMS wafer 61 includes an Si layer 611, an insulating layer 612, a wiring 613, a sacrificial layer 614, a wiring 615, a sacrificial layer 616, a thick poly-Si layer 617, an adhesive 618, and a wiring 619. Is provided.
  • the insulating layer 612 is formed on the upper surface of the Si layer 611, and wiring 613 is formed on the upper surface of the insulating layer 612.
  • a sacrificial layer 614 is formed on the top surfaces of the insulating layer 612 and the wiring 613, and a wiring 615 is formed on the top surface of the sacrificial layer 614.
  • An opening is formed in a portion of the sacrificial layer 614 located above the wiring 613, and the wiring 615 is formed so as to reach the inside of the opening of the sacrificial layer 614 and connected to the wiring 613.
  • the wiring 613 and the wiring 615 are made of poly-Si.
  • a sacrificial layer 616 is formed on the upper surfaces of the sacrificial layer 614 and the wiring 615, and a thick poly-Si layer 617 is formed on the upper surfaces of the wiring 615 and the sacrificial layer 616.
  • the Z sensor 2 and the XY sensor 3 are formed by processing the thick film poly-Si layer 617.
  • the sacrificial layers 614 and 616 are removed, and the insulating layer 612, the wiring 613, and the wiring 615 are exposed.
  • the wiring 613 is used as a fixed electrode, and the fixing portions 21, 31, 321 and the wiring 613 are connected to a control device (not shown) via the wiring 615.
  • An adhesive 618 is formed on the upper surface of the thick film poly-Si layer 617, and the MEMS wafer 61 and the CAP wafer 63 are joined by the adhesive 618 and an adhesive 633 described later.
  • the adhesive 618 is made of an Al—Ge alloy.
  • the adhesive 618 may be made of glass paste, and the MEMS wafer 61 and the CAP wafer 63 may be bonded by glass frit bonding.
  • a wiring 619 used as an electrode pad is formed on the upper surface of the thick poly-Si layer 617.
  • the CAP wafer 63 includes a substrate 631 and an adhesive 633.
  • the substrate 631 is made of glass, but the substrate 631 may be made of Si.
  • a concave portion 632 is formed on the substrate 631 corresponding to the Z sensor 2 and the XY sensor 3, and the adhesive 633 is formed on the surface of the substrate 631 so as to surround the concave portion 632.
  • the fixing portions 21, 31, and 321 are not fixed to the CAP wafer 63 but are fixed to the sacrificial layer 616 of the MEMS wafer 61.
  • the adhesive 633 is made of an Al—Ge alloy.
  • the adhesive 633 may be made of Au—Ge-based, Cu—Sn-based eutectic, solder, or the like.
  • the adhesive 633 may be made of glass paste, and the MEMS wafer 61 and the CAP wafer 63 may be bonded by glass frit bonding.
  • the mechanical quantity sensor 1 of the present embodiment manufactures the MEMS wafer 61 in the steps shown in FIGS. 16 and 17, and after manufacturing the CAP wafer 63 in the step shown in FIG. It is manufactured by bonding with the CAP wafer 63 or the like.
  • the upper surface of the Si layer 611 is thermally oxidized to form the insulating layer 612, and the wiring 613 is formed on the upper surface of the insulating layer 612 by photolithography and etching.
  • a sacrificial layer 614 is formed on the surface of the wiring 613 by a CVD method. At this time, the sacrificial layer 614 is formed so that a part of the wiring 613 is exposed.
  • the wiring 615 is formed on the surface of the sacrificial layer 614 and the surface of the wiring 613 by photolithography and etching, and the wiring 613 and the wiring 615 are connected.
  • a sacrificial layer 616 is formed on the surface of the wiring 615 by a CVD method. At this time, the sacrificial layer 616 is formed so that a part of the wiring 615 is exposed.
  • a thick poly-Si layer 617 is formed on the surface of the sacrificial layer 614, the wiring 615, and the sacrificial layer 616 by the CVD method.
  • the adhesive 618 for bonding the MEMS wafer 61 and the CAP wafer 63 in the step shown in FIG. 19A is patterned by photolithography and etching.
  • the wiring 619 is formed on the surface of the thick poly-Si layer 617.
  • the thick poly-Si layer 617 is processed by etching.
  • the sacrificial layers 614 and 616 are selectively removed using HF gas, and a part of the thick poly-Si layer 617 is released from the insulating layer 612 and the wiring 613. Thereby, the Z sensor 2 and the XY sensor 3 are formed.
  • a part of the substrate 631 is removed by etching in a portion corresponding to the Z sensor 2 and the XY sensor 3, and a recess 632 is formed.
  • an adhesive 633 is formed on the surface of the substrate 631 so as to surround the recess 632.
  • the MEMS wafer 61 and the CAP wafer 63 are bonded by Al—Ge eutectic bonding. Thereby, the Z sensor 2 and the XY sensor 3 are sealed with the MEMS wafer 61 and the CAP wafer 63.
  • the wiring 619 is exposed by half dicing for cutting the substrate 631 while leaving the MEMS wafer 61.
  • the thick poly-Si layer 617 is removed using the wiring 619 as a mask to form a device. Thereby, the wiring 615 is exposed, and the fixing portions 21, 31, 321 and the wiring 613 can be connected to a control device (not shown).
  • the mechanical quantity sensor 1 of the present embodiment includes two Z sensors 2.
  • illustration of the beam part 22 is abbreviate
  • the connecting portion 233 of the weight portion 23 is configured by a single linear beam, and the connecting portion 231 and the distal end portion 232 are connected to each other in the Y direction by the connecting portion 233. It is connected.
  • the two Z sensors 2 are arranged so that the front end portions 232 and the connecting portions 233 face each other.
  • one weight part 23, 24 is a weight part 23a, 24a, and the other weight part 23, 24 is a weight part 23b, 24b.
  • the XY sensor 3 of the present embodiment is disposed in a space surrounded by the tip portion 232 and the connecting portion 233 of the weight portion 23a and the tip portion 232 and the connecting portion 233 of the weight portion 23b.
  • the two Z sensors 2 are arranged point-symmetrically with respect to the center of the XY sensor 3 on the XY plane.
  • four fixed electrodes 437 are formed as shown in FIG. 20, and two of the four fixed electrodes 437 are arranged on the upper side of one Z sensor 2 and the remaining two fixed electrodes. 437 is arranged on the other Z sensor 2.
  • the two Z sensors 2 operate in the same manner as the Z sensor 2 of the first embodiment, as shown in FIG.
  • the acceleration in the Z direction is detected using the change in capacitance between the weights 23 and 24.
  • the two Z sensors 2 are in relation to the center of the XY sensor 3 on the XY plane. Are arranged symmetrically. Therefore, when the support unit 4 is tilted about an axis that passes through the center of the XY sensor 3 and is parallel to the Y direction, it is possible to suppress a decrease in detection accuracy using the potentials of the four fixed electrodes 437.
  • the distance between the weight portions 23a, 24a, 23b, 24b and the fixed electrode 437 facing each weight portion when the mechanical quantity sensor 1 is stationary is d1, d2, d3, d4, and the support portion 4 is The distance between each weight portion when not tilted and the fixed electrode 437 is d0.
  • d1 + d3 2d0
  • d2 + d4 2d0.
  • the potential difference between the fixed electrode 437 and the weight parts 23 and 24 is proportional to the distance between the fixed electrode 437 and the weight parts 23 and 24. Therefore, by obtaining the average of the potential difference between the fixed electrode 437 and the weight portions 23a and 23b, d0 ⁇ d that is the distance between the weight portion 23 and the fixed electrode 437 when the support portion 4 is not tilted can be obtained. . Similarly, by obtaining the average of the potential difference between the fixed electrode 437 and the weight portions 24a and 24b, d0 + ⁇ d, which is the distance between the weight portion 24 and the fixed electrode 437 when the support portion 4 is not tilted, can be obtained. Therefore, the acceleration in the Z direction when the support portion 4 is not tilted can be detected using each potential difference.
  • the detection accuracy fall can be suppressed by using the detection results of the two Z sensors 2.
  • the weight part 23 of the Z sensor 2 and the movable part 32 of the XY sensor 3 are integrated.
  • a fixing portion 31 that is a part of the XY sensor 3 is disposed.
  • the movable portion 32 Specifically, four spaces surrounded by the movable portion 32 are formed between the connection portion 231 and the tip portion 232, and the electrodes 31a, 31b, 31c, and 31d of the fixed portion 31 are formed in each of the four spaces. Has been placed. Further, the movable portion 32 does not include the fixed portion 321, and the sacrificial layer 412 is removed on the back surface of the movable portion 32.
  • the weight portion 23 and the movable portion 32 are integrated to fix the potential of the movable portion 32 to, for example, 2.5 V, and the potential of the fixed electrode 437 and the potential of each electrode of the fixed portion 31 are used.
  • accelerations in the X, Y, and Z directions are detected.
  • the mechanical quantity sensor 1 can be further reduced in size by making the weight part 23 of the Z sensor 2 and the movable part 32 of the XY sensor 3 into one mass.
  • the fixing portion 31 is partially reduced in thickness to form a spring structure.
  • the comb-shaped electrodes 31a, 31b, 31c, and 31d are fixed to the sacrificial layer 412 and the CAP wafer 43 at the ends opposite to the portions where the comb teeth are formed. Then, between the end portion fixed to the sacrificial layer 412 and the end portion where the comb teeth are formed, the end portion fixed to the sacrificial layer 412 and the end portion where the comb teeth are formed are each in the Z direction. A portion having a reduced thickness is formed.
  • the facing area between each electrode of the fixed portion 31 and each electrode of the movable portion 32 changes, but the displacement of the weight portion 23 is actually sufficient.
  • the influence of acceleration in the Z direction on the detection accuracy of the XY sensor 3 is small.
  • it is preferable that the change in the facing area is small.
  • the portion of each electrode where the comb teeth are formed is easily displaced in the Z direction. Therefore, when the mechanical quantity sensor 1 accelerates in the Z direction, the portion where the comb teeth of each electrode provided in the fixed portion 31 are formed is displaced in the same direction as the movable portion 32 as shown in FIG. Therefore, it is possible to suppress the change in the facing area between each electrode of the fixed portion 31 and each electrode of the movable portion 32 due to acceleration in the Z direction, and improve the detection accuracy of the acceleration in the X direction and the Y direction.
  • a buried layer 234 for increasing the mass of the weight portion 23 is formed at the tip portion 232 of the weight portion 23.
  • the buried layer 234 is made of, for example, a tungsten plug (W-Plug).
  • the torque difference between the weight portion 23 and the weight portion 24 is increased, and the detection accuracy of acceleration in the Z direction is improved. Can do.
  • a sensor for detecting acceleration in either the X direction or the Y direction may be arranged.
  • a plurality of XY sensors 3 may be arranged in the space between the connection portion 231 and the tip portion 232.
  • the XY sensor 3 includes only one of the electrodes 31a and 31d and only one of the electrodes 31b and 31c, and correspondingly, one of the electrodes 322a and 322d and the electrodes 322b and 322c. Only one of them may be provided.
  • the change in the facing area between each electrode of the fixed portion 31 and each electrode of the movable portion 32 due to the displacement of the weight portion 23 is changed from the fixed portion 21 in the X direction.
  • the acceleration detection accuracy in the XY sensor 3 may be improved by obtaining the displacement of the weight portion 23 using two capacitances in the Z sensor 2 and feeding back the obtained displacement.
  • the torque difference between the weight part 23 and the weight part 24 may be increased by reducing the thickness of the connection part 231 and the weight part 24. Further, the difference in torque between the weight part 23 and the weight part 24 may be increased by processing the connection part 231 and the weight part 24 into a mesh shape.
  • the weight portion 23 is made of the same material as the material constituting the weight portion 24, but the weight portion 23 is more per unit volume than the material constituting the weight portion 24. You may be comprised with the material with large mass.
  • the portion of the weight portion 23 where the buried layer 234 is not formed may be made of a material having a mass per unit volume larger than that of the material constituting the weight portion 24.
  • the mechanical quantity sensor 1 may not include the XY sensor 3, and a device other than the XY sensor 3 may be disposed in a space between the connection portion 231 and the distal end portion 232. Further, the device may not be disposed in the space between the connection portion 231 and the tip portion 232.
  • the present disclosure may be applied to a mechanical quantity sensor other than the acceleration sensor, for example, a tilt sensor.

Abstract

力学量センサであって、固定電極（４３７、６１３）が形成された支持部（４）と、支持部に固定された板状の固定部（２１）と、固定部に支持され、固定部の平面上における一方向に延設された梁部（２２）と、固定部の平面上における一方向に垂直な他方向において固定部の片側に配置され、梁部に連結されるとともに、梁部との接続部（２３１）と梁部とは反対側の先端部（２３２）とが他方向に延設された連結部（２３３）により連結されることで、接続部と先端部との間に空間が形成された第１の錘部（２３）と、他方向において固定部に対し第１の錘部と反対側に配置され、梁部に連結された第２の錘部（２４）と、を備え、第１の錘部は、第２の錘部よりも他方向における長さが大きくされており、第１の錘部および第２の錘部が変位したときの固定電極と第１の錘部および第２の錘部との間の静電容量の変化を利用して力学量を検出する。

Description

力学量センサ 関連出願への相互参照
　本出願は、２０１５年１１月３日に出願された日本特許出願番号２０１５－２１６２２８号に基づくもので、ここにその記載内容が参照により組み入れられる。
　本開示は、梃子構造を備える力学量センサに関するものである。
　従来、特許文献１に記載されているような加速度センサが提案されている。この加速度センサは、固定電極と可動電極とを対向させて配置した静電容量型の加速度センサであり、慣性力による可動電極の変位と、これによる電極間の静電容量の変化とを利用して、加速度を検出するものである。
　また、特許文献１に記載の加速度センサのような、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向それぞれの検出部を備える３軸の加速度センサでは、可動電極がばねにより支持されているＸ、Ｙ方向の検出部とは異なり、Ｚ方向の検出部では、可動電極が支点を中心とした梃子構造とされている。そして、Ｚ方向において可動電極に対向して２つの固定電極が配置されており、可動電極が慣性力を受けると、それぞれの固定電極と可動電極との間の静電容量に差が生じる。３軸の加速度センサでは、この静電容量の差を利用してＺ方向の加速度を検出する。
特開２０１２－３７３４１号公報
　３軸の加速度センサにおいてＺ方向の感度を上げ、小さな加速も検出できるようにするためには、可動電極を構成する梃子のＹ方向に並べられた２つの錘の質量差を大きくする必要がある。例えばＸ、Ｙ方向の検出部では、Ｚ方向の厚みを大きくすることで錘の質量を大きくすることができる。しかし、Ｚ方向の検出部では、可動電極の厚みを大きくしても梃子の左右のバランスが変わらず、さらにトーション梁が硬くなるため、Ｚ方向の厚みを大きくすることは高感度化には貢献しない。
　そのため、均一な材料を使う場合にＺ方向の感度を上げるためには、梃子のＹ方向に並べられた２つの錘のうち、支点から先端までの距離が長い方をより長くして、トルクを増やす必要がある。
　しかし、Ｚ方向の検出部において可動電極を長くすると、Ｘ、Ｙ方向の検出部と合わせた加速度センサ全体のチップサイズが増大する。
　本開示は、チップサイズの増大を抑制しつつ検出感度を向上させる力学量センサを提供することを目的とする。
　本開示の１つの観点によれば、力学量センサは、固定電極が形成された支持部と、支持部に固定された板状の固定部と、固定部に支持され、固定部の平面上における一方向に延設された梁部と、固定部の平面上における一方向に垂直な他方向において固定部の片側に配置され、梁部に連結されるとともに、梁部との接続部と梁部とは反対側の先端部とが他方向に延設された連結部により連結されることで、接続部と先端部との間に空間が形成された第１の錘部と、他方向において固定部に対し第１の錘部と反対側に配置され、梁部に連結された第２の錘部と、を備え、第１の錘部は、第２の錘部よりも他方向における長さが大きくされており、第１の錘部および第２の錘部が変位したときの固定電極と第１の錘部および第２の錘部との間の静電容量の変化を利用して力学量を検出する。
　これによれば、第１の錘部は第２の錘部よりも他方向における長さが大きく、第１の錘部のうち梁部との接続部と先端部との間に空間が形成されているため、この空間をデバイス等の配置に利用することにより、チップサイズの増大を抑制しつつ検出感度を向上させることができる。
第１実施形態にかかる力学量センサの断面図である。 第１実施形態にかかる力学量センサの断面図である。 ＸＹセンサの平面図である。 ＸＹセンサの斜視図である。 ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ウェハの製造方法を示す断面図である。 ＣＡＰウェハの製造方法を示す断面図である。 力学量センサの製造方法を示す断面図である。 力学量センサの動作を示す断面図である。 従来の力学量センサの断面図である。 従来の力学量センサの断面図である。 第１実施形態の変形例の断面図である。 第２実施形態にかかる力学量センサの断面図である。 ＣＡＰウェハの製造方法を示す断面図である。 力学量センサの製造方法を示す断面図である。 第３実施形態にかかる力学量センサの断面図である。 ＭＥＭＳウェハの製造方法を示す断面図である。 ＭＥＭＳウェハの製造方法を示す断面図である。 ＣＡＰウェハの製造方法を示す断面図である。 力学量センサの製造方法を示す断面図である。 第４実施形態にかかる力学量センサの断面図である。 第４実施形態にかかる力学量センサの断面図である。 第４実施形態にかかる力学量センサの断面図である。 第５実施形態にかかる力学量センサの断面図である。 第６実施形態にかかる力学量センサの斜視図である。 第７実施形態にかかる力学量センサの断面図である。 図２５のXXVI－XXVI線における断面図である。 他の実施形態にかかる力学量センサの斜視図である。 他の実施形態にかかる力学量センサの断面図である。
　以下、本開示の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
　（第１実施形態）
　第１実施形態について説明する。本実施形態の力学量センサ１は、互いに垂直なＸ、Ｙ、Ｚ方向の加速度を検出するセンサであり、図１、図２に示すように、Ｚセンサ２と、ＸＹセンサ３と、支持部４とを備えている。図２に示すように、力学量センサ１は、Ｚセンサ２とＸＹセンサ３とが支持部４に封止されるとともに、Ｚセンサ２の一部とＸＹセンサ３の一部とが支持部４に固定されて構成されている。
　Ｚセンサ２は、Ｚ方向の加速度を検出するセンサであり、固定部２１と、梁部２２と、錘部２３と、錘部２４とを備えている。固定部２１、梁部２２、錘部２３、２４は、本実施形態では、後述する活性層４１１を加工することにより形成される。また、錘部２３、２４をそれぞれ固定部２１の両側に配置し、梁部２２を介して固定部２１と錘部２３、２４とを連結することにより、固定部２１を支点とした梃子構造が構成されている。
　固定部２１は、Ｚセンサ２を支持部４に固定する部分であり、板状とされている。図１に示すように、固定部２１のＸＹ平面に平行な表面は四角形状とされている。また、図２に示すように、固定部２１の裏面は後述する犠牲層４１２に固定されており、固定部２１の表面は後述するＣＡＰウェハ４３に固定されている。
　梁部２２は、固定部２１に支持され、固定部２１を中心として固定部２１の表面に平行な一方向、ここではＹ方向の両側に延設されている。梁部２２の裏面においては、後述する犠牲層４１２が除去されており、梁部２２は、後述する支持層４１３およびＣＡＰウェハ４３から離された状態で配置されている。錘部２３、２４は、梁部２２がねじれることによりＺ方向に変位する。
　錘部２３は、Ｘ方向において固定部２１の片側に配置され、梁部２２に連結されている。また、図１に示すように、錘部２３のうち梁部２２との接続部２３１と、梁部２２とは反対側の先端部２３２とがＸ方向に延設された連結部２３３により連結されることで、梁部２２との接続部２３１と先端部２３２との間に空間が形成されている。
　錘部２４は、Ｘ方向において固定部２１に対し錘部２３と反対側に配置され、梁部２２に連結されている。錘部２３、錘部２４は、それぞれ、第１の錘部、第２の錘部に相当する。
　接続部２３１および錘部２４は、それぞれ上面形状がＵ字状とされており、固定部２１の両側に互いに対向して配置され、それぞれの両端部において梁部２２に連結されている。錘部２３は、錘部２４よりもＸ方向における長さが大きくされるとともに、錘部２４よりも質量が大きくされている。
　接続部２３１と先端部２３２との間に形成された空間には、デバイスに相当するＸＹセンサ３の少なくとも一部が配置されている。本実施形態では、図１に示すように、連結部２３３が直線状の２本の梁で構成されており、ＸＹセンサ３は、接続部２３１と、連結部２３３と、先端部２３２とで囲まれた空間に配置されている。
　ＸＹセンサ３は、Ｘ方向およびＹ方向の加速度を検出するセンサであり、固定部３１と、可動部３２とを備える。本実施形態では、Ｚセンサ２の固定部２１、梁部２２、錘部２３、２４とともに、固定部３１、可動部３２も後述する活性層４１１を加工して形成されている。
　図１、図３に示すように、固定部３１は、櫛歯型の４つの電極３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄを備えている。電極３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄは、第１の電極に相当する。
　図２に示すように、固定部３１の表面は、固定部３１と外部の配線との間に必要に応じて電気接続を形成できるように、ＣＡＰウェハ４３に固定されている。また、固定部３１の裏面は犠牲層４１２に固定されている。図２では電極３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄを図示していないが、これら４つの電極は、それぞれ支持部４に固定されている。なお、固定部３１および後述する固定部３２１は、図３の破線で示す領域において、犠牲層４１２およびＣＡＰウェハ４３に固定されている。
　ＸＹセンサ３の中心に対しＸ方向の一方側に電極３１ａ、３１ｂが配置され、他方側に電極３１ｃ、３１ｄが配置されている。また、ＸＹセンサ３の中心に対しＹ方向の一方側に電極３１ａ、３１ｃが配置され、他方側に電極３１ｂ、３１ｄが配置されている。
　電極３１ａおよび電極３１ｄはＹ方向の加速度を検出するための電極であり、図３に示すように、電極３１ａ、３１ｄの櫛歯は、それぞれＸ方向に平行とされ、ＸＹセンサ３の内側に向けられている。電極３１ｂおよび電極３１ｃはＸ方向の加速度を検出するための電極であり、電極３１ｂ、３１ｃの櫛歯は、それぞれＹ方向に平行とされ、ＸＹセンサ３の外側に向けられている。
　なお、本実施形態では、ＸＹセンサ３の内外で発生する応力の影響を低減するために、図３に示すように電極３１ａと電極３１ｄとを対角に配置し、電極３１ｂと電極３１ｃとを対角に配置している。しかしながら、電極３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄを他の位置に配置してもよい。
　可動部３２は、図３に示すように、２つの固定部３２１と、４つの電極３２２と、４つのばね部３２３と、梁部３２４と、枠体３２５と、連結部３２６とを備える。
　図１、図３に示すように、枠体３２５の上面は、Ｘ方向に平行な辺とＹ方向に平行な辺とで構成された四角形状とされている。枠体３２５の４つの辺それぞれの内側には、ばね部３２３が配置されており、固定部３１、固定部３２１、電極３２２、梁部３２４、連結部３２６は、枠体３２５およびばね部３２３の内側に配置されている。
　４つのばね部３２３はそれぞれ板ばねで構成されている。４つのばね部３２３のうち、図３の紙面右側、下側、左側、上側に配置されたものをそれぞればね部３２３ａ、３２３ｂ、３２３ｃ、３２３ｄとする。
　図３に示すように、ばね部３２３ｂとばね部３２３ｄとは、Ｙ方向に延設された連結部３２６によって連結されている。連結部３２６の中央部の両側には、連結部３２６から離された状態で固定部３２１が配置されている。固定部３２１は、可動部３２を支持するためのものであり、固定部３２１の表面はＣＡＰウェハ４３に固定され、裏面は犠牲層４１２に固定されている。
　図３に示すように、２つの固定部３２１は、Ｘ方向に延設された梁部３２４を介してそれぞればね部３２３ａ、３２３ｃに連結されている。梁部３２４は、電極３１ａと電極３１ｂとの間、電極３１ｃと電極３１ｄとの間を通って延設されている。
　なお、本実施形態では、ＸＹセンサ３を小型化するために、図３に示すように梁部３２４を蛇行した形状としているが、梁部３２４を他の形状としてもよい。
　図３に示すように、連結部３２６には、４つの櫛歯型の電極３２２が連結されている。４つの電極３２２をそれぞれ電極３２２ａ、３２２ｂ、３２２ｃ、３２２ｄとする。電極３２２ａ、３２２ｂ、３２２ｃ、３２２ｄは、第２の電極に相当する。
　電極３２２ａおよび電極３２２ｄは、櫛歯がＸ方向に平行となるように連結部３２６の両側に延設されており、図３、図４に示すように、それぞれ電極３１ａ、電極３１ｄに対向している。連結部３２６のＹ方向における一端から、Ｘ方向の一方の向きに延設部３２６ａが延設されており、他端からＸ方向の他方の向きに延設部３２６ｂが延設されている。電極３２２ｂおよび電極３２２ｃは、それぞれ延設部３２６ａ、３２６ｂから櫛歯がＹ方向に平行となるように延設されており、電極３１ｂ、電極３１ｃに対向している。
　支持部４は、Ｚセンサ２およびＸＹセンサ３を支持するものであり、図２に示すように、ＭＥＭＳウェハ４１と、ＣＡＰウェハ４３とを備える。ＭＥＭＳウェハ４１は、活性層４１１、犠牲層４１２、支持層４１３を順に積層してなるＳＯＩ（Silicon on Insulator）ウェハであり、活性層４１１をパターニングすることにより、Ｚセンサ２およびＸＹセンサ３が形成されている。なお、活性層４１１のうちＺセンサ２およびＸＹセンサ３の外側に位置する部分が、支持部４の一部を構成している。活性層４１１、支持層４１３は例えばＳｉ等で構成され、犠牲層４１２は例えばＳｉＯ２等で構成される。
　Ｚセンサ２およびＸＹセンサ３が形成された部分においては、犠牲層４１２が除去され、また、支持層４１３の一部が除去されて、凹部４１４が形成されている。ただし、Ｚセンサ２の固定部２１、ＸＹセンサ３の固定部３１、３２１の下部においては、犠牲層４１２および支持層４１３が除去されずに残されている。凹部４１４の表面には、酸化膜４１５が形成されている。
　活性層４１１の上面の外周部には、スペーサ４１６が形成されている。スペーサ４１６は、後述する図７（ａ）に示す工程で金属接合を行う際のＣＡＰウェハ４３の位置を調整するためのものであり、ここでは、ＳｉＯ２で構成されている。
　また、活性層４１１の上面には、金属層４１７が形成されている。金属層４１７は、図７（ａ）に示す工程で行う金属接合の接合剤、電極剤となるものであり、ここでは、Ａｌにより構成されている。なお、金属層４１７をＡｕ、Ｃｕ等により構成してもよい。また、金属層４１７を、同種金属ではなく、共晶反応をはじめとする固相、液相が介在する接合方式により接合された異種金属により構成してもよい。
　ＣＡＰウェハ４３は、活性層４３１、犠牲層４３２、支持層４３３（図６参照）を順に積層してなるＳＯＩウェハを加工することにより形成される。ＣＡＰウェハ４３の製造工程において支持層４３３は除去され、図２に示すように、犠牲層４３２の表面には配線４４１およびパッシベーション膜４４２が形成されている。
　活性層４３１の表面には絶縁層４３４が形成されている。Ｚセンサ２およびＸＹセンサ３に対応する部分において、絶縁層４３４が除去され、活性層４３１の一部が除去されて、凹部４３５が形成されている。
　凹部４３５の表面には、電位分離用の酸化膜４３６が形成されている。酸化膜４３６の表面のうち、接続部２３１、錘部２４に対向する部分には、固定電極４３７が形成されている。固定電極４３７は、ここでは、Ｐｏｌｙ－Ｓｉにより構成されている。
　また、ＣＡＰウェハ４３には、絶縁層４３４、活性層４３１、犠牲層４３２を貫通するＴＳＶ（Through-Silicon Via）であるビア４３８が形成されている。ビア４３８の表面には、側壁酸化膜４３９が形成されている。
　側壁酸化膜４３９の表面、および、絶縁層４３４の表面のうち側壁酸化膜４３９と固定電極４３７とを連結する部分には、配線４４０が形成されており、配線４４０は、絶縁層４３４側において、ＭＥＭＳウェハ４１の金属層４１７と接続されている。また、犠牲層４３２の表面には、配線４４０と接続されるように配線４４１が形成されている。
　犠牲層４３２、配線４４０、４４１の表面には、パッシベーション膜４４２が形成されている。パッシベーション膜４４２は、力学量センサ１に耐湿性を持たせるためのものであり、ここでは、ＳｉＮにより構成されている。なお、パッシベーション膜４４２をポリイミド系樹脂であるＰＩＱ（登録商標）等により構成してもよい。
　パッシベーション膜４４２のうち、配線４４１の上面に形成された部分には、開口部４４３が形成されている。これにより、配線４４０、４４１を介して、固定電極４３７、錘部２３、２４等を外部の配線に接続することができる。
　後述するように、力学量センサ１に加速度が印加されると、錘部２３と固定電極４３７との間、錘部２４と固定電極４３７との間、固定部３１と可動部３２との間の静電容量が変化する。本実施形態では、加速度印加時に発生するこれらの容量の変化を差動増幅するように、力学量センサ１と図示しない制御装置とが接続される。例えば電源電圧が５Ｖの場合、錘部２３、２４、可動部３２の電位は５Ｖとされる。固定部３１および固定電極４３７は、金属層４１７、配線４４０、４４１を介して、図示しない制御装置の入力端子に接続されている。
　力学量センサ１の製造方法について説明する。本実施形態では、金属接合を用いた方法により力学量センサ１を製造する。力学量センサ１は、図５に示す工程でＭＥＭＳウェハ４１を製造し、図６に示す工程でＣＡＰウェハ４３を製造した後、図７に示す工程でＭＥＭＳウェハ４１とＣＡＰウェハ４３とを接合し、配線の形成等を行うことにより製造される。
　図５を用いて、ＭＥＭＳウェハ４１の製造方法について説明する。まず、支持層４１３の上面に犠牲層４１２を積層した基板を用意する。そして、図５（ａ）に示すように、Ｚセンサ２およびＸＹセンサ３に対応する部分において、エッチングを用いて犠牲層４１２を除去し、犠牲層４１２をマスクとしたエッチングを用いて支持層４１３の一部を除去することにより、凹部４１４を形成する。ただし、固定部２１、３１、３２１に対応する部分においては、犠牲層４１２および支持層４１３を除去せずに残す。また、図５（ａ）に示す工程では、凹部４１４を形成した後、凹部４１４の表面に酸化膜４１５を形成する。
　図５（ａ）に示す工程の後、図５（ｂ）に示すように、直接接合によりＭＥＭＳレイヤである活性層４１１を犠牲層４１２の表面に接合するＣａｖｉｔｙ－ＳＯＩ工程を行う。
　図５（ｃ）に示す工程では、フォトリソグラフィおよびエッチングにより活性層４１１の表面にスペーサ４１６を形成する。図５（ｄ）に示す工程では、フォトリソグラフィおよびエッチングにより活性層４１１の表面に金属層４１７を形成する。図５（ｅ）に示す工程では、エッチングにより活性層４１１を加工し、Ｚセンサ２、ＸＹセンサ３を形成する。
　図６を用いて、ＣＡＰウェハ４３の製造方法について説明する。まず、活性層４３１、犠牲層４３２、支持層４３３を順に積層してなるＳＯＩウェハを用意し、活性層４３１の表面に絶縁層４３４を形成する。そして、図６（ａ）に示すように、Ｚセンサ２およびＸＹセンサ３に対応する部分において、エッチングを用いて絶縁層４３４を除去し、絶縁層４３４をマスクとしたエッチングを用いて活性層４３１の一部を除去することにより、凹部４３５を形成する。ただし、固定部２１、３１、３２１に対応する部分においては、絶縁層４３４および活性層４３１を除去せずに残す。
　図６（ｂ）に示す工程では、凹部４３５の表面を熱酸化することにより酸化膜４３６を形成し、フォトリソグラフィおよびエッチングにより酸化膜４３６の表面に固定電極４３７を形成する。図６（ｃ）に示す工程では、エッチングを用いて絶縁層４３４および活性層４３１を除去することにより、ビア４３８を形成する。そして、ビア４３８の表面を熱酸化することにより、側壁酸化膜４３９を形成する。図６（ｄ）に示す工程では、側壁酸化膜４３９の表面と、絶縁層４３４の表面のうち側壁酸化膜４３９と固定電極４３７とを連結する部分に、フォトリソグラフィおよびエッチングにより配線４４０を形成する。
　このように製造したＭＥＭＳウェハ４１およびＣＡＰウェハ４３の貼り合わせと、貼り合わせ後の工程について図７を用いて説明する。図７（ａ）に示す工程では、熱圧着、拡散接合等の金属接合により、ＭＥＭＳウェハ４１とＣＡＰウェハ４３とを貼り合わせる。
　これにより、ＭＥＭＳウェハ４１に形成されたスペーサ４１６と、ＣＡＰウェハ４３に形成された絶縁層４３４とが接触する。また、ＭＥＭＳウェハ４１に形成された金属層４１７と、ＣＡＰウェハ４３に形成された配線４４０とが接合する。そして、ＭＥＭＳウェハ４１の活性層４１１を加工することにより形成されたＺセンサ２、ＸＹセンサ３がＣＡＰウェハ４３により封止される。
　図７（ｂ）に示す工程では、支持層４３３を研削研磨およびエッチングにより除去し、犠牲層４３２を露出させる。図７（ｃ）に示す工程では、犠牲層４３２のうちビア４３８の底部となっている部分をエッチングにより除去し、ビア４３８を開口させる。
　図７（ｄ）に示す工程では、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、犠牲層４３２の表面のうちビア４３８の付近に配線４４１を形成し、配線４４１と配線４４０とを接続する。図７（ｅ）に示す工程では、犠牲層４３２、配線４４０、４４１の表面にパッシベーション膜４４２をＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法または塗布法などにより形成する。また、エッチングによりパッシベーション膜４４２に開口部４４３を形成し、配線４４１の一部を露出させる。
　力学量センサ１の動作について説明する。力学量センサ１がＺ方向に加速すると、錘部２３、２４が図２の破線、図８の矢印Ａ１で示すように変位する。そして、図８に示すように、ＣＡＰウェハ４３の固定電極４３７と錘部２３および錘部２４との間の距離が変化し、静電容量が変化する。Ｚセンサ２は、錘部２３、２４が変位したときのＣＡＰウェハ４３の固定電極４３７と錘部２３および錘部２４との間の静電容量の変化を固定電極４３７の電位の変化から求め、求めた静電容量の変化を利用してＺ方向の加速度を検出する。
　力学量センサ１がＸ方向に加速すると、電極３１ｂに対向する電極３２２ｂが変位し、電極３１ｂと電極３２２ｂとの間の静電容量が変化する。また、電極３１ｃに対向する電極３２２ｃが変位し、電極３１ｃと電極３２２ｃとの間の静電容量が変化する。ＸＹセンサ３は、これらの静電容量の変化を電極３１ｂ、３１ｃの電位から求め、求めた静電容量の変化を利用してＸ方向の加速度を検出する。
　同様に、力学量センサ１がＹ方向に加速すると、電極３１ａに対向する電極３２２ａが変位し、電極３１ａと電極３２２ａとの間の静電容量が変化する。また、電極３１ｄに対向する電極３２２ｄが変位し、電極３１ｄと電極３２２ｄとの間の静電容量が変化する。ＸＹセンサ３は、これらの静電容量の変化を電極３１ａ、３１ｄの電位から求め、求めた静電容量の変化を利用してＹ方向の加速度を検出する。
　なお、ＸＹセンサ３の固定部３１、可動部３２は、接続部２３１と先端部２３２との間の空間において錘部２３から離された状態で配置されているので、Ｚセンサ２およびＸＹセンサ３は、互いに干渉することなく動作する。
　３軸の加速度を検出する力学量センサにおいてＺ方向の感度を上げ、小さな加速も検出できるようにするためには、錘部２３、２４の質量差を大きくする必要がある。均一な材料を使う場合にＺ方向の感度を上げるためには、図９に示すように、錘部２３のＸ方向における長さをより長くして、トルクを増やす必要がある。
　しかし、錘部２３を長くすると、図１０に示すように、Ｚセンサ２とＸＹセンサ３とを合わせた力学量センサ全体のチップサイズが増大する。
　本実施形態の力学量センサ１では、ＸＹセンサ３が錘部２３の接続部２３１と先端部２３２との間の空間に配置されている。そのため、錘部２３を長くすることによるチップサイズの増大を抑制するとともに、Ｚ方向の加速度の検出感度を向上させることができる。
　また、錘部２３を長くすることにより、検出感度を維持するために必要な錘部２３の上面の面積が小さくなるため、力学量センサ１のチップサイズの増大を抑制することができる。
　本実施形態では、Ｚセンサ２とＸＹセンサ３とが分離しているため、Ｚ方向の加速度と、ＸＹ方向の加速度とを独立して検出することができる。また、ＸＹセンサ３において固定部３１を外周部に配置した場合、固定部３１と錘部２３との電位差により寄生容量が発生するが、本実施形態では、固定部３１の外側に枠体３２５を配置して中央アンカとしているので、寄生容量の発生を抑制することができる。これにより、他軸感度が減り、検出精度を向上させることができる。
　なお、Ｚ方向の加速度の検出精度を向上させるためには、錘部２３の可動範囲を広げることが好ましい。しかし、錘部２３の可動範囲を広げるために凹部４３５を深くすると、固定電極４３７と錘部２３、２４との距離が大きくなるため、検出精度が低下する。
　そのため、図１１に示すように、凹部４３５のうち固定電極４３７よりも固定部２１から遠い部分に、さらに凹部を設け、固定電極４３７と錘部２３、２４との距離を維持しつつ、錘部２３の可動範囲を広げることが好ましい。
　具体的には、錘部２３が大きく変位したときに、凹部４３５または凹部４３５の内部に設けられた凹部よりも先に固定電極４３７が錘部２３に接触し、錘部２３の可動範囲が固定電極４３７により設定されるようにすることが好ましい。
　（第２実施形態）
　第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して支持部４の構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
　図１２に示すように、本実施形態では、支持部４は、ＭＥＭＳウェハ５１と、ＣＡＰウェハ５３とを備える。ＭＥＭＳウェハ５１は、活性層４１１と、犠牲層４１２と、支持層４１３と、スペーサ４１６と、金属層４１７とを備えている。
　支持層４１３にはＺセンサ２およびＸＹセンサ３に対応して凹部４１４が形成されており、凹部４１４の表面には酸化膜４１５が形成されている。支持層４１３にはビア５１８が形成されており、ビア５１８の表面および支持層４１３の表面には、絶縁層５１９が形成されている。
　また、ビア５１８の底部では絶縁層５１９および犠牲層４１２が除去され、開口部５２０ａが形成されている。そして、開口部５２０ａの内部から、ビア５１８の内部における絶縁層５１９の表面、および、絶縁層５１９の上面に至って、配線５２１が形成されている。配線５２１は、例えば、Ａｌ等により構成される。絶縁層５１９のうち支持層４１３の表面に形成された部分は、一部が除去されており、開口部５２０ｂが形成されている。配線５２１は開口部５２０ｂの内部にも形成されており、活性層４１１と支持層４１３は、配線５２１を介して電気的に接続されている。
　また、絶縁層５１９および配線５２１の表面を覆うように、パッシベーション膜５２２が形成されている。なお、パッシベーション膜５２２は、配線５２１の一部が露出するように形成されている。本実施形態では、配線５２１を介して、固定電極４３７、固定部２１、３１、可動部３２が図示しない制御装置に接続されている。
　ＣＡＰウェハ５３は、Ｓｉ層５３１と、絶縁層４３４とを備える。Ｚセンサ２およびＸＹセンサ３に対応して絶縁層４３４およびＳｉ層５３１の一部が除去され、凹部４３５が形成されている。そして、第１実施形態のＣＡＰウェハ４３と同様に、凹部４３５の表面には酸化膜４３６が形成されており、酸化膜４３６の表面には固定電極４３７が形成されている。また、第１実施形態と同様に、絶縁層４３４、酸化膜４３６、固定電極４３７の表面には配線４４０が形成されている。なお、絶縁層４３４に、配線４４０から電位を取り出すためのコンタクト窓が設けられていてもよい。
　本実施形態における力学量センサ１の製造方法を図１３、図１４を用いて説明する。本実施形態では、第１実施形態のＭＥＭＳウェハ４１と同様にＭＥＭＳウェハ５１を製造し、図１３に示す工程でＣＡＰウェハ５３を製造し、図１４に示す工程でＭＥＭＳウェハ５１とＣＡＰウェハ５３との接合等を行う。
　まず、Ｓｉ層５３１と、Ｓｉ層５３１の表面、裏面にそれぞれ形成された絶縁層４３４、５３２とを備える基板を用意する。そして、図１３（ａ）に示すように、Ｚセンサ２およびＸＹセンサ３に対応する部分において、エッチングにより絶縁層４３４を除去し、絶縁層４３４をマスクとしたエッチングによりＳｉ層５３１の一部を除去して、凹部４３５を形成する。
　図１３（ｂ）に示す工程では、凹部４３５の表面を熱酸化することにより酸化膜４３６を形成し、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、酸化膜４３６の表面に固定電極４３７を形成する。図１３（ｃ）に示す工程では、絶縁層４３４の表面から酸化膜４３６の表面および固定電極４３７の表面に至る部分に、フォトリソグラフィおよびエッチングにより配線４４０を形成する。
　図１４（ａ）に示す工程では、ＭＥＭＳウェハ５１とＣＡＰウェハ５３とを金属接合により接合する。図１４（ｂ）に示す工程では、支持層４１３を貫通するビア５１８を形成し、犠牲層４１２を露出させる。ビア５１８は、支持層４１３のうち、金属層４１７に対向する部分がエッチングにより除去されることで形成される。
　図１４（ｃ）に示す工程では、支持層４１３のうち犠牲層４１２とは反対側の表面とビア５１８の表面とを熱酸化することにより、もしくはＣＶＤ法により、絶縁層５１９を形成する。その後、ビア５１８の底部に位置する絶縁層５１９および犠牲層４１２をエッチングにより除去し、開口部５２０ａを形成して、活性層４１１を露出させる。また、絶縁層５１９のうち、支持層４１３の表面に形成された部分の一部を除去し、開口部５２０ｂを形成して、支持層４１３を露出させる。これにより、すべてのレイヤを外部の配線に接続することが可能となり、浮動電位がなくなるため、寄生容量を低減できる。
　図１４（ｄ）に示す工程では、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、絶縁層５１９の表面から開口部５２０ａの内部に至るように配線５２１を形成し、配線５２１と活性層４１１とを接続する。また、開口部５２０ｂの内部にも配線５２１を形成し、活性層４１１と支持層４１３とを接続する。
　図１４（ｅ）に示す工程では、絶縁層５１９の表面および配線５２１の表面にパッシベーション膜５２２を塗布法により形成する。また、パッシベーション膜５２２に開口部を形成し、配線５２１の一部を露出させる。
　このようにして製造される本実施形態の力学量センサ１においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
　（第３実施形態）
　第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して支持部４の構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
　図１５に示すように、本実施形態の支持部４は、ＭＥＭＳウェハ６１と、ＣＡＰウェハ６３とを備える。ＭＥＭＳウェハ６１は、Ｓｉ層６１１と、絶縁層６１２と、配線６１３と、犠牲層６１４と、配線６１５と、犠牲層６１６と、厚膜ｐｏｌｙ－Ｓｉ層６１７と、接着剤６１８と、配線６１９とを備える。
　絶縁層６１２は、Ｓｉ層６１１の上面に形成されており、絶縁層６１２の上面には配線６１３が形成されている。絶縁層６１２および配線６１３の上面には犠牲層６１４が形成されており、犠牲層６１４の上面には配線６１５が形成されている。犠牲層６１４のうち配線６１３の上部に位置する部分には開口部が形成されており、配線６１５は、犠牲層６１４の開口部の内部に至って形成され、配線６１３と接続されている。配線６１３および配線６１５は、ｐｏｌｙ－Ｓｉで構成されている。
　犠牲層６１４および配線６１５の上面には犠牲層６１６が形成されており、配線６１５および犠牲層６１６の上面には厚膜ｐｏｌｙ－Ｓｉ層６１７が形成されている。本実施形態では、厚膜ｐｏｌｙ－Ｓｉ層６１７を加工することにより、Ｚセンサ２およびＸＹセンサ３が形成されている。
　Ｚセンサ２およびＸＹセンサ３に対応する部分では、犠牲層６１４、６１６が除去され、絶縁層６１２、配線６１３、配線６１５が露出している。本実施形態では、配線６１３が固定電極として用いられ、固定部２１、３１、３２１、配線６１３は、配線６１５を介して図示しない制御装置に接続される。
　厚膜ｐｏｌｙ－Ｓｉ層６１７の上面には接着剤６１８が形成されており、接着剤６１８および後述する接着剤６３３によりＭＥＭＳウェハ６１とＣＡＰウェハ６３とが接合されている。接着剤６１８は、本実施形態では、Ａｌ－Ｇｅ系合金で構成されている。なお、接着剤６１８をガラスペーストで構成し、ガラスフリット接合によりＭＥＭＳウェハ６１とＣＡＰウェハ６３とを接合してもよい。また、厚膜ｐｏｌｙ－Ｓｉ層６１７の上面には電極パッドとして用いられる配線６１９が形成されている。
　ＣＡＰウェハ６３は、基板６３１と、接着剤６３３とを備える。本実施形態では基板６３１はガラスで構成されているが、基板６３１をＳｉで構成してもよい。基板６３１には、Ｚセンサ２およびＸＹセンサ３に対応して、凹部６３２が形成されており、接着剤６３３は、凹部６３２を囲むように基板６３１の表面に形成されている。本実施形態では、固定部２１、３１、３２１は、ＣＡＰウェハ６３に固定されておらず、ＭＥＭＳウェハ６１の犠牲層６１６に固定されている。
　接着剤６３３は、本実施形態では、Ａｌ－Ｇｅ系合金で構成されている。なお、接着剤６３３をＡｕ－Ｇｅ系、Ｃｕ－Ｓｎ系の共晶や、はんだ等で構成してもよい。また、接着剤６３３をガラスペーストで構成し、ガラスフリット接合によりＭＥＭＳウェハ６１とＣＡＰウェハ６３とを接合してもよい。
　本実施形態における力学量センサ１の製造方法について図１６～図１９を用いて説明する。本実施形態の力学量センサ１は、図１６、図１７に示す工程でＭＥＭＳウェハ６１を製造し、図１８に示す工程でＣＡＰウェハ６３を製造した後、図１９に示す工程でＭＥＭＳウェハ６１とＣＡＰウェハ６３との接合等を行うことにより製造される。
　図１６（ａ）に示す工程では、Ｓｉ層６１１の上面を熱酸化することにより絶縁層６１２を形成し、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、絶縁層６１２の上面に配線６１３を形成する。図１６（ｂ）に示す工程では、ＣＶＤ法により、配線６１３の表面に犠牲層６１４を形成する。このとき、配線６１３の一部が露出するように犠牲層６１４を形成する。
　図１６（ｃ）に示す工程では、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、配線６１５を犠牲層６１４の表面および配線６１３の表面に形成し、配線６１３と配線６１５とを接続する。図１６（ｄ）に示す工程では、ＣＶＤ法により犠牲層６１６を配線６１５の表面に形成する。このとき、配線６１５の一部が露出するように犠牲層６１６を形成する。
　図１７（ａ）に示す工程では、ＣＶＤ法により、犠牲層６１４、配線６１５、犠牲層６１６の表面に厚膜ｐｏｌｙ－Ｓｉ層６１７を形成する。図１７（ｂ）に示す工程では、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、図１９（ａ）に示す工程においてＭＥＭＳウェハ６１とＣＡＰウェハ６３とを接合するための接着剤６１８をパターニングする。また、図１７（ｂ）に示す工程では、配線６１９を厚膜ｐｏｌｙ－Ｓｉ層６１７の表面に形成する。
　図１７（ｃ）に示す工程では、厚膜ｐｏｌｙ－Ｓｉ層６１７をエッチングにより加工する。図１７（ｄ）に示す工程では、ＨＦガスを用いて犠牲層６１４、６１６を選択的に除去し、厚膜ｐｏｌｙ－Ｓｉ層６１７の一部を絶縁層６１２および配線６１３からリリースする。これにより、Ｚセンサ２およびＸＹセンサ３が形成される。
　図１８（ａ）に示す工程では、Ｚセンサ２およびＸＹセンサ３に対応する部分において、基板６３１の一部をエッチングにより除去し、凹部６３２を形成する。図１８（ｂ）に示す工程では、凹部６３２を囲むように基板６３１の表面に接着剤６３３を形成する。
　図１９（ａ）に示す工程では、ＭＥＭＳウェハ６１と、ＣＡＰウェハ６３とを、Ａｌ－Ｇｅ共晶接合により接合する。これにより、Ｚセンサ２およびＸＹセンサ３が、ＭＥＭＳウェハ６１とＣＡＰウェハ６３とで封止される。
　図１９（ｂ）に示す工程では、ＭＥＭＳウェハ６１を残して基板６３１を切断するハーフダイシングにより、配線６１９を露出させる。図１９（ｃ）に示す工程では、配線６１９をマスクとして厚膜ｐｏｌｙ－Ｓｉ層６１７を除去し、デバイスを形成する。これにより、配線６１５が露出し、固定部２１、３１、３２１、配線６１３を図示しない制御装置に接続することが可能となる。
　このようにして製造される本実施形態の力学量センサ１においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
　（第４実施形態）
　第４実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対してＺセンサ２の数を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
　図２０に示すように、本実施形態の力学量センサ１は、Ｚセンサ２を２つ備えている。なお、図２０では、梁部２２の図示を省略している。
　本実施形態では、錘部２３の連結部２３３が直線状の１本の梁で構成されており、接続部２３１と先端部２３２は、それぞれのＹ方向における片側の端部同士が連結部２３３により連結されている。２つのＺセンサ２は、先端部２３２同士、連結部２３３同士が対向するように配置されている。
　２つのＺセンサ２のうち一方の錘部２３、２４をそれぞれ錘部２３ａ、２４ａ、他方の錘部２３、２４をそれぞれ錘部２３ｂ、２４ｂとする。本実施形態のＸＹセンサ３は、錘部２３ａの先端部２３２および連結部２３３と、錘部２３ｂの先端部２３２および連結部２３３とで囲まれた空間に配置されている。本実施形態では、２つのＺセンサ２は、ＸＹ平面においてＸＹセンサ３の中心に対して点対称に配置されている。
　また、本実施形態では、図２０に示すように固定電極４３７が４つ形成されており、４つの固定電極４３７のうち２つが一方のＺセンサ２の上部に配置され、残りの２つの固定電極４３７が他方のＺセンサ２の上部に配置されている。
　本実施形態では、力学量センサ１がＺ方向に加速すると、図２１に示すように、２つのＺセンサ２は、それぞれが第１実施形態のＺセンサ２と同様に動作し、固定電極４３７と錘部２３、２４との間の静電容量の変化を用いてＺ方向の加速度を検出する。
　実装などで図２２に示すように支持部４が傾いた場合、Ｚ方向の加速度の検出精度が低下するが、本実施形態では、２つのＺセンサ２がＸＹ平面においてＸＹセンサ３の中心に対して点対称に配置されている。そのため、支持部４がＸＹセンサ３の中心を通りＹ方向に平行な軸を中心に傾いた場合、４つの固定電極４３７の電位を用いて検出精度の低下を抑制することが可能である。
　一例として、力学量センサ１が静止しているときの錘部２３ａ、２４ａ、２３ｂ、２４ｂと各錘部に対向する固定電極４３７との距離をｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４とし、支持部４が傾いていないときの各錘部と固定電極４３７との距離をｄ０とする。この場合、ｄ１＋ｄ３＝２ｄ０、ｄ２＋ｄ４＝２ｄ０となる。
　よって、力学量センサ１がＺ方向に加速したとき、Ｚ方向の加速による錘部２３ａ、２３ｂの変位をΔｄ、錘部２４ａ、２４ｂの変位を－Δｄとすると、ｄ１＋ｄ３＝２ｄ０－２Δｄ、ｄ２＋ｄ４＝２ｄ０＋２Δｄとなる。
　固定電極４３７と錘部２３、２４との電位差は、固定電極４３７と錘部２３、２４との距離に比例する。そのため、固定電極４３７と錘部２３ａ、２３ｂとの電位差の平均を求めることにより、支持部４が傾いていない場合の錘部２３と固定電極４３７との距離であるｄ０－Δｄを求めることができる。同様に、固定電極４３７と錘部２４ａ、２４ｂとの電位差の平均を求めることにより、支持部４が傾いていない場合の錘部２４と固定電極４３７との距離であるｄ０＋Δｄを求めることができる。したがって、各電位差を用いて、支持部４が傾いていない場合のＺ方向の加速度を検出することができる。
　このように、本実施形態では、実装などで支持部４が傾いた場合に、２つのＺセンサ２の検出結果を用いることにより検出精度の低下を抑制することができる。
　（第５実施形態）
　第５実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して錘部２３および可動部３２の構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
　図２３に示すように、本実施形態では、Ｚセンサ２の錘部２３とＸＹセンサ３の可動部３２とが一体化している。そして、接続部２３１と先端部２３２との間の空間には、ＸＹセンサ３の一部である固定部３１が配置されている。
　具体的には、接続部２３１と先端部２３２との間に可動部３２で囲まれた４つの空間が形成されており、４つの空間それぞれに固定部３１の電極３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄが配置されている。また、可動部３２は固定部３２１を備えず、可動部３２の裏面においては犠牲層４１２が除去されている。
　本実施形態では、錘部２３と可動部３２とを一体化することにより可動部３２の電位を例えば２．５Ｖに固定し、固定電極４３７の電位と固定部３１の各電極の電位とを用いて、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の加速度を検出する。
　本実施形態では、Ｚセンサ２の錘部２３と、ＸＹセンサ３の可動部３２とを１マス化することにより、力学量センサ１をさらに小型化することができる。
　（第６実施形態）
　第６実施形態について説明する。本実施形態は、第５実施形態に対して固定部３１の構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
　図２４に示すように、本実施形態では、固定部３１が一部において厚みを小さくされ、ばね構造が形成されている。具体的には、櫛歯型の電極３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄは、それぞれ、櫛歯が形成された部分とは反対側の端部において犠牲層４１２およびＣＡＰウェハ４３に固定されている。そして、犠牲層４１２に固定された端部と櫛歯が形成された端部との間に、犠牲層４１２に固定された端部、および、櫛歯が形成された端部それぞれよりもＺ方向の厚みが小さくされた部分が形成されている。
　第５実施形態では、Ｚ方向の加速により錘部２３が変位すると、固定部３１の各電極と可動部３２の各電極との対向面積が変化するが、錘部２３の変位は実際には十分小さく、Ｚ方向の加速がＸＹセンサ３の検出精度へ及ぼす影響は小さい。しかし、ＸＹセンサ３の検出精度を向上させるためには、この対向面積の変化が小さい方が好ましい。
　本実施形態では、固定部３１の各電極にばね構造を形成することにより、各電極のうち櫛歯が形成された部分がＺ方向に変位しやすくなっている。そのため、力学量センサ１がＺ方向に加速すると、図２４に示すように固定部３１が備える各電極の櫛歯が形成された部分が可動部３２と同じ方向に変位する。したがって、Ｚ方向の加速による固定部３１の各電極と可動部３２の各電極との対向面積の変化を抑制し、Ｘ方向およびＹ方向の加速度の検出精度を向上させることができる。
　（第７実施形態）
　第７実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して錘部２３の構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
　図２５、図２６に示すように、本実施形態では、錘部２３の先端部２３２に、錘部２３の質量を増加させる埋め込み層２３４が形成されている。埋め込み層２３４は例えばタングステンプラグ（Ｗ－Ｐｌｕｇ）等で構成される。
　このように、埋め込み層２３４を形成して錘部２３の駆動トルクを増加させることにより、錘部２３と錘部２４とのトルクの差を増加させ、Ｚ方向の加速度の検出精度を向上させることができる。
　（他の実施形態）
　なお、本開示は上記した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。
　例えば、ＸＹセンサ３の代わりに、Ｘ方向またはＹ方向のうちいずれか一方の加速度を検出するセンサを配置してもよい。また、接続部２３１と先端部２３２との間の空間にＸＹセンサ３を複数配置してもよい。また、ＸＹセンサ３が、電極３１ａ、３１ｄのうちの一方と、電極３１ｂ、３１ｃのうちの一方のみを備えるとともに、これに対応して、電極３２２ａ、３２２ｄのうちの一方と、電極３２２ｂ、３２２ｃのうちの一方のみを備えていてもよい。
　また、上記第５実施形態において、錘部２３の変位による固定部３１の各電極と可動部３２の各電極との対向面積の変化は、図２７に示すように、Ｘ方向において固定部２１から遠くなるほど大きくなる。そこで、各電極間の静電容量の差を用いてＸＹ方向の加速度の検出結果を補正してもよい。
　また、Ｚセンサ２における２つの静電容量を用いて錘部２３の変位を求め、求めた変位をフィードバックすることにより、ＸＹセンサ３における加速度の検出精度を向上させてもよい。
　また、図２８に示すように、接続部２３１および錘部２４の厚みを小さくすることにより、錘部２３と錘部２４とのトルクの差を増加させてもよい。また、接続部２３１および錘部２４をメッシュ状に加工することにより、錘部２３と錘部２４とのトルクの差を増加させてもよい。
　また、上記第１～第６実施形態では、錘部２３は錘部２４を構成する材料と同じ材料で構成されているが、錘部２３が錘部２４を構成する材料よりも単位体積あたりの質量が大きい材料で構成されていてもよい。また、上記第７実施形態において、錘部２３のうち埋め込み層２３４が形成されていない部分が、錘部２４を構成する材料よりも単位体積あたりの質量が大きい材料で構成されていてもよい。
　また、力学量センサ１がＸＹセンサ３を備えず、接続部２３１と先端部２３２との間の空間にＸＹセンサ３以外のデバイスが配置されていてもよい。また、接続部２３１と先端部２３２との間の空間にデバイスが配置されていなくてもよい。また、本開示を、加速度センサ以外の力学量センサ、例えば、傾斜センサに適用してもよい。

Claims (13)

  1. 　力学量センサであって、
    　固定電極（４３７、６１３）が形成された支持部（４）と、
    　前記支持部に固定された板状の固定部（２１）と、
    　前記固定部に支持され、前記固定部の平面上における一方向に延設された梁部（２２）と、
    　前記固定部の平面上における前記一方向に垂直な他方向において前記固定部の片側に配置され、前記梁部に連結されるとともに、前記梁部との接続部（２３１）と前記梁部とは反対側の先端部（２３２）とが前記他方向に延設された連結部（２３３）により連結されることで、前記接続部と前記先端部との間に空間が形成された第１の錘部（２３）と、
    　前記他方向において前記固定部に対し前記第１の錘部と反対側に配置され、前記梁部に連結された第２の錘部（２４）と、を備え、
    　前記第１の錘部は、前記第２の錘部よりも前記他方向における長さが大きくされており、
    　前記第１の錘部および前記第２の錘部が変位したときの前記固定電極と前記第１の錘部および前記第２の錘部との間の静電容量の変化を利用して力学量を検出する力学量センサ。
  2. 　前記第１の錘部は、前記第２の錘部を構成する材料と同じ材料で構成されている請求項１に記載の力学量センサ。
  3. 　前記第１の錘部は、前記第２の錘部を構成する材料よりも単位体積あたりの質量が大きい材料で構成されている請求項１に記載の力学量センサ。
  4. 　前記第１の錘部は、前記第２の錘部よりも質量が大きくされている請求項１ないし３のいずれか１つに記載の力学量センサ。
  5. 　前記空間に少なくとも一部が配置されたデバイス（３）を備える請求項１ないし４のいずれか１つに記載の力学量センサ。
  6. 　前記力学量は、前記固定部の表面の法線方向における加速度であり、
    　前記デバイスは、前記固定部の表面に平行な方向の加速度を検出するセンサである請求項５に記載の力学量センサ。
  7. 　前記デバイスは、互いに対向する第１の電極（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ）および第２の電極（３２２ａ、３２２ｂ、３２２ｃ、３２２ｄ）を備え、前記第１の電極に対して前記第２の電極が変位したときの前記第１の電極と前記第２の電極との間の静電容量の変化を利用して加速度を検出する請求項６に記載の力学量センサ。
  8. 　前記第１の錘部は、前記第２の電極から離された状態で配置されている請求項７に記載の力学量センサ。
  9. 　前記第１の錘部と前記第２の電極とが一体化されている請求項７に記載の力学量センサ。
  10. 　前記第１の電極は、一方の端部において前記支持部に固定され、他方の端部において前記第２の電極と対向し、前記支持部に固定された端部と前記第２の電極と対向する端部との間において、前記支持部に固定された端部、および、前記第２の電極と対向する端部それぞれよりも前記固定部の表面の法線方向における厚みが小さくされている請求項９に記載の力学量センサ。
  11. 　前記デバイスが複数配置され、
    　複数配置された前記デバイスにおける前記第１の電極と前記第２の電極との間の静電容量の差を利用して、加速度の検出結果を補正する請求項９に記載の力学量センサ。
  12. 　前記先端部に、前記第１の錘部の質量を増加させる埋め込み層（２３４）が形成されている請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の力学量センサ。
  13. 　前記第１の錘部の可動範囲が前記固定電極により設定される請求項１ないし１２のいずれか１つに記載の力学量センサ。
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