WO2018030045A1 - 力学量センサおよびその製造方法 - Google Patents

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WO2018030045A1
WO2018030045A1 PCT/JP2017/024868 JP2017024868W WO2018030045A1 WO 2018030045 A1 WO2018030045 A1 WO 2018030045A1 JP 2017024868 W JP2017024868 W JP 2017024868W WO 2018030045 A1 WO2018030045 A1 WO 2018030045A1
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substrate
quantity sensor
mechanical quantity
layer
fixed electrode
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PCT/JP2017/024868
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English (en)
French (fr)
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英一 竹谷
理崇 野田
阿部　竜一郎
テツヲ 吉岡
小川　晃
仁紀 吉田
酒井　峰一
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株式会社デンソー
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/125—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by capacitive pick-up
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/84—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by variation of applied mechanical force, e.g. of pressure

Definitions

  • the present disclosure relates to a mechanical quantity sensor that detects a mechanical quantity using a change in capacitance and a method for manufacturing the same.
  • Patent Document 1 proposes an acceleration sensor in which a fixed electrode formed by deposition or sputtering on the surface of a substrate and a movable electrode supported by a hinge element disposed on the surface of the substrate are opposed to each other. Has been. This acceleration sensor detects acceleration by using displacement of a movable electrode due to inertial force and change in capacitance between the electrodes due to the displacement.
  • the fixed electrode is formed on the surface of the substrate by deposition or sputtering. For this reason, a large variation occurs in the distance between the fixed electrode and the movable electrode due to the variation in the film thickness. As a result, the detection accuracy varies, and the reliability of the acceleration sensor decreases.
  • This disclosure aims to provide a highly reliable mechanical quantity sensor and a method for manufacturing the same.
  • a mechanical quantity is obtained by using two electrodes facing each other and changing a capacitance between two electrodes due to displacement of one of the two electrodes.
  • a first substrate partly displaceable in the thickness direction as a movable electrode, a support layer and an active layer sandwiching the sacrificial layer and the sacrificial layer from both sides, and an active layer
  • the fixed electrode is electrically insulated from the fixed electrode and a portion of the active layer different from the fixed electrode by a frame-shaped recess formed in the active layer.
  • a second substrate arranged to face the movable electrode.
  • the surface of the fixed electrode that faces the movable electrode is constituted by the surface of the active layer. Therefore, the distance between the fixed electrode and the movable electrode is less likely to vary, and the reliability of the mechanical quantity sensor can be improved.
  • a method of manufacturing a mechanical quantity sensor for detection comprising preparing a first substrate, forming a movable electrode on the first substrate, and displacing the movable electrode with respect to a portion of the first substrate different from the movable electrode Preparing a second substrate having a sacrificial layer and a support layer and an active layer sandwiching the sacrificial layer from both sides, and forming a frame-shaped recess in the active layer, The inner part being a fixed electrode electrically insulated from the outer part, and the fixed electrode being disposed so as to face the movable electrode.
  • the surface of the fixed electrode that faces the movable electrode is constituted by the surface of the active layer. Therefore, the distance between the fixed electrode and the movable electrode is less likely to vary, and the reliability of the mechanical quantity sensor can be improved.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the mechanical quantity sensor according to the first embodiment, which is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. It is a top view of the mechanical quantity sensor concerning 1st Embodiment. It is sectional drawing which shows the manufacturing process of a mechanical quantity sensor. It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the mechanical quantity sensor following FIG. 3A. It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the mechanical quantity sensor following FIG. 3B. It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the mechanical quantity sensor following FIG. 3C. It is sectional drawing which shows the manufacturing process of a mechanical quantity sensor. It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the mechanical quantity sensor following FIG. 4A.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a mechanical quantity sensor according to a second embodiment, which is a cross-sectional view taken along the line IX-IX in FIG. It is a top view of the mechanical quantity sensor concerning 2nd Embodiment. It is sectional drawing which shows the manufacturing process of a mechanical quantity sensor. It is sectional drawing which shows the manufacturing process of a mechanical quantity sensor. It is sectional drawing which shows the manufacturing process of a mechanical quantity sensor. It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the mechanical quantity sensor following FIG. 13A. It is a top view of the mechanical quantity sensor concerning 3rd Embodiment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a mechanical quantity sensor according to a second embodiment, which is a cross-sectional view taken along the line IX-IX in FIG. It is a top view of the mechanical quantity sensor concerning 2nd Embodiment. It is sectional drawing which shows the manufacturing process of a mechanical quantity sensor. It is sectional drawing which shows the manufacturing process of a mechanical quantity
  • FIG. 15 is a sectional view taken along the line XV-XV in FIG. 14.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view taken along XVI-XVI in FIG. 14.
  • It is XVII-XVII sectional drawing of FIG.
  • It is sectional drawing which shows the manufacturing process of a mechanical quantity sensor.
  • It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the mechanical quantity sensor following FIG. 18A.
  • It is a top view of the mechanical quantity sensor concerning 4th Embodiment.
  • It is a top view of the modification of 4th Embodiment.
  • It is sectional drawing of the mechanical quantity sensor concerning other embodiment.
  • It is sectional drawing of the mechanical quantity sensor concerning other embodiment.
  • It is sectional drawing of the mechanical quantity sensor concerning other embodiment.
  • It is a top view of the mechanical quantity sensor concerning other embodiment.
  • It is sectional drawing of the mechanical quantity sensor concerning other embodiment.
  • It is sectional drawing of the mechanical quantity sensor concerning other embodiment.
  • It is a top view of
  • the mechanical quantity sensor 1 includes a substrate 100, a substrate 200, and a joint portion 300.
  • the mechanical quantity sensor 1 is a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) device manufactured by processing the substrate 100 and the substrate 200, and is a sensor that detects acceleration in the thickness direction of the substrate 100.
  • MEMS Micro Electro Mechanical Systems
  • the substrate 100 is an SOI (Silicon on Insulator) wafer in which an active layer 101, a sacrificial layer 102, and a support layer 103 are sequentially stacked, and a movable electrode 105 (to be described later) is formed by patterning the active layer 101.
  • the active layer 101 and the support layer 103 are made of single crystal silicon
  • the sacrificial layer 102 is made of SiO 2 .
  • the substrate 100 corresponds to the first substrate.
  • the movable electrode 105 includes a fixed portion 106, a beam portion 107, and two weight portions 108 each formed of a part of the active layer 101.
  • the fixed portion 106 has a rectangular top surface, and the sacrificial layer 102 and the support layer 103 are left on the back surface of the fixed portion 106 without being removed.
  • the beam portion 107 is supported by the fixing portion 106 and extends on both sides in one direction (up and down direction in FIG. 2) parallel to the surface of the active layer 101 with the fixing portion 106 as the center.
  • the two weight portions 108 each have a U-shaped upper surface, are disposed opposite to each other on both sides of the fixed portion 106, and are connected to the beam portion 107 at both ends.
  • the sacrificial layer 102 and a part of the support layer 103 are removed from the back surface of the beam portion 107 and the weight portion 108, and the beam portion 107 and the weight portion 108 are released from the support layer 103. Thereby, the weight part 108 can be displaced in the thickness direction.
  • the two weight portions 108 are connected to a portion of the active layer 101 different from the movable electrode 105 through the beam portion 107, the fixed portion 106, the sacrificial layer 102, and the support layer 103.
  • One weight 108 has a larger width and a larger mass in the left-right direction in FIG. 2 than the other weight 108.
  • the two weight portions 108 are displaced in the thickness direction of the substrate 100 when the beam portion 107 is twisted. Specifically, when the beam portion 107 is twisted, one weight portion 108 is displaced to one side in the thickness direction of the substrate 100, and the other weight portion 108 is displaced to the other side in the thickness direction of the substrate 100. In this way, an insulator structure with the fixed portion 106 as a fulcrum is configured.
  • the substrate 200 is an SOI wafer in which an active layer 201, a sacrificial layer 202, and a support layer 203 are stacked in this order, and a fixed electrode 205 (to be described later) is formed by patterning the active layer 201.
  • the active layer 201 and the support layer 203 are made of single crystal silicon
  • the sacrificial layer 202 is made of SiO 2 .
  • the substrate 200 corresponds to a second substrate.
  • the substrate 200 has a frame-shaped recess 204 formed therein.
  • the part located inside the recessed part 204 among the active layers 201 is electrically insulated from the part located outside the recessed part 204.
  • a portion of the active layer 201 positioned inside the recess 204 is referred to as a fixed electrode 205.
  • the substrate 200 is disposed so that the fixed electrode 205 faces the movable electrode 105.
  • two fixed electrodes 205 are formed by forming two recesses 204, and the substrate 200 is arranged so that the two fixed electrodes 205 face the two weight portions 108. .
  • the fixed electrode 205 is disposed above the movable electrode 105 in the gravitational direction, and the mechanical quantity sensor 1 detects acceleration in the gravitational direction. You may arrange
  • Via which is TSV (Through-SiliconiliVia) which opens in the surface on the opposite side to sacrificial layer 202 among support layers 203 in substrate 200, passes through substrate 200 and joint portion 300 and is connected to fixed portion 106. 206 is formed.
  • the substrate 200 is formed with a via 207 that is an TSV that opens on the surface of the support layer 203 opposite to the sacrificial layer 202 and passes through the support layer 203 and the sacrificial layer 202 and is connected to the fixed electrode 205. Has been.
  • the substrate 200 has an opening on the surface of the support layer 203 on the side opposite to the sacrificial layer 202, and passes through the support layer 203 and the sacrificial layer 202, and a portion of the active layer 201 located outside the fixed electrode 205.
  • a via 208 which is a TSV connected to, is formed.
  • the substrate 200 is formed with a via 209 that is a TSV that opens on the surface of the support layer 203 opposite to the sacrificial layer 202 and is connected to the outer peripheral portion of the active layer 101 through the substrate 200. Yes. Note that a portion of the active layer 101 located outside the movable electrode 105 is an outer peripheral portion of the active layer 101.
  • An insulating layer 210 is formed so as to cover the inside of the vias 206 to 209 and the surface of the support layer 203 opposite to the sacrificial layer 202. On the surface of the insulating layer 210, a wiring layer 211 for connecting the mechanical quantity sensor 1 to an external circuit is formed.
  • the wiring layer 211 is connected to the fixed portion 106, the fixed electrode 205, the portion of the active layer 201 located outside the fixed electrode 205, and the outer peripheral portion of the active layer 101 through the vias 206 to 209.
  • a part of the insulating layer 210 is removed to form an opening 212, and the wiring layer 211 is connected to the support layer 203 through the opening 212.
  • the surfaces of the insulating layer 210 and the wiring layer 211 are covered with a protective film 213.
  • the protective film 213 is for imparting moisture resistance to the mechanical quantity sensor 1, and is made of SiN here.
  • the protective film 213 may be made of PIQ (registered trademark), which is a polyimide resin.
  • An opening 214 is formed in a portion of the protective film 213 formed on the upper surface of the wiring layer 211.
  • 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 potential of the weight portion 108 is 5V.
  • the fixed electrode 205 is connected to an input terminal of a control device (not shown) through the wiring layer 211.
  • the portion of the active layer 201 located outside the fixed electrode 205 and the outer peripheral portion of the active layer 101 are grounded through the vias 208 and 209, and the potential is fixed.
  • a bonding portion 300 is disposed between the substrate 100 and the substrate 200.
  • the bonding portion 300 serves as a bonding material when bonding the substrate 100 and the substrate 200 in the step shown in FIG. 5A described later.
  • the distance between the substrate 100 and the substrate 200 is the thickness of the bonding portion 300. It is prescribed by.
  • the bonding part 300 is composed of a layer of SiO 2 formed by thermally oxidizing the surface of the active layer 201.
  • the joint portion 300 has a portion disposed on the outer peripheral surface of the active layer 101 and a portion disposed on the surface of the fixed portion 106.
  • a portion of the joint portion 300 disposed on the outer peripheral portion of the active layer 101 is formed in a frame shape so as to include the movable electrode 105 inside.
  • the substrate 100 and the substrate 200 are connected to each other through the bonding portion 300, whereby the movable electrode 105 is hermetically sealed.
  • the mechanical quantity sensor 1 manufactures the substrate 100 in the steps shown in FIGS. 3A to 3D, and after the substrate 200 is manufactured in the steps shown in FIGS. 4A to 4D, the substrate 100 and the substrate 100 are manufactured in the steps shown in FIGS. It is manufactured by bonding the substrate 200 and forming a wiring or the like.
  • a method for manufacturing the substrate 100 will be described with reference to FIGS. 3A to 3D.
  • a single crystal silicon substrate is prepared and used as a support layer 103.
  • the support layer 103 is thermally oxidized to form a sacrificial layer 102 and an oxide film 109 on the front and back surfaces of the support layer 103.
  • the sacrificial layer 102 is removed by etching at a portion corresponding to the movable electrode 105, and a part of the support layer 103 is removed by etching using the sacrificial layer 102 as a mask.
  • the recess 104 is formed.
  • the sacrificial layer 102 and the support layer 103 are left without being removed.
  • a cavity-SOI step for bonding the active layer 101 to the surface of the sacrificial layer 102 by direct bonding is performed as shown in FIG. 3C.
  • the active layer 101 is processed by etching, and the recess 104 is opened on the surface of the active layer 101 to form the movable electrode 105.
  • FIGS. 4A to 4D A method for manufacturing the substrate 200 will be described with reference to FIGS. 4A to 4D.
  • an SOI wafer in which an active layer 201, a sacrificial layer 202, and a support layer 203 are sequentially stacked as shown in FIG. 4A is prepared.
  • the active layer 201 and the support layer 203 are thermally oxidized to form the junction 300 and the oxide film 215.
  • a portion of the joint portion 300 corresponding to the weight portion 108 of the movable electrode 105 is removed by etching, and a part of the active layer 201 is exposed.
  • a part of the active layer 201 exposed in the step shown in FIG. 4C is removed by etching to form a frame-shaped recess 204.
  • the portion of the active layer 201 positioned inside the recess 204 is electrically insulated from the portion positioned outside the recess 204, thereby forming the fixed electrode 205.
  • the bonding of the substrate 100 and the substrate 200 manufactured in this way and the steps after the bonding will be described with reference to FIGS. 5A to 5F.
  • the substrate 100 and the bonding portion 300 formed on the surface of the substrate 200 are bonded together by direct bonding.
  • the movable electrode 105 is hermetically sealed.
  • a part of the oxide film 215 corresponding to the outer peripheral portion of the fixed portion 106, the fixed electrode 205, and the active layer 201 is removed.
  • vias 206 to 208 are formed by removing part of the support layer 203 using etching using the oxide film 215 as a mask, and the sacrificial layer 202 is exposed. Thereafter, the oxide film 215 is removed.
  • an opening is formed in a portion corresponding to the via 206, and an opening is not formed in a portion corresponding to the vias 207 and 208.
  • a via 206 is formed so as to penetrate the active layer 201. Thereby, the joining part 300 is exposed.
  • the insulating layer 210 is formed by thermally oxidizing the surfaces of the support layer 203 and the vias 206 to 208. Then, a part of the insulating layer 210 formed at the bottom of the via 206 and a part of the bonding part 300 are removed by etching, and the fixing part 106 is exposed. Further, a part of the insulating layer 210 formed at the bottoms of the vias 207 and 208 is removed by etching, and the outer peripheral portions of the fixed electrode 205 and the active layer 201 are exposed. Further, a part of the insulating layer 210 formed on the surface of the support layer 203 is removed to form an opening 212 that exposes the support layer 203.
  • the wiring layer 211 is formed inside the vias 206 to 208, inside the opening 212, and on the surface of the insulating layer 210. Thereafter, a protective film 213 is formed on the surfaces of the insulating layer 210 and the wiring layer 211 by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or a coating method. Further, an opening 214 is formed in the protective film 213 using etching, and a part of the wiring layer 211 is exposed. Thereby, it becomes possible to connect the fixed part 106, the fixed electrode 205, and the active layer 201 to an external circuit, and the mechanical quantity sensor 1 shown in FIG. 1 is manufactured.
  • CVD Chemical Vapor Deposition
  • a via 209 is formed in a portion corresponding to the outer peripheral portion of the active layer 101 in the same manner as the via 206. Then, an insulating layer 210 is formed on the surface of the via 209, and after a part of the insulating layer 210 formed on the bottom of the via 209 and a part of the joint portion 300 are removed, a wiring layer is formed inside the via 209. 211 is formed. As a result, the outer peripheral portion of the active layer 101 can be connected to an external circuit.
  • the mechanical quantity sensor 1 When the mechanical quantity sensor 1 is accelerated in the thickness direction of the substrate 100 and the substrate 200, the movable electrode 105 is displaced as shown in FIG. That is, one weight portion 108 is displaced to one side in the thickness direction of the substrate 100, and the other weight portion 108 is displaced to the other side in the thickness direction of the substrate 100. Then, the distance between the fixed electrode 205 and the weight portion 108 changes, and the capacitance changes.
  • the distance between the electrodes when the mechanical quantity sensor 1 is stationary is d 0 and the displacement amount of the weight portion 108 is ⁇ d
  • the distance between one weight portion 108 and one fixed electrode 205 is d 0 + ⁇ d
  • the distance between the other weight 108 and the other fixed electrode 205 is d 0 - ⁇ d.
  • the mechanical quantity sensor 1 obtains a change in capacitance between the fixed electrode 205 and the weight portion 108 when the weight portion 108 is displaced from a change in potential of the fixed electrode 205, and uses the obtained change in capacitance. To detect acceleration.
  • the positions of the two fixed electrodes 205 change, for example, as indicated by the broken lines in FIG. 6 due to variations in the position of the electrode material and the thickness of the bonding material. There may be variations in the distance between the two.
  • the fixed electrode 205 is constituted by a part of the active layer 201, and the surface of the fixed electrode 205 facing the movable electrode 105 is constituted by the surface of the active layer 201. Therefore, for example, the distance between the movable electrode 105 and the fixed electrode 205 is less likely to vary than when the fixed electrode 205 is formed on the surface of the active layer 201 by sputtering or the like. Therefore, the reliability of the mechanical quantity sensor can be improved.
  • the bonding portion 300 is formed by thermally oxidizing the surface of the active layer 201, an oxide film is formed on the surface of the active layer 201 using, for example, CVD, and this oxide film is bonded.
  • the variation in the thickness of the bonding material is small compared to the case of using it as a material. Therefore, the variation in the distance between the electrodes can be further reduced, and the detection accuracy and reliability of the mechanical quantity sensor 1 can be further improved.
  • the mechanical quantity sensor including two electrodes
  • the inclination of the substrate 200 with respect to the substrate 100 changes due to the deformation of the substrate due to a temperature change.
  • the position of one fixed electrode 205 changes as shown by the broken line in FIG. 7, and the distance between the movable electrode 105 and the fixed electrode 205 and the electrostatic capacitance are changed. Fluctuates and the detection accuracy decreases.
  • the substrate 100 and the substrate 200 In order to suppress the deformation of the substrate due to a temperature change and suppress the decrease in detection accuracy, it is preferable to configure the substrate 100 and the substrate 200 with a material having a small linear expansion coefficient.
  • the substrate 100 and the substrate 200 are preferably formed using a material having high rigidity.
  • the substrate 100 and the substrate 200 are made of a material having a small difference in linear expansion coefficient. Further, it is preferable that a different material such as a eutectic metal is not interposed between the substrate 100 and the substrate 200.
  • SOI wafers made of the same material are used for the substrate 100 and the substrate 200, and single crystal silicon used for the SOI wafer has high rigidity and a small linear expansion coefficient.
  • the bonding portion 300 that connects the substrate 100 and the substrate 200 is made of SiO 2 , and no dissimilar material such as a eutectic metal is interposed between the substrate 100 and the substrate 200. Thereby, it can suppress that the distance between electrodes fluctuates and can improve detection accuracy further.
  • the substrate 100 and the bonding portion 300 formed on the surface of the substrate 200 are bonded together, and thereby the movable electrode 105 is hermetically sealed. Therefore, it is possible to suppress the pressure in the space in which the movable electrode 105 is displaced from changing due to the environment, and to improve detection accuracy.
  • the sealing since the substrate 100 and the substrate 200 are bonded together by Si direct bonding via the bonding portion 300 made of SiO 2 , the sealing has the same reliability as that of a normal SOI wafer. can get.
  • a recess 204 can be formed as shown in FIG. preferable. That is, it is preferable that the concave portion 204 is formed so as to reach the outside of the portion of the substrate 200 facing the movable electrode 105 so that the movable range of the weight portion 108 is defined by the fixed electrode 205.
  • vias 110, 111, and 112 are formed in the substrate 100 in this embodiment.
  • the via 110 is a TSV that is opened on the surface of the support layer 103 opposite to the sacrificial layer 102 and is connected to the fixed portion 106 through the support layer 103.
  • the via 111 opens on the surface of the support layer 103 opposite to the sacrificial layer 102, penetrates the support layer 103, and is connected to a portion corresponding to the fixed electrode 205 in the outer peripheral portion of the active layer 101. It is.
  • the via 112 opens on the surface of the support layer 103 opposite to the sacrificial layer 102, penetrates the support layer 103, and connects to a portion corresponding to the outer peripheral portion of the active layer 201 among the outer peripheral portion of the active layer 101. TSV.
  • An insulating layer 113 is formed so as to cover the inside of the vias 110 to 112 and the surface of the support layer 103 opposite to the sacrificial layer 102. On the surface of the insulating layer 113, a wiring layer 114 for connecting the mechanical quantity sensor 1 to an external circuit is formed.
  • the insulating layer 113 and the sacrificial layer 102 are removed at the bottom of the vias 110 to 112, and the wiring layer 114 is connected to the fixed portion 106 and the outer peripheral portion of the active layer 101 through the vias 110 to 112. Yes. Further, on the surface of the support layer 103, a part of the insulating layer 113 is removed to form an opening 115, and the wiring layer 114 is connected to the support layer 103 through the opening 115.
  • the surfaces of the insulating layer 113 and the wiring layer 114 are covered with a protective film 116.
  • the protective film 116 is for imparting moisture resistance to the mechanical quantity sensor 1, and is made of SiN here.
  • the protective film 116 may be made of PIQ or the like that is a polyimide resin.
  • An opening 117 is formed in a portion of the protective film 116 formed on the upper surface of the wiring layer 114.
  • the outer periphery of the active layer 101 is connected to the outer periphery of the fixed electrode 205 and the active layer 201 via metal layers 301 and 302 described later.
  • a portion of the active layer 101 connected to the fixed electrode 205 is electrically insulated from other portions.
  • the fixed electrode 205 is connected to an external circuit via the wiring layer 114 formed inside the via 111, the active layer 101, and the metal layers 301 and 302.
  • the outer peripheral portion of the active layer 201 is connected to an external circuit through the wiring layer 114 formed inside the via 112, the active layer 101, and the metal layers 301 and 302.
  • the joint portion 300 of this embodiment includes metal layers 301 and 302 and a spacer 303.
  • the metal layer 301 is formed in a frame shape on the outer periphery of the active layer 101 so as to include the movable electrode 105 and the fixed electrode 205 therein.
  • the metal layer 301 is also formed on the surface of the fixed portion 106. Further, the metal layer 301 is also formed on a portion corresponding to the fixed electrode 205 in the outer peripheral portion of the active layer 101.
  • the metal layer 302 is formed on the surface of the active layer 201 so as to face the metal layer 301.
  • the metal layers 301 and 302 are made of Al (aluminum).
  • the spacer 303 is disposed between the substrate 100 and the substrate 200 and is formed in a frame shape so as to include the metal layers 301 and 302 therein.
  • the spacer 303 is made of SiO 2 and corresponds to a thermal oxide film.
  • the surface of the active layer 101 is thermally oxidized to form the spacer 303. Further, the metal layer 301 is formed on the outer periphery of the fixed portion 106 and the active layer 101.
  • an SOI wafer in which an active layer 201, a sacrificial layer 202, and a support layer 203 are sequentially stacked is prepared, and the active layer 201 is patterned to form a fixed electrode 205.
  • a metal layer 302 is formed on the surface. Then, as illustrated in FIG. 13A, the substrate 100 and the substrate 200 are connected by metal bonding between the metal layer 301 and the metal layer 302.
  • the substrate 100 is thinned and the oxide film 109 is removed.
  • vias 110 to 112 that penetrate the support layer 103 are formed by etching, and the support layer 103 is thermally oxidized to form the insulating layer 113.
  • the insulating layer 113 formed at the bottom of the vias 110 to 112 and a part of the sacrificial layer 102 are removed by etching to expose the outer peripheral portion of the active layer 101 and the fixing portion 106. Further, a part of the insulating layer 113 formed on the surface of the support layer 103 is removed to form an opening 115 to expose the support layer 103.
  • a wiring layer 114 is formed on the surface of the insulating layer 113, inside the vias 110 to 112, and inside the opening 115.
  • the protective film 116 is formed on the surfaces of the insulating layer 113 and the wiring layer 114 using CVD, a part of the protective film 116 is removed, and an opening 117 is formed.
  • the outer peripheral portion of the active layer 101, the support layer 103, the fixed portion 106, the fixed electrode 205, and the outer peripheral portion of the active layer 201 can be connected to an external circuit, and the mechanical quantity sensor 1 shown in FIG. Is done.
  • Al constituting the metal layers 301 and 302 of the joint portion 300 has a small difference in linear expansion coefficient from Si and SiO 2 constituting the substrate 100, the substrate 200, and the spacer 303. Therefore, the generated thermal stress can be reduced, and the change in the capacitance between the electrodes due to a temperature change can be suppressed as in the first embodiment.
  • a plurality of etching holes 216 are formed in a portion of the fixed electrode 205 facing the movable electrode 105.
  • the etching hole 216 is for introducing an etching medium in a process shown in FIG. 18B described later.
  • the plurality of etching holes 216 are arranged at equal intervals. Specifically, the etching holes 216 are arranged so as to be positioned at the vertices of a plurality of equilateral triangles spread without gaps. In FIG. 14, only a part of the plurality of etching holes 216 arranged in this way is illustrated.
  • a recess 217 that exposes the surface of the fixed electrode 205 on the support layer 203 side is formed at the bottom of the recess 204.
  • the recesses 204 and 217 correspond to a first recess and a second recess, respectively.
  • the fixed electrode 205 is supported by the sacrificial layer 202 and the substrate 100 at one end of both ends in one direction in the plane of the active layer 201.
  • the fixed electrode 205 is supported by the sacrificial layer 202 or the like at one end in the longitudinal direction.
  • the sacrificial layer 202 is removed by the formation of the recess 217 in the portion facing the movable electrode 105 and the other end, and the fixed electrode 205 is supported by the support layer 203. Has been released from.
  • a portion supported by the sacrificial layer 202 or the like is referred to as a fixed portion 218, and a portion released from the support layer 203 is referred to as a release portion 219.
  • the portion corresponding to the release portion 219 is removed by etching. Then, a part of the active layer 201 is exposed.
  • a part of the active layer 201 exposed by the removal of the joint portion 300 is removed by etching to form a recess 204 and an etching hole 216.
  • etching is performed using the active layer 201 as a mask.
  • the etching medium is introduced from the etching hole 216, and the sacrificial layer 202 is removed under the fixed electrode 205 as shown in FIG.
  • the etching holes 216 are arranged at equal intervals, and the sacrificial layer 202 is formed on the portion of the fixed electrode 205 facing the movable electrode 105 by appropriately setting the distance between the two adjacent etching holes 216. It is suppressed that it remains.
  • the fixed electrode 205 is configured as described above, it is possible to suppress the distortion of the substrate 200 due to a temperature change or the like from being transmitted to a portion of the fixed electrode 205 facing the movable electrode 105. . Therefore, the acceleration detection accuracy can be further improved.
  • the fixed electrode 205 is supported only at one end of both ends.
  • the sacrificial layer 202 is removed only at a portion of the fixed electrode 205 facing the movable electrode 105, and the fixed portion 218 is removed. It may be formed at both ends of the fixed electrode 205, and the fixed electrode 205 may be supported at both ends. Thereby, the deflection of the fixed electrode 205 can be suppressed.
  • a slit 220 for reducing the width of the release portion 219 is formed. Specifically, a slit 220 is formed at the end of the release part 219 on the fixed part 218 side.
  • the width in the short direction of the fixed electrode 205 that is, the direction perpendicular to the longitudinal direction of the fixed electrode 205 in the plane of the active layer 201 is made smaller than the other portions.
  • the slit 220 reduces the width of the portion of the fixed electrode 205 that connects the portion facing the movable electrode 105 and the fixed portion 218 supported by the sacrificial layer 202. Therefore, the distortion of the substrate 200 can be further suppressed from being transmitted to the portion of the fixed electrode 205 facing the movable electrode 105, and the acceleration detection accuracy can be further improved.
  • slits 220 may be formed at both ends of the release portion 219, as shown in FIG.
  • the movable electrode 105 may not be hermetically sealed.
  • the substrate 100 may be composed of an Si substrate instead of an SOI wafer.
  • the fixed electrode 205 may be disposed on both sides of the movable electrode 105.
  • the active layer 101, the support layer 103, the active layer 201, and the support layer 203 may be made of polycrystalline silicon. When these layers are made of polycrystalline silicon, the manufacture of the mechanical quantity sensor 1 becomes easy.
  • the bonding portion 300 is formed by thermally oxidizing the active layer 201 of the substrate 200.
  • the bonding portion 300 may be formed by thermally oxidizing the active layer 101 of the substrate 100. .
  • the mechanical quantity sensor 1 has an insulator structure in which the weights 108 are arranged on both sides of the fixed part 106.
  • the mechanical quantity sensor 1 has another structure. It may be.
  • the weight portion 108 may have a rectangular plate shape, and may be supported at both ends by the beam portion 107 as shown in FIG. 21, and may be displaced in the thickness direction of the substrate 100 when the beam portion 107 bends.
  • the substrate 100 is made of, for example, a Si substrate instead of an SOI wafer, and the substrate 200 is disposed on both sides in the thickness direction of the substrate 100. As shown in FIG. It is preferable to have a configuration facing 205.
  • the weight portion 108 may have a rectangular plate shape, cantilevered by the beam portion 107 as shown in FIG. 22, and may be displaced in the thickness direction of the substrate 100 when the beam portion 107 is bent. In this case, as shown in FIG. 22, it is preferable that the weight portion 108 is opposed to the two fixed electrodes 205 on both sides in the thickness direction.
  • the movable electrode 105 may be formed so as to detect acceleration in a direction different from the thickness direction of the substrate 100.
  • the weight portion 108 has a rectangular plate shape
  • the beam portion 107 is formed thinner than the weight portion 108
  • the movable electrode 105 is configured so that the beam portion 107 supports the weight portion 108 at both ends
  • the weight portion 108 is the beam.
  • the both sides of the portion 107 may be opposed to the fixed electrode 205.
  • the weight portion 108 swings about the axis of the beam portion 107 as indicated by an arrow A1 in FIG.
  • the acceleration in the direction indicated by the arrow A2 in FIG. 23 that is, the direction parallel to the surface of the substrate 100 and perpendicular to the axis of the beam portion 107 is detected.
  • the present disclosure may be applied to a mechanical quantity sensor other than the acceleration sensor, for example, a tilt sensor. Further, the present disclosure may be applied to a mechanical quantity sensor such as a gyroscope that detects an angular velocity while the movable electrode 105 is vibrated.
  • a mechanical quantity sensor includes two movable electrodes 105 as shown in FIGS. Each of the two movable electrodes 105 includes a comb electrode 118, and the comb electrodes 118 are arranged so as to face each other. Further, the movable electrode 105 is supported by a spring portion (not shown), and when the AC voltage is applied to the movable electrode 105, the movable electrode 105 vibrates in the extending direction of the comb electrode 118.
  • the movable electrode 105 When rotation about the thickness direction of the substrate 100 occurs, the movable electrode 105 is displaced in a direction perpendicular to both the extending direction of the comb electrode 118 and the thickness direction of the substrate 100.
  • the mechanical quantity sensor shown in FIGS. 24 and 25 detects the angular velocity using the change in the capacitance between the two movable electrodes 105 caused thereby.
  • the fixed electrode 205 is disposed so as to face each of the two movable electrodes 105, and the AC voltage is applied to the fixed electrode 205, whereby the vibration of the movable electrode 105 can be controlled.
  • the distance between the movable electrode 105 and the fixed electrode 205 has little variation.

Abstract

力学量センサは、一部が可動電極（１０５）として厚み方向に変位可能とされた第１基板（１００）と、第２基板（２００）と、を備える。第２基板（２００）は、犠牲層（２０２）と、犠牲層（２０２）を両側から挟む支持層（２０３）および活性層（２０１）と、活性層（２０１）の一部により構成された固定電極（２０５）と、を有する。活性層（２０１）に形成された枠状の凹部（２０４）によって固定電極（２０５）と活性層（２０１）のうち固定電極（２０５）とは異なる部分とが電気的に絶縁されており、第２基板（２００）は、固定電極（２０５）が可動電極（１０５）に対向するように配置されている。

Description

力学量センサおよびその製造方法 関連出願への相互参照
　本出願は、２０１６年８月８日に出願された日本特許出願番号２０１６－１５５７７５号と、２０１６年１２月９日に出願された日本特許出願番号２０１６－２３９６３６号とに基づくもので、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、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およびその製造方法に関するものである。
　従来、互いに対向する２つの電極を有し、２つの電極のうち１つの電極の変位により２つの電極間の静電容量が変化することを利用して力学量を検出する力学量センサが提案されている。
　例えば特許文献１では、基板の表面に堆積やスパッタリングを用いて成膜された固定電極と、基板の表面に配置されたヒンジエレメントによって支持される可動電極とを対向させて配置した加速度センサが提案されている。この加速度センサは、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。
特表２０１０－５１７０１４号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の加速度センサでは、堆積やスパッタリングを用いて固定電極を基板の表面に成膜している。そのため、成膜厚さのばらつきにより、固定電極と可動電極との間の距離に大きなばらつきが生じる。これにより検出精度にばらつきが生じるため、加速度センサの信頼性が低下する。
　本開示は、信頼性の高い力学量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。
　本開示の１つの観点によれば、互いに対向する２つの電極を有し、２つの電極のうち１つの電極の変位により２つの電極の間の静電容量が変化することを利用して力学量を検出する力学量センサであって、一部が可動電極として厚み方向に変位可能とされた第１基板と、犠牲層と犠牲層を両側から挟む支持層および活性層とを有し、活性層の一部により構成された固定電極を有し、活性層に形成された枠状の凹部によって固定電極と活性層のうち固定電極とは異なる部分とが電気的に絶縁されており、固定電極が可動電極に対向するように配置された第２基板と、を備える。
　このように活性層の一部を固定電極とした場合、固定電極のうち可動電極に対向する面は活性層の表面で構成される。したがって、固定電極と可動電極との間の距離にばらつきが生じにくくなるため、力学量センサの信頼性を向上させることができる。
　また、別の観点によれば、互いに対向する２つの電極を有し、２つの電極のうち１つの電極の変位により２つの電極の間の静電容量が変化することを利用して力学量を検出する力学量センサの製造方法であって、第１基板を用意することと、第１基板に可動電極を形成し、第１基板のうち可動電極とは異なる部分に対して可動電極を変位可能とすることと、犠牲層と犠牲層を両側から挟む支持層および活性層とを有する第２基板を用意することと、活性層に枠状の凹部を形成することにより、活性層のうち凹部の内側に位置する部分を外側に位置する部分と電気的に絶縁された固定電極とすることと、固定電極を可動電極に対向するように配置することと、を備える。
　このように活性層の一部を固定電極とした場合、固定電極のうち可動電極に対向する面は活性層の表面で構成される。したがって、固定電極と可動電極との間の距離にばらつきが生じにくくなるため、力学量センサの信頼性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って、図２のI－I断面図である。 第１実施形態にかかる力学量センサの平面図である。 力学量センサの製造工程を示す断面図である。 図３Ａに続く力学量センサの製造工程を示す断面図である。 図３Ｂに続く力学量センサの製造工程を示す断面図である。 図３Ｃに続く力学量センサの製造工程を示す断面図である。 力学量センサの製造工程を示す断面図である。 図４Ａに続く力学量センサの製造工程を示す断面図である。 図４Ｂに続く力学量センサの製造工程を示す断面図である。 図４Ｃに続く力学量センサの製造工程を示す断面図である。 力学量センサの製造工程を示す断面図である。 図５Ａに続く力学量センサの製造工程を示す断面図である。 図５Ｂに続く力学量センサの製造工程を示す断面図である。 図５Ｃに続く力学量センサの製造工程を示す断面図である。 図５Ｄに続く力学量センサの製造工程を示す断面図である。 図５Ｅに続く力学量センサの製造工程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。 力学量センサの動作を示す断面図である。 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って、図１０のIX－IX断面図である。 第２実施形態にかかる力学量センサの平面図である。 力学量センサの製造工程を示す断面図である。 力学量センサの製造工程を示す断面図である。 力学量センサの製造工程を示す断面図である。 図１３Ａに続く力学量センサの製造工程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平面図である。 図１４のXV－XV断面図である。 図１４のXVI－XVI断面図である。 図１４のXVII－XVII断面図である。 力学量センサの製造工程を示す断面図である。 図１８Ａに続く力学量センサの製造工程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平面図である。 第４実施形態の変形例の平面図である。 他の実施形態にかかる力学量センサの断面図である。 他の実施形態にかかる力学量センサの断面図である。 他の実施形態にかかる力学量センサの断面図である。 他の実施形態にかかる力学量センサの平面図である。 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。図１に示すように、本実施形態の力学量センサ１は、基板１００と、基板２００と、接合部３００とを備えている。力学量センサ１は、基板１００および基板２００を加工して製造されるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスであり、基板１００の厚み方向の加速度を検出するセンサである。
　基板１００は、活性層１０１、犠牲層１０２、支持層１０３を順に積層してなるＳＯＩ（Silicon on Insulator）ウェハであり、活性層１０１をパターニングすることにより、後述する可動電極１０５が形成されている。本実施形態では、活性層１０１、支持層１０３は単結晶シリコンで構成され、犠牲層１０２はＳｉＯ２で構成されている。基板１００は第１基板に相当する。
　活性層１０１、犠牲層１０２、支持層１０３は、それぞれ一部が除去されており、これにより、凹部１０４および可動電極１０５が形成されている。図１、図２に示すように、可動電極１０５は、それぞれ活性層１０１の一部で構成される固定部１０６と、梁部１０７と、２つの錘部１０８とを備えている。固定部１０６は上面形状が矩形状とされ、固定部１０６の裏面においては犠牲層１０２および支持層１０３が除去されずに残されている。
　梁部１０７は、固定部１０６に支持され、固定部１０６を中心として活性層１０１の表面に平行な一方向（図２中紙面上下方向）の両側に延設されている。２つの錘部１０８は、それぞれ上面形状がＵ字状とされており、固定部１０６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１０７に連結されている。
　梁部１０７および錘部１０８の裏面においては、犠牲層１０２と支持層１０３の一部とが除去されており、梁部１０７および錘部１０８は、支持層１０３からリリースされている。これにより、錘部１０８は、厚み方向に変位可能とされている。そして、２つの錘部１０８は、梁部１０７、固定部１０６、犠牲層１０２、支持層１０３を介して、活性層１０１のうち可動電極１０５とは異なる部分に接続されている。一方の錘部１０８は、他方の錘部１０８よりも図２中紙面左右方向における幅が大きくされるとともに、質量が大きくされている。
　活性層１０１、犠牲層１０２、支持層１０３がこのような形状とされた本実施形態では、梁部１０７がねじれることにより、２つの錘部１０８が基板１００の厚み方向に変位する。具体的には、梁部１０７がねじれることにより、一方の錘部１０８は基板１００の厚み方向の一方側に変位し、他方の錘部１０８は基板１００の厚み方向の他方側に変位する。このように、固定部１０６を支点とした梃子構造が構成されている。
　基板２００は、活性層２０１、犠牲層２０２、支持層２０３を順に積層してなるＳＯＩウェハであり、活性層２０１をパターニングすることにより、後述する固定電極２０５が形成されている。本実施形態では、活性層２０１、支持層２０３は単結晶シリコンで構成され、犠牲層２０２はＳｉＯ２で構成されている。基板２００は第２基板に相当する。
　図１、図２に示すように、基板２００には、枠状の凹部２０４が形成されている。これにより、活性層２０１のうち凹部２０４の内側に位置する部分が、凹部２０４の外側に位置する部分と電気的に絶縁されている。活性層２０１のうち凹部２０４の内側に位置する部分を、固定電極２０５とする。
　基板２００は、固定電極２０５が可動電極１０５に対向するように配置されている。本実施形態では、凹部２０４が２つ形成されることにより固定電極２０５が２つ形成されており、基板２００は、２つの固定電極２０５が２つの錘部１０８に対向するように配置されている。
　なお、本実施形態では、固定電極２０５は可動電極１０５に対して重力方向上側に配置されており、力学量センサ１は重力方向の加速度を検出するが、固定電極２０５が可動電極１０５に対して重力方向下側に配置されていてもよい。また、力学量センサ１が重力方向とは異なる方向の加速度を検出するように可動電極１０５および固定電極２０５が配置されていてもよい。
　基板２００には、支持層２０３のうち犠牲層２０２とは反対側の表面において開口し、基板２００および接合部３００を貫通して固定部１０６に接続されるＴＳＶ（Through-Silicon Via）であるビア２０６が形成されている。
　また、基板２００には、支持層２０３のうち犠牲層２０２とは反対側の表面において開口し、支持層２０３および犠牲層２０２を貫通して固定電極２０５に接続されるＴＳＶであるビア２０７が形成されている。
　また、基板２００には、支持層２０３のうち犠牲層２０２とは反対側の表面において開口し、支持層２０３および犠牲層２０２を貫通して活性層２０１のうち固定電極２０５の外側に位置する部分に接続されるＴＳＶであるビア２０８が形成されている。
　また、基板２００には、支持層２０３のうち犠牲層２０２とは反対側の表面において開口し、基板２００を貫通して活性層１０１の外周部に接続されるＴＳＶであるビア２０９が形成されている。なお、活性層１０１のうち可動電極１０５の外側に位置する部分を活性層１０１の外周部とする。
　ビア２０６～２０９の内部と、支持層２０３のうち犠牲層２０２とは反対側の表面とを覆うように、絶縁層２１０が形成されている。絶縁層２１０の表面には、力学量センサ１を外部の回路と接続するための配線層２１１が形成されている。
　ビア２０６～２０９の底部においては絶縁層２１０の一部が除去されている。配線層２１１は、ビア２０６～２０９を通って、固定部１０６、固定電極２０５、活性層２０１のうち固定電極２０５の外側に位置する部分、および、活性層１０１の外周部に接続されている。
　また、支持層２０３の表面においては、絶縁層２１０の一部が除去されて開口部２１２が形成されており、配線層２１１は、開口部２１２を通って支持層２０３に接続されている。
　絶縁層２１０、配線層２１１の表面は保護膜２１３で覆われている。保護膜２１３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、保護膜２１３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。
　保護膜２１３のうち、配線層２１１の上面に形成された部分には、開口部２１４が形成されている。これにより、配線層２１１を介して、活性層１０１の外周部と、可動電極１０５と、固定電極２０５と、活性層２０１のうち固定電極２０５の外側に位置する部分とを外部の回路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、一方の錘部１０８と一方の固定電極２０５との間、他方の錘部１０８と他方の固定電極２０５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１０８の電位は５Ｖとされる。固定電極２０５は、配線層２１１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。また、活性層２０１のうち固定電極２０５の外側に位置する部分、および、活性層１０１の外周部は、ビア２０８、２０９を通して接地され、電位が固定されている。
　基板１００と基板２００との間には接合部３００が配置されている。接合部３００は、後述する図５Ａに示す工程で基板１００と基板２００との接合を行う際の接合材となるものであり、基板１００と基板２００との間の距離は、接合部３００の厚みによって規定される。本実施形態では、接合部３００は、活性層２０１の表面を熱酸化することにより形成されたＳｉＯ２の層で構成されている。
　接合部３００は、活性層１０１の外周部の表面に配置された部分と、固定部１０６の表面に配置された部分とを有する。接合部３００のうち活性層１０１の外周部に配置された部分は、可動電極１０５を内側に含むように枠状に形成されている。接合部３００を介して基板１００と基板２００とが接続されており、これにより、可動電極１０５が気密封止されている。
　力学量センサ１の製造方法について説明する。力学量センサ１は、図３Ａ～図３Ｄに示す工程で基板１００を製造し、図４Ａ～図４Ｄに示す工程で基板２００を製造した後、図５Ａ～図５Ｆに示す工程で、基板１００と基板２００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３Ａ～図３Ｄを用いて、基板１００の製造方法について説明する。まず、単結晶シリコン基板を用意して支持層１０３とし、図３Ａに示すように、支持層１０３を熱酸化することにより支持層１０３の表面、裏面に犠牲層１０２、酸化膜１０９を形成する。
　そして、図３Ｂに示すように、可動電極１０５に対応する部分において、エッチングを用いて犠牲層１０２を除去し、犠牲層１０２をマスクとしたエッチングを用いて支持層１０３の一部を除去することにより、凹部１０４を形成する。ただし、固定部１０６に対応する部分においては、犠牲層１０２および支持層１０３を除去せずに残す。
　図３Ｂに示す工程の後、図３Ｃに示すように、直接接合により活性層１０１を犠牲層１０２の表面に接合するＣａｖｉｔｙ－ＳＯＩ工程を行う。図３Ｄに示す工程では、エッチングにより活性層１０１を加工し、凹部１０４を活性層１０１の表面において開口させて、可動電極１０５を形成する。
　図４Ａ～図４Ｄを用いて、基板２００の製造方法について説明する。まず、図４Ａに示すような、活性層２０１、犠牲層２０２、支持層２０３を順に積層してなるＳＯＩウェハを用意する。そして、図４Ｂに示すように、活性層２０１および支持層２０３を熱酸化することにより、接合部３００および酸化膜２１５を形成する。
　図４Ｃに示す工程では、接合部３００のうち、可動電極１０５の錘部１０８に対応する部分をエッチングにより除去し、活性層２０１の一部を露出させる。図４Ｄに示す工程では、図４Ｃに示す工程で露出した活性層２０１の一部をエッチングにより除去し、枠状の凹部２０４を形成する。また、これにより、活性層２０１のうち凹部２０４の内側に位置する部分が凹部２０４の外側に位置する部分と電気的に絶縁されて、固定電極２０５が形成される。
　このように製造した基板１００および基板２００の貼り合わせと、貼り合わせ後の工程について図５Ａ～図５Ｆを用いて説明する。図５Ａに示す工程では、直接接合により、基板１００と基板２００の表面に形成された接合部３００とを貼り合わせる。これにより、可動電極１０５が気密封止される。
　図５Ｂに示す工程では、酸化膜２１５のうち、固定部１０６、固定電極２０５、活性層２０１の外周部に対応する部分の一部を除去する。図５Ｃに示す工程では、酸化膜２１５をマスクとしたエッチングを用いて支持層２０３の一部を除去することにより、ビア２０６～２０８を形成し、犠牲層２０２を露出させる。その後、酸化膜２１５を除去する。
　図５Ｄに示す工程では、ビア２０６に対応する部分に開口部が形成され、ビア２０７、２０８に対応する部分には開口部が形成されていない図示しないマスクを用いたエッチングにより、犠牲層２０２および活性層２０１を貫通するようにビア２０６を形成する。これにより、接合部３００が露出する。
　図５Ｅに示す工程では、支持層２０３およびビア２０６～２０８の表面を熱酸化して絶縁層２１０を形成する。そして、ビア２０６の底部に形成された絶縁層２１０の一部、および、接合部３００の一部をエッチングにより除去し、固定部１０６を露出させる。また、ビア２０７、２０８の底部に形成された絶縁層２１０の一部をエッチングにより除去し、固定電極２０５、活性層２０１の外周部を露出させる。また、絶縁層２１０のうち支持層２０３の表面に形成された部分の一部を除去して、支持層２０３を露出させる開口部２１２を形成する。
　図５Ｆに示す工程では、ビア２０６～２０８の内部、開口部２１２の内部、および絶縁層２１０の表面に配線層２１１を形成する。その後、絶縁層２１０、配線層２１１の表面にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法または塗布法などにより保護膜２１３を形成する。また、エッチングを用いて保護膜２１３に開口部２１４を形成し、配線層２１１の一部を露出させる。これにより、固定部１０６、固定電極２０５、活性層２０１を外部の回路に接続することが可能となり、図１に示す力学量センサ１が製造される。
　なお、図５Ａ～図５Ｆでは図示していないが、活性層１０１の外周部に対応する部分に、ビア２０６と同様にビア２０９が形成される。そして、ビア２０９の表面に絶縁層２１０が形成され、ビア２０９の底部に形成された絶縁層２１０の一部、および、接合部３００の一部が除去された後、ビア２０９の内部に配線層２１１が形成される。これにより、活性層１０１の外周部を外部の回路に接続することが可能となる。
　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が基板１００、基板２００の厚み方向に加速すると、可動電極１０５が図６に示すように変位する。すなわち、一方の錘部１０８は基板１００の厚み方向の一方側に変位し、他方の錘部１０８は基板１００の厚み方向の他方側に変位する。そして、固定電極２０５と錘部１０８との間の距離が変化し、静電容量が変化する。
　例えば、力学量センサ１が静止している状態での電極間の距離をｄ０とし、錘部１０８の変位量をΔｄとすると、一方の錘部１０８と一方の固定電極２０５との距離はｄ０＋Δｄとなり、他方の錘部１０８と他方の固定電極２０５との距離はｄ０－Δｄとなる。
　力学量センサ１は、錘部１０８が変位したときの固定電極２０５と錘部１０８との間の静電容量の変化を固定電極２０５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加速度を検出する。
　従来の力学量センサの製造では、電極材の位置や接合材の厚さのばらつきによって、例えば図６の破線で示すように２つの固定電極２０５の位置が変化し、可動電極１０５と固定電極２０５との間の距離にばらつきが生じるおそれがある。
　電極間の距離にばらつきが生じると、初期の静電容量、および、検出精度にばらつきが生じる。そのため、電極間の静電容量の変化を利用して加速度を検出する力学量センサの信頼性を向上させるためには、電極間の距離のばらつきを小さくする必要がある。
　本実施形態では、固定電極２０５は活性層２０１の一部で構成され、固定電極２０５のうち可動電極１０５に対向する面は活性層２０１の表面で構成されている。そのため、例えばスパッタリング等により固定電極２０５を活性層２０１の表面に成膜した場合に比べて、可動電極１０５と固定電極２０５との間の距離にばらつきが生じにくい。したがって、力学量センサの信頼性を向上させることができる。
　また、本実施形態では、活性層２０１の表面を熱酸化することによって接合部３００を形成しているため、例えばＣＶＤを用いて活性層２０１の表面に酸化膜を形成し、この酸化膜を接合材として用いる場合に比べて、接合材の厚さのばらつきが小さい。したがって、電極間の距離のばらつきをさらに小さくして、力学量センサ１の検出精度および信頼性をさらに向上させることができる。
　また、２つの電極を備える力学量センサでは、温度変化による基板の変形により、基板１００に対する基板２００の傾きが変化するおそれがある。そして、基板１００に対する基板２００の傾きが変化すると、例えば図７の破線で示すように一方の固定電極２０５の位置が変化して、可動電極１０５と固定電極２０５との間の距離および静電容量が変動し、検出精度が低下する。
　温度変化による基板の変形を抑制し、検出精度の低下を抑制するためには、線膨張係数が小さい材料で基板１００、基板２００を構成することが好ましい。また、剛性の高い材料で基板１００、基板２００を構成することが好ましい。また、基板１００に対する基板２００の傾きの変化を小さくするために、基板１００と基板２００とを互いに線膨張係数の差が小さい材料で構成することが好ましい。また、基板１００と基板２００との間に共晶金属などの異種材料が介在しないことが好ましい。
　これについて本実施形態では、基板１００、基板２００に同じ材料で構成されたＳＯＩウェハを用いており、このＳＯＩウェハに用いられている単結晶シリコンは剛性が高く、線膨張係数が小さい。また、基板１００と基板２００とを接続する接合部３００はＳｉＯ２で構成されており、基板１００と基板２００との間に共晶金属などの異種材料が介在しない。これにより、電極間の距離が変動することを抑制し、検出精度をさらに向上させることができる。
　また、可動電極を備える力学量センサでは、内圧を維持し、一定の雰囲気下で可動電極を動作させることも重要である。本実施形態では、基板１００と基板２００の表面に形成された接合部３００とを貼り合わせ、これにより可動電極１０５を気密封止している。したがって、可動電極１０５が変位する空間の圧力等が環境により変化することを抑制し、検出精度を向上させることができる。特に、本実施形態では、ＳｉＯ２で構成された接合部３００を介したＳｉ直接接合により基板１００と基板２００とを貼り合わせているので、封止については通常のＳＯＩウェハと同等の信頼性が得られる。
　なお、活性層２０１と可動電極１０５との間の寄生・浮動容量の発生を抑制し、また、錘部１０８の可動範囲を確保するために、図８に示すように凹部２０４を形成することが好ましい。すなわち、凹部２０４を基板２００のうち可動電極１０５に対向する部分の外側に至るように形成し、錘部１０８の可動範囲が固定電極２０５により規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実施形態に対して基板１００と基板２００との接合方法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９、図１０に示すように、本実施形態では、基板１００にビア１１０、１１１、１１２が形成されている。ビア１１０は、支持層１０３のうち犠牲層１０２とは反対側の表面において開口し、支持層１０３を貫通して固定部１０６に接続されるＴＳＶである。
　ビア１１１は、支持層１０３のうち犠牲層１０２とは反対側の表面において開口し、支持層１０３を貫通して、活性層１０１の外周部のうち固定電極２０５に対応する部分に接続されるＴＳＶである。ビア１１２は、支持層１０３のうち犠牲層１０２とは反対側の表面において開口し、支持層１０３を貫通して、活性層１０１の外周部のうち活性層２０１の外周部に対応する部分に接続されるＴＳＶである。
　ビア１１０～１１２の内部と、支持層１０３のうち犠牲層１０２とは反対側の表面とを覆うように、絶縁層１１３が形成されている。絶縁層１１３の表面には、力学量センサ１を外部の回路と接続するための配線層１１４が形成されている。
　ビア１１０～１１２の底部においては絶縁層１１３および犠牲層１０２が除去されており、配線層１１４は、ビア１１０～１１２を通って、固定部１０６、および、活性層１０１の外周部に接続されている。また、支持層１０３の表面においては、絶縁層１１３の一部が除去されて開口部１１５が形成されており、配線層１１４は、開口部１１５を通って支持層１０３に接続されている。
　絶縁層１１３、配線層１１４の表面は保護膜１１６で覆われている。保護膜１１６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、保護膜１１６をポリイミド系樹脂であるＰＩＱ等により構成してもよい。
　保護膜１１６のうち、配線層１１４の上面に形成された部分には、開口部１１７が形成されている。これにより、配線層１１４を介して、固定部１０６と、活性層１０１の外周部と、支持層１０３とを外部の回路に接続することができる。
　本実施形態では、活性層１０１の外周部は、後述する金属層３０１、３０２を介して固定電極２０５、および、活性層２０１の外周部に接続されている。また、活性層１０１のうち、固定電極２０５に接続された部分は、他の部分と電気的に絶縁されている。そして、固定電極２０５は、ビア１１１の内部に形成された配線層１１４と、活性層１０１と、金属層３０１、３０２とを介して、外部の回路に接続される。また、活性層２０１の外周部は、ビア１１２の内部に形成された配線層１１４と、活性層１０１と、金属層３０１、３０２とを介して、外部の回路に接続される。
　本実施形態の接合部３００は、金属層３０１、３０２、スペーサ３０３を備えている。金属層３０１は、活性層１０１の外周部において、可動電極１０５および固定電極２０５を内部に含むように、枠状に形成されている。また、金属層３０１は、固定部１０６の表面にも形成されている。また、金属層３０１は、活性層１０１の外周部のうち固定電極２０５に対応する部分にも形成されている。
　金属層３０２は、金属層３０１に対向するように、活性層２０１の表面に形成されている。本実施形態では、金属層３０１、３０２は、Ａｌ（アルミニウム）で構成されている。
　スペーサ３０３は、基板１００と基板２００との間に配置されており、金属層３０１、３０２を内部に含むように、枠状に形成されている。スペーサ３０３はＳｉＯ２で構成されており、熱酸化膜に相当する。
　本実施形態の力学量センサの製造方法について説明する。本実施形態では、図３Ｄに示す工程の後、図１１に示すように、活性層１０１の表面を熱酸化してスペーサ３０３を形成する。また、固定部１０６、および活性層１０１の外周部に金属層３０１を形成する。
　また、図１２に示すように、活性層２０１、犠牲層２０２、支持層２０３が順に積層されたＳＯＩウェハを用意し、活性層２０１をパターニングして固定電極２０５を形成した後、活性層２０１の表面に金属層３０２を形成する。そして、図１３Ａに示すように、金属層３０１と金属層３０２との金属接合により基板１００と基板２００とを接続する。
　図１３Ｂに示す工程では、基板１００を薄板化して酸化膜１０９を除去する。また、エッチングを用いて支持層１０３を貫通するビア１１０～１１２を形成し、支持層１０３を熱酸化して絶縁層１１３を形成する。そして、ビア１１０～１１２の底部に形成された絶縁層１１３、および、犠牲層１０２の一部をエッチングにより除去して、活性層１０１の外周部、および、固定部１０６を露出させる。また、支持層１０３の表面に形成された絶縁層１１３の一部を除去して開口部１１５を形成し、支持層１０３を露出させる。
　その後、絶縁層１１３の表面、ビア１１０～１１２の内部、開口部１１５の内部に配線層１１４を形成する。また、絶縁層１１３および配線層１１４の表面にＣＶＤを用いて保護膜１１６を形成した後、保護膜１１６の一部を除去し、開口部１１７を形成する。これにより、活性層１０１の外周部、支持層１０３、固定部１０６、固定電極２０５、活性層２０１の外周部を外部の回路に接続することが可能となり、図９に示す力学量センサ１が製造される。
　本実施形態において接合部３００の金属層３０１、３０２を構成するＡｌは、基板１００、基板２００、スペーサ３０３を構成するＳｉ、ＳｉＯ２との線膨張係数の差が小さい。したがって、発生する熱応力を低減し、また、第１実施形態と同様に、温度変化により電極間の静電容量が変化することを抑制することができる。
　（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実施形態に対して固定電極２０５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１４に示すように、本実施形態では、固定電極２０５のうち可動電極１０５に対向する部分に、複数のエッチングホール２１６が形成されている。エッチングホール２１６は、後述する図１８Ｂに示す工程においてエッチング媒体を導入するためのものである。
　本実施形態では、複数のエッチングホール２１６は等間隔に並んでいる。具体的には、各エッチングホール２１６は、隙間なく敷き詰められた複数の正三角形の頂点に位置するように並んでいる。なお、図１４では、このように並べられた複数のエッチングホール２１６の一部のみを図示している。
　また、図１５に示すように、凹部２０４の底部に、固定電極２０５のうち支持層２０３側の面を露出させる凹部２１７が形成されている。凹部２０４、２１７は、それぞれ、第１凹部、第２凹部に相当する。
　そして、図１６に示すように、固定電極２０５は、活性層２０１の面内における一方向の両端部のうち一方の端部で、犠牲層２０２および基板１００に支持されている。本実施形態では、固定電極２０５は、長手方向の一端において犠牲層２０２等に支持されている。
　また、図１５、図１７に示すように、可動電極１０５に対向する部分、および、他方の端部においては、凹部２１７の形成によって犠牲層２０２が除去されており、固定電極２０５は支持層２０３からリリースされている。固定電極２０５のうち、犠牲層２０２等に支持された部分を固定部２１８とし、支持層２０３からリリースされた部分を、リリース部２１９とする。
　本実施形態では、第１実施形態の図４Ｃに示す工程において、接合部３００のうち、可動電極１０５の錘部１０８に対応する部分に加えて、リリース部２１９に対応する部分をエッチングにより除去し、活性層２０１の一部を露出させる。
　そして、図１８Ａに示すように、接合部３００の除去により露出した活性層２０１の一部をエッチングにより除去し、凹部２０４とエッチングホール２１６を形成する。
　その後、活性層２０１をマスクとしてエッチングを行う。このとき、エッチングホール２１６からエッチング媒体が導入され、図１８Ｂに示すように、固定電極２０５の下部において犠牲層２０２が除去され、凹部２１７が形成される。前述したようにエッチングホール２１６は等間隔に並んでおり、隣り合う２つのエッチングホール２１６間の距離を適切に設定することで、固定電極２０５のうち可動電極１０５に対向する部分に犠牲層２０２が残ることが抑制される。
　これにより、固定電極２０５のうち支持層２０３側の面が露出して、リリース部２１９が形成される。そして、固定電極２０５のうち犠牲層２０２が除去されずに残された部分が固定部２１８となる。
　固定電極２０５が上記のような構成とされた本実施形態では、温度変化等による基板２００の歪みが、固定電極２０５のうち可動電極１０５に対向する部分に伝達されることを抑制することができる。したがって、加速度の検出精度をさらに向上させることができる。
　なお、本実施形態では、固定電極２０５を両端部のうち一方の端部でのみ支持したが、固定電極２０５のうち可動電極１０５に対向する部分でのみ犠牲層２０２を除去し、固定部２１８を固定電極２０５の両端部に形成し、固定電極２０５を両端部で支持してもよい。これにより、固定電極２０５のたわみを抑制することができる。
　（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３実施形態に対して固定電極２０５の形状を変更したものであり、その他に関しては第３実施形態と同様であるため、第３実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
　図１９に示すように、本実施形態では、リリース部２１９の幅を小さくするスリット２２０が形成されている。具体的には、リリース部２１９の両端部のうち、固定部２１８側の端部にスリット２２０が形成されている。そして、スリット２２０の形成により、固定電極２０５の短手方向、すなわち、活性層２０１の面内における固定電極２０５の長手方向に垂直な方向の幅が他の部分よりも小さくされている。
　スリット２２０により、固定電極２０５のうち可動電極１０５に対向する部分と、犠牲層２０２に支持された固定部２１８とを接続する部分の幅が小さくなる。したがって、基板２００の歪みが、固定電極２０５のうち可動電極１０５に対向する部分に伝達されることをさらに抑制し、加速度の検出精度をさらに向上させることができる。
　なお、第３実施形態の変形例に本実施形態を適用し、図２０に示すように、リリース部２１９の両端部にスリット２２０を形成してもよい。
　（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、可動電極１０５が気密封止されていなくてもよい。また、基板１００がＳＯＩウェハでなく、Ｓｉ基板で構成されていてもよい。また、可動電極１０５の両側に固定電極２０５が配置されていてもよい。
　また、活性層１０１、支持層１０３、活性層２０１、支持層２０３を多結晶シリコンで構成してもよい。これらの層を多結晶シリコンとする場合、力学量センサ１の製造が容易になる。
　また、上記第１実施形態では、基板２００の活性層２０１を熱酸化することにより接合部３００を形成したが、基板１００の活性層１０１を熱酸化することにより接合部３００を形成してもよい。
　また、上記第１、第２実施形態では、力学量センサ１は固定部１０６の両側に錘部１０８が配置された梃子構造を有しているが、力学量センサ１が他の構造を有していてもよい。例えば、錘部１０８が矩形板状とされ、図２１に示すように梁部１０７によって両持ち支持され、梁部１０７がたわむことにより基板１００の厚み方向に変位してもよい。この場合、基板１００をＳＯＩウェハではなく例えばＳｉ基板で構成し、基板１００の厚み方向の両側に基板２００を配置して、図２１に示すように、錘部１０８が厚み方向の両側において固定電極２０５に対向する構成とすることが好ましい。また、錘部１０８が矩形板状とされ、図２２に示すように梁部１０７によって片持ち支持され、梁部１０７がたわむことにより基板１００の厚み方向に変位してもよい。この場合、図２２に示すように、錘部１０８が厚み方向の両側それぞれにおいて２つの固定電極２０５に対向する構成とすることが好ましい。
　また、基板１００の厚み方向とは異なる方向の加速度を検出するように可動電極１０５を形成してもよい。例えば、錘部１０８を矩形板状とし、梁部１０７を錘部１０８よりも薄く形成し、梁部１０７が錘部１０８を両持ち支持するように可動電極１０５を構成し、錘部１０８が梁部１０７の両側それぞれにおいて固定電極２０５に対向するようにしてもよい。このような構成では、梁部１０７がねじれることにより、図２３の矢印Ａ１で示すように梁部１０７の軸を中心に錘部１０８が揺動する。そして、これによる電極間の静電容量の変化を用いて、図２３の矢印Ａ２で示す方向、すなわち、基板１００の表面に平行でかつ梁部１０７の軸に垂直な方向の加速度を検出することができる。
　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。また、可動電極１０５を振動させた状態で角速度を検出するジャイロスコープ等の力学量センサに本開示を適用してもよい。このような力学量センサは、図２４、図２５に示すように、可動電極１０５を２つ備えている。２つの可動電極１０５はそれぞれ櫛歯電極１１８を備えており、それぞれの櫛歯電極１１８が互いに対向するように配置されている。また、可動電極１０５は、図示しないばね部によって支持されており、可動電極１０５に交流電圧が印加されることにより、可動電極１０５が櫛歯電極１１８の延設方向に振動する。そして、基板１００の厚み方向を軸とした回転が生じると、可動電極１０５は、櫛歯電極１１８の延設方向および基板１００の厚み方向の両方に垂直な方向に変位する。図２４、図２５に示す力学量センサは、これにより生じる２つの可動電極１０５間の静電容量の変化を用いて角速度を検出する。このような力学量センサでは、２つの可動電極１０５それぞれに対向するように固定電極２０５を配置し、固定電極２０５に交流電圧を印加することにより、可動電極１０５の振動を制御することができる。この振動の制御においては、可動電極１０５と固定電極２０５との間の距離にばらつきが少ないことが好ましい。このような力学量センサに本開示を適用することにより、可動電極１０５と固定電極２０５との間の距離にばらつきが生じることを抑制し、力学量センサの信頼性を向上させることができる。

Claims (28)

  1. 　互いに対向する２つの電極を有し、前記２つの電極のうち１つの電極の変位により前記２つの電極の間の静電容量が変化することを利用して力学量を検出する力学量センサであって、
    　一部が可動電極（１０５）として厚み方向に変位可能とされた第１基板（１００）と、
    　犠牲層（２０２）と前記犠牲層を両側から挟む支持層（２０３）および活性層（２０１）とを有し、前記活性層の一部により構成された固定電極（２０５）を有し、前記活性層に形成された枠状の凹部（２０４）によって前記固定電極と前記活性層のうち前記固定電極とは異なる部分とが電気的に絶縁されており、前記固定電極が前記可動電極に対向するように配置された第２基板（２００）と、を備える力学量センサ。
  2. 　前記可動電極を内側に含むように前記第１基板と前記第２基板との間に配置された枠状の接合部（３００）を備え、
    　前記第１基板は、前記接合部を介して前記第２基板に接続されており、
    　前記可動電極は、前記第１基板、前記第２基板、および前記接合部によって気密封止されており、
    　前記第１基板と前記第２基板との間の距離は、前記接合部の厚みによって規定される請求項１に記載の力学量センサ。
  3. 　前記接合部は、熱酸化膜で構成されている請求項１または２に記載の力学量センサ。
  4. 　前記活性層は、単結晶シリコンまたは多結晶シリコンで構成されている請求項１ないし３のいずれか１つに記載の力学量センサ。
  5. 　前記可動電極は、前記第１基板の厚み方向に変位する錘部（１０８）と、前記第１基板のうち前記可動電極とは異なる部分と前記錘部とを接続する梁部（１０７）とを有しており、
    　前記錘部は、前記梁部がねじれることにより厚み方向に変位する請求項１ないし４のいずれか１つに記載の力学量センサ。
  6. 　前記可動電極は、前記第１基板の厚み方向に変位する錘部（１０８）と、前記第１基板のうち前記可動電極とは異なる部分と前記錘部とを接続する梁部（１０７）とを有しており、
    　前記錘部は、前記梁部がたわむことにより厚み方向に変位する請求項１ないし４のいずれか１つに記載の力学量センサ。
  7. 　前記第２基板には、前記支持層のうち前記犠牲層とは反対側の表面において開口し、前記第２基板を貫通して前記第１基板に接続される第１ビア（２０６、２０９）と、前記支持層のうち前記犠牲層とは反対側の表面において開口し、前記支持層および前記犠牲層を貫通して前記活性層に接続される第２ビア（２０７、２０８）とが形成されている請求項１ないし６のいずれか１つに記載の力学量センサ。
  8. 　前記第１基板のうち前記可動電極とは異なる部分、および、前記活性層のうち前記凹部の外側に位置する部分は、それぞれ、前記第１ビアおよび前記第２ビアを通して電位が固定されている請求項７に記載の力学量センサ。
  9. 　前記可動電極の可動範囲が前記固定電極により規定される請求項１ないし８のいずれか１つに記載の力学量センサ。
  10. 　前記第２基板を２つ備え、
    　前記可動電極は、厚み方向の両側において前記固定電極に対向している請求項１ないし９のいずれか１つに記載の力学量センサ。
  11. 　互いに対向する２つの前記可動電極を備え、
    　前記固定電極に交流電圧を印加することにより前記可動電極の振動を制御し、
    　２つの前記可動電極の変位により２つの前記可動電極の間の静電容量が変化することを利用して力学量を検出する請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の力学量センサ。
  12. 　前記凹部を第１凹部として、
    　前記第１凹部に、前記固定電極のうち前記支持層の側の面を露出させる第２凹部（２１７）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. 　前記固定電極は、前記活性層の面内における一方向の端部で前記犠牲層に支持されている請求項１２に記載の力学量センサ。
  14. 　前記固定電極は、前記活性層の面内における一方向の両端部で前記犠牲層に支持されている請求項１２に記載の力学量センサ。
  15. 　前記固定電極のうち前記第２凹部によって前記支持層の側の面が露出した部分に、前記活性層の面内における前記一方向に垂直な方向の幅を他の部分よりも小さくするスリット（２２０）が形成されている請求項１３または１４に記載の力学量センサ。
  16. 　前記固定電極に、等間隔に並んだ複数のエッチングホール（２１６）が形成されている請求項１２ないし１５のいずれか１つに記載の力学量センサ。
  17. 　互いに対向する２つの電極を有し、前記２つの電極のうち１つの電極の変位により前記２つの電極の間の静電容量が変化することを利用して力学量を検出する力学量センサの製造方法であって、
    　第１基板（１００）を用意することと、
    　前記第１基板に可動電極（１０５）を形成し、前記第１基板のうち前記可動電極とは異なる部分に対して前記可動電極を変位可能とすることと、
    　犠牲層（２０２）と前記犠牲層を両側から挟む支持層（２０３）および活性層（２０１）とを有する第２基板（２００）を用意することと、
    　前記活性層に枠状の凹部（２０４）を形成することにより、前記活性層のうち前記凹部の内側に位置する部分を外側に位置する部分と電気的に絶縁された固定電極（２０５）とすることと、
    　前記固定電極を前記可動電極に対向するように配置することと、を備える力学量センサの製造方法。
  18. 　前記可動電極を内側に含むように前記第１基板と前記第２基板との間に枠状の接合部（３００）を配置することと、
    　前記接合部を介して前記第１基板と前記第２基板とを接続し、前記可動電極を気密封止することと、を備える請求項１７に記載の力学量センサの製造方法。
  19. 　前記接合部を配置することでは、前記第１基板を熱酸化することにより前記接合部を前記第１基板の表面に形成し、前記第１基板と前記第２基板との間に前記接合部を配置し、
    　前記気密封止することでは、前記接合部と前記第２基板との直接接合により前記第１基板と前記第２基板とを接続する請求項１８に記載の力学量センサの製造方法。
  20. 　前記接合部を配置することでは、前記第２基板を熱酸化することにより前記接合部を前記第２基板の表面に形成し、前記第１基板と前記第２基板との間に前記接合部を配置し、
    　前記気密封止することでは、前記接合部と前記第１基板との直接接合により前記第１基板と前記第２基板とを接続する請求項１８に記載の力学量センサの製造方法。
  21. 　前記接合部を配置することでは、前記第１基板および前記第２基板の表面に金属層（３０１、３０２）を形成するとともに前記第１基板または前記第２基板を熱酸化して熱酸化膜（３０３）を形成することにより、前記第１基板と前記第２基板との間に前記金属層および前記熱酸化膜を含む前記接合部を配置し、
    　前記気密封止することでは、前記金属層のうち前記第１基板の表面に形成された部分と、前記第２基板の表面に形成された部分との金属接合により、前記第１基板と前記第２基板とを接続する請求項１８に記載の力学量センサの製造方法。
  22. 　前記固定電極とすることでは、前記可動電極の可動範囲が前記固定電極により規定されるように前記凹部を形成する請求項１７ないし２１のいずれか１つに記載の力学量センサの製造方法。
  23. 　前記支持層および前記犠牲層の一部を除去することにより、前記支持層の表面において開口し、前記支持層を貫通して前記活性層に接続される第１ビア（２０７、２０８）を含む複数のビアを形成することと、
    　前記第１ビアを形成することの後、前記複数のビアのうち前記第１ビアとは異なるビアに対応する部分に開口部が形成されたマスクを用いたエッチングにより、前記支持層の表面において開口し、前記第２基板を貫通して前記第１基板に接続される第２ビア（２０６、２０９）を形成することと、を備える請求項１７ないし２２のいずれか１つに記載の力学量センサの製造方法。
  24. 　前記凹部を第１凹部として、
    　前記第１凹部に、前記固定電極のうち前記支持層の側の面を露出させる第２凹部（２１７）を形成することを備える請求項１７ないし２３のいずれか１つに記載の力学量センサの製造方法。
  25. 　前記第２凹部を形成することでは、前記固定電極が前記活性層の面内における一方向の端部で前記犠牲層に支持されるように前記第２凹部を形成する請求項２４に記載の力学量センサの製造方法。
  26. 　前記第２凹部を形成することでは、前記固定電極が前記活性層の面内における一方向の両端部で前記犠牲層に支持されるように前記第２凹部を形成する請求項２４に記載の力学量センサの製造方法。
  27. 　前記固定電極のうち前記第２凹部によって前記支持層の側の面が露出する部分に、前記活性層の面内における前記一方向に垂直な方向の幅を他の部分よりも小さくするスリット（２２０）を形成することを備える請求項２５または２６に記載の力学量センサの製造方法。
  28. 　前記第２凹部を形成することの前に、前記固定電極に、等間隔に並んだ複数のエッチングホール（２１６）を形成することを備える請求項２４ないし２７のいずれか１つに記載の力学量センサの製造方法。 
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