封止型デバイス、物理量センサ、その製造方法、及びその内部圧力制御方法
【課題】本発明は、封止空間内の内部圧力を制御して錘部の振動周波数ｆｚを所望のピーク幅に調整可能にする封止型デバイス及び物理量センサを提供する。
【解決手段】物理量センサは、フレーム部と、フレーム部の内側に配置された錘部と、錘部とフレーム部とを接続する可撓部と、を備えた半導体基板と、フレーム部の一方の側に接合された第１基板と、フレーム部の他方の側に接合された第２基板と、第１基板上に設けられ、錘部と対向する第１電極と、第２基板上に設けられ、錘部と対向する第２電極と、第１基板上又は第２基板上に形成され、第１基板及び第２基板の接合により封止された半導体基板内の封止空間内部を所望の圧力に設定する内部圧力調整部材と、を備える。
【解決手段】物理量センサは、フレーム部と、フレーム部の内側に配置された錘部と、錘部とフレーム部とを接続する可撓部と、を備えた半導体基板と、フレーム部の一方の側に接合された第１基板と、フレーム部の他方の側に接合された第２基板と、第１基板上に設けられ、錘部と対向する第１電極と、第２基板上に設けられ、錘部と対向する第２電極と、第１基板上又は第２基板上に形成され、第１基板及び第２基板の接合により封止された半導体基板内の封止空間内部を所望の圧力に設定する内部圧力調整部材と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動部が形成された半導体基板を封止した封止型デバイスに関し、特に、外力に応じて変位可能な容量素子を用いて物理量を検出する物理量センサ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種電子機器の小型軽量化、多機能化や高機能化が進み、実装される電子部品にも高密度化が要求されている。このような要求に応じて各種電子部品が半導体デバイスとして製造されるものが増加している。このため、回路素子として製造される半導体デバイス以外に物理量を検出するセンサ等も半導体デバイスを用いて製造されて、小型軽量化が図られている。例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いて小型で単純な構造を有する加速度センサあるいは角速度センサでは、外力に応じて変位する可動部を半導体基板に形成し、この可動部の変位が静電容量素子を利用して検出されるタイプのセンサ（いわゆる静電容量型センサ）等が実用化されている。このようなセンサでは、可動部を安定して変位させるため、半導体基板を封止材（例えば、ガラス基板等）で密封する構造がとられており、密封された封止空間はガス抜き等が行われて、可動部の変位を阻害する要因が排除されている。このような可動部を密封した封止構造を有するデバイスを、本書面では封止型デバイスと呼称するものとする。封止型デバイスには、ＭＥＭＳ素子以外に、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）素子やＦ−ＢＡＲ（Thin Film Bulk Acoustic Wave Resonators）素子等も含まれる。静電容量型センサは、一般に一対のガラス基板に挟まれて接合された半導体基板内に、所定の自由度をもって変位可能な錘部を用意し、当該錘部を加速度や角速度などに伴う変位を検出する錘部として利用する。変位の検出は、容量素子の静電容量の値に基づいて行われる。静電容量型センサにおいて、多軸成分の物理量を検出するために、従来、１軸のセンサを複数組み合わせて使われていたが、サイズやコストの点で問題であった。
【０００３】
そこで、１つのセンサ素子によって多軸成分の検出を行うことが可能な静電容量型センサの研究が進んでいる。このような１つのセンサ素子によって多軸成分の物理量を検出するセンサが開示されている（特許文献１及び非特許文献１）。
【０００４】
静電容量型の角速度センサの動作原理について、図１９を参照して説明する。図１９（Ａ）及び（Ｂ）は、静電容量型の角速度センサの概略構成と、基本動作を示す図である。図１９（Ａ）において、角速度センサ７００は、上ガラス基板（第１基板）７０１と、半導体基板７０２と、下ガラス基板（第２基板）７０３と、により構成される。上ガラス基板７０１の半導体基板７０２との対向面には、駆動用の電極７０４が形成されている。半導体基板７０２には、錘部７０５と、錘部７０５を図中の上下方向に変位可能に支持する可撓部７０６が形成されている。半導体基板７０２は、その上面と下面が上ガラス基板７０１と下ガラス基板７０３に接合されて封止されることにより、その内部は真空封止されている。
【０００５】
図１９（Ａ）は、電極７０４に駆動電圧として５Ｖを印加した状態を示す図である。この場合、錘部７０５は電極７０４との間の静電引力Ｆｃにより上方に引っ張り上げられる。図１９（Ｂ）は、電極７０４に印加する駆動電圧を０Ｖにした状態を示す図である。この場合、錘部７０５は可撓部７０６のばね復元力Ｆｂにより元の位置に戻される。この角速度センサ７００では、図１９（Ａ）及び（Ｂ）の駆動電圧の印加動作を繰り返すことにより錘部７０５を振動させた状態で、角速度に伴うコリオリ力が検出される。
【０００６】
図１９（Ａ）及び（Ｂ）に示した角速度センサ７００は、半導体基板７０２は、上ガラス基板７０１と下ガラス基板７０３とにより囲まれた領域が真空封止されている。このような上下ガラス基板７０１，７０３により封止された領域の真空度を上げる力学量センサが、例えば、特許文献２により提案されている。
【０００７】
この力学量センサでは、密閉室（封止空間）を形成する上下ガラス基板の内側の表面に、錘部の変位を検出する検出電極と同一材料からなる気体分子吸収材を設けて、密閉室内の真空度を上げるようにしている。これは、錘部７０５の気体粘性による振動動作の減衰を抑えるためである。すなわち、錘部７０５の振動動作は、封止空間内の内部圧力に依存することが判る。例えば、図２０に示すように、錘部７０５の共振スペクトルの振動周波数幅は、製品の仕様等により所望の共振周波数幅（図中の半値幅）が必要である。図２０では、共振スペクトルの共振周波数がｆｚである場合を示している。なお、本明細書では、共振スペクトルとは共振周波数で最大値をとる周波数スペクトルに現れる山のことであり、共振周波数とは共振スペクトルのピーク周波数のことであり、共振周波数幅とは共振スペクトルの半値幅のことである。
【特許文献１】特開２００６−２２６７７０号公報
【特許文献２】特開２００７−５７４６９号公報
【非特許文献１】Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｏｎ Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｓ，Ｖｏｌ．１２６，Ｎｏ．６，２００６（電気学会論文誌Ｅ，１２６巻，６号，２００６年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記図１９（Ａ）及び（Ｂ）に示したような角速度センサ７００は、その共振周波数幅が狭ければ性能が良いというものではなく、仕様等により設定される角速度のセンサ特性に対応した共振スペクトルの所望の共振周波数幅に調整することが望ましい。
【０００９】
本発明は上記に鑑み、封止型デバイス及び静電容量型の物理量センサにおいて、封止空間内の内部圧力を制御して、錘部の共振スペクトルを所望の共振周波数幅に調整可能にする封止型デバイス、物理量センサ、その製造方法、及びその内部圧力制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の実施の形態に係る封止型デバイスは、フレーム部と、前記フレーム部の内側に配置された可動部と、を備えた半導体基板と、前記フレーム部の一方の側に接合された第１基板と、前記フレーム部の他方の側に接合された第２基板と、前記第１基板及び前記第２基板の接合により封止された封止空間内に配置され、前記半導体基板内の封止空間内部を所望の圧力に設定する内部圧力調整部材と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の実施の形態に係る物理量センサは、フレーム部と、前記フレーム部の内側に配置された錘部と、前記錘部と前記フレーム部とを接続する可撓部と、を備えた半導体基板と、前記フレーム部の一方の側に接合された第１基板と、前記フレーム部の他方の側に接合された第２基板と、前記第１基板上に設けられ、前記錘部と対向する第１電極と、前記第２基板上に設けられ、前記錘部と対向する第２電極と、を備え、前記第１基板及び前記第２基板の接合により封止された封止空間内に配置され、前記半導体基板内の封止空間内部を所望の圧力に設定する内部圧力調整部材と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の実施の形態に係る封止型デバイスの製造方法は、半導体基板に、フレーム部と、前記フレーム部の内側に配置される可動部と、を形成し、前記フレーム部の一方の側に接合される第１基板上、又は、前記フレーム部の他方の側に接合される第２基板上に、前記半導体基板内の封止空間内部を所望の圧力に設定する内部圧力調整部材を形成し、前記フレーム部の一方の側と前記第１基板とを接合し、前記フレーム部の他方の側と前記第２基板とを接合し、前記内部圧力調整部材の形成時に混入された気体を、加熱温度と加熱時間を設定した加熱処理により放出させて、前記封止空間内部を所望の圧力に設定することを特徴とする。
【００１３】
本発明の実施の形態に係る物理量センサの製造方法は、半導体基板に、フレーム部と、前記フレーム部の内側に配置される錘部と、前記錘部と前記フレーム部とを接続する可撓部と、を形成し、前記フレーム部の一方の側と接合される第１基板上に、第１電極と、前記第１電極と電気的に接続される第１配線を形成し、前記フレーム部の他方の側と接合される第２基板上に、第２電極と、前記第２電極と電気的に接続される第２配線と、を形成し、第１基板上又は前記第２基板上に、前記半導体基板内の封止空間内部を所望の圧力に設定する内部圧力調整部材を形成し、前記錘部と前記第１電極とを対向させて前記第１基板と前記フレーム部の一方の側とを接合し、前記錘部と前記第２電極とを対向させて前記第２基板と前記フレーム部の他方の側とを接合し、前記内部圧力調整部材の形成時に混入された気体を、加熱温度と加熱時間を設定した加熱処理により放出させて、前記第１基板及び前記第２基板の接合により封止された前記半導体基板内の封止空間内部を所望の圧力に設定することを特徴とする。
【００１４】
本発明の実施の形態に係る封止型デバイスの内部圧力制御方法は、フレーム部と、前記フレーム部の内側に配置された可動部と、を備えた半導体基板と、前記フレーム部の一方の側に接合された第１基板と、前記フレーム部の他方の側に接合された第２基板と、前記第１基板上又は前記第２基板上に配置され、前記第１基板及び前記第２基板の接合により封止された前記半導体基板内の封止空間内部を所望の圧力に設定する内部圧力調整部材と、を備える封止型デバイスにおいて、前記内部圧力調整部材の形成時に混入された気体を、加熱温度と加熱時間を制御する加熱処理により放出させて、前記第１基板及び前記第２基板の接合により封止された前記半導体基板内の封止空間内部を所望の圧力に設定することを特徴とする。
【００１５】
本発明の実施の形態に係る物理量センサの内部圧力制御方法は、フレーム部と、前記フレーム部の内側に配置された錘部と、前記錘部と前記フレーム部とを接続する可撓部と、を備えた半導体基板と、前記フレーム部の一方の側に接合された第１基板と、前記フレーム部の他方の側に接合された第２基板と、前記第１基板上に設けられ、前記錘部と対向する第１電極と、前記第２基板上に設けられ、前記錘部と対向する第２電極と、前記第１基板上又は前記第２基板上に配置され、前記第１基板及び前記第２基板の接合により封止された前記半導体基板内の封止空間内部を所望の圧力に設定する内部圧力調整部材と、を備える物理量センサにおいて、前記内部圧力調整部材の形成時に混入された気体を、加熱温度と加熱時間を制御する加熱処理により放出させて、前記第１基板及び前記第２基板の接合により封止された前記半導体基板内の封止空間内部を所望の圧力に設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、封止型デバイス及び静電容量型の物理量センサにおいて、封止空間内の内部圧力を制御して、錘部の共振スペクトルを所望の共振周波数幅に調整可能にする封止型デバイス、物理量センサ、その製造方法、及びその圧力制御方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の一実施の形態を詳細に説明する。なお、本実施の形態では、封止型デバイスとして物理量センサの例について説明する。
＜物理量センサの構造＞
図１は物理量センサ１００を分解した状態を示す分解斜視図である。図１では物理量センサ１００の面内に直交する２軸（Ｘ軸とＹ軸）を設定し、この２軸に垂直な方向をＺ軸と定めている。物理量センサ１００は、半導体基板Ｗを、その上下に位置する第１基板１４０と第２基板１５０とで挟んで構成されている。半導体基板Ｗは、シリコン膜１１０、ＢＯＸ層１２０、シリコン基板１３０が順に積層して構成される。半導体基板Ｗは後述するような製造工程により、枠状のフレーム（フレーム部１１１とフレーム部１３１とを含む）と、このフレーム内に可撓性を有する可撓部１１３（１１３ａ〜１１３ｄ）により変位可能に支持される錘接合部（錘接合部１１２と錘接合部１３２とを含む）とが、一体的に構成され、物理量を検出するセンサ部を形成している。また、シリコン膜１１０には、フレーム部１１１、錘接合部１１２ａ〜１１２ｅ及び可撓部１１３（１１３ａ〜１１３ｄ）から離隔して、ブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊが形成されている。
【００１８】
シリコン膜１１０、ＢＯＸ層１２０、シリコン基板１３０、第１基板１４０、第２基板１５０は、その外周が例えば３ｍｍ×３ｍｍの略正方形状であり、これらの高さはそれぞれ２０μｍ、２μｍ、６００μｍ、５００μｍ、５００μｍである。これらの外形、高さは一例であり、上記に限定されるものではない。
【００１９】
シリコン膜１１０、ＢＯＸ層１２０、シリコン基板１３０から構成される半導体基板Ｗは、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いて製造可能である。また、第１基板１４０および第２基板１５０は、ガラス材料、半導体材料、金属材料、絶縁性樹脂材料のいずれかにより構成される。
【００２０】
次に、シリコン膜１１０の詳細な構成について、図２を参照して説明する。図２において、（Ａ）はシリコン膜１１０の平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線から見た半導体基板Ｗの断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線から見た半導体基板Ｗの断面図である。
【００２１】
図２（Ａ）に示すシリコン膜１１０には、フレーム部１１１、錘接合部１１２ａ〜１１２ｅ、可撓部１１３ａ〜１１３ｅ及びブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊが形成されている。フレーム部１１１は、外周が略正方形、内周が錘接合部１１２ａ〜１１２ｅの形状に応じた多角形の枠形状の基板である。錘接合部１１２ａ〜１１２ｅは、図２（Ａ）をＺ方向から見た場合、略クローバー状の形状を有している。錘接合部１１２ａ〜１１２ｅは、該錘接合部１１２ａ〜１１２ｅと略同一形状の錘部１３２（図２（Ｂ）及び（Ｃ）に示す錘部１３２）とＢＯＸ層１２０を介して接合され、フレーム部１１１に対して一体的に変位する。可撓部１１３ａ〜１１３ｄは、それぞれ略長方形の基板であり、フレーム部１１１と錘接合部１１２ｂ〜１１２ｅとを４方向で接続する。可撓部１１３ａ〜１１３ｄは、厚みが薄いため可撓性を有しており、撓みが可能な梁として機能する。可撓部１１３ａ〜１１３ｄが撓むことで、錘接合部１１２ａ〜１１２ｅがフレーム部１１１に対して変位可能である。なお、ブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊは、フレーム部１１１、錘接合部１１２ａ〜１１２ｅ及び可撓部１１３ａ〜１１３ｅから離間して形成されている。
【００２２】
錘接合部１１２ａ〜１１２ｅ及び可撓部１１３ａ〜１１３ｅは、その一部を図２（Ｂ）に示すように、フレーム部１１１表面よりも低い位置に形成された第１基板１４０に対して変位可能である。
【００２３】
錘接合部１１２ａの上面は、駆動用電極として機能する。この錘接合部１１２ａの上面は、第１基板１４０の下面に設置された後述する駆動用電極１４４ａ〜１４４ｅ（図３参照）との間に印加された電圧によって錘接合部１１２ａ〜１１２ｅをＺ軸方向に振動させる。この駆動の詳細については後述する。
【００２４】
錘接合部１１２ｂ〜１１２ｅの上面は、錘接合部１１２ｂ〜１１２ｅのＸ軸およびＹ軸方向の変位を検出する後述する検出用電極としてそれぞれ機能する。この錘接合部１１２ｂ〜１１２ｅの上面は、第１基板１４０の下面に設置された後述する検出用電極１４１ｂ〜１４１ｅとそれぞれ容量性結合する。なお、錘接合部１１２ｂ〜１１２ｅと検出用電極１４１ｂ〜１４１ｅにそれぞれ付した符号のアルファベット部分（ｂ〜ｅ）は、それぞれ相互の位置関係に対応させて同様の順序で付している。この検出の詳細については後述する。
【００２５】
図２（Ｂ）において、シリコン基板１３０には、フレーム部１３１と、錘部１３２（１３２ａ〜１３２ｅ）と、ブロック下層部１３４ａ〜１３４ｊと、が形成されている。シリコン基板１３０は、半導体基板Ｗをエッチングして開口を形成することで、フレーム部１３１と錘部１３２（１３２ａ〜１３２ｅ）が作成可能である。なお、錘部１３２の高さ（図２（Ｂ）のＺ軸方向）は、フレーム部１３１の高さより低く作成する。これは、錘部１３２と第２基板１５０との間に測定レンジに相当するギャップを確保し、錘部１３２の変位を可能にするためである。なお、ブロック下層部１３４ａ〜１３４ｊは、フレーム部１３１、錘部１３２及び可撓部１１３ａ〜１１３ｅから離間して形成されている。
【００２６】
フレーム部１３１は、外周が略正方形、内周が錘部１３２の形状に応じた多角形の枠形状の基板であり、シリコン膜１１０のフレーム部１１１と対応した形状を有する。フレーム部１３１は、ＢＯＸ層１２０ａを介してフレーム部１１１に接合されており、フレーム部１１１と一体化されている。
【００２７】
錘部１３２は、加速度に起因する力、あるいは、角速度に起因するコリオリ力を受ける錘（作用体）として機能する。錘部１３２は、略直方体形状の錘部１３２ａ〜１３２ｅに区分される。中心に配置された錘部１３２ａには、４方向から錘部１３２ｂ〜１３２ｅが接続され、全体として一体的に変位（移動、回転）することが可能となっている。即ち、錘部１３２ａは、錘部１３２ｂ〜１３２ｅを接続する接続部として機能する。錘部１３２は、図２（Ａ）を鉛直方向から見た場合に、略クローバー状の形状を有している。
【００２８】
錘部１３２ａ〜１３２ｅは、それぞれ錘接合部１１２ａ〜１１２ｅと対応する略正方形の断面形状（図２（Ａ）のＸ−Ｙ座標平面から見た形状）を有する。錘部１３２ａ〜１３２ｅは、ＢＯＸ層１２０ｂを介して錘接合部１１２ａ〜１１２ｅと接合される。錘部１３２ａ〜１３２ｅに加わった力に応じて錘接合部１１２が変位し、その結果、物理量の測定が可能となる。
【００２９】
錘部１３２を錘部１３２ａ〜１３２として構成している理由は、物理量センサ１００の小型化と高感度化の両立を図るためである。物理量センサ１００を小型化（小容量化）すると、錘部１３２の容量も小さくなり、その質量が小さくなることから、物理量に対する感度も低下する。可撓部１１３ａ〜１１３ｄの撓みを阻害しないように錘部１３２ｂ〜１３２ｅを分散配置することで、錘部１３２全体としての質量を確保している。この結果、物理量センサ１００の小型化と高感度化の両立が図られる。
【００３０】
錘部１３２ａの下面（第２基板１５０の上面に対向する面）は、後述する駆動用電極Ｅとして機能する。この錘部１３２ａの下面は、第２基板１５０の上面に設置された後述する駆動用電極１５１ａ（図３（Ｂ）参照）との間に印加された電圧によって錘接合部１１２ａ〜１１２ｅをＺ軸方向に振動させる。なお、この駆動の詳細については後述する。
【００３１】
錘部１３２ｂ〜１３２ｅのそれぞれの下面は、錘接合部１１２ｂ〜１１２ｅのＸ軸およびＹ軸方向の変位を検出する後述する検出用電極としてそれぞれ機能する。これらの錘部１３２ｂ〜１３２ｅの裏面の検出用電極は、第２基板１５０の上面に設置された後述する検出用電極１５１ｂ〜１５１ｅ（図３（Ｂ）参照）とそれぞれ容量性結合する。なお、錘部１３２ｂ〜１３２ｅと検出用電極１５１ｂ〜１５１ｅにそれぞれ付した符号のアルファベット部分（ｂ〜ｅ）は、それぞれ相互の位置関係に対応させて同様の順序で付している。この検出の詳細については後述する。
【００３２】
図２（Ｂ）及び（Ｃ）に示すＢＯＸ層１２０は、フレーム部１１１とフレーム部１３１とを接続するＢＯＸ層１２０ａと、錘接合部１１２ａ〜１１２ｅと錘部１３２ａ〜１３２ｅを接続するＢＯＸ層１２０ｂと、ブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊとブロック下層部１３４ａ〜１３４ｊを接続するＢＯＸ層１２０ｃと、により構成される。ＢＯＸ層１２０は、図２（Ｂ）及び（Ｃ）に示す部分以外の部分では、シリコン膜１１０及びシリコン基板１３０とは接続されていない。
【００３３】
ブロック下層部１３４ａ〜１３４ｊは、それぞれブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊと対応する略正方形の断面形状を有し、ＢＯＸ層１２０ｃによりブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊと接合される。ブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊ及びブロック下層部１３４ａ〜１３４ｊを接合したブロックは、それぞれ駆動用電極１４１ａ及び検出用電極１４１ｂ〜１４１ｅと、後述する駆動用電極１５１ａ及び検出用電極１５１ｂ〜１５１ｅに電源を供給するための配線の用途で用いられる。
【００３４】
また、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すシリコン膜１１０のフレーム部１１１の一部及びブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊの各中央部と、ＢＯＸ層１２０ｂの一部及びＢＯＸ層１２０ｃの各中央部には、第１基板１４０とシリコン基板１３０とを必要な部分で導通させるため導通部１６０が形成されている。導通部１６０は、第１基板１４０とシリコン基板１３０とを導通させるものであり、シリコン膜１１０のフレーム部１１１の一部及びブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊと、ＢＯＸ層１２０ｂの一部及びＢＯＸ層１２０ｃを貫通して形成されている。導通部１６０は、例えば、テーパー形状の貫通孔内に金属層を配置して構成されている。これらの導通部１６０は、後述する第１基板１４０に形成された配線用端子Ｔ１〜Ｔ１１の各形成位置に合わせて形成されている。なお、導通部１６０は活性層の上面に形成されないことが好ましい。
【００３５】
次に、図３を参照して第１、第２基板１４０、１５０について説明する。図３（Ａ）は第１基板１４０をＺ正方向から透視した平面図である。第１基板１４０の下面（シリコン膜１１０と対向する側）には駆動電極１４１ａと検出電極１４１ｂ〜ｅが配置されている。駆動電極１４１ａは配線Ｌ１を通じて配線用端子Ｔ１と電気的に接続されている。検出電極１４１ｂ〜ｅは配線Ｌ３〜Ｌ６を通じて配線用端子Ｔ３〜Ｔ６と電気的に接続されている。なお、添え字の番号は対応している。なお、配線Ｌ１，Ｌ３〜Ｌ６と配線用端子Ｔ１，Ｔ３〜Ｔ６にそれぞれ付した符号の数字部分（１，３〜６）は、それぞれ相互の位置関係に対応させて同様の順序で付している。このように、駆動電極１４１ａと検出電極１４１ｂ〜ｅからの電気信号を外部に取り出すことが可能である。
【００３６】
図３（Ｂ）はＺ正方向からみた第２基板１５０の平面図である。第２基板１５０の上面（シリコン基板１３０と対向する側）には駆動電極１５１ａと検出電極１５１ｂ〜ｅが配置されている。駆動電極１５１ａは配線Ｌ２を通じて配線用端子Ｔ２と電気的に接続されている。検出電極１５１ｂ〜ｅは配線Ｌ７〜Ｌ１０を通じて配線用端子Ｔ７〜Ｔ１０と電気的に接続されている。ここでは詳細を図示しないが、配線Ｌ１〜Ｌ１０は、ブロック部と第１基板または第２基板との間に介在された状態にある。このようにして、駆動電極１５１ａと検出電極１５１ｂ〜ｅからの電気信号を外部に取り出すことが可能である。なお、配線Ｌ２，Ｌ７〜Ｌ１０と配線用端子Ｔ２，Ｔ７〜Ｔ１０にそれぞれ付した符号の数字部分（２，７〜１０）は、それぞれ相互の位置関係に対応させて同様の順序で付している。
【００３７】
以上の図２及び図３に示した構成により、物理量センサ１００の外部（Ｃ−Ｖ変換回路など）と駆動用電極１４１ａ，１５１ａ、検出用電極１４１ｂ〜１４１ｅ，１５１ｂ〜１５１ｅへの電気的接続を可能としている。
【００３８】
駆動用電極、検出用電極、および配線の全体あるいは一部には、例えば、第１の導電性材料を含む第１導電層を下層とし、第１の導電性材料より高融点の第２の導電性材料を含む第２導電層を上層とする２層構造を用いることができる。
【００３９】
また、図３（Ｂ）に示す第２基板１５０の上面側には、気体吸収物質を含むゲッタ２０１（気体吸収部材）と、気体圧力を調整する物質を含むダミー電極２０２（気体圧力調整部材）と、が配置されている。ゲッタ２０１は、例えば、ジルコニウムＺｒ等の水や酸素を吸収する物質を用いることができる。このゲッタ２０１は、加熱することにより接合された半導体基板Ｗ、第１基板１４０及び第２基板１５０の封止空間内に残留する酸素分子又は水分子と化学反応して吸収し、封止空間内の真空度を向上させる。
【００４０】
なお、ゲッタ２０１を形成するための材料としては、加熱することにより酸素分子又は水分子と化学反応して吸収する金属であればよく、例えば、チタンＴｉ、バナジウムＶ、鉄Ｆｅ、ニッケルＮｉ、ジルコニウムＺｒ、あるいはこれらを含む合金であってもよい。また、加熱する温度は、例えば、１００℃以上であることが望ましいが、駆動用電極１４１ａ，１５１ａ、検出用電極１４１ｂ〜１４１ｅ，１５１ｂ〜１５４ｅ等の金属薄膜により形成されたパターンが損傷する温度よりも低い温度であることが望ましい。例えば、駆動用電極１４１ａ，１５１ａ、検出用電極１４１ｂ〜１４１ｅ，１５１ｂ〜１５４ｅがアルミニウムＡｌにより形成されている場合は、４００℃以下であることが望ましい。
【００４１】
ダミー電極２０２は、第１の導電性材料を含む第１導電層を下層とし、第１の導電性材料より高融点であり、かつ吸着した気体をアニール温度（加熱温度）より高い温度で放出する第２の導電性材料を含む第２導電層を上層とする２層構造を用いる。このダミー電極２０２は、封止空間内の気体圧力を制御するために設けたものであり、その形成時の面積と、アニール温度及びアニール時間を調整することにより、封止空間内の気体圧力を制御することを可能にするものである。なお、この詳細は後述する。
【００４２】
＜物理量センサの動作＞
上述したように、この物理量センサ１００では、錘接合部１１２と錘部１３２（１３２ａ〜１３２ｅ）が一体形成された錘部が、フレーム部１１１から延びる可撓部１１３により支持され、第１基板１４０、第２基板１５０、半導体基板Ｗにより囲まれた空間内で変位できるように構成されている。
【００４３】
物理量センサ１００を加速度センサとして用いる場合は、加速度の作用に起因して生じる錘部１３２の変位を検出すればよい。加速度は、錘接合部１１２および錘部１３２と検出電極とで形成した容量素子の静電容量変化により、錘部（錘接合部１１２と錘部１３２の接合体）の変位を検出する。Ｘ、Ｙ軸方向の加速度は錘部の傾き、Ｚ軸方向の加速度はＺ軸方向に沿った錘部の変位を検出することで検出可能である。
【００４４】
物理量センサ１００を角速度センサとして用いる場合は、錘部１３２を駆動用電極１４１ａ，１５１ａにより上下振動させ（一般に、交流電圧を印加し、単振動させる）、角速度の作用に起因して生じる錘部１３２の変位を検出すればよい。例えば、錘部１３２がＺ軸方向に速度ｖｚで移動しているときに角速度ωが印加されると錘部１３２にコリオリ力Ｆが作用する。具体的には、Ｘ軸方向の角速度ωｘおよびＹ軸方向の角速度ωｙそれぞれに応じて、Ｙ軸方向のコリオリ力Ｆｙ（＝２・ｍ・ｖｚ・ωｘ）およびＸ軸方向のコリオリ力Ｆｘ（＝２・ｍ・ｖｚ・ωｙ）が錘部１３２に作用する（ｍは、錘部１３２の質量）。Ｘ軸方向の角速度ωｘによるコリオリ力Ｆｙが印加されると、錘接合部１１２にＹ方向への傾きが生じる。このように、角速度ωｘ，ωｙに起因するコリオリ力Ｆｙ，Ｆｘによって錘接合部１１２にＹ方向、Ｘ方向の傾き（変位）が生じる。したがって、錘部１３２の各軸方向の変位をそれぞれ検出すれば、各軸方向成分の角速度の値を求めることができる。物理量センサ１００においては、各軸方向成分の角速度の値を、錘部１３２と各電極との間で形成される容量素子の静電容量変化を検出することで検出が可能である。
【００４５】
駆動用電極間に電圧を印加すると、クーロン力によって駆動用電極が互いに引き合い、錘部（錘接合部１１２と錘部１３２）はＺ軸正方向に変位する。また、駆動用電極間に電圧を印加すると、クーロン力によって駆動用電極が互いに引き合い、錘接合部１１２（錘部１３２も）はＺ軸負方向に変位する。即ち、上下の駆動用電極に電圧印加を交互に行うことで、錘接合部１１２（錘部１３２も）はＺ軸方向に振動する。この電圧の印加は正又は負の直流波形（非印加時も考慮するとパルス波形）、半波波形等を用いることができる。錘接合部１１２の振動の周期は電圧を切り換える周期で決定される。この切換の周期は錘接合部１１２の固有振動数にある程度近接していることが好ましい。錘部の固有振動数は、可撓部１１３の弾性力や錘部１３２の質量等で決定される。錘部１３２に加えられる振動の周期が固有振動数に対応しないと、錘部に加えられた振動のエネルギーが発散されてエネルギー効率が低下する。なお、駆動用電極間、又は駆動用電極間のいずれか一方のみに、錘部の固有振動数の１／２の周波数の交流電圧を印加してもよい。
【００４６】
一般に、角速度信号は数ｋＨｚ以上であり、加速度信号は角速度信号よりも２桁以上低い周波数であるため、外部の信号処理回路において各々を識別することができる。すなわち、加速度、角速度は外部に設けた信号処理回路により、低周波数成分（あるいはバイアス成分）、振動周波数に追随する信号をそれぞれフィルタ回路で処理し、その処理後の各信号を検出することで、３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）方向の加速度および２軸（Ｘ，Ｙ）方向の角速度を検出することが可能である。すなわち、１つのセンサ素子である物理量センサ１００を用いることにより、３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）方向の加速度および２軸（Ｘ，Ｙ）方向の角速度を検出することが可能である。また、物理量センサ１００を加速度／角速度のみを検出するセンサとして用いることができる。本実施の形態に記載した物理量センサ１００は、３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）方向の加速度と、２軸まわり（Ｘ，Ｙ）の角速度を検出することができる。なお、３軸方向の加速度を検出する場合には、前述の駆動用電極１４１ａ，１５１ａはＺ軸方向の加速度を検出する検出用電極として機能するものとする。
【００４７】
＜物理量センサの製造方法＞
以下、物理量センサ１００の製造方法について図４（Ａ）〜（Ｄ）と図５（Ａ）〜（Ｃ）を参照しながら説明する。なお、図４（Ａ）〜（Ｄ）と図５（Ａ）〜（Ｃ）は、図２（Ａ）に示したＣ−Ｃ線から見た断面に基づいて各製造工程を示している。
【００４８】
（１）半導体基板Ｗの準備（図４（Ａ）参照）
シリコン膜１１０、ＢＯＸ層１２０、シリコン基板１３０を積層してなる半導体基板Ｗ（ＳＯＩ基板）を用意する。上述したように、シリコン膜１１０は、フレーム部１１１、錘接合部１１２、可撓部１１３、およびブロック上層部１１４を構成する層である。ＢＯＸ層１２０は、シリコン膜１１０とシリコン基板１３０とを接合する層であり、かつエッチングストッパ層として機能する層である。シリコン基板１３０は、フレーム部１３１、錘部１３２、およびブロック下層部１３４を構成する層である。半導体基板Ｗは、ＳＩＭＯＸないし、貼り合せ法等により作成される。
【００４９】
（２）シリコン膜１１０の加工（図４（Ｂ）参照）
フレーム部１１１、錘接合部１１２ａ〜１１２ｅ、可撓部１１３ａ〜１１３ｄ、ブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊを加工するためのマスクを形成し、該マスクを介してシリコン膜１１０をエッチングすることにより、フレーム部１１１と、錘接合部１１２ａ〜１１２ｅ及び可撓部１１３ａ〜１１３ｄを形成する位置に凹部１７０を形成する。エッチング方法として、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法を用いることができる。
【００５０】
（３）シリコン膜１１０とＢＯＸ層１２０の加工（図４（Ｃ）参照）
所定のマスクが形成されたシリコン膜１１０とＢＯＸ層１２０をエッチングすることにより、錘接合部１１２ａ〜１１２ｅ、可撓部１１３ａ〜１１３ｄ、ブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊ及び導通部１６０それぞれの加工位置を決める開口を形成し、シリコン膜１１０とＢＯＸ層１２０に錘接合部１１２ａ〜１１２ｅと、可撓部１１３ａ〜１１３ｄと、ブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊと、導通部１６０に対応する開口１６１を形成する。エッチング方法として、ＤＲＩＥ（Ｄｅｅｐ Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）と呼ばれているエッチング方法を用いることができる。ＤＲＩＥでは材料層を厚み方向に浸食しながら掘り進むエッチング工程と、掘った穴の側面にポリマーの壁を形成するデポジション工程とを交互に繰り返し、ほぼ厚み方向にのみ浸食を進ませることが可能になる。この場合、酸化シリコンとシリコンとでエッチング選択性を有するエッチング材料を用いればよい。例えば、エッチング段階では、ＳＦ６ガス、およびＯ２ガスの混合ガスを、デポジション段階では、Ｃ４Ｆ８ガスを用いることが考えられる。続いて、シリコン膜１１０とＢＯＸ層１２０ａを貫通する開口１６１に対して、例えば、Ａｌを蒸着法やスパッタ法等により堆積させて、導通部１６０を形成する。シリコン膜１１０の上面に堆積した不要な金属層（導通部１６０の上端の縁（図示せず）の外側の金属層）はエッチングで除去する。なお、図４（Ｃ）では、フレーム部１１１と錘接合部１１２ａの加工された断面を示している。
【００５１】
（４）第１基板１４０の接合（図４（Ｄ）参照）
第１基板１４０の接合は、以下の１）〜３）に示す工程により行われる。
【００５２】
１）第１基板１４０の作成
第１基板１４０は、ガラス材料、半導体、金属材料、絶縁性樹脂材料のいずれかより構成される。第１基板１４０としてガラス材料を用いる場合について説明する。可動イオンを含むガラス基板（例えばパイレックス（登録商標）ガラス）を用いる。第１基板１４０のシリコン膜１１０との対向面の錘接合部１１２ａ〜１１２ｅにそれぞれ対向する位置に駆動用電極１４１ａ、検出用電極１４１ｂ〜１４１ｅ、及び配線Ｌ１，Ｌ３〜Ｌ６を、例えば、Ａｌからなるパターンによって形成する（図３（Ａ）参照）。また、第１基板１４０をエッチングあるいはサンドブラストにより、配線用端子Ｔ１〜Ｔ１１を形成するための上広の錐状貫通孔１７１を１１個形成する（図４（Ｄ）、図３（Ａ）参照）。なお、図４（Ｄ）では、配線用端子Ｔ１が形成された断面を示している。
【００５３】
上述のように、駆動用電極１４１ａ検出用電極１４１ｂ〜１４１ｅ、および配線Ｌ１，Ｌ３〜Ｌ６は、２層構造（第１導電層、第２導電層）とすることができる。また、全体を２層構造とせずに、その一部を２層構造とする構成であってもよい。駆動用電極１４１ａと検出用電極１４１ｂ〜１４１ｅを２層構造とすることで、エッチングの際に駆動用電極１４１ａと検出用電極１４１ｂ〜１４１ｅがエッチングガスにより劣化することを抑制できる。これら第１、第２導電層はいずれもスパッタ法を用いて形成できる。なお、第１導電層として、金Ａｕ、プラチナＰｔ等を使用する場合には、第２基板１５０の上面との間に密着膜（金Ａｕの場合は銅Ｃｕ、プラチナＰｔの場合はチタンＴｉ）を付加することが好ましい。
【００５４】
２）半導体基板Ｗと第１基板１４０の接合
第１基板１４０と半導体基板Ｗとを、陽極接合により接合する（図４（Ｄ）参照）。可動部を形成する前に、第１基板１４０を陽極接合しているので、半導体基板Ｗと第１基板１４０の陽極接合時に静電引力が発生しても錘接合部１１２ａ〜１１２ｅは第１基板１４０側に引き寄せられることはない。
【００５５】
３）配線用端子Ｔ１〜Ｔ１１の形成
第１基板１４０の上面及び錐状貫通孔１７１内に、例えば、Ｃｒ層、Ａｕ層の順に金属層を蒸着法やスパッタ法等により形成する。不要な金属層（配線用端子Ｔ１〜Ｔ１１の上端の縁の外側の金属層）をエッチングにより除去し、配線用端子Ｔ１〜Ｔ１１を形成する（図３（Ａ）参照）。配線用端子Ｔ１〜Ｔ１１は、半導体基板Ｗとの接合前に形成しておいてもよい。
【００５６】
（５）シリコン基板１３０の加工（図５（Ａ）参照）
シリコン基板１３０の第２基板１５０との対向面の、フレーム部１３１、錘部１３２ａ〜１３２ｅ及びブロック下層部１３４ａ〜１３４ｊの形成位置と、ゲッタ２０１及びダミー電極２０２の配置位置に対応する領域をエッチングすることにより凹部１８０を形成する。エッチング方法として、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法を用いることができる。
【００５７】
（６）シリコン基板１３０の加工（図５（Ｂ）参照）
フレーム部１３１、錘部１３２ａ〜１３２ｅ、ブロック下層部１３４ａ〜１３４ｊを加工するためのマスクを形成し、該マスクを介してシリコン基板１３０をエッチングすることにより、フレーム部１１１と、錘接合部１１２ａ〜１１２ｅ及び可撓部１１３ａ〜１１３ｄに対応する開口１８１を形成する。エッチング方法として、ＤＲＩＥ（Ｄｅｅｐ Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）と呼ばれているエッチング方法を用いることができる。なお、図５（Ｂ）では、フレーム部１３１と錘部１３２ａの加工された断面を示している。
【００５８】
（７）第２基板１５０の接合（図５（Ｃ）参照）
第２基板１５０の接合は、以下の１）〜２）に示す工程により行われる。
【００５９】
１）第２基板１５０の作成
第２基板１５０としては、前述した第１基板１４０と略同様の材料を用いることができる。本実施の形態では、第２基板１５０としてガラス基板を用いた場合について説明する。可動イオンを含むガラス基板の錘部１３２ａ〜１３２ｅにそれぞれ対向する位置に、駆動用電極１５１ａ、検出用電極１５１ｂ〜１５１ｅ、及び配線Ｌ２，Ｌ７〜Ｌ１０を、例えば、アルミニウムＡｌ等からなるパターンによって形成する（図３（Ｂ）参照）。また、図３（Ｂ）に示した位置にゲッタ２０１を、例えば、アルミニウムＡｌ等からなるパターンによって形成するとともに、図３（Ｂ）に示した位置にダミー電極２０２を２層構造としてパターンによって形成する。
【００６０】
上述のように、駆動用電極１５１ａと検出用電極１５１ｂ〜１５１ｅは、２層構造（第１導電層、第２導電層）を用いることができる。配線Ｌ２，Ｌ７〜Ｌ１０は、第１導電層を用いた構造であればよく、その一部を第１導電層の上に第２導電層を有する構成としてもよい。駆動用電極１５１ａと検出用電極１５１ｂ〜１５１ｅを２層構造とすることで、エッチングの際に駆動用電極１５１ａと検出用電極１５１ｂ〜１５１ｅがエッチングガスにより劣化することを抑制できる。これら第１、第２導電層はいずれもスパッタ法を用いて形成できる。なお、第１導電層として、金Ａｕ、プラチナＰｔ等を使用する場合には、第２基板１５０の上面との間に密着膜（金Ａｕの場合は銅Ｃｕ、プラチナＰｔの場合はチタンＴｉ）を付加することが好ましい。
【００６１】
２）半導体基板Ｗと第２基板１５０の接合
第２基板１５０と半導体基板Ｗとを、陽極接合により接合する。図５（Ｃ）は、半導体基板Ｗと第２基板１５０を接合した状態を示す。
【００６２】
（８）半導体基板Ｗ、第１基板１４０、第２基板１５０のダイシング
例えば、４５０℃のアニール処理によりゲッタ２０１を活性化して封止空間内に残留した酸素分子や水分子を吸収させ後、互いに接合された半導体基板Ｗ、第１基板１４０、及び第２基板１５０をダイシングソー等で切断し、個々の物理量センサ１００に分離する。以上のように物理量センサ１００が製造できる。なお、駆動用電極１５１ａと検出用電極１５１ｂ〜１５１ｅを２層構造とした場合、これらの電極群からはアニール処理中の加熱温度により吸着されたスパッタガス（例えば、Ａｒガス）が放出される。この積層電極による気体放出現象の詳細については、後述する。
【００６３】
ここで、駆動用電極１５１ａ及び検出用電極１５１ｂ〜１５１ｅに２層構造（第１導電層、第２導電層）を用いる理由について説明する。
【００６４】
駆動用電極１５１ａ及び検出用電極１５１ｂ〜１５１ｅに２層構造（第１導電層、第２導電層）を用いることにより、物理量センサ１００が封止された後のアニール処理において後述する気体放出現象が発生する。この気体放出現象を利用して、封止空間内の内部圧力を調整することが可能になる。さらに、駆動用電極１５１ａ及び検出用電極１５１ｂ〜１５１ｅに２層構造（第１導電層、第２導電層）を用いることにより、以下に説明する「スティッキング」や「ヒロック」等を抑制することが可能になる。半導体基板Ｗと第２基板１５０を陽極接合する時には、錘接合部１１２ａ〜１１２ｅは可撓部１１３ａ〜１１３ｄにより可動支持されているため、陽極接合時に発生する静電引力により錘部１３２ａ〜１３２ｅは第２基板１５０側に引き寄せられる可能性がある。例えば、半導体基板Ｗと第２基板１５０とを陽極接合する時に発生する静電引力により錘部１３２ａ〜１３２ｅが第２基板１５０に引き寄せられて第２基板１５０に付着する「スティッキング」という状態が発生する可能性がある。「スティッキング」の有無は、錘部１３２ａ〜１３２ｅと駆動用電極１５１ａ等間の導通を調べることにより確認できる。「スティッキング」が発生していればショート（導通）となり、「スティッキング」が発生していなければオープン（絶縁）となる。
【００６５】
また、半導体基板Ｗと第２基板１５０とを陽極接合する時に「ヒロック」が発生する可能性がある。この「ヒロック」とは、駆動電極や検出用電極等に発生する、例えば、半球状の突起物である。「ヒロック」の有無は、製品間での特性のばらつき、及び電極間のショートの原因となる。「ヒロック」の有無は、光学顕微鏡で観察することにより確認できる。
【００６６】
上述の封止空間内の内部圧力を調整し、「スティッキング」及び「ヒロック」を防止するため、駆動用電極１５１ａ及び検出用電極１５１ｂ〜１５１ｅとして、上述の第１の導電性材料を含む第１導電層を下層とし、第１の導電性材料より高融点の第２の導電性材料を含む第２導電層を上層とする２層構造（第１導電層、第２導電層）を用いることにした。
【００６７】
ここで、図５（Ｃ）に示した駆動用電極１５１ａ及び検出用電極１５１ｂ，１５１ｄを２層構造とした例を図６に示す。図６において、駆動用電極１５１ａ及び検出用電極１５１ｂ，１５１ｄは、下層電極１５１ａ１，１５１ｂ１，１５１ｄ１（第１導電層）と、上層電極１５１ａ２，１５１ｂ２，１５１ｄ２（第２導電層）と、により形成される。下層電極１５１ａ１，１５１ｂ１，１５１ｄ１を形成する第１の導電性材料と、上層電極１５１ａ２，１５１ｂ２，１５１ｄ２を形成する第２の導電性材料としては、以下のような組み合わせが好ましい。
【００６８】
（１）下層電極の第１の導電性材料：Ａｌ，Ａｌ−Ｃｕ，Ａｌ−Ｎｄ，Ａｌ−Ｓｉ，Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ，Ｐｔ，Ａｕ等
これらの第１の導電性材料は、以下のような条件を有することが好ましい。
・低抵抗であることが好ましい（物理量センサ１００の感度に影響）。
・配線Ｌ２，Ｌ７〜Ｌ１０と、ブロック下層部１３４ｂ，１３４ｇ〜１３４ｊの裏面との電気的接続が良好であることが好ましい。具体的には、陽極接合の温度（２００℃〜４００℃）でブロック下層部１３４ｂ等の裏面（シリコン等の半導体）とオーミック接続（あるいはオーミック接続とみなせる低抵抗接続）されることが好ましい。
・陽極接合の温度下において、接合圧力により潰れる程度の柔軟性を有することが好ましい。配線Ｌ２，Ｌ７〜Ｌ１０は、ブロック下層部１３４ｂ等の裏面と第２基板１５０との間に挟まれて、ブロック下層部１３４ｂ等の裏面と接続される。このとき、配線Ｌ２，Ｌ７〜Ｌ１０が変形して、ブロック下層部１３４ｂ等の裏面と配線Ｌ２，Ｌ７〜Ｌ１０の接続箇所の全体が均一に接触することが好ましい。下層電極が変形することで、配線Ｌ２，Ｌ７〜Ｌ１０とブロック下層部１３４ｂ，１３４ｇ〜１３４ｊとの電気的接続の信頼性が高くなる。
【００６９】
（２）上層電極の第２の導電性材料：Ｃｒ，Ｗ，ＴｉＮ，Ｍｏ，Ｔａ等
これらの第１の導電性材料は、以下のような条件を有することが好ましい。
・第１の導電性材料よりも高融点であることが望ましい。陽極接合の温度（〜５００℃）で軟化せず、硬いことが望ましい。これにより錘部１３２ａ〜１３２ｅの下面との融合が制限される。
・陽極接合の温度で錘部１３２ａ〜１３２ｅの下面の材料と化合物（例えば、シリサイド）を形成しないことが望ましい。
・上述の「ヒロック」等を抑制することが望ましい。
・低抵抗であることが望ましい。但し、下層電極に比べて、この要請は低い。
・下層電極との密着性が良好なことが好ましい。
【００７０】
（３）錘部１３２ａ〜１３２ｅ：シリコン等の半導体材料
・陽極接合の温度で上層電極の材料と化合物を作らないことが望ましい。
【００７１】
以上の下層電極の第１の導電性材料の条件と、上層電極の第２の導電性材料の条件とを考慮して、第１の導電性材料：Ａｌ，Ａｌ−Ｎｄ，Ａｌ−Ｓｉ，Ｐｔ，Ａｕと、第２の導電性材料：Ｃｒ，Ｗ，ＴｉＮ，Ｍｏ，Ｔａとの組み合わせを評価した結果、以下のような結果が得られた。
【００７２】
錘部１３２ａ〜１３２ｅの下面と上層電極それぞれが、半導体（Ｓｉ）及び下層電極の第１の導電性材料よりも高融点の導電性材料（Ｃｒ，Ｗ，ＴｉＮ）の時に、「スティッキング」が少なかった。「ヒロック」に関しては、Ａｌの下層電極をＡｌより高融点の金属含有材料の上層電極で覆うことで、下層電極の「ヒロック」を抑制できた。下層電極がＡｕやＣｒの場合、「ヒロック」は発生しないので上層電極の材料は「ヒロック」の抑制には寄与しない。電気的接続に関しては、下層電極がＣｒの場合以外は概ね良好であった。
【００７３】
以上の結果から、駆動用電極１５１ａ及び検出用電極１５１ｂ〜１５１ｅに２層構造（第１導電層、第２導電層）を用いることにより、半導体基板Ｗと第２基板１５０を陽極接合する際の「スティッキング」や「ヒロック」の発生を抑制可能になった。
【００７４】
＜電極の気体放出現象＞
本実施の形態の物理量センサ１００では、封止空間内の真空度を向上させるためゲッタ２０１を第２基板１５０の上面に配置している。このゲッタ２０１は、アルミニウムＡｌ等の金属により形成される。ゲッタ２０１は、半導体基板Ｗに第２基板１５０を陽極接合した後、所定のアニール温度（例えば、４１５℃以上）のアニール処理で活性化され、封止空間内に残留する酸素分子又は水分子と化学反応して吸収し、封止空間内の真空度を向上させている。下層電極の第１の導電性材料としてＡｌ系材料（Ａｌ，Ａｌ−Ｎｄ，Ａｌ−Ｓｉ）を用い、上層電極の第２の導電性材料としてＣｒを用いて、スパッタ法により２層構造の積層電極を形成した場合、陽極接合後のアニール処理においてスパッタ処理時に積層電極膜中に混入した気体が放出されることが判明した。
【００７５】
図６に示す駆動用電極１５１ａ及び検出用電極１５１ｂ，１５１ｄは、例えば、下層電極１５１ａ１，１５１ｂ１，１５１ｄ１の第１の導電性材料としてＡｌ系材料（Ａｌ，Ａｌ−Ｎｄ，Ａｌ−Ｓｉ）を用い、上層電極１５１ａ２，１５１ｂ２，１５１ｄ２の第２の導電性材料としてＣｒを用いて、スパッタ法にて形成することができる。この場合、スパッタ処理に際して用いられる希ガス（例えば、Ａｒガス）が下層電極１５１ａ１，１５１ｂ１，１５１ｄ１及び上層電極１５１ａ２，１５１ｂ２，１５１ｄ２の各電極膜中に混入する。この電極膜中に混入されたＡｒガスは、陽極接合時の温度では放出されず、封止後にゲッタを活性化するめのアニール処理時のアニール温度（４１５℃以上）以上で放出されることが判明した。
【００７６】
上述の気体放出現象について、Ａｌ−Ｎｄ単層電極とした場合と、Ｃｒ／Ａｌ−Ｎｄ積層電極とした場合で比較した例を図９に示すグラフを参照して説明する。図９は、単層電極と積層電極の各気体放出特性を加熱温度（℃）（横軸）とＡｒガス放出強度（ａ．ｕ．）（縦軸）との対応関係で示したグラフである。この場合、単層電極と積層電極の各試料の面積は１ｃｍ２である。図９において、実線は積層電極の気体放出現象を示し、点線は単層電極の気体放出現象を示す。なお、スパッタ処理に際して用いられるＡｒガスは、電極膜中に、例えば、０．０１〜１ａｔ％混入する。また、図９において、第２基板１５０と半導体基板Ｗの陽極接合時の温度は３６０℃である。
【００７７】
図９において、スパッタ処理によりＡｌ−Ｎｄ単層電極に混入したＡｒガスは、加熱温度が約４７０℃になると放出される。この加熱温度は、上述のアニール温度（４２０℃）よりも高いため、Ａｌ−Ｎｄ単層電極では気体放出現象は発生しない。また、図９において、スパッタ処理によりＣｒ／Ａｌ−Ｎｄ積層電極に混入したＡｒガスは、加熱温度が約４１５℃になると放出される。この加熱温度は、上述のアニール温度（４２０℃）に近いため、Ｃｒ／Ａｌ−Ｎｄ積層電極では気体放出現象が発生する。すなわち、Ｃｒ／Ａｌ−Ｎｄ積層電極は、陽極接合時の温度（３６０℃）では気体放出現象は発生せず、ゲッタ２０１を活性化するアニール処理時のアニール温度（４２０℃）で気体放出現象が発生することが判った。また、図９に示すＣｒ／Ａｌ−Ｎｄ積層電極の気体放出特性では、加熱温度が約４２０℃になると気体放出が開始され、その後、加熱温度を上げても気体放出量はほぼ一定になることが判明した。
【００７８】
以上の気体放出現象により、物理量センサ１００では、封止後にゲッタ２０１を活性化するめのアニール処理に際して、封止空間内に残留した酸素分子又は水分子はゲッタ２０１の化学反応により吸収されるが、Ｃｒ／Ａｌ−Ｎｄ積層電極から放出されるＡｒガスはゲッタ２０１に吸収されないことが判明した。すなわち、積層電極から放出されたＡｒガスにより封止空間内の内部圧力が上昇することが判明した。本実施の形態の物理量センサ１００では、この積層電極による気体放出現象を利用して、封止空間内の内部圧力を制御することに特徴がある。
【００７９】
＜封止空間内の内部圧力制御方法＞
上述の図２０において説明したように、物理量センサの錘部の共振スペクトルの共振周波数幅（図２０に示す半値幅）は、封止空間内の内部圧力に依存しているが、その共振周波数幅が狭ければ性能が良いといものではなく、仕様等により設定される加速度や角速度の検出範囲に対応した共振スペクトルの共振周波数幅に調整される必要がある。このため、本実施の形態の物理量センサ１００では、上述の図９に示したＣｒ／Ａｌ−Ｎｄ積層電極の気体放出特性を利用して、封止空間内の内部圧力を制御して、錘部の共振スペクトルを所望の共振周波数幅に調整する。
【００８０】
ここで、内部圧力を求める数式（１）を以下に示す。
Ｐ＝ＮｋＢＴ／Ｖ＝（ｖＳｋＢＴ）ｔ／Ｖ・・・（１）
なお、数式（１）において、Ｖ：内部体積，Ｓ：Ａｒガス放出面積，ｖ：Ａｒガス放出速度，ｔ：加熱処理時間，Ｔ：製品使用温度，Ｎ＝ｖＳｔ：内部のＡｒ分子数，ｋＢ：ボルツマン定数である。また、ＮｋＢＴ／Ｖは、理想気体の状態方程式である。
【００８１】
本実施の形態の物理量センサ１００では、内部圧力を求める数式（１）に基づいて、積層電極を形成する導電性材料（例えば、Ｃｒ／Ａｌ−Ｎｄ）の面積Ｓと、そのアニール温度Ｔとアニール時間ｔを調整することにより、封止空間内に放出されるＡｒガス量を制御して、封止空間の内部圧力を制御することを可能にする。特に、図９に示したＣｒ／Ａｌ−Ｎｄ積層電極の気体放出特性を考慮すると、アニール温度（４２０℃）でＡｒガスの放出量が一定になるため、面積Ｓと加熱処理時間ｔを主に制御することにより、封止空間の内部圧力を所望の圧力に設定することが容易にできる。また、積層電極の気体放出温度は、ゲッタ２０２として用いられる材料を活性化する際に設定するアニール温度に近いことが望ましく、陽極接合時の加熱温度（第１の加熱温度）より高い加熱温度（第２の加熱温度）であることが望ましい。
【００８２】
図６に示した例では、駆動用電極１５１ａ及び検出用電極１５１ｂ，１５１ｄをＣｒ／Ａｌ−Ｎｄを積層した２層構造とし、その面積Ｓと、そのアニール温度Ｔとアニール時間ｔを調整して、封止空間内に放出されるＡｒガス量を制御することにより、封止空間内の内部圧力を制御することができる。また、駆動用電極１５１ａ及び検出用電極１５１ｂ〜１５１ｅの一部の電極として、例えば、図７に示すように、検出用電極１５１ｄのみをＣｒ／Ａｌ−Ｎｄを積層した２層構造（図中の下層電極１５１ｄ１と上層電極１５１ｄ２）として、その面積Ｓと、そのアニール温度Ｔとアニール時間ｔを調整するようにしてもよい。
【００８３】
また、図３（Ｂ）に示したように、第２基板１５０の上面にダミー電極２０２を配置し、図８に示すように、Ｃｒ／Ａｌ−Ｎｄを積層した２層構造（図中の下層電極２０２ａと上層電極２０２ｂ）として、その面積Ｓと、そのアニール温度Ｔとアニール時間ｔを調整するようにしてもよい。また、図１０に示すように、駆動用電極１５１ａ及び検出用電極１５１ｂ，１５１ｄと、ダミー電極２０２をＣｒ／Ａｌ−Ｎｄを積層した２層構造として、これらの面積Ｓと、そのアニール温度Ｔとアニール時間ｔを調整するようにしてもよい。さらに、図１１に示すように、例えば、配線Ｌ１０の一部をＣｒ／Ａｌ−Ｎｄを積層した２層構造としたダミー電極２１０として形成し、このダミー電極２１０の面積Ｓと、そのアニール温度Ｔとアニール時間ｔを調整するようにしてもよい。また、図１２に示すように、配線Ｌ１０に接続されるダミー電極及びダミー配線２１１をＣｒ／Ａｌ−Ｎｄを積層して形成し、このダミー電極及びダミー配線２１１の面積Ｓと、そのアニール温度Ｔとアニール時間ｔを調整するようにしてもよい。
【００８４】
また、Ｃｒ／Ａｌ−Ｎｄを積層して２層構造とした積層電極からＡｒガスが放出されたことを検証する方法として、アニール処理前後でＣｒ／Ａｌ−Ｎｄ積層電極のシート抵抗値を測定する方法がある。アニール処理前後でＣｒ／Ａｌ−Ｎｄ積層電極のシート抵抗値を測定した例を図１３に示す。この場合、Ａｌ−Ｎｄ層の厚さは３００ｎｍ、Ｃｒ層の厚さは１００ｎｍ、アニール温度は４２０℃に設定している。アニール処理前のシート抵抗値は約０．４（Ω／ｓｑ）、アニール処理後のシート抵抗値は約３．１（Ω／ｓｑ）である。このシート抵抗値の変化は、気体放出現象特有のものであり、従来のシート抵抗値を下げるためのアニール処理とは異なる結果である。すなわち、例示したＣｒ／Ａｌ−Ｎｄ積層電極における気体放出現象の特徴は、上述のようにゲッタ２０２として用いられる材料を活性化する際に設定するアニール温度に近いことが望ましく、陽極接合時の加熱温度（第１の加熱温度）より高い加熱温度（第２の加熱温度）であり、かつ、シート抵抗値を下げるためのアニール処理時のアニール温度設定よりも低いことが望ましい。
【００８５】
さらに、例えば、Ａｌ系等の単一の導電性材料を用いて単層電極を形成した場合でも気体放出現象は発生する。しかし、このような単層電極では、気体放出現象が発生するアニール温度が、Ｃｒ／Ａｌ−Ｎｄ積層電極の場合に比べて高くなり、例えば、４７０℃になる。この場合、単層電極表面には上述の「ヒロック」が発生するため、物理量センサ１００の電極として用いることは望ましくない。Ｃｒ／Ａｌ−Ｎｄ積層電極を用いた場合は、単層電極を用いた場合に比べて気体放出現象が発生する温度が、上述のように４２０℃と低いため、「ヒロック」は発生しない。したがって、封止空間を所望の内部圧力に設定する電極としては、２種類の導電性材料を積層した積層電極を用いることが、物理量センサ１００に対しては最適である。なお、上記実施の形態では、積層電極としてＣｒ／Ａｌ−Ｎｄ積層電極を例示したが、これらの導電性材料に限定するものではなく、上述の条件で気体放出現象を発生する特徴を有する導電性材料であればよい。上記例示したように、駆動用電極１５１ａ及び検出用電極１５１ｂ，１５１ｄの一部、ダミー電極２０２、又は、ダミー配線２１１を２層構造とし、アニール処理により気体放出現象を発生させる場合を示した。しかし、気体放出現象が発生した結果、使用する導電性材料によっては２層構造とした部分が高抵抗化する可能性がある。そこで、動用電極１５１ａ及び検出用電極１５１ｂ，１５１ｄ等の高抵抗化が望ましくない部分は、アニール処理において気体放出現象が発生せず高抵抗化しない導電性材料としてＴｉＮ／Ａｌ−Ｎｄを使用し、気体放出現象を利用するダミー電極２０２やダミー配線２１１の部分は、導電性材料としてＣｒ／Ａｌ−Ｎｄを使用することが好適である。
【００８６】
アニール処理前後のＣｒ／Ａｌ−Ｎｄ積層電極表面の金属顕微鏡写真を図１４及び図１５に示す。なお、この場合、アニール温度は４２０℃である。図１５に示すように、アニール処理後のＣｒ／Ａｌ−Ｎｄ積層電極表面には「ヒロック」は発生していない。
【００８７】
以上のように、静電容量型の物理量センサ１００において、第２基板１５０の面上に形成する駆動用電極１５１ａ，検出用電極１５１ｂ〜１５１ｅ、又は、これら電極の一部、又は、ダミー電極２０２を、Ａｌ系の第１の導電性材料を含む下層電極と、第１の導電性材料より高融点のＣｒ系の第２の導電性材料を含む上層電極とを積層した積層電極として形成した。この積層電極は、成膜時に混入した気体（Ａｒガス）を陽極接合時の加熱温度より高いアニール温度で一定量放出する特徴を持つため、その面積、アニール温度及びアニール時間を制御することにより、物理量センサ１００内の封止空間の内部圧力を所望の圧力に設定することが容易にできる。このため、封止空間の内部圧力に依存する錘部１３２ａ〜１３２ｅの共振スペクトルの共振振動周波数幅を任意に設定することが容易になる。その結果、検出感度等の仕様に応じて錘部の共振スペクトルを所望の共振周波数幅に調整した物理量センサ１００を容易に製造することが可能になる。
【００８８】
本発明の実施の形態に係る物理量センサ１００は、例えば、ＩＣ等の能動素子を搭載する回路基板上に実装され、ワイヤボンディング接続等の周知の方法および材料によって配線用端子Ｔ（Ｔ１〜Ｔ１１）と、電子回路基板もしくはＩＣ等の能動素子とを接続することにより、物理量センサと電子回路とを１つの電子部品として提供することができる。この電子部品は、例えば、ゲーム機、携帯電話等のモバイル端末機に搭載されて市場に流通することが可能である。
【００８９】
以下に、物理量センサ１００により検出される加速度と角速度の各変位信号を処理する処理回路について説明する。
【００９０】
＜処理回路＞
上記物理量センサ１００により検出される加速度と角速度の変位信号を処理する各処理回路の構成例について図１６を参照して説明する。
【００９１】
図１６は、物理量センサ１００により検出される加速度及び角速度の変位信号を処理する処理回路３００の回路構成を示す図である。図１６において、処理回路３００は、Ｃ−Ｖコンバータ３０１と、アンプ回路（Ａｍｐ）３０２と、フィルタ回路３０３と、から構成される。
【００９２】
Ｃ−Ｖコンバータ３０１は、印加される加速度及び角速度に応じて物理量センサ１００から出力される各軸方向の各変位信号（静電容量変化）を電圧信号に変換してアンプ回路３０２に出力する。アンプ回路３０２は、Ｃ−Ｖコンバータ３０１から入力される電圧信号を所定の増幅率で増幅してフィルタ回路３０３に出力する。フィルタ回路３０３は、数ｋＨｚ以上の信号成分を通過させるフィルタ機能を有する。フィルタ回路３０３は、アンプ回路３０２で増幅された電圧信号から数ｋＨｚ以上の信号成分を通過させて、Ｘ軸方向とＹ軸方向の角速度検出信号として出力する。フィルタ回路３０３は、低周波数の信号成分をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の加速度検出信号として出力する。
【００９３】
次に、上記物理量センサ１００と処理回路３００を実装した半導体装置とした例について説明する。なお、本明細書において半導体装置とは、半導体技術を利用して機能しうる装置全般を指し、電子機器も半導体装置の範囲に含まれるものとする。
【００９４】
図１７は、上記物理量センサ１００と処理回路３００を実装した半導体装置として、例えば、センサモジュール４００の一例を示す図である。図１７において、センサモジュール４００は、上記処理回路３００を含む信号処理チップ４０１と、メモリチップ４０２と、上記物理量センサ１００を含むセンサチップ４０３と、が基板４０４上に実装されている。各チップ４０１，４０２，４０３は、ボンディングワイヤ４０５により接続されている。メモリチップ４０２は、信号処理チップ４０１の制御用のプログラムやパラメータ等を記憶するメモリである。
【００９５】
上記のようなセンサモジュール４００を提供することにより、ゲーム機、携帯電話等のモバイル端末機への実装が容易になる。
【００９６】
次に、図１７に示したセンサモジュール４００を電子機器として、例えば、モバイル端末機に実装した例について説明する。
【００９７】
図１８は、センサモジュール４００を実装した携帯型情報端末５００の一例を示す図である。図１８において、携帯型情報端末５００は、ディスプレイ部５０１と、キーボード部５０２と、から構成される。センサモジュール４００は、キーボード部５０２の内部に実装されている。携帯型情報端末５００は、その内部に各種プログラムを記憶し、各種プログラムにより通信処理や情報処理等を実行する機能を有する。この携帯型情報端末５００では、センサモジュール４００により検出される加速度や角速度をアプリケーションプログラムで利用することにより、例えば、落下時の加速度を検出して電源をオフさせる等の機能を付加することが可能になる。
【００９８】
上記のようにセンサモジュール４００をモバイル端末機に実装することにより、新たな機能を実現することができ、モバイル端末機の利便性や信頼性を向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る物理量センサを分解した状態を示す分解斜視図である。
【図２】半導体基板の構成を示す図であり、（Ａ）はシリコン膜の上面を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線から見たシリコン基板の断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線から見たシリコン基板の断面図である。
【図３】基板の構成を示す図であり、（Ａ）は第１基板の下面を示す平面図、（Ｂ）は第２基板の上面を示す平面図である。
【図４】物理量センサの製造方法を示す図であり、（Ａ）は加工前の半導体基板を示す断面図、（Ｂ）は半導体基板にフレーム部、錘接合部及び可撓部に対応する領域に凹部を形成する工程を示す断面図、（Ｃ）は半導体基板にフレーム部、錘接合部及び導通部を形成する工程を示す断面図、（Ｄ）は半導体基板に第１基板を接合する工程を示す断面図である。
【図５】物理量センサの製造方法を示す図であり、（Ａ）は半導体基板に錘部等に対応する領域に凹部を形成する工程を示す断面図、（Ｂ）は半導体基板に錘部等を形成する工程を示す断面図、（Ｃ）は半導体基板に第２基板を接合する工程を示す断面図である。
【図６】第２基板上の駆動用電極と検出用電極を積層電極として形成した例を示す断面図である。
【図７】第２基板上の検出用電極のみを積層電極として形成した例を示す断面図である。
【図８】第２基板上に積層電極として形成したダミー電極を設けた例を示す断面図である。
【図９】Ａｌ−Ｎｄ単層電極とＣｒ／Ａｌ−Ｎｄ積層電極の各気体放出特性を示すグラフである。
【図１０】第２基板上に積層電極として形成した駆動用電極、検出用電極及びダミー電極を設けた例を示す断面図である。
【図１１】第２基板上の配線の一部を積層電極のダミー電極として形成した例を示す平面図である。
【図１２】第２基板上の配線に接続されるダミー配線及びダミー電極を積層電極として形成した例を示す平面図である。
【図１３】気体放出現象が発生する積層電極のアニール処理前後のシート抵抗値の一例を示す図である。
【図１４】アニール処理前のＣｒ／Ａｌ−Ｎｄ積層電極表面のＳＥＭ写真を示す図である。
【図１５】アニール処理後のＣｒ／Ａｌ−Ｎｄ積層電極表面のＳＥＭ写真を示す図である。
【図１６】物理量センサにより検出される角速度の変位信号を処理する角速度処理回路の一例を示す図である。
【図１７】物理量センサと処理回路を実装したセンサモジュールの一例を示す図である。
【図１８】センサモジュールを実装したモバイル端末機の一例を示す図である。
【図１９】従来の物理量センサの動作原理を示す図であり、（Ａ）は駆動電圧５Ｖ印加時の状態を示す図、（Ｂ）は駆動電圧０Ｖ印加時の状態を示す図である。
【図２０】従来の物理量センサにおける振動周波数の一例を示す図である。
【符号の説明】
【０１００】
１００…物理量センサ、１１０…シリコン膜、１１１，１３１…フレーム部、１１２ａ〜１１２ｅ…錘接合部、１１３ａ〜１１３ｄ…可撓部、１２０…ＢＯＸ層、１３０…シリコン基板、１３２（１３２ａ〜１３２ｅ）…錘部、１４０…第１基板、１４４１，１５１ａ…駆動用電極、１４１ｂ〜１４１ｅ，１５１ｂ〜１５１ｅ…検出用電極、１５０…第２基板、１５１ａ１，１５１ｂ１，１５１ｄ１，２０２ａ…下層電極、１５１ａ２，１５１ｂ２，１５１ｄ２，２０２ｂ…上層電極、１６０…導通部、２０１…ゲッタ、２０２…ダミー電極、３００…処理回路、４００…センサモジュール、５００…携帯型情報端末、Ｌ１，Ｌ２…（駆動用電極と接続する）配線、Ｌ３〜Ｌ１０…（検出用電極と接続する）配線。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動部が形成された半導体基板を封止した封止型デバイスに関し、特に、外力に応じて変位可能な容量素子を用いて物理量を検出する物理量センサ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種電子機器の小型軽量化、多機能化や高機能化が進み、実装される電子部品にも高密度化が要求されている。このような要求に応じて各種電子部品が半導体デバイスとして製造されるものが増加している。このため、回路素子として製造される半導体デバイス以外に物理量を検出するセンサ等も半導体デバイスを用いて製造されて、小型軽量化が図られている。例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いて小型で単純な構造を有する加速度センサあるいは角速度センサでは、外力に応じて変位する可動部を半導体基板に形成し、この可動部の変位が静電容量素子を利用して検出されるタイプのセンサ（いわゆる静電容量型センサ）等が実用化されている。このようなセンサでは、可動部を安定して変位させるため、半導体基板を封止材（例えば、ガラス基板等）で密封する構造がとられており、密封された封止空間はガス抜き等が行われて、可動部の変位を阻害する要因が排除されている。このような可動部を密封した封止構造を有するデバイスを、本書面では封止型デバイスと呼称するものとする。封止型デバイスには、ＭＥＭＳ素子以外に、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）素子やＦ−ＢＡＲ（Thin Film Bulk Acoustic Wave Resonators）素子等も含まれる。静電容量型センサは、一般に一対のガラス基板に挟まれて接合された半導体基板内に、所定の自由度をもって変位可能な錘部を用意し、当該錘部を加速度や角速度などに伴う変位を検出する錘部として利用する。変位の検出は、容量素子の静電容量の値に基づいて行われる。静電容量型センサにおいて、多軸成分の物理量を検出するために、従来、１軸のセンサを複数組み合わせて使われていたが、サイズやコストの点で問題であった。
【０００３】
そこで、１つのセンサ素子によって多軸成分の検出を行うことが可能な静電容量型センサの研究が進んでいる。このような１つのセンサ素子によって多軸成分の物理量を検出するセンサが開示されている（特許文献１及び非特許文献１）。
【０００４】
静電容量型の角速度センサの動作原理について、図１９を参照して説明する。図１９（Ａ）及び（Ｂ）は、静電容量型の角速度センサの概略構成と、基本動作を示す図である。図１９（Ａ）において、角速度センサ７００は、上ガラス基板（第１基板）７０１と、半導体基板７０２と、下ガラス基板（第２基板）７０３と、により構成される。上ガラス基板７０１の半導体基板７０２との対向面には、駆動用の電極７０４が形成されている。半導体基板７０２には、錘部７０５と、錘部７０５を図中の上下方向に変位可能に支持する可撓部７０６が形成されている。半導体基板７０２は、その上面と下面が上ガラス基板７０１と下ガラス基板７０３に接合されて封止されることにより、その内部は真空封止されている。
【０００５】
図１９（Ａ）は、電極７０４に駆動電圧として５Ｖを印加した状態を示す図である。この場合、錘部７０５は電極７０４との間の静電引力Ｆｃにより上方に引っ張り上げられる。図１９（Ｂ）は、電極７０４に印加する駆動電圧を０Ｖにした状態を示す図である。この場合、錘部７０５は可撓部７０６のばね復元力Ｆｂにより元の位置に戻される。この角速度センサ７００では、図１９（Ａ）及び（Ｂ）の駆動電圧の印加動作を繰り返すことにより錘部７０５を振動させた状態で、角速度に伴うコリオリ力が検出される。
【０００６】
図１９（Ａ）及び（Ｂ）に示した角速度センサ７００は、半導体基板７０２は、上ガラス基板７０１と下ガラス基板７０３とにより囲まれた領域が真空封止されている。このような上下ガラス基板７０１，７０３により封止された領域の真空度を上げる力学量センサが、例えば、特許文献２により提案されている。
【０００７】
この力学量センサでは、密閉室（封止空間）を形成する上下ガラス基板の内側の表面に、錘部の変位を検出する検出電極と同一材料からなる気体分子吸収材を設けて、密閉室内の真空度を上げるようにしている。これは、錘部７０５の気体粘性による振動動作の減衰を抑えるためである。すなわち、錘部７０５の振動動作は、封止空間内の内部圧力に依存することが判る。例えば、図２０に示すように、錘部７０５の共振スペクトルの振動周波数幅は、製品の仕様等により所望の共振周波数幅（図中の半値幅）が必要である。図２０では、共振スペクトルの共振周波数がｆｚである場合を示している。なお、本明細書では、共振スペクトルとは共振周波数で最大値をとる周波数スペクトルに現れる山のことであり、共振周波数とは共振スペクトルのピーク周波数のことであり、共振周波数幅とは共振スペクトルの半値幅のことである。
【特許文献１】特開２００６−２２６７７０号公報
【特許文献２】特開２００７−５７４６９号公報
【非特許文献１】Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｏｎ Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｓ，Ｖｏｌ．１２６，Ｎｏ．６，２００６（電気学会論文誌Ｅ，１２６巻，６号，２００６年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記図１９（Ａ）及び（Ｂ）に示したような角速度センサ７００は、その共振周波数幅が狭ければ性能が良いというものではなく、仕様等により設定される角速度のセンサ特性に対応した共振スペクトルの所望の共振周波数幅に調整することが望ましい。
【０００９】
本発明は上記に鑑み、封止型デバイス及び静電容量型の物理量センサにおいて、封止空間内の内部圧力を制御して、錘部の共振スペクトルを所望の共振周波数幅に調整可能にする封止型デバイス、物理量センサ、その製造方法、及びその内部圧力制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の実施の形態に係る封止型デバイスは、フレーム部と、前記フレーム部の内側に配置された可動部と、を備えた半導体基板と、前記フレーム部の一方の側に接合された第１基板と、前記フレーム部の他方の側に接合された第２基板と、前記第１基板及び前記第２基板の接合により封止された封止空間内に配置され、前記半導体基板内の封止空間内部を所望の圧力に設定する内部圧力調整部材と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の実施の形態に係る物理量センサは、フレーム部と、前記フレーム部の内側に配置された錘部と、前記錘部と前記フレーム部とを接続する可撓部と、を備えた半導体基板と、前記フレーム部の一方の側に接合された第１基板と、前記フレーム部の他方の側に接合された第２基板と、前記第１基板上に設けられ、前記錘部と対向する第１電極と、前記第２基板上に設けられ、前記錘部と対向する第２電極と、を備え、前記第１基板及び前記第２基板の接合により封止された封止空間内に配置され、前記半導体基板内の封止空間内部を所望の圧力に設定する内部圧力調整部材と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の実施の形態に係る封止型デバイスの製造方法は、半導体基板に、フレーム部と、前記フレーム部の内側に配置される可動部と、を形成し、前記フレーム部の一方の側に接合される第１基板上、又は、前記フレーム部の他方の側に接合される第２基板上に、前記半導体基板内の封止空間内部を所望の圧力に設定する内部圧力調整部材を形成し、前記フレーム部の一方の側と前記第１基板とを接合し、前記フレーム部の他方の側と前記第２基板とを接合し、前記内部圧力調整部材の形成時に混入された気体を、加熱温度と加熱時間を設定した加熱処理により放出させて、前記封止空間内部を所望の圧力に設定することを特徴とする。
【００１３】
本発明の実施の形態に係る物理量センサの製造方法は、半導体基板に、フレーム部と、前記フレーム部の内側に配置される錘部と、前記錘部と前記フレーム部とを接続する可撓部と、を形成し、前記フレーム部の一方の側と接合される第１基板上に、第１電極と、前記第１電極と電気的に接続される第１配線を形成し、前記フレーム部の他方の側と接合される第２基板上に、第２電極と、前記第２電極と電気的に接続される第２配線と、を形成し、第１基板上又は前記第２基板上に、前記半導体基板内の封止空間内部を所望の圧力に設定する内部圧力調整部材を形成し、前記錘部と前記第１電極とを対向させて前記第１基板と前記フレーム部の一方の側とを接合し、前記錘部と前記第２電極とを対向させて前記第２基板と前記フレーム部の他方の側とを接合し、前記内部圧力調整部材の形成時に混入された気体を、加熱温度と加熱時間を設定した加熱処理により放出させて、前記第１基板及び前記第２基板の接合により封止された前記半導体基板内の封止空間内部を所望の圧力に設定することを特徴とする。
【００１４】
本発明の実施の形態に係る封止型デバイスの内部圧力制御方法は、フレーム部と、前記フレーム部の内側に配置された可動部と、を備えた半導体基板と、前記フレーム部の一方の側に接合された第１基板と、前記フレーム部の他方の側に接合された第２基板と、前記第１基板上又は前記第２基板上に配置され、前記第１基板及び前記第２基板の接合により封止された前記半導体基板内の封止空間内部を所望の圧力に設定する内部圧力調整部材と、を備える封止型デバイスにおいて、前記内部圧力調整部材の形成時に混入された気体を、加熱温度と加熱時間を制御する加熱処理により放出させて、前記第１基板及び前記第２基板の接合により封止された前記半導体基板内の封止空間内部を所望の圧力に設定することを特徴とする。
【００１５】
本発明の実施の形態に係る物理量センサの内部圧力制御方法は、フレーム部と、前記フレーム部の内側に配置された錘部と、前記錘部と前記フレーム部とを接続する可撓部と、を備えた半導体基板と、前記フレーム部の一方の側に接合された第１基板と、前記フレーム部の他方の側に接合された第２基板と、前記第１基板上に設けられ、前記錘部と対向する第１電極と、前記第２基板上に設けられ、前記錘部と対向する第２電極と、前記第１基板上又は前記第２基板上に配置され、前記第１基板及び前記第２基板の接合により封止された前記半導体基板内の封止空間内部を所望の圧力に設定する内部圧力調整部材と、を備える物理量センサにおいて、前記内部圧力調整部材の形成時に混入された気体を、加熱温度と加熱時間を制御する加熱処理により放出させて、前記第１基板及び前記第２基板の接合により封止された前記半導体基板内の封止空間内部を所望の圧力に設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、封止型デバイス及び静電容量型の物理量センサにおいて、封止空間内の内部圧力を制御して、錘部の共振スペクトルを所望の共振周波数幅に調整可能にする封止型デバイス、物理量センサ、その製造方法、及びその圧力制御方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の一実施の形態を詳細に説明する。なお、本実施の形態では、封止型デバイスとして物理量センサの例について説明する。
＜物理量センサの構造＞
図１は物理量センサ１００を分解した状態を示す分解斜視図である。図１では物理量センサ１００の面内に直交する２軸（Ｘ軸とＹ軸）を設定し、この２軸に垂直な方向をＺ軸と定めている。物理量センサ１００は、半導体基板Ｗを、その上下に位置する第１基板１４０と第２基板１５０とで挟んで構成されている。半導体基板Ｗは、シリコン膜１１０、ＢＯＸ層１２０、シリコン基板１３０が順に積層して構成される。半導体基板Ｗは後述するような製造工程により、枠状のフレーム（フレーム部１１１とフレーム部１３１とを含む）と、このフレーム内に可撓性を有する可撓部１１３（１１３ａ〜１１３ｄ）により変位可能に支持される錘接合部（錘接合部１１２と錘接合部１３２とを含む）とが、一体的に構成され、物理量を検出するセンサ部を形成している。また、シリコン膜１１０には、フレーム部１１１、錘接合部１１２ａ〜１１２ｅ及び可撓部１１３（１１３ａ〜１１３ｄ）から離隔して、ブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊが形成されている。
【００１８】
シリコン膜１１０、ＢＯＸ層１２０、シリコン基板１３０、第１基板１４０、第２基板１５０は、その外周が例えば３ｍｍ×３ｍｍの略正方形状であり、これらの高さはそれぞれ２０μｍ、２μｍ、６００μｍ、５００μｍ、５００μｍである。これらの外形、高さは一例であり、上記に限定されるものではない。
【００１９】
シリコン膜１１０、ＢＯＸ層１２０、シリコン基板１３０から構成される半導体基板Ｗは、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いて製造可能である。また、第１基板１４０および第２基板１５０は、ガラス材料、半導体材料、金属材料、絶縁性樹脂材料のいずれかにより構成される。
【００２０】
次に、シリコン膜１１０の詳細な構成について、図２を参照して説明する。図２において、（Ａ）はシリコン膜１１０の平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線から見た半導体基板Ｗの断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線から見た半導体基板Ｗの断面図である。
【００２１】
図２（Ａ）に示すシリコン膜１１０には、フレーム部１１１、錘接合部１１２ａ〜１１２ｅ、可撓部１１３ａ〜１１３ｅ及びブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊが形成されている。フレーム部１１１は、外周が略正方形、内周が錘接合部１１２ａ〜１１２ｅの形状に応じた多角形の枠形状の基板である。錘接合部１１２ａ〜１１２ｅは、図２（Ａ）をＺ方向から見た場合、略クローバー状の形状を有している。錘接合部１１２ａ〜１１２ｅは、該錘接合部１１２ａ〜１１２ｅと略同一形状の錘部１３２（図２（Ｂ）及び（Ｃ）に示す錘部１３２）とＢＯＸ層１２０を介して接合され、フレーム部１１１に対して一体的に変位する。可撓部１１３ａ〜１１３ｄは、それぞれ略長方形の基板であり、フレーム部１１１と錘接合部１１２ｂ〜１１２ｅとを４方向で接続する。可撓部１１３ａ〜１１３ｄは、厚みが薄いため可撓性を有しており、撓みが可能な梁として機能する。可撓部１１３ａ〜１１３ｄが撓むことで、錘接合部１１２ａ〜１１２ｅがフレーム部１１１に対して変位可能である。なお、ブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊは、フレーム部１１１、錘接合部１１２ａ〜１１２ｅ及び可撓部１１３ａ〜１１３ｅから離間して形成されている。
【００２２】
錘接合部１１２ａ〜１１２ｅ及び可撓部１１３ａ〜１１３ｅは、その一部を図２（Ｂ）に示すように、フレーム部１１１表面よりも低い位置に形成された第１基板１４０に対して変位可能である。
【００２３】
錘接合部１１２ａの上面は、駆動用電極として機能する。この錘接合部１１２ａの上面は、第１基板１４０の下面に設置された後述する駆動用電極１４４ａ〜１４４ｅ（図３参照）との間に印加された電圧によって錘接合部１１２ａ〜１１２ｅをＺ軸方向に振動させる。この駆動の詳細については後述する。
【００２４】
錘接合部１１２ｂ〜１１２ｅの上面は、錘接合部１１２ｂ〜１１２ｅのＸ軸およびＹ軸方向の変位を検出する後述する検出用電極としてそれぞれ機能する。この錘接合部１１２ｂ〜１１２ｅの上面は、第１基板１４０の下面に設置された後述する検出用電極１４１ｂ〜１４１ｅとそれぞれ容量性結合する。なお、錘接合部１１２ｂ〜１１２ｅと検出用電極１４１ｂ〜１４１ｅにそれぞれ付した符号のアルファベット部分（ｂ〜ｅ）は、それぞれ相互の位置関係に対応させて同様の順序で付している。この検出の詳細については後述する。
【００２５】
図２（Ｂ）において、シリコン基板１３０には、フレーム部１３１と、錘部１３２（１３２ａ〜１３２ｅ）と、ブロック下層部１３４ａ〜１３４ｊと、が形成されている。シリコン基板１３０は、半導体基板Ｗをエッチングして開口を形成することで、フレーム部１３１と錘部１３２（１３２ａ〜１３２ｅ）が作成可能である。なお、錘部１３２の高さ（図２（Ｂ）のＺ軸方向）は、フレーム部１３１の高さより低く作成する。これは、錘部１３２と第２基板１５０との間に測定レンジに相当するギャップを確保し、錘部１３２の変位を可能にするためである。なお、ブロック下層部１３４ａ〜１３４ｊは、フレーム部１３１、錘部１３２及び可撓部１１３ａ〜１１３ｅから離間して形成されている。
【００２６】
フレーム部１３１は、外周が略正方形、内周が錘部１３２の形状に応じた多角形の枠形状の基板であり、シリコン膜１１０のフレーム部１１１と対応した形状を有する。フレーム部１３１は、ＢＯＸ層１２０ａを介してフレーム部１１１に接合されており、フレーム部１１１と一体化されている。
【００２７】
錘部１３２は、加速度に起因する力、あるいは、角速度に起因するコリオリ力を受ける錘（作用体）として機能する。錘部１３２は、略直方体形状の錘部１３２ａ〜１３２ｅに区分される。中心に配置された錘部１３２ａには、４方向から錘部１３２ｂ〜１３２ｅが接続され、全体として一体的に変位（移動、回転）することが可能となっている。即ち、錘部１３２ａは、錘部１３２ｂ〜１３２ｅを接続する接続部として機能する。錘部１３２は、図２（Ａ）を鉛直方向から見た場合に、略クローバー状の形状を有している。
【００２８】
錘部１３２ａ〜１３２ｅは、それぞれ錘接合部１１２ａ〜１１２ｅと対応する略正方形の断面形状（図２（Ａ）のＸ−Ｙ座標平面から見た形状）を有する。錘部１３２ａ〜１３２ｅは、ＢＯＸ層１２０ｂを介して錘接合部１１２ａ〜１１２ｅと接合される。錘部１３２ａ〜１３２ｅに加わった力に応じて錘接合部１１２が変位し、その結果、物理量の測定が可能となる。
【００２９】
錘部１３２を錘部１３２ａ〜１３２として構成している理由は、物理量センサ１００の小型化と高感度化の両立を図るためである。物理量センサ１００を小型化（小容量化）すると、錘部１３２の容量も小さくなり、その質量が小さくなることから、物理量に対する感度も低下する。可撓部１１３ａ〜１１３ｄの撓みを阻害しないように錘部１３２ｂ〜１３２ｅを分散配置することで、錘部１３２全体としての質量を確保している。この結果、物理量センサ１００の小型化と高感度化の両立が図られる。
【００３０】
錘部１３２ａの下面（第２基板１５０の上面に対向する面）は、後述する駆動用電極Ｅとして機能する。この錘部１３２ａの下面は、第２基板１５０の上面に設置された後述する駆動用電極１５１ａ（図３（Ｂ）参照）との間に印加された電圧によって錘接合部１１２ａ〜１１２ｅをＺ軸方向に振動させる。なお、この駆動の詳細については後述する。
【００３１】
錘部１３２ｂ〜１３２ｅのそれぞれの下面は、錘接合部１１２ｂ〜１１２ｅのＸ軸およびＹ軸方向の変位を検出する後述する検出用電極としてそれぞれ機能する。これらの錘部１３２ｂ〜１３２ｅの裏面の検出用電極は、第２基板１５０の上面に設置された後述する検出用電極１５１ｂ〜１５１ｅ（図３（Ｂ）参照）とそれぞれ容量性結合する。なお、錘部１３２ｂ〜１３２ｅと検出用電極１５１ｂ〜１５１ｅにそれぞれ付した符号のアルファベット部分（ｂ〜ｅ）は、それぞれ相互の位置関係に対応させて同様の順序で付している。この検出の詳細については後述する。
【００３２】
図２（Ｂ）及び（Ｃ）に示すＢＯＸ層１２０は、フレーム部１１１とフレーム部１３１とを接続するＢＯＸ層１２０ａと、錘接合部１１２ａ〜１１２ｅと錘部１３２ａ〜１３２ｅを接続するＢＯＸ層１２０ｂと、ブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊとブロック下層部１３４ａ〜１３４ｊを接続するＢＯＸ層１２０ｃと、により構成される。ＢＯＸ層１２０は、図２（Ｂ）及び（Ｃ）に示す部分以外の部分では、シリコン膜１１０及びシリコン基板１３０とは接続されていない。
【００３３】
ブロック下層部１３４ａ〜１３４ｊは、それぞれブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊと対応する略正方形の断面形状を有し、ＢＯＸ層１２０ｃによりブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊと接合される。ブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊ及びブロック下層部１３４ａ〜１３４ｊを接合したブロックは、それぞれ駆動用電極１４１ａ及び検出用電極１４１ｂ〜１４１ｅと、後述する駆動用電極１５１ａ及び検出用電極１５１ｂ〜１５１ｅに電源を供給するための配線の用途で用いられる。
【００３４】
また、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すシリコン膜１１０のフレーム部１１１の一部及びブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊの各中央部と、ＢＯＸ層１２０ｂの一部及びＢＯＸ層１２０ｃの各中央部には、第１基板１４０とシリコン基板１３０とを必要な部分で導通させるため導通部１６０が形成されている。導通部１６０は、第１基板１４０とシリコン基板１３０とを導通させるものであり、シリコン膜１１０のフレーム部１１１の一部及びブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊと、ＢＯＸ層１２０ｂの一部及びＢＯＸ層１２０ｃを貫通して形成されている。導通部１６０は、例えば、テーパー形状の貫通孔内に金属層を配置して構成されている。これらの導通部１６０は、後述する第１基板１４０に形成された配線用端子Ｔ１〜Ｔ１１の各形成位置に合わせて形成されている。なお、導通部１６０は活性層の上面に形成されないことが好ましい。
【００３５】
次に、図３を参照して第１、第２基板１４０、１５０について説明する。図３（Ａ）は第１基板１４０をＺ正方向から透視した平面図である。第１基板１４０の下面（シリコン膜１１０と対向する側）には駆動電極１４１ａと検出電極１４１ｂ〜ｅが配置されている。駆動電極１４１ａは配線Ｌ１を通じて配線用端子Ｔ１と電気的に接続されている。検出電極１４１ｂ〜ｅは配線Ｌ３〜Ｌ６を通じて配線用端子Ｔ３〜Ｔ６と電気的に接続されている。なお、添え字の番号は対応している。なお、配線Ｌ１，Ｌ３〜Ｌ６と配線用端子Ｔ１，Ｔ３〜Ｔ６にそれぞれ付した符号の数字部分（１，３〜６）は、それぞれ相互の位置関係に対応させて同様の順序で付している。このように、駆動電極１４１ａと検出電極１４１ｂ〜ｅからの電気信号を外部に取り出すことが可能である。
【００３６】
図３（Ｂ）はＺ正方向からみた第２基板１５０の平面図である。第２基板１５０の上面（シリコン基板１３０と対向する側）には駆動電極１５１ａと検出電極１５１ｂ〜ｅが配置されている。駆動電極１５１ａは配線Ｌ２を通じて配線用端子Ｔ２と電気的に接続されている。検出電極１５１ｂ〜ｅは配線Ｌ７〜Ｌ１０を通じて配線用端子Ｔ７〜Ｔ１０と電気的に接続されている。ここでは詳細を図示しないが、配線Ｌ１〜Ｌ１０は、ブロック部と第１基板または第２基板との間に介在された状態にある。このようにして、駆動電極１５１ａと検出電極１５１ｂ〜ｅからの電気信号を外部に取り出すことが可能である。なお、配線Ｌ２，Ｌ７〜Ｌ１０と配線用端子Ｔ２，Ｔ７〜Ｔ１０にそれぞれ付した符号の数字部分（２，７〜１０）は、それぞれ相互の位置関係に対応させて同様の順序で付している。
【００３７】
以上の図２及び図３に示した構成により、物理量センサ１００の外部（Ｃ−Ｖ変換回路など）と駆動用電極１４１ａ，１５１ａ、検出用電極１４１ｂ〜１４１ｅ，１５１ｂ〜１５１ｅへの電気的接続を可能としている。
【００３８】
駆動用電極、検出用電極、および配線の全体あるいは一部には、例えば、第１の導電性材料を含む第１導電層を下層とし、第１の導電性材料より高融点の第２の導電性材料を含む第２導電層を上層とする２層構造を用いることができる。
【００３９】
また、図３（Ｂ）に示す第２基板１５０の上面側には、気体吸収物質を含むゲッタ２０１（気体吸収部材）と、気体圧力を調整する物質を含むダミー電極２０２（気体圧力調整部材）と、が配置されている。ゲッタ２０１は、例えば、ジルコニウムＺｒ等の水や酸素を吸収する物質を用いることができる。このゲッタ２０１は、加熱することにより接合された半導体基板Ｗ、第１基板１４０及び第２基板１５０の封止空間内に残留する酸素分子又は水分子と化学反応して吸収し、封止空間内の真空度を向上させる。
【００４０】
なお、ゲッタ２０１を形成するための材料としては、加熱することにより酸素分子又は水分子と化学反応して吸収する金属であればよく、例えば、チタンＴｉ、バナジウムＶ、鉄Ｆｅ、ニッケルＮｉ、ジルコニウムＺｒ、あるいはこれらを含む合金であってもよい。また、加熱する温度は、例えば、１００℃以上であることが望ましいが、駆動用電極１４１ａ，１５１ａ、検出用電極１４１ｂ〜１４１ｅ，１５１ｂ〜１５４ｅ等の金属薄膜により形成されたパターンが損傷する温度よりも低い温度であることが望ましい。例えば、駆動用電極１４１ａ，１５１ａ、検出用電極１４１ｂ〜１４１ｅ，１５１ｂ〜１５４ｅがアルミニウムＡｌにより形成されている場合は、４００℃以下であることが望ましい。
【００４１】
ダミー電極２０２は、第１の導電性材料を含む第１導電層を下層とし、第１の導電性材料より高融点であり、かつ吸着した気体をアニール温度（加熱温度）より高い温度で放出する第２の導電性材料を含む第２導電層を上層とする２層構造を用いる。このダミー電極２０２は、封止空間内の気体圧力を制御するために設けたものであり、その形成時の面積と、アニール温度及びアニール時間を調整することにより、封止空間内の気体圧力を制御することを可能にするものである。なお、この詳細は後述する。
【００４２】
＜物理量センサの動作＞
上述したように、この物理量センサ１００では、錘接合部１１２と錘部１３２（１３２ａ〜１３２ｅ）が一体形成された錘部が、フレーム部１１１から延びる可撓部１１３により支持され、第１基板１４０、第２基板１５０、半導体基板Ｗにより囲まれた空間内で変位できるように構成されている。
【００４３】
物理量センサ１００を加速度センサとして用いる場合は、加速度の作用に起因して生じる錘部１３２の変位を検出すればよい。加速度は、錘接合部１１２および錘部１３２と検出電極とで形成した容量素子の静電容量変化により、錘部（錘接合部１１２と錘部１３２の接合体）の変位を検出する。Ｘ、Ｙ軸方向の加速度は錘部の傾き、Ｚ軸方向の加速度はＺ軸方向に沿った錘部の変位を検出することで検出可能である。
【００４４】
物理量センサ１００を角速度センサとして用いる場合は、錘部１３２を駆動用電極１４１ａ，１５１ａにより上下振動させ（一般に、交流電圧を印加し、単振動させる）、角速度の作用に起因して生じる錘部１３２の変位を検出すればよい。例えば、錘部１３２がＺ軸方向に速度ｖｚで移動しているときに角速度ωが印加されると錘部１３２にコリオリ力Ｆが作用する。具体的には、Ｘ軸方向の角速度ωｘおよびＹ軸方向の角速度ωｙそれぞれに応じて、Ｙ軸方向のコリオリ力Ｆｙ（＝２・ｍ・ｖｚ・ωｘ）およびＸ軸方向のコリオリ力Ｆｘ（＝２・ｍ・ｖｚ・ωｙ）が錘部１３２に作用する（ｍは、錘部１３２の質量）。Ｘ軸方向の角速度ωｘによるコリオリ力Ｆｙが印加されると、錘接合部１１２にＹ方向への傾きが生じる。このように、角速度ωｘ，ωｙに起因するコリオリ力Ｆｙ，Ｆｘによって錘接合部１１２にＹ方向、Ｘ方向の傾き（変位）が生じる。したがって、錘部１３２の各軸方向の変位をそれぞれ検出すれば、各軸方向成分の角速度の値を求めることができる。物理量センサ１００においては、各軸方向成分の角速度の値を、錘部１３２と各電極との間で形成される容量素子の静電容量変化を検出することで検出が可能である。
【００４５】
駆動用電極間に電圧を印加すると、クーロン力によって駆動用電極が互いに引き合い、錘部（錘接合部１１２と錘部１３２）はＺ軸正方向に変位する。また、駆動用電極間に電圧を印加すると、クーロン力によって駆動用電極が互いに引き合い、錘接合部１１２（錘部１３２も）はＺ軸負方向に変位する。即ち、上下の駆動用電極に電圧印加を交互に行うことで、錘接合部１１２（錘部１３２も）はＺ軸方向に振動する。この電圧の印加は正又は負の直流波形（非印加時も考慮するとパルス波形）、半波波形等を用いることができる。錘接合部１１２の振動の周期は電圧を切り換える周期で決定される。この切換の周期は錘接合部１１２の固有振動数にある程度近接していることが好ましい。錘部の固有振動数は、可撓部１１３の弾性力や錘部１３２の質量等で決定される。錘部１３２に加えられる振動の周期が固有振動数に対応しないと、錘部に加えられた振動のエネルギーが発散されてエネルギー効率が低下する。なお、駆動用電極間、又は駆動用電極間のいずれか一方のみに、錘部の固有振動数の１／２の周波数の交流電圧を印加してもよい。
【００４６】
一般に、角速度信号は数ｋＨｚ以上であり、加速度信号は角速度信号よりも２桁以上低い周波数であるため、外部の信号処理回路において各々を識別することができる。すなわち、加速度、角速度は外部に設けた信号処理回路により、低周波数成分（あるいはバイアス成分）、振動周波数に追随する信号をそれぞれフィルタ回路で処理し、その処理後の各信号を検出することで、３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）方向の加速度および２軸（Ｘ，Ｙ）方向の角速度を検出することが可能である。すなわち、１つのセンサ素子である物理量センサ１００を用いることにより、３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）方向の加速度および２軸（Ｘ，Ｙ）方向の角速度を検出することが可能である。また、物理量センサ１００を加速度／角速度のみを検出するセンサとして用いることができる。本実施の形態に記載した物理量センサ１００は、３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）方向の加速度と、２軸まわり（Ｘ，Ｙ）の角速度を検出することができる。なお、３軸方向の加速度を検出する場合には、前述の駆動用電極１４１ａ，１５１ａはＺ軸方向の加速度を検出する検出用電極として機能するものとする。
【００４７】
＜物理量センサの製造方法＞
以下、物理量センサ１００の製造方法について図４（Ａ）〜（Ｄ）と図５（Ａ）〜（Ｃ）を参照しながら説明する。なお、図４（Ａ）〜（Ｄ）と図５（Ａ）〜（Ｃ）は、図２（Ａ）に示したＣ−Ｃ線から見た断面に基づいて各製造工程を示している。
【００４８】
（１）半導体基板Ｗの準備（図４（Ａ）参照）
シリコン膜１１０、ＢＯＸ層１２０、シリコン基板１３０を積層してなる半導体基板Ｗ（ＳＯＩ基板）を用意する。上述したように、シリコン膜１１０は、フレーム部１１１、錘接合部１１２、可撓部１１３、およびブロック上層部１１４を構成する層である。ＢＯＸ層１２０は、シリコン膜１１０とシリコン基板１３０とを接合する層であり、かつエッチングストッパ層として機能する層である。シリコン基板１３０は、フレーム部１３１、錘部１３２、およびブロック下層部１３４を構成する層である。半導体基板Ｗは、ＳＩＭＯＸないし、貼り合せ法等により作成される。
【００４９】
（２）シリコン膜１１０の加工（図４（Ｂ）参照）
フレーム部１１１、錘接合部１１２ａ〜１１２ｅ、可撓部１１３ａ〜１１３ｄ、ブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊを加工するためのマスクを形成し、該マスクを介してシリコン膜１１０をエッチングすることにより、フレーム部１１１と、錘接合部１１２ａ〜１１２ｅ及び可撓部１１３ａ〜１１３ｄを形成する位置に凹部１７０を形成する。エッチング方法として、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法を用いることができる。
【００５０】
（３）シリコン膜１１０とＢＯＸ層１２０の加工（図４（Ｃ）参照）
所定のマスクが形成されたシリコン膜１１０とＢＯＸ層１２０をエッチングすることにより、錘接合部１１２ａ〜１１２ｅ、可撓部１１３ａ〜１１３ｄ、ブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊ及び導通部１６０それぞれの加工位置を決める開口を形成し、シリコン膜１１０とＢＯＸ層１２０に錘接合部１１２ａ〜１１２ｅと、可撓部１１３ａ〜１１３ｄと、ブロック上層部１１４ａ〜１１４ｊと、導通部１６０に対応する開口１６１を形成する。エッチング方法として、ＤＲＩＥ（Ｄｅｅｐ Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）と呼ばれているエッチング方法を用いることができる。ＤＲＩＥでは材料層を厚み方向に浸食しながら掘り進むエッチング工程と、掘った穴の側面にポリマーの壁を形成するデポジション工程とを交互に繰り返し、ほぼ厚み方向にのみ浸食を進ませることが可能になる。この場合、酸化シリコンとシリコンとでエッチング選択性を有するエッチング材料を用いればよい。例えば、エッチング段階では、ＳＦ６ガス、およびＯ２ガスの混合ガスを、デポジション段階では、Ｃ４Ｆ８ガスを用いることが考えられる。続いて、シリコン膜１１０とＢＯＸ層１２０ａを貫通する開口１６１に対して、例えば、Ａｌを蒸着法やスパッタ法等により堆積させて、導通部１６０を形成する。シリコン膜１１０の上面に堆積した不要な金属層（導通部１６０の上端の縁（図示せず）の外側の金属層）はエッチングで除去する。なお、図４（Ｃ）では、フレーム部１１１と錘接合部１１２ａの加工された断面を示している。
【００５１】
（４）第１基板１４０の接合（図４（Ｄ）参照）
第１基板１４０の接合は、以下の１）〜３）に示す工程により行われる。
【００５２】
１）第１基板１４０の作成
第１基板１４０は、ガラス材料、半導体、金属材料、絶縁性樹脂材料のいずれかより構成される。第１基板１４０としてガラス材料を用いる場合について説明する。可動イオンを含むガラス基板（例えばパイレックス（登録商標）ガラス）を用いる。第１基板１４０のシリコン膜１１０との対向面の錘接合部１１２ａ〜１１２ｅにそれぞれ対向する位置に駆動用電極１４１ａ、検出用電極１４１ｂ〜１４１ｅ、及び配線Ｌ１，Ｌ３〜Ｌ６を、例えば、Ａｌからなるパターンによって形成する（図３（Ａ）参照）。また、第１基板１４０をエッチングあるいはサンドブラストにより、配線用端子Ｔ１〜Ｔ１１を形成するための上広の錐状貫通孔１７１を１１個形成する（図４（Ｄ）、図３（Ａ）参照）。なお、図４（Ｄ）では、配線用端子Ｔ１が形成された断面を示している。
【００５３】
上述のように、駆動用電極１４１ａ検出用電極１４１ｂ〜１４１ｅ、および配線Ｌ１，Ｌ３〜Ｌ６は、２層構造（第１導電層、第２導電層）とすることができる。また、全体を２層構造とせずに、その一部を２層構造とする構成であってもよい。駆動用電極１４１ａと検出用電極１４１ｂ〜１４１ｅを２層構造とすることで、エッチングの際に駆動用電極１４１ａと検出用電極１４１ｂ〜１４１ｅがエッチングガスにより劣化することを抑制できる。これら第１、第２導電層はいずれもスパッタ法を用いて形成できる。なお、第１導電層として、金Ａｕ、プラチナＰｔ等を使用する場合には、第２基板１５０の上面との間に密着膜（金Ａｕの場合は銅Ｃｕ、プラチナＰｔの場合はチタンＴｉ）を付加することが好ましい。
【００５４】
２）半導体基板Ｗと第１基板１４０の接合
第１基板１４０と半導体基板Ｗとを、陽極接合により接合する（図４（Ｄ）参照）。可動部を形成する前に、第１基板１４０を陽極接合しているので、半導体基板Ｗと第１基板１４０の陽極接合時に静電引力が発生しても錘接合部１１２ａ〜１１２ｅは第１基板１４０側に引き寄せられることはない。
【００５５】
３）配線用端子Ｔ１〜Ｔ１１の形成
第１基板１４０の上面及び錐状貫通孔１７１内に、例えば、Ｃｒ層、Ａｕ層の順に金属層を蒸着法やスパッタ法等により形成する。不要な金属層（配線用端子Ｔ１〜Ｔ１１の上端の縁の外側の金属層）をエッチングにより除去し、配線用端子Ｔ１〜Ｔ１１を形成する（図３（Ａ）参照）。配線用端子Ｔ１〜Ｔ１１は、半導体基板Ｗとの接合前に形成しておいてもよい。
【００５６】
（５）シリコン基板１３０の加工（図５（Ａ）参照）
シリコン基板１３０の第２基板１５０との対向面の、フレーム部１３１、錘部１３２ａ〜１３２ｅ及びブロック下層部１３４ａ〜１３４ｊの形成位置と、ゲッタ２０１及びダミー電極２０２の配置位置に対応する領域をエッチングすることにより凹部１８０を形成する。エッチング方法として、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法を用いることができる。
【００５７】
（６）シリコン基板１３０の加工（図５（Ｂ）参照）
フレーム部１３１、錘部１３２ａ〜１３２ｅ、ブロック下層部１３４ａ〜１３４ｊを加工するためのマスクを形成し、該マスクを介してシリコン基板１３０をエッチングすることにより、フレーム部１１１と、錘接合部１１２ａ〜１１２ｅ及び可撓部１１３ａ〜１１３ｄに対応する開口１８１を形成する。エッチング方法として、ＤＲＩＥ（Ｄｅｅｐ Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）と呼ばれているエッチング方法を用いることができる。なお、図５（Ｂ）では、フレーム部１３１と錘部１３２ａの加工された断面を示している。
【００５８】
（７）第２基板１５０の接合（図５（Ｃ）参照）
第２基板１５０の接合は、以下の１）〜２）に示す工程により行われる。
【００５９】
１）第２基板１５０の作成
第２基板１５０としては、前述した第１基板１４０と略同様の材料を用いることができる。本実施の形態では、第２基板１５０としてガラス基板を用いた場合について説明する。可動イオンを含むガラス基板の錘部１３２ａ〜１３２ｅにそれぞれ対向する位置に、駆動用電極１５１ａ、検出用電極１５１ｂ〜１５１ｅ、及び配線Ｌ２，Ｌ７〜Ｌ１０を、例えば、アルミニウムＡｌ等からなるパターンによって形成する（図３（Ｂ）参照）。また、図３（Ｂ）に示した位置にゲッタ２０１を、例えば、アルミニウムＡｌ等からなるパターンによって形成するとともに、図３（Ｂ）に示した位置にダミー電極２０２を２層構造としてパターンによって形成する。
【００６０】
上述のように、駆動用電極１５１ａと検出用電極１５１ｂ〜１５１ｅは、２層構造（第１導電層、第２導電層）を用いることができる。配線Ｌ２，Ｌ７〜Ｌ１０は、第１導電層を用いた構造であればよく、その一部を第１導電層の上に第２導電層を有する構成としてもよい。駆動用電極１５１ａと検出用電極１５１ｂ〜１５１ｅを２層構造とすることで、エッチングの際に駆動用電極１５１ａと検出用電極１５１ｂ〜１５１ｅがエッチングガスにより劣化することを抑制できる。これら第１、第２導電層はいずれもスパッタ法を用いて形成できる。なお、第１導電層として、金Ａｕ、プラチナＰｔ等を使用する場合には、第２基板１５０の上面との間に密着膜（金Ａｕの場合は銅Ｃｕ、プラチナＰｔの場合はチタンＴｉ）を付加することが好ましい。
【００６１】
２）半導体基板Ｗと第２基板１５０の接合
第２基板１５０と半導体基板Ｗとを、陽極接合により接合する。図５（Ｃ）は、半導体基板Ｗと第２基板１５０を接合した状態を示す。
【００６２】
（８）半導体基板Ｗ、第１基板１４０、第２基板１５０のダイシング
例えば、４５０℃のアニール処理によりゲッタ２０１を活性化して封止空間内に残留した酸素分子や水分子を吸収させ後、互いに接合された半導体基板Ｗ、第１基板１４０、及び第２基板１５０をダイシングソー等で切断し、個々の物理量センサ１００に分離する。以上のように物理量センサ１００が製造できる。なお、駆動用電極１５１ａと検出用電極１５１ｂ〜１５１ｅを２層構造とした場合、これらの電極群からはアニール処理中の加熱温度により吸着されたスパッタガス（例えば、Ａｒガス）が放出される。この積層電極による気体放出現象の詳細については、後述する。
【００６３】
ここで、駆動用電極１５１ａ及び検出用電極１５１ｂ〜１５１ｅに２層構造（第１導電層、第２導電層）を用いる理由について説明する。
【００６４】
駆動用電極１５１ａ及び検出用電極１５１ｂ〜１５１ｅに２層構造（第１導電層、第２導電層）を用いることにより、物理量センサ１００が封止された後のアニール処理において後述する気体放出現象が発生する。この気体放出現象を利用して、封止空間内の内部圧力を調整することが可能になる。さらに、駆動用電極１５１ａ及び検出用電極１５１ｂ〜１５１ｅに２層構造（第１導電層、第２導電層）を用いることにより、以下に説明する「スティッキング」や「ヒロック」等を抑制することが可能になる。半導体基板Ｗと第２基板１５０を陽極接合する時には、錘接合部１１２ａ〜１１２ｅは可撓部１１３ａ〜１１３ｄにより可動支持されているため、陽極接合時に発生する静電引力により錘部１３２ａ〜１３２ｅは第２基板１５０側に引き寄せられる可能性がある。例えば、半導体基板Ｗと第２基板１５０とを陽極接合する時に発生する静電引力により錘部１３２ａ〜１３２ｅが第２基板１５０に引き寄せられて第２基板１５０に付着する「スティッキング」という状態が発生する可能性がある。「スティッキング」の有無は、錘部１３２ａ〜１３２ｅと駆動用電極１５１ａ等間の導通を調べることにより確認できる。「スティッキング」が発生していればショート（導通）となり、「スティッキング」が発生していなければオープン（絶縁）となる。
【００６５】
また、半導体基板Ｗと第２基板１５０とを陽極接合する時に「ヒロック」が発生する可能性がある。この「ヒロック」とは、駆動電極や検出用電極等に発生する、例えば、半球状の突起物である。「ヒロック」の有無は、製品間での特性のばらつき、及び電極間のショートの原因となる。「ヒロック」の有無は、光学顕微鏡で観察することにより確認できる。
【００６６】
上述の封止空間内の内部圧力を調整し、「スティッキング」及び「ヒロック」を防止するため、駆動用電極１５１ａ及び検出用電極１５１ｂ〜１５１ｅとして、上述の第１の導電性材料を含む第１導電層を下層とし、第１の導電性材料より高融点の第２の導電性材料を含む第２導電層を上層とする２層構造（第１導電層、第２導電層）を用いることにした。
【００６７】
ここで、図５（Ｃ）に示した駆動用電極１５１ａ及び検出用電極１５１ｂ，１５１ｄを２層構造とした例を図６に示す。図６において、駆動用電極１５１ａ及び検出用電極１５１ｂ，１５１ｄは、下層電極１５１ａ１，１５１ｂ１，１５１ｄ１（第１導電層）と、上層電極１５１ａ２，１５１ｂ２，１５１ｄ２（第２導電層）と、により形成される。下層電極１５１ａ１，１５１ｂ１，１５１ｄ１を形成する第１の導電性材料と、上層電極１５１ａ２，１５１ｂ２，１５１ｄ２を形成する第２の導電性材料としては、以下のような組み合わせが好ましい。
【００６８】
（１）下層電極の第１の導電性材料：Ａｌ，Ａｌ−Ｃｕ，Ａｌ−Ｎｄ，Ａｌ−Ｓｉ，Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ，Ｐｔ，Ａｕ等
これらの第１の導電性材料は、以下のような条件を有することが好ましい。
・低抵抗であることが好ましい（物理量センサ１００の感度に影響）。
・配線Ｌ２，Ｌ７〜Ｌ１０と、ブロック下層部１３４ｂ，１３４ｇ〜１３４ｊの裏面との電気的接続が良好であることが好ましい。具体的には、陽極接合の温度（２００℃〜４００℃）でブロック下層部１３４ｂ等の裏面（シリコン等の半導体）とオーミック接続（あるいはオーミック接続とみなせる低抵抗接続）されることが好ましい。
・陽極接合の温度下において、接合圧力により潰れる程度の柔軟性を有することが好ましい。配線Ｌ２，Ｌ７〜Ｌ１０は、ブロック下層部１３４ｂ等の裏面と第２基板１５０との間に挟まれて、ブロック下層部１３４ｂ等の裏面と接続される。このとき、配線Ｌ２，Ｌ７〜Ｌ１０が変形して、ブロック下層部１３４ｂ等の裏面と配線Ｌ２，Ｌ７〜Ｌ１０の接続箇所の全体が均一に接触することが好ましい。下層電極が変形することで、配線Ｌ２，Ｌ７〜Ｌ１０とブロック下層部１３４ｂ，１３４ｇ〜１３４ｊとの電気的接続の信頼性が高くなる。
【００６９】
（２）上層電極の第２の導電性材料：Ｃｒ，Ｗ，ＴｉＮ，Ｍｏ，Ｔａ等
これらの第１の導電性材料は、以下のような条件を有することが好ましい。
・第１の導電性材料よりも高融点であることが望ましい。陽極接合の温度（〜５００℃）で軟化せず、硬いことが望ましい。これにより錘部１３２ａ〜１３２ｅの下面との融合が制限される。
・陽極接合の温度で錘部１３２ａ〜１３２ｅの下面の材料と化合物（例えば、シリサイド）を形成しないことが望ましい。
・上述の「ヒロック」等を抑制することが望ましい。
・低抵抗であることが望ましい。但し、下層電極に比べて、この要請は低い。
・下層電極との密着性が良好なことが好ましい。
【００７０】
（３）錘部１３２ａ〜１３２ｅ：シリコン等の半導体材料
・陽極接合の温度で上層電極の材料と化合物を作らないことが望ましい。
【００７１】
以上の下層電極の第１の導電性材料の条件と、上層電極の第２の導電性材料の条件とを考慮して、第１の導電性材料：Ａｌ，Ａｌ−Ｎｄ，Ａｌ−Ｓｉ，Ｐｔ，Ａｕと、第２の導電性材料：Ｃｒ，Ｗ，ＴｉＮ，Ｍｏ，Ｔａとの組み合わせを評価した結果、以下のような結果が得られた。
【００７２】
錘部１３２ａ〜１３２ｅの下面と上層電極それぞれが、半導体（Ｓｉ）及び下層電極の第１の導電性材料よりも高融点の導電性材料（Ｃｒ，Ｗ，ＴｉＮ）の時に、「スティッキング」が少なかった。「ヒロック」に関しては、Ａｌの下層電極をＡｌより高融点の金属含有材料の上層電極で覆うことで、下層電極の「ヒロック」を抑制できた。下層電極がＡｕやＣｒの場合、「ヒロック」は発生しないので上層電極の材料は「ヒロック」の抑制には寄与しない。電気的接続に関しては、下層電極がＣｒの場合以外は概ね良好であった。
【００７３】
以上の結果から、駆動用電極１５１ａ及び検出用電極１５１ｂ〜１５１ｅに２層構造（第１導電層、第２導電層）を用いることにより、半導体基板Ｗと第２基板１５０を陽極接合する際の「スティッキング」や「ヒロック」の発生を抑制可能になった。
【００７４】
＜電極の気体放出現象＞
本実施の形態の物理量センサ１００では、封止空間内の真空度を向上させるためゲッタ２０１を第２基板１５０の上面に配置している。このゲッタ２０１は、アルミニウムＡｌ等の金属により形成される。ゲッタ２０１は、半導体基板Ｗに第２基板１５０を陽極接合した後、所定のアニール温度（例えば、４１５℃以上）のアニール処理で活性化され、封止空間内に残留する酸素分子又は水分子と化学反応して吸収し、封止空間内の真空度を向上させている。下層電極の第１の導電性材料としてＡｌ系材料（Ａｌ，Ａｌ−Ｎｄ，Ａｌ−Ｓｉ）を用い、上層電極の第２の導電性材料としてＣｒを用いて、スパッタ法により２層構造の積層電極を形成した場合、陽極接合後のアニール処理においてスパッタ処理時に積層電極膜中に混入した気体が放出されることが判明した。
【００７５】
図６に示す駆動用電極１５１ａ及び検出用電極１５１ｂ，１５１ｄは、例えば、下層電極１５１ａ１，１５１ｂ１，１５１ｄ１の第１の導電性材料としてＡｌ系材料（Ａｌ，Ａｌ−Ｎｄ，Ａｌ−Ｓｉ）を用い、上層電極１５１ａ２，１５１ｂ２，１５１ｄ２の第２の導電性材料としてＣｒを用いて、スパッタ法にて形成することができる。この場合、スパッタ処理に際して用いられる希ガス（例えば、Ａｒガス）が下層電極１５１ａ１，１５１ｂ１，１５１ｄ１及び上層電極１５１ａ２，１５１ｂ２，１５１ｄ２の各電極膜中に混入する。この電極膜中に混入されたＡｒガスは、陽極接合時の温度では放出されず、封止後にゲッタを活性化するめのアニール処理時のアニール温度（４１５℃以上）以上で放出されることが判明した。
【００７６】
上述の気体放出現象について、Ａｌ−Ｎｄ単層電極とした場合と、Ｃｒ／Ａｌ−Ｎｄ積層電極とした場合で比較した例を図９に示すグラフを参照して説明する。図９は、単層電極と積層電極の各気体放出特性を加熱温度（℃）（横軸）とＡｒガス放出強度（ａ．ｕ．）（縦軸）との対応関係で示したグラフである。この場合、単層電極と積層電極の各試料の面積は１ｃｍ２である。図９において、実線は積層電極の気体放出現象を示し、点線は単層電極の気体放出現象を示す。なお、スパッタ処理に際して用いられるＡｒガスは、電極膜中に、例えば、０．０１〜１ａｔ％混入する。また、図９において、第２基板１５０と半導体基板Ｗの陽極接合時の温度は３６０℃である。
【００７７】
図９において、スパッタ処理によりＡｌ−Ｎｄ単層電極に混入したＡｒガスは、加熱温度が約４７０℃になると放出される。この加熱温度は、上述のアニール温度（４２０℃）よりも高いため、Ａｌ−Ｎｄ単層電極では気体放出現象は発生しない。また、図９において、スパッタ処理によりＣｒ／Ａｌ−Ｎｄ積層電極に混入したＡｒガスは、加熱温度が約４１５℃になると放出される。この加熱温度は、上述のアニール温度（４２０℃）に近いため、Ｃｒ／Ａｌ−Ｎｄ積層電極では気体放出現象が発生する。すなわち、Ｃｒ／Ａｌ−Ｎｄ積層電極は、陽極接合時の温度（３６０℃）では気体放出現象は発生せず、ゲッタ２０１を活性化するアニール処理時のアニール温度（４２０℃）で気体放出現象が発生することが判った。また、図９に示すＣｒ／Ａｌ−Ｎｄ積層電極の気体放出特性では、加熱温度が約４２０℃になると気体放出が開始され、その後、加熱温度を上げても気体放出量はほぼ一定になることが判明した。
【００７８】
以上の気体放出現象により、物理量センサ１００では、封止後にゲッタ２０１を活性化するめのアニール処理に際して、封止空間内に残留した酸素分子又は水分子はゲッタ２０１の化学反応により吸収されるが、Ｃｒ／Ａｌ−Ｎｄ積層電極から放出されるＡｒガスはゲッタ２０１に吸収されないことが判明した。すなわち、積層電極から放出されたＡｒガスにより封止空間内の内部圧力が上昇することが判明した。本実施の形態の物理量センサ１００では、この積層電極による気体放出現象を利用して、封止空間内の内部圧力を制御することに特徴がある。
【００７９】
＜封止空間内の内部圧力制御方法＞
上述の図２０において説明したように、物理量センサの錘部の共振スペクトルの共振周波数幅（図２０に示す半値幅）は、封止空間内の内部圧力に依存しているが、その共振周波数幅が狭ければ性能が良いといものではなく、仕様等により設定される加速度や角速度の検出範囲に対応した共振スペクトルの共振周波数幅に調整される必要がある。このため、本実施の形態の物理量センサ１００では、上述の図９に示したＣｒ／Ａｌ−Ｎｄ積層電極の気体放出特性を利用して、封止空間内の内部圧力を制御して、錘部の共振スペクトルを所望の共振周波数幅に調整する。
【００８０】
ここで、内部圧力を求める数式（１）を以下に示す。
Ｐ＝ＮｋＢＴ／Ｖ＝（ｖＳｋＢＴ）ｔ／Ｖ・・・（１）
なお、数式（１）において、Ｖ：内部体積，Ｓ：Ａｒガス放出面積，ｖ：Ａｒガス放出速度，ｔ：加熱処理時間，Ｔ：製品使用温度，Ｎ＝ｖＳｔ：内部のＡｒ分子数，ｋＢ：ボルツマン定数である。また、ＮｋＢＴ／Ｖは、理想気体の状態方程式である。
【００８１】
本実施の形態の物理量センサ１００では、内部圧力を求める数式（１）に基づいて、積層電極を形成する導電性材料（例えば、Ｃｒ／Ａｌ−Ｎｄ）の面積Ｓと、そのアニール温度Ｔとアニール時間ｔを調整することにより、封止空間内に放出されるＡｒガス量を制御して、封止空間の内部圧力を制御することを可能にする。特に、図９に示したＣｒ／Ａｌ−Ｎｄ積層電極の気体放出特性を考慮すると、アニール温度（４２０℃）でＡｒガスの放出量が一定になるため、面積Ｓと加熱処理時間ｔを主に制御することにより、封止空間の内部圧力を所望の圧力に設定することが容易にできる。また、積層電極の気体放出温度は、ゲッタ２０２として用いられる材料を活性化する際に設定するアニール温度に近いことが望ましく、陽極接合時の加熱温度（第１の加熱温度）より高い加熱温度（第２の加熱温度）であることが望ましい。
【００８２】
図６に示した例では、駆動用電極１５１ａ及び検出用電極１５１ｂ，１５１ｄをＣｒ／Ａｌ−Ｎｄを積層した２層構造とし、その面積Ｓと、そのアニール温度Ｔとアニール時間ｔを調整して、封止空間内に放出されるＡｒガス量を制御することにより、封止空間内の内部圧力を制御することができる。また、駆動用電極１５１ａ及び検出用電極１５１ｂ〜１５１ｅの一部の電極として、例えば、図７に示すように、検出用電極１５１ｄのみをＣｒ／Ａｌ−Ｎｄを積層した２層構造（図中の下層電極１５１ｄ１と上層電極１５１ｄ２）として、その面積Ｓと、そのアニール温度Ｔとアニール時間ｔを調整するようにしてもよい。
【００８３】
また、図３（Ｂ）に示したように、第２基板１５０の上面にダミー電極２０２を配置し、図８に示すように、Ｃｒ／Ａｌ−Ｎｄを積層した２層構造（図中の下層電極２０２ａと上層電極２０２ｂ）として、その面積Ｓと、そのアニール温度Ｔとアニール時間ｔを調整するようにしてもよい。また、図１０に示すように、駆動用電極１５１ａ及び検出用電極１５１ｂ，１５１ｄと、ダミー電極２０２をＣｒ／Ａｌ−Ｎｄを積層した２層構造として、これらの面積Ｓと、そのアニール温度Ｔとアニール時間ｔを調整するようにしてもよい。さらに、図１１に示すように、例えば、配線Ｌ１０の一部をＣｒ／Ａｌ−Ｎｄを積層した２層構造としたダミー電極２１０として形成し、このダミー電極２１０の面積Ｓと、そのアニール温度Ｔとアニール時間ｔを調整するようにしてもよい。また、図１２に示すように、配線Ｌ１０に接続されるダミー電極及びダミー配線２１１をＣｒ／Ａｌ−Ｎｄを積層して形成し、このダミー電極及びダミー配線２１１の面積Ｓと、そのアニール温度Ｔとアニール時間ｔを調整するようにしてもよい。
【００８４】
また、Ｃｒ／Ａｌ−Ｎｄを積層して２層構造とした積層電極からＡｒガスが放出されたことを検証する方法として、アニール処理前後でＣｒ／Ａｌ−Ｎｄ積層電極のシート抵抗値を測定する方法がある。アニール処理前後でＣｒ／Ａｌ−Ｎｄ積層電極のシート抵抗値を測定した例を図１３に示す。この場合、Ａｌ−Ｎｄ層の厚さは３００ｎｍ、Ｃｒ層の厚さは１００ｎｍ、アニール温度は４２０℃に設定している。アニール処理前のシート抵抗値は約０．４（Ω／ｓｑ）、アニール処理後のシート抵抗値は約３．１（Ω／ｓｑ）である。このシート抵抗値の変化は、気体放出現象特有のものであり、従来のシート抵抗値を下げるためのアニール処理とは異なる結果である。すなわち、例示したＣｒ／Ａｌ−Ｎｄ積層電極における気体放出現象の特徴は、上述のようにゲッタ２０２として用いられる材料を活性化する際に設定するアニール温度に近いことが望ましく、陽極接合時の加熱温度（第１の加熱温度）より高い加熱温度（第２の加熱温度）であり、かつ、シート抵抗値を下げるためのアニール処理時のアニール温度設定よりも低いことが望ましい。
【００８５】
さらに、例えば、Ａｌ系等の単一の導電性材料を用いて単層電極を形成した場合でも気体放出現象は発生する。しかし、このような単層電極では、気体放出現象が発生するアニール温度が、Ｃｒ／Ａｌ−Ｎｄ積層電極の場合に比べて高くなり、例えば、４７０℃になる。この場合、単層電極表面には上述の「ヒロック」が発生するため、物理量センサ１００の電極として用いることは望ましくない。Ｃｒ／Ａｌ−Ｎｄ積層電極を用いた場合は、単層電極を用いた場合に比べて気体放出現象が発生する温度が、上述のように４２０℃と低いため、「ヒロック」は発生しない。したがって、封止空間を所望の内部圧力に設定する電極としては、２種類の導電性材料を積層した積層電極を用いることが、物理量センサ１００に対しては最適である。なお、上記実施の形態では、積層電極としてＣｒ／Ａｌ−Ｎｄ積層電極を例示したが、これらの導電性材料に限定するものではなく、上述の条件で気体放出現象を発生する特徴を有する導電性材料であればよい。上記例示したように、駆動用電極１５１ａ及び検出用電極１５１ｂ，１５１ｄの一部、ダミー電極２０２、又は、ダミー配線２１１を２層構造とし、アニール処理により気体放出現象を発生させる場合を示した。しかし、気体放出現象が発生した結果、使用する導電性材料によっては２層構造とした部分が高抵抗化する可能性がある。そこで、動用電極１５１ａ及び検出用電極１５１ｂ，１５１ｄ等の高抵抗化が望ましくない部分は、アニール処理において気体放出現象が発生せず高抵抗化しない導電性材料としてＴｉＮ／Ａｌ−Ｎｄを使用し、気体放出現象を利用するダミー電極２０２やダミー配線２１１の部分は、導電性材料としてＣｒ／Ａｌ−Ｎｄを使用することが好適である。
【００８６】
アニール処理前後のＣｒ／Ａｌ−Ｎｄ積層電極表面の金属顕微鏡写真を図１４及び図１５に示す。なお、この場合、アニール温度は４２０℃である。図１５に示すように、アニール処理後のＣｒ／Ａｌ−Ｎｄ積層電極表面には「ヒロック」は発生していない。
【００８７】
以上のように、静電容量型の物理量センサ１００において、第２基板１５０の面上に形成する駆動用電極１５１ａ，検出用電極１５１ｂ〜１５１ｅ、又は、これら電極の一部、又は、ダミー電極２０２を、Ａｌ系の第１の導電性材料を含む下層電極と、第１の導電性材料より高融点のＣｒ系の第２の導電性材料を含む上層電極とを積層した積層電極として形成した。この積層電極は、成膜時に混入した気体（Ａｒガス）を陽極接合時の加熱温度より高いアニール温度で一定量放出する特徴を持つため、その面積、アニール温度及びアニール時間を制御することにより、物理量センサ１００内の封止空間の内部圧力を所望の圧力に設定することが容易にできる。このため、封止空間の内部圧力に依存する錘部１３２ａ〜１３２ｅの共振スペクトルの共振振動周波数幅を任意に設定することが容易になる。その結果、検出感度等の仕様に応じて錘部の共振スペクトルを所望の共振周波数幅に調整した物理量センサ１００を容易に製造することが可能になる。
【００８８】
本発明の実施の形態に係る物理量センサ１００は、例えば、ＩＣ等の能動素子を搭載する回路基板上に実装され、ワイヤボンディング接続等の周知の方法および材料によって配線用端子Ｔ（Ｔ１〜Ｔ１１）と、電子回路基板もしくはＩＣ等の能動素子とを接続することにより、物理量センサと電子回路とを１つの電子部品として提供することができる。この電子部品は、例えば、ゲーム機、携帯電話等のモバイル端末機に搭載されて市場に流通することが可能である。
【００８９】
以下に、物理量センサ１００により検出される加速度と角速度の各変位信号を処理する処理回路について説明する。
【００９０】
＜処理回路＞
上記物理量センサ１００により検出される加速度と角速度の変位信号を処理する各処理回路の構成例について図１６を参照して説明する。
【００９１】
図１６は、物理量センサ１００により検出される加速度及び角速度の変位信号を処理する処理回路３００の回路構成を示す図である。図１６において、処理回路３００は、Ｃ−Ｖコンバータ３０１と、アンプ回路（Ａｍｐ）３０２と、フィルタ回路３０３と、から構成される。
【００９２】
Ｃ−Ｖコンバータ３０１は、印加される加速度及び角速度に応じて物理量センサ１００から出力される各軸方向の各変位信号（静電容量変化）を電圧信号に変換してアンプ回路３０２に出力する。アンプ回路３０２は、Ｃ−Ｖコンバータ３０１から入力される電圧信号を所定の増幅率で増幅してフィルタ回路３０３に出力する。フィルタ回路３０３は、数ｋＨｚ以上の信号成分を通過させるフィルタ機能を有する。フィルタ回路３０３は、アンプ回路３０２で増幅された電圧信号から数ｋＨｚ以上の信号成分を通過させて、Ｘ軸方向とＹ軸方向の角速度検出信号として出力する。フィルタ回路３０３は、低周波数の信号成分をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の加速度検出信号として出力する。
【００９３】
次に、上記物理量センサ１００と処理回路３００を実装した半導体装置とした例について説明する。なお、本明細書において半導体装置とは、半導体技術を利用して機能しうる装置全般を指し、電子機器も半導体装置の範囲に含まれるものとする。
【００９４】
図１７は、上記物理量センサ１００と処理回路３００を実装した半導体装置として、例えば、センサモジュール４００の一例を示す図である。図１７において、センサモジュール４００は、上記処理回路３００を含む信号処理チップ４０１と、メモリチップ４０２と、上記物理量センサ１００を含むセンサチップ４０３と、が基板４０４上に実装されている。各チップ４０１，４０２，４０３は、ボンディングワイヤ４０５により接続されている。メモリチップ４０２は、信号処理チップ４０１の制御用のプログラムやパラメータ等を記憶するメモリである。
【００９５】
上記のようなセンサモジュール４００を提供することにより、ゲーム機、携帯電話等のモバイル端末機への実装が容易になる。
【００９６】
次に、図１７に示したセンサモジュール４００を電子機器として、例えば、モバイル端末機に実装した例について説明する。
【００９７】
図１８は、センサモジュール４００を実装した携帯型情報端末５００の一例を示す図である。図１８において、携帯型情報端末５００は、ディスプレイ部５０１と、キーボード部５０２と、から構成される。センサモジュール４００は、キーボード部５０２の内部に実装されている。携帯型情報端末５００は、その内部に各種プログラムを記憶し、各種プログラムにより通信処理や情報処理等を実行する機能を有する。この携帯型情報端末５００では、センサモジュール４００により検出される加速度や角速度をアプリケーションプログラムで利用することにより、例えば、落下時の加速度を検出して電源をオフさせる等の機能を付加することが可能になる。
【００９８】
上記のようにセンサモジュール４００をモバイル端末機に実装することにより、新たな機能を実現することができ、モバイル端末機の利便性や信頼性を向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る物理量センサを分解した状態を示す分解斜視図である。
【図２】半導体基板の構成を示す図であり、（Ａ）はシリコン膜の上面を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線から見たシリコン基板の断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線から見たシリコン基板の断面図である。
【図３】基板の構成を示す図であり、（Ａ）は第１基板の下面を示す平面図、（Ｂ）は第２基板の上面を示す平面図である。
【図４】物理量センサの製造方法を示す図であり、（Ａ）は加工前の半導体基板を示す断面図、（Ｂ）は半導体基板にフレーム部、錘接合部及び可撓部に対応する領域に凹部を形成する工程を示す断面図、（Ｃ）は半導体基板にフレーム部、錘接合部及び導通部を形成する工程を示す断面図、（Ｄ）は半導体基板に第１基板を接合する工程を示す断面図である。
【図５】物理量センサの製造方法を示す図であり、（Ａ）は半導体基板に錘部等に対応する領域に凹部を形成する工程を示す断面図、（Ｂ）は半導体基板に錘部等を形成する工程を示す断面図、（Ｃ）は半導体基板に第２基板を接合する工程を示す断面図である。
【図６】第２基板上の駆動用電極と検出用電極を積層電極として形成した例を示す断面図である。
【図７】第２基板上の検出用電極のみを積層電極として形成した例を示す断面図である。
【図８】第２基板上に積層電極として形成したダミー電極を設けた例を示す断面図である。
【図９】Ａｌ−Ｎｄ単層電極とＣｒ／Ａｌ−Ｎｄ積層電極の各気体放出特性を示すグラフである。
【図１０】第２基板上に積層電極として形成した駆動用電極、検出用電極及びダミー電極を設けた例を示す断面図である。
【図１１】第２基板上の配線の一部を積層電極のダミー電極として形成した例を示す平面図である。
【図１２】第２基板上の配線に接続されるダミー配線及びダミー電極を積層電極として形成した例を示す平面図である。
【図１３】気体放出現象が発生する積層電極のアニール処理前後のシート抵抗値の一例を示す図である。
【図１４】アニール処理前のＣｒ／Ａｌ−Ｎｄ積層電極表面のＳＥＭ写真を示す図である。
【図１５】アニール処理後のＣｒ／Ａｌ−Ｎｄ積層電極表面のＳＥＭ写真を示す図である。
【図１６】物理量センサにより検出される角速度の変位信号を処理する角速度処理回路の一例を示す図である。
【図１７】物理量センサと処理回路を実装したセンサモジュールの一例を示す図である。
【図１８】センサモジュールを実装したモバイル端末機の一例を示す図である。
【図１９】従来の物理量センサの動作原理を示す図であり、（Ａ）は駆動電圧５Ｖ印加時の状態を示す図、（Ｂ）は駆動電圧０Ｖ印加時の状態を示す図である。
【図２０】従来の物理量センサにおける振動周波数の一例を示す図である。
【符号の説明】
【０１００】
１００…物理量センサ、１１０…シリコン膜、１１１，１３１…フレーム部、１１２ａ〜１１２ｅ…錘接合部、１１３ａ〜１１３ｄ…可撓部、１２０…ＢＯＸ層、１３０…シリコン基板、１３２（１３２ａ〜１３２ｅ）…錘部、１４０…第１基板、１４４１，１５１ａ…駆動用電極、１４１ｂ〜１４１ｅ，１５１ｂ〜１５１ｅ…検出用電極、１５０…第２基板、１５１ａ１，１５１ｂ１，１５１ｄ１，２０２ａ…下層電極、１５１ａ２，１５１ｂ２，１５１ｄ２，２０２ｂ…上層電極、１６０…導通部、２０１…ゲッタ、２０２…ダミー電極、３００…処理回路、４００…センサモジュール、５００…携帯型情報端末、Ｌ１，Ｌ２…（駆動用電極と接続する）配線、Ｌ３〜Ｌ１０…（検出用電極と接続する）配線。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレーム部と、前記フレーム部の内側に配置された可動部と、を備えた半導体基板と、
前記フレーム部の一方の側に接合された第１基板と、
前記フレーム部の他方の側に接合された第２基板と、
前記第１基板及び前記第２基板の接合により封止された封止空間内に配置され、前記半導体基板内の封止空間内部を所望の圧力に設定する内部圧力調整部材と、
を備えたことを特徴とする封止型デバイス。
【請求項２】
フレーム部と、前記フレーム部の内側に配置された錘部と、前記錘部と前記フレーム部とを接続する可撓部と、を備えた半導体基板と、
前記フレーム部の一方の側に接合された第１基板と、
前記フレーム部の他方の側に接合された第２基板と、
前記第１基板上に設けられ、前記錘部と対向する第１電極と、
前記第２基板上に設けられ、前記錘部と対向する第２電極と、
前記１基板及び前記第２基板の接合により封止された封止空間内に配置され、前記半導体基板内の封止空間内部を所望の圧力に設定する圧力調整部材と、
を備えたことを特徴とする物理量センサ。
【請求項３】
前記内部圧力調整部材は、前記第１電極、前記第１電極の一部、前記第２電極、又は、前記第２電極の一部に、第１の導電性材料を含む第１導電層と、前記第１導電層上に積層され、前記第１の導電性材料より高融点の第２の導電性材料を含む第２導電層とが積層されて形成されたことを特徴とする請求項２記載の物理量センサ。
【請求項４】
前記内部圧力調整部材は、前記第１電極又は前記第２電極から独立したダミー電極として前記第１導電層と前記第２導電層とが積層されて形成されたことを特徴とする請求項３記載の物理量センサ。
【請求項５】
前記第１基板上に設けられ、前記第１電極と電気的に接続される第１配線と、
前記第２基板上に設けられ、前記第２電極と電気的に接続される第２配線と、を備え、
前記内部圧力調整部材は、前記第１配線、前記第１配線の一部、前記第２配線、又は、前記第２配線の一部に、第１の導電性材料を含む第１導電層と、前記第１導電層上に積層され、前記第１の導電性材料より高融点の第２の導電性材料を含む第２導電層とが積層されて形成されたことを特徴とする請求項２記載の物理量センサ。
【請求項６】
前記内部圧力調整部材は、前記第１電極、前記第２電極、前記第１配線、又は前記第２配線に接続されるダミー電極又はダミー配線として前記第１導電層と前記第２導電層とが積層されて形成されたことを特徴とする請求項３又は５記載の物理量センサ。
【請求項７】
前記第２の導電性材料がＣｒ，Ｗ，Ｍｏ，またはＴａの少なくともいずれかであることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか一項に記載の物理量センサ。
【請求項８】
前記第１の導電性材料がＡｌ，Ａｌ−Ｃｕ，Ａｌ−Ｎｄ，Ａｌ−ＳｉまたはＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕの少なくともいずれかであることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか一項に記載の物理量センサ。
【請求項９】
前記封止空間内部の気体を吸収する材料を含む気体吸収部材を前記第１基板上又は前記第２基板上に設けたことを特徴とする請求項２乃至６のいずれか一項に記載の物理量センサ。
【請求項１０】
半導体基板に、フレーム部と、前記フレーム部の内側に配置される可動部と、を形成し、
前記フレーム部の一方の側に接合される第１基板上、又は、前記フレーム部の他方の側に接合される第２基板上に、前記半導体基板内の封止空間内部を所望の圧力に設定する内部圧力調整部材を形成し、
前記フレーム部の一方の側と前記第１基板とを接合し、
前記フレーム部の他方の側と前記第２基板とを接合し、
前記内部圧力調整部材の形成時に混入された気体を、加熱温度と加熱時間を設定した加熱処理により放出させて、前記封止空間内部を所望の圧力に設定することを特徴とする封止型デバイスの製造方法。
【請求項１１】
半導体基板に、フレーム部と、前記フレーム部の内側に配置される錘部と、前記錘部と前記フレーム部とを接続する可撓部と、を形成し、
前記フレーム部の一方の側と接合される第１基板上に、第１電極と、前記第１電極と電気的に接続される第１配線を形成し、
前記フレーム部の他方の側と接合される第２基板上に、第２電極と、前記第２電極と電気的に接続される第２配線を形成し、
前記第１基板上又は前記第２基板上に、前記半導体基板内の封止空間内部を所望の圧力に設定する内部圧力調整部材を形成し、
前記錘部と前記第１電極とを対向させて前記第１基板と前記フレーム部の一方の側とを接合し、
前記錘部と前記第２電極とを対向させて前記第２基板と前記フレーム部の他方の側とを接合し、
前記内部圧力調整部材の形成時に混入された気体を、加熱温度と加熱時間を設定した加熱処理により放出させて、前記第１基板及び前記第２基板の接合により封止された前記半導体基板内の封止空間内部を所望の圧力に設定することを特徴とする物理量センサの製造方法。
【請求項１２】
前記内部圧力調整部材の形成時に、第１の導電性材料を含む第１導電層と、前記第１の導電性材料より高融点の第２の導電性材料を含む第２導電層とを積層して形成したことを特徴とする請求項１１記載の物理量センサの製造方法。
【請求項１３】
前記第１電極の形成時、前記第１配線の形成時、前記第２電極の形成時、又は、前記第２配線の形成時に、第１の導電性材料を含む第１導電層と、前記第１の導電性材料より高融点の第２の導電性材料を含む第２導電層とを積層して前記内部圧力調整部材を形成したことを特徴とする請求項１１又は１２記載の物理量センサの製造方法。
【請求項１４】
前記第１基板又は前記第２基板は、第１の加熱温度により加熱されて前記フレーム部に接合され、
前記内部圧力調整部材の形成時に面積を設定し、前記加熱温度を前記第１の加熱温度より高い第２の加熱温度に設定し、前記面積及び前記加熱温度に応じて前記加熱時間を設定したことを特徴とする請求項１１又は１２記載の物理量センサの製造方法。
【請求項１５】
フレーム部と、前記フレーム部の内側に配置された可動部と、を備えた半導体基板と、
前記フレーム部の一方の側に接合された第１基板と、
前記フレーム部の他方の側に接合された第２基板と、
前記第１基板上又は前記第２基板上に配置され、前記第１基板及び前記第２基板の接合により封止された前記半導体基板内の封止空間内部を所望の圧力に設定する内部圧力調整部材と、を備える封止型デバイスにおいて、
前記内部圧力調整部材の形成時に混入された気体を、加熱温度と加熱時間を制御する加熱処理により放出させて、前記第１基板及び前記第２基板の接合により封止された前記半導体基板内の封止空間内部を所望の圧力に設定することを特徴とする封止型デバイスの内部圧力制御方法。
【請求項１６】
フレーム部と、前記フレーム部の内側に配置された錘部と、前記錘部と前記フレーム部とを接続する可撓部と、を備えた半導体基板と、
前記フレーム部の一方の側に接合された第１基板と、
前記フレーム部の他方の側に接合された第２基板と、
前記第１基板上に設けられ、前記錘部と対向する第１電極と、
前記第２基板上に設けられ、前記錘部と対向する第２電極と、
前記第１基板上又は前記第２基板上に配置され、前記第１基板及び前記第２基板の接合により封止された前記半導体基板内の封止空間内部を所望の圧力に設定する内部圧力調整部材と、を備える物理量センサにおいて、
前記内部圧力調整部材の形成時に混入された気体を、加熱温度と加熱時間を制御する加熱処理により放出させて、前記第１基板及び前記第２基板の接合により封止された前記半導体基板内の封止空間内部を所望の圧力に設定することを特徴とする物理量センサの内部圧力制御方法。
【請求項１７】
前記内部圧力調整部材は、第１の導電性材料を含む第１導電層と、前記第１の導電性材料より高融点の第２の導電性材料を含む第２導電層とが積層されて形成され、前記内部圧力調整部材の形成時に面積を設定し、前記面積に応じて前記加熱温度及び前記加熱時間を制御して、前記封止空間内部を所望の圧力に設定することを特徴とする請求項１６記載の物理量センサの内部圧力制御方法。
【請求項１８】
前記内部圧力調整部材は、前記第１電極、前記第１電極の一部、前記第２電極、又は、前記第２電極の一部に、第１の導電性材料を含む第１導電層と、前記第１導電層上に積層され、前記第１の導電性材料より高融点の第２の導電性材料を含む第２導電層とが積層されて形成され、前記内部圧力調整部材の形成時に面積を設定し、前記加熱温度を前記第１の加熱温度より高い第２の加熱温度に設定し、前記面積及び前記加熱温度に応じて前記加熱時間を設定したことを特徴とする請求項１６記載の物理量センサの内部圧力制御方法。
【請求項１９】
前記第１基板上に、前記第１電極と電気的に接続される第１配線を形成し、前記第２基板上に、前記第２電極と電気的に接続される第２配線を形成し、前記第１配線、前記第１配線の一部、前記第２配線、又は、前記第２配線の一部に第１の導電性材料を含む第１導電層と、前記第１の導電性材料より高融点の第２の導電性材料を含む第２導電層とを積層して形成し、前記内部圧力調整部材の形成時に面積を設定し、前記面積に応じて前記加熱温度及び前記加熱時間を制御して、前記封止空間内部を所望の圧力に設定することを特徴とする請求項１６記載の物理量センサの内部圧力制御方法。
【請求項２０】
前記第１基板又は前記第２基板は、第１の加熱温度により加熱されて前記フレーム部に接合され、
前記加熱処理時の加熱温度は、前記第１の加熱温度より高い第２の加熱温度に設定したことを特徴とする請求項１５乃至１８のいずれか一項に記載の物理量センサの内部圧力制御方法。
【請求項２１】
請求項２乃至９のいずれか一項に記載の物理量センサと、
前記物理量センサにより検出される物理量検出信号を処理する処理回路と、
を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項１】
フレーム部と、前記フレーム部の内側に配置された可動部と、を備えた半導体基板と、
前記フレーム部の一方の側に接合された第１基板と、
前記フレーム部の他方の側に接合された第２基板と、
前記第１基板及び前記第２基板の接合により封止された封止空間内に配置され、前記半導体基板内の封止空間内部を所望の圧力に設定する内部圧力調整部材と、
を備えたことを特徴とする封止型デバイス。
【請求項２】
フレーム部と、前記フレーム部の内側に配置された錘部と、前記錘部と前記フレーム部とを接続する可撓部と、を備えた半導体基板と、
前記フレーム部の一方の側に接合された第１基板と、
前記フレーム部の他方の側に接合された第２基板と、
前記第１基板上に設けられ、前記錘部と対向する第１電極と、
前記第２基板上に設けられ、前記錘部と対向する第２電極と、
前記１基板及び前記第２基板の接合により封止された封止空間内に配置され、前記半導体基板内の封止空間内部を所望の圧力に設定する圧力調整部材と、
を備えたことを特徴とする物理量センサ。
【請求項３】
前記内部圧力調整部材は、前記第１電極、前記第１電極の一部、前記第２電極、又は、前記第２電極の一部に、第１の導電性材料を含む第１導電層と、前記第１導電層上に積層され、前記第１の導電性材料より高融点の第２の導電性材料を含む第２導電層とが積層されて形成されたことを特徴とする請求項２記載の物理量センサ。
【請求項４】
前記内部圧力調整部材は、前記第１電極又は前記第２電極から独立したダミー電極として前記第１導電層と前記第２導電層とが積層されて形成されたことを特徴とする請求項３記載の物理量センサ。
【請求項５】
前記第１基板上に設けられ、前記第１電極と電気的に接続される第１配線と、
前記第２基板上に設けられ、前記第２電極と電気的に接続される第２配線と、を備え、
前記内部圧力調整部材は、前記第１配線、前記第１配線の一部、前記第２配線、又は、前記第２配線の一部に、第１の導電性材料を含む第１導電層と、前記第１導電層上に積層され、前記第１の導電性材料より高融点の第２の導電性材料を含む第２導電層とが積層されて形成されたことを特徴とする請求項２記載の物理量センサ。
【請求項６】
前記内部圧力調整部材は、前記第１電極、前記第２電極、前記第１配線、又は前記第２配線に接続されるダミー電極又はダミー配線として前記第１導電層と前記第２導電層とが積層されて形成されたことを特徴とする請求項３又は５記載の物理量センサ。
【請求項７】
前記第２の導電性材料がＣｒ，Ｗ，Ｍｏ，またはＴａの少なくともいずれかであることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか一項に記載の物理量センサ。
【請求項８】
前記第１の導電性材料がＡｌ，Ａｌ−Ｃｕ，Ａｌ−Ｎｄ，Ａｌ−ＳｉまたはＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕの少なくともいずれかであることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか一項に記載の物理量センサ。
【請求項９】
前記封止空間内部の気体を吸収する材料を含む気体吸収部材を前記第１基板上又は前記第２基板上に設けたことを特徴とする請求項２乃至６のいずれか一項に記載の物理量センサ。
【請求項１０】
半導体基板に、フレーム部と、前記フレーム部の内側に配置される可動部と、を形成し、
前記フレーム部の一方の側に接合される第１基板上、又は、前記フレーム部の他方の側に接合される第２基板上に、前記半導体基板内の封止空間内部を所望の圧力に設定する内部圧力調整部材を形成し、
前記フレーム部の一方の側と前記第１基板とを接合し、
前記フレーム部の他方の側と前記第２基板とを接合し、
前記内部圧力調整部材の形成時に混入された気体を、加熱温度と加熱時間を設定した加熱処理により放出させて、前記封止空間内部を所望の圧力に設定することを特徴とする封止型デバイスの製造方法。
【請求項１１】
半導体基板に、フレーム部と、前記フレーム部の内側に配置される錘部と、前記錘部と前記フレーム部とを接続する可撓部と、を形成し、
前記フレーム部の一方の側と接合される第１基板上に、第１電極と、前記第１電極と電気的に接続される第１配線を形成し、
前記フレーム部の他方の側と接合される第２基板上に、第２電極と、前記第２電極と電気的に接続される第２配線を形成し、
前記第１基板上又は前記第２基板上に、前記半導体基板内の封止空間内部を所望の圧力に設定する内部圧力調整部材を形成し、
前記錘部と前記第１電極とを対向させて前記第１基板と前記フレーム部の一方の側とを接合し、
前記錘部と前記第２電極とを対向させて前記第２基板と前記フレーム部の他方の側とを接合し、
前記内部圧力調整部材の形成時に混入された気体を、加熱温度と加熱時間を設定した加熱処理により放出させて、前記第１基板及び前記第２基板の接合により封止された前記半導体基板内の封止空間内部を所望の圧力に設定することを特徴とする物理量センサの製造方法。
【請求項１２】
前記内部圧力調整部材の形成時に、第１の導電性材料を含む第１導電層と、前記第１の導電性材料より高融点の第２の導電性材料を含む第２導電層とを積層して形成したことを特徴とする請求項１１記載の物理量センサの製造方法。
【請求項１３】
前記第１電極の形成時、前記第１配線の形成時、前記第２電極の形成時、又は、前記第２配線の形成時に、第１の導電性材料を含む第１導電層と、前記第１の導電性材料より高融点の第２の導電性材料を含む第２導電層とを積層して前記内部圧力調整部材を形成したことを特徴とする請求項１１又は１２記載の物理量センサの製造方法。
【請求項１４】
前記第１基板又は前記第２基板は、第１の加熱温度により加熱されて前記フレーム部に接合され、
前記内部圧力調整部材の形成時に面積を設定し、前記加熱温度を前記第１の加熱温度より高い第２の加熱温度に設定し、前記面積及び前記加熱温度に応じて前記加熱時間を設定したことを特徴とする請求項１１又は１２記載の物理量センサの製造方法。
【請求項１５】
フレーム部と、前記フレーム部の内側に配置された可動部と、を備えた半導体基板と、
前記フレーム部の一方の側に接合された第１基板と、
前記フレーム部の他方の側に接合された第２基板と、
前記第１基板上又は前記第２基板上に配置され、前記第１基板及び前記第２基板の接合により封止された前記半導体基板内の封止空間内部を所望の圧力に設定する内部圧力調整部材と、を備える封止型デバイスにおいて、
前記内部圧力調整部材の形成時に混入された気体を、加熱温度と加熱時間を制御する加熱処理により放出させて、前記第１基板及び前記第２基板の接合により封止された前記半導体基板内の封止空間内部を所望の圧力に設定することを特徴とする封止型デバイスの内部圧力制御方法。
【請求項１６】
フレーム部と、前記フレーム部の内側に配置された錘部と、前記錘部と前記フレーム部とを接続する可撓部と、を備えた半導体基板と、
前記フレーム部の一方の側に接合された第１基板と、
前記フレーム部の他方の側に接合された第２基板と、
前記第１基板上に設けられ、前記錘部と対向する第１電極と、
前記第２基板上に設けられ、前記錘部と対向する第２電極と、
前記第１基板上又は前記第２基板上に配置され、前記第１基板及び前記第２基板の接合により封止された前記半導体基板内の封止空間内部を所望の圧力に設定する内部圧力調整部材と、を備える物理量センサにおいて、
前記内部圧力調整部材の形成時に混入された気体を、加熱温度と加熱時間を制御する加熱処理により放出させて、前記第１基板及び前記第２基板の接合により封止された前記半導体基板内の封止空間内部を所望の圧力に設定することを特徴とする物理量センサの内部圧力制御方法。
【請求項１７】
前記内部圧力調整部材は、第１の導電性材料を含む第１導電層と、前記第１の導電性材料より高融点の第２の導電性材料を含む第２導電層とが積層されて形成され、前記内部圧力調整部材の形成時に面積を設定し、前記面積に応じて前記加熱温度及び前記加熱時間を制御して、前記封止空間内部を所望の圧力に設定することを特徴とする請求項１６記載の物理量センサの内部圧力制御方法。
【請求項１８】
前記内部圧力調整部材は、前記第１電極、前記第１電極の一部、前記第２電極、又は、前記第２電極の一部に、第１の導電性材料を含む第１導電層と、前記第１導電層上に積層され、前記第１の導電性材料より高融点の第２の導電性材料を含む第２導電層とが積層されて形成され、前記内部圧力調整部材の形成時に面積を設定し、前記加熱温度を前記第１の加熱温度より高い第２の加熱温度に設定し、前記面積及び前記加熱温度に応じて前記加熱時間を設定したことを特徴とする請求項１６記載の物理量センサの内部圧力制御方法。
【請求項１９】
前記第１基板上に、前記第１電極と電気的に接続される第１配線を形成し、前記第２基板上に、前記第２電極と電気的に接続される第２配線を形成し、前記第１配線、前記第１配線の一部、前記第２配線、又は、前記第２配線の一部に第１の導電性材料を含む第１導電層と、前記第１の導電性材料より高融点の第２の導電性材料を含む第２導電層とを積層して形成し、前記内部圧力調整部材の形成時に面積を設定し、前記面積に応じて前記加熱温度及び前記加熱時間を制御して、前記封止空間内部を所望の圧力に設定することを特徴とする請求項１６記載の物理量センサの内部圧力制御方法。
【請求項２０】
前記第１基板又は前記第２基板は、第１の加熱温度により加熱されて前記フレーム部に接合され、
前記加熱処理時の加熱温度は、前記第１の加熱温度より高い第２の加熱温度に設定したことを特徴とする請求項１５乃至１８のいずれか一項に記載の物理量センサの内部圧力制御方法。
【請求項２１】
請求項２乃至９のいずれか一項に記載の物理量センサと、
前記物理量センサにより検出される物理量検出信号を処理する処理回路と、
を備えることを特徴とする半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
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【図１０】
【図１１】
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【図１７】
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【図１９】
【図２０】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１０−１４１０８８（Ｐ２０１０−１４１０８８Ａ）
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１５４１３（Ｐ２００８−３１５４１３）
【出願日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】
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