(57)【要約】【課題】ＭＥＭＳセンサーの感度の検出に影響を与える可動錘の質量と、容量電極のダンピング係数、弾性変形部のバネ特性等の設計の自由度を向上させる。【解決手段】多層配線構造を加工して形成されるＭＥＭＳセンサーは、弾性変形部１３０によって固定枠部１１０に連結され、周囲に空洞部が形成されている可動錘部１２０と、固定枠部１１０に固定された固定電極部１５０と、可動錘部１２０に接続され、固定電極部１５０に対向して配置される可動電極部１４０とを含む容量電極部１４５と、可動錘部１２０の質量、可動電極部１４０のダンピング係数および弾性変形部１３０におけるバネ特性の少なくとも一つを調整するための調整層ＣＢＬ（ＣＢＬ１〜ＣＢＬ３）とを含み、調整層ＣＢＬは、多層配線構造の構成要素である、少なくとも一層の絶縁層を含む。【選択図】図１
2010249806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持部と、
可動錘部と、
前記支持部と前記可動錘部とを連結し、且つ、弾性変形可能な連結部と、
前記支持部から突出した固定電極部と、
前記可動錘部から突出し、且つ、前記固定電極部に対向して配置された可動電極部と、を有し、
前記可動錘部、前記連結部、前記固定電極部、および前記可動電極部の少なくとも１つは、調整層を備えることを特徴とするＭＥＭＳセンサー。
【請求項２】
請求項１に記載のＭＥＭＳセンサーであって、
前記調整層は、絶縁層であることを特徴とするＭＥＭＳセンサー。
【請求項３】
請求項１または２に記載のＭＥＭＳセンサーであって、
前記調整層は、前記可動錘部、前記連結部、前記固定電極部、および前記可動電極部の少なくとも１つの最上面または最下面に形成されたことを特徴とするＭＥＭＳセンサー。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか一項に記載のＭＥＭＳセンサーであって、
前記可動錘部は、複数の導電層と、前記複数の導電層の間に形成された層間絶縁層とを有する積層構造体であることを特徴とするＭＥＭＳセンサー。
【請求項５】
請求項４に記載のＭＥＭＳセンサーであって、
前記層間絶縁層には、前記層間絶縁層よりも比重が大きいプラグが埋め込まれていることを特徴とするＭＥＭＳセンサー。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載のＭＥＭＳセンサーであって、
前記調整層は、前記可動錘部に形成された第１調整層と、前記可動電極部および前記固定電極部に形成された第２調整層と、前記連結部に形成された第３調整層と、を有することを特徴とするＭＥＭＳセンサー。
【請求項７】
請求項６に記載のＭＥＭＳセンサーであって、
前記第１調整層の層厚は、前記第２調整層および前記第３調整層の少なくとも一方の層厚と異なっていることを特徴とするＭＥＭＳセンサー。
【請求項８】
請求項６または７に記載のＭＥＭＳセンサーであって、
前記第１調整層の層構造は、前記２調整層および前記第３調整層の少なくとも一方の層構造と異なっていることを特徴とするＭＥＭＳセンサー。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか一項に記載のＭＥＭＳセンサーを搭載した電子機器。
【請求項１０】
支持部と、可動錘部と、前記支持部と可動錘部とを連結し、且つ、弾性変形可能な連結部と、前記支持部から突出した固定電極部と、前記可動錘部から突出し、且つ、前記固定電極部に対向して配置された可動電極部と、を有したＭＥＭＳセンサーの製造方法であって、
基板上に、積層構造体を形成する工程と、
前記積層構造体の最上層または最下層に調整層を形成する工程と、
異方性エッチングにより、第１空洞部を前記積層構造体の最上層から前記基板の表面まで形成する工程と、
等方性エッチングにより、前記第１空洞部を介して前記基板と前記積層構造体との間に第２空洞部を形成する工程と、を含むことを特徴とするＭＥＭＳセンサーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳセンサー（Micro Electro Mechanical Sensor:マイクロエレクトロメカニカルセンサー）、ＭＥＭＳセンサーの製造方法、および電子機器等に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のＭＥＭＳセンサーは、例えばＣＭＯＳ集積回路一体型シリコンＭＥＭＳ加速度センサーとして、小型・低コスト化が急激に進んでいる。ＭＥＭＳセンサーの応用アプリケーションと市場は拡大している。主流となっているデバイス形態は、物理量を電気信号に変換・出力処理するＩＣチップを、ウエハプロセス以降の実装プロセスで１パッケージ化しているものがほとんどである。究極の小型化・低コスト化には、ウエハプロセスでセンサーチップとＩＣチップを一体形成する技術が必要とされている（特許文献１参照）。
【０００３】
また、可動電極部と固定電極部によって構成されるコンデンサーの容量値の変化によって、加速度や圧力等の物理量を検出する容量型のＭＥＭＳセンサー（容量型ＭＥＭＳ物理量センサー）においては、可動電極部は、可動錘部に一体化されており、可動錘部の変位に伴って可動電極部も変位し、可動電極部と固定電極部との間のギャップあるいは対向面積が変化し、これに伴って電荷の移動が生じる。この電荷の移動を、例えば、チャージアンプを含むＣ／Ｖ変換回路によって電気信号（電圧信号）に変換することによって、物理量が検出される。また、可動錘部に可動電極部が一体化された一般的なＭＥＭＳセンサーでは、可動電極部と可動錘部の高さは同一である。（特許文献２の図４、図５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２６３９０２号公報
【特許文献２】特開２００５−１４０７９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
容量型ＭＥＭＳ加速度センサーの検出感度の向上のためには、可動錘部の質量（Ｍ）を増大させることが有効である。半導体装置のプロセス技術を使用して容量型ＭＥＭＳ加速度センサーを形成する場合、可動錘部、可動電極部および固定電極部を含む構造体は、複数の層（絶縁層や導電性材料層等）を積層して構成される積層構造体からなる。よって、可動錘部の質量（Ｍ）を増大させようとすると、必然的に積層構造体の高さ（ｈ）が増大し、可動電極部の高さ（ｈ）も同様に増大する。
【０００６】
一方、可動電極部の高さ（ｈ）が増すと、可動電極部の面積が増え、これに伴って、ダンピングの主要因であるsqueeze film damping（以降、単にダンピングと呼ぶ）のダンピング係数（Ｄ）が増大する。このダンピングとは、可動電極部が振動する際に、可動電極部と固定電極部とに挟まれた空間にある気体が、例えば上下に動き、その際に、気体の粘性によって生じる、可動電極の動きを止めようとする働きのことである。具体的には、ダンピング係数（Ｄ）は、可動電極部の高さ（ｈ）の３乗で大きくなる。
【０００７】
このダンピング係数（Ｄ）は、バネ−質量系の構造体の機械的な固有の特性であるＱ値に関係し、また、ＭＥＭＳセンサーのＳ／Ｎの低下の原因となるブラウンノイズに関係する。つまり、各電極部間の気体のブラウン運動によって可動構造体に力が働き、これが例えば加速度等価ブラウンノイズとなる。
【０００８】
上述のとおり、ダンピング係数（Ｄ）は、可動電極部の高さ（ｈ）の３乗で大きくなるため、可動錘部の質量（Ｍ）を増大させるために積層構造体の高さ（ｈ）を増やすと、同時に、可動電極部の高さ（ｈ）も増え、この結果として、例えば、可動連結部および可動錘部のバネ−質量系のＱ値が極端に低下して、所望のバネの共振特性が得られなくなり、また、ブラウンノイズの増大によるＳ／Ｎの低下を招くというという問題が生じる。
【０００９】
つまり、ＭＥＭＳセンサーでは、例えば、積層構造体の高さ（ｈ）を高くして、可動錘部の質量（Ｍ）を増大させることによって得られる正の効果と、可動電極部におけるダンピング係数（Ｄ）が大きくなってバネ−質量系のＱ値が低下し、かつブラウンノイズが増えるという負の効果とは、同時に生じる。つまり、ＭＥＭＳセンサーの設計の自由度が少なく、可動構造体（可動錘部および可動電極部を含む）の平面的なサイズ、バネの共振周波数、バネ−質量系のＱ値の各々を所望の設計値に固定したとすると、あとは、調整可能ないくつかの寸法パラメーター（具体的には、例えば、可動電極部の高さ、可動電極部の横幅、可動電極部と固定電極部との間の距離（ギャップ）等）を調整することしか、構造体設計上の対応策がないのが実情である。
【００１０】
また、ＭＥＭＳセンサーでは、弾性変形部（バネ部）のバネ特性を適正な範囲に調整することも必要となる。バネ特性は、機械的なバネ特性の他、コンデンサーのクーロン力による電気的なバネ特性も考慮して設計する必要がある。
【００１１】
本発明のいくつかの態様によれば、例えば、ＭＥＭＳセンサーの感度の検出に影響を与える構造体（例えば可動錘）の質量と電極の高さに関し、従来に比べて、両者を個別に、より自由に設定できるようになり、ＭＥＭＳセンサーの設計の自由度を向上させることができる。また、例えば、さらに、バネ特性の調整も適宜、実行できるようになり、ＭＥＭＳセンサーの設計の自由度を、さらに向上させることができる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（１）本発明のＭＥＭＳセンサーの上記課題のいずれか一つを解決する一態様は、多層配線構造を加工して形成されるＭＥＭＳセンサーであって、弾性変形部によって固定枠部に連結され、周囲に空洞部が形成されている可動錘部と、前記固定枠部に固定された固定電極部と、前記可動錘部に接続され、前記固定電極部に対向して配置される可動電極部と、を含む容量電極部と、前記可動錘部の質量、前記可動電極部のダンピング係数および前記弾性変形部におけるバネ特性の少なくとも一つを調整するための調整層と、を含み、前記調整層は、前記多層配線構造の構成要素である、少なくとも一層の絶縁層を含む。また、ある実施形態では、支持部と、可動錘部と、前記支持部と前記可動錘部とを連結し、且つ、弾性変形可能な連結部と、前記支持部から突出した固定電極部と、前記可動錘部から突出し、且つ、前記固定電極部に対向して配置された可動電極部と、を有し、前記可動錘部、前記連結部、前記固定電極部、および前記可動電極部の少なくとも１つは、調整層を備えることを特徴とする。また、前記調整層は、絶縁層であることを特徴とする。また、前記調整層は、前記可動錘部、前記連結部、前記固定電極部、および前記可動電極部の少なくとも１つの最上面または最下面に形成されたことを特徴とする。
【００１３】
調整層は、可動錘部の質量、可動電極部のダンピング係数および弾性変形部におけるバネ特性の少なくとも一つを調整するために意図的に設けられる。調整層は、絶縁層を主体として構成されることから、容量電極部に形成される可動電極部および固定電極部の間で形成される静電容量値には影響を及ぼさない。したがって、可動電極部および固定電極部の電気的特性（つまり、導電体からなる容量電極部の高さと幅によって決まるコンデンサーの対向面積）から独立した、別の設計パラメーターが追加されたことになり、したがって、ＭＥＭＳセンサーモジュール等の設計の自由度を向上させる効果を得ることができる。
【００１４】
すなわち、従来は、容量電極部の高さ（すなわち導電体部分の高さ）が決定されれば、可動錘部の高さも自動的に決定され、両者は同じという前提で設計がされていたが、調整層という概念（新しい設計パラメーター）を導入することによって、容量電極（導電体）の高さとは切り離して、可動錘部の高さを調整して質量（重み）を効率的に増大させることができ、また、可動電極部のダンピング係数を調整することができ、また、弾性変形部の特性の調整（例えば、機械的なバネ定数の調整や、バネの不要な方向への変位の抑制等）を実現することができる。
【００１５】
上述のとおり、例えば、コンデンサーの全容量（Ｃ０）は、加わった加速度を静電容量の変化に変換する際の効率（加速度／容量の変換係数）に関係する。したがって、コンデンサーの全容量を考慮して最適な電極（金属部分）の高さを決定し、一方、調整層の厚みを調整して可動錘部の全体の高さを長くし、可動錘部の質量（重み）を効果的に増大させる、というような設計が可能となる。
【００１６】
半導体製造プロセスによって調整層が形成されると、その調整層は、原則的には容量電極（導電体）の上にも形成されるため、導電体上の調整層を含めた場合の容量電極部の全体の高さは変動する。可動電極部の全体の高さが、調整層の分だけ増大することによって、ダンピング係数も増大する。よって、調整層の高さの調整によって、可動電極部のダンピング係数を調整することができる。例えば、ダンピング係数が小さすぎると、可動電極部に生じた振動が長い時間にわたって継続し、例えば、ＭＥＭＳセンサーの落下等によってバネの共振周波数付近の振動が生じたときに、可動電極部の破壊が生じやすくなる場合もある。その一方、可動電極部のダンピング係数が大きすぎると、共振振動体のＱ値が極端に低下して所望の値を実現できないという問題が生じ、あるいは、ＭＥＭＳセンサーの感度に関して、ブラウンノイズが増大してＳ／Ｎが低下するという問題も生じる。よって、可動電極部のダンピング係数は適正な範囲に設定する必要がある。このように、調整層は、可動電極部のダンピング係数を適正な範囲に調整する機能も有する。
【００１７】
また、調整層の高さがそれほど高くない場合（許容範囲内である場合）には、Ｑ値の極端な低下は生じず、また、容量電極部（電極部）におけるブラウンノイズの急上昇を招くこともなく、その一方、可動錘部は面積が大きいため、調整層が加わった分だけ可動錘部の重みが効果的に増大し、可動錘部の質量増大の効果が支配的となって、ＭＥＭＳセンサー（加速度センサー等）の感度が向上する。
【００１８】
また、半導体製造プロセスによって調整層が形成されると、原則的には、弾性変形部においても調整層が設けられることになる。この場合、弾性変形部（バネ部）における機械的バネ定数が増大し、電気的バネ定数（クーロン力に起因するバネ定数）は相対的に小さくなって無視できるようになるため、弾性変形部（バネ部）の設計が容易化されるという効果を得ることもできる。
【００１９】
すなわち、弾性変形部と、この弾性変形部に支持された可動錘部とは、所定のバネの共振特性をもつ振動部としても機能する。振動部における所望のバネの共振特性を確保するためには、弾性変形部（バネ部）におけるバネ定数の値を適正な範囲に収める必要があるが、実効的なバネ定数は、弾性変形部（バネ部）の機械的なバネ定数だけで定まるのではなく、容量電極部における固定電極と可動電極との間に作用する静電気力（クーロン力）に起因する電気的なバネ定数も考慮して総合的に決定される。すなわち、実効的なバネ定数は、（機械的バネ定数−電気的バネ定数）によって決定される。
【００２０】
よって、電気的バネ定数が、機械的バネ定数に比べて十分に小さくなるように設計しないと、Ｆ＝ｋＸ（Ｆは力、ｋはバネ定数、Ｘは変位量）で表わされる線形のバネ特性の式が成立しなくなり、この点が、設計上の制約になる。かといって、弾性変形部に使用可能な材料は限られており、また、弾性変形部の形状や太さ等は、加速度が加わる可能性のある方向に対する柔軟な変形や、不要な振動を生じさせないことや、振動に対する強度等を考慮して総合的に決定する必要があり、機械的バネ定数だけを考慮して決定するわけにはいかない。
【００２１】
ここで、調整層が、弾性変形部（例えば、導電体と少なくとも一層の絶縁層からなる）上に形成されると、調整層（例えば、無機絶縁膜を含む）のもつ剛性によって、弾性部材における機械的バネ定数が増大し、電気的バネ定数（クーロン力に起因するバネ定数）は相対的に小さくなって無視できるようになるため、弾性変形部（バネ部）の設計が容易化される。また、調整層が存在することによって、加速度による力が加わった場合における、弾性変形部の縦方向（基板に垂直な方向）の動きが抑制され、これによって、ねじれ等の不要な変形が生じる可能性を低減できるという効果も得られる。さらに、可動電極部（および固定電極部）の、熱膨張係数に起因する反りによる変形も抑制され、よって、温度変化によって、コンデンサーの対向面積が若干変化するという不都合が生じる可能性も低減される。
【００２２】
このように、調整層は、容量電極部（導電体）の電気特性とは別に、可動錘部の質量（重み）を効果的に増大させることができるという効果を奏する。また、例えば、容量電極部におけるダンピング係数を調整して、Ｑ値の極端な低下や空気抵抗（気体のブラウン運動）によるブラウンノイズの急上昇は招かず、かつ、可動錘部の重みを効果的に重くしてＭＥＭＳセンサーの感度を向上させるのに貢献するという効果を奏する。また、さらに、機械的バネ定数を増大させて、電気的バネ定数の影響を相対的に小さくするという効果も発揮し、また、弾性変形部における不要な方向への変形を抑制してねじれ等を効果的に防止するという効果もあり、さらに、可動電極部（および固定電極部）の、熱膨張係数に起因する反りによる変形も抑制するという効果も有する。
【００２３】
よって、従来、電極の横幅を極端に長くせざるを得ないというような不都合な事態が生じるような場合でも、調整層の厚み（および内部構造）を、現実的な範囲で調整することによって、所望のサイズで所望の感度をもつＭＥＭＳセンサーを設計できるようになる。よって、設計の自由度が向上する。したがって、小型で高性能であり、かつＩＣプロセスを用いて製造可能なＭＥＭＳセンサーを効率的に設計することが可能となる。
【００２４】
（２）本発明のＭＥＭＳセンサーの他の態様では、前記調整層は、前記多層配線構造の構成要素である、少なくとも一層の絶縁層と、前記可動電極部および前記固定電極部から電気的に独立した孤立導電体と、を含む。
【００２５】
絶縁層に加えて、孤立導電体（一般に絶縁層よりも比重の重い導電材料からなる）を調整層の構成要素とすることによって、調整層の重みを効果的に増大させることができる。よって、例えば、可動錘部の質量の調整効果を高めることができ、あるいは、弾性変形部における不要な方向への変形防止効果を高める、といった効果を得ることができる。
【００２６】
（３）本発明のＭＥＭＳセンサーの他の態様では、前記可動電極部および前記固定電極部の各々は、前記多層配線構造体の構成要素である、層が異なる複数の導電体と、前記複数の導電体の各々間を接続する導電材料からなるプラグと、によって形成される壁部を有し、前記調整層は、前記壁部の上側に位置する積層構造および下側に位置する積層構造の少なくとも一方によって構成される。また、前記可動錘部は、複数の導電層と、前記複数の導電層の間に形成された層間絶縁層とを有する積層構造体であることを特徴とする。また、前記層間絶縁層には、前記層間絶縁層よりも比重が大きいプラグが埋め込まれていることを特徴とする。
【００２７】
各絶縁層に所定方向に延在する溝パターンを形成し、その溝パターンにタングステン等のプラグ材料を埋め込んで壁部を形成することによって、所望の対向面積をもつコンデンサーを、半導体プロセスを用いて無理なく構成することができる。また、その壁部を可動錘部にも形成すれば、可動錘部の質量を効果的に増大させることもできる。
【００２８】
また、調整層は、その壁部を有する積層構造体の上側に形成することができ、また、下側に形成することができ、また、上側および下側の双方に形成することができる。どの態様を採用するかは、例えば、ＭＥＭＳセンサーに必要な電極や配線を確保し、かつ効率的な配線引き出しを行うという設計上の観点を考慮して、適宜、決定することができる。
【００２９】
（４）本発明のＭＥＭＳセンサーの他の態様では、前記調整層は、可動錘部の質量を調整するための第１調整層と、前記可動電極部のダンピング係数を調整するための第２調整層と、前記弾性変形部のバネ特性を調整するための第３調整層と、を有する。また、前記調整層は、前記可動錘部に形成された第１調整層と、前記可動電極部および前記固定電極部に形成された第２調整層と、前記連結部に形成された第３調整層と、を有することを特徴とする。
【００３０】
本態様における調整層は、可動錘部の質量を調整するための第１調整層と、可動電極部のダンピング係数を調整するための第２調整層と、弾性変形部のバネ特性を調整するための第３調整層と、を備える。よって、調整層によって、可動錘部の質量調整と、可動電極部のダンピング係数の調整と、弾性変形部（バネ部）のバネ特性（例えば、バネ定数、必要な方向への変位特性、不要な方向に対する変位の抑制特性等）の調整を行うことができる。
【００３１】
（５）本発明のＭＥＭＳセンサーの他の態様では、前記調整層は、前記可動錘部の質量を調整するための第１調整層および前記弾性変形部のバネ特性を調整するための第３調整層のみを含む。
【００３２】
本態様では、可動錘部の質量を調整するための第１調整層と、弾性変形部のバネ特性を調整するための第３調整層のみが設けられ、可動電極部のダンピング係数を調整するための第２調整層は設けられない。この場合、可動電極部のダンピング係数は、壁部を含む積層構造体の高さのみで決定される。調整層による、可動電極部のダンピング係数の調整が不要の場合には、本態様の構造を採用すればよい。本態様の調整層の構造は、例えば、調整層としての積層構造を形成した後、異方性エッチング等によって、容量電極部（可動電極部を含む）における積層構造を選択的に除去することによって形成することができる。
【００３３】
（６）本発明のＭＥＭＳセンサーの他の態様では、前記調整層は、前記可動錘部の質量を調整するための第１調整層のみを含む。
【００３４】
本態様では、可動錘部の質量を調整するための第１調整層のみが設けられ、第２調整層および第３調整層は設けられない。調整層による、可動電極部のダンピング係数の調整および弾性変形部の特性の調整が特に必要ない場合には、本態様の構造を採用すればよい。本態様の調整層の構造は、例えば、調整層としての積層構造を形成した後、異方性エッチング等によって、容量電極部（可動電極部を含む）における積層構造および弾性変形部における積層構造を選択的に除去することによって形成することができる。
【００３５】
（７）本発明のＭＥＭＳセンサーの他の態様では、前記第１調整層〜前記第３調整層の各々の高さは同じである。
【００３６】
本態様では、第１〜第３の調整層の各々の厚みが同じである。例えば、半導体製造プロセスによって、調整層としての積層構造を、各部の上に一律に形成することによって、本態様の調整層の構造を形成することができる。本態様を採用する場合、調整層の形成が簡単であるという効果が得られる。
【００３７】
（８）本発明のＭＥＭＳセンサーの他の態様では、前記第１調整層、第２調整層および第３調整層のうちのいずれか１つの調整層の高さは、他の２つの調整層のうちの少なくとも一つの調整層の高さと異なっている。また、前記第１調整層の層厚は、前記第２調整層および前記第３調整層の少なくとも一方の層厚と異なっていることを特徴とする。
【００３８】
本態様では、例えば、第２調整層および第３調整層の高さが同じであり、かつ、第１調整層の高さと、第２調整層および第３調整層の高さとが異なる場合がある。また、第１調整層および第２調整層の高さが同じであり、かつ、第１調整層および第２調整層の高さと第３調整層の高さとが異なる場合がある。また、第１調整層および第３調整層の高さが同じであり、かつ、第２調整層の高さと、第１調整層および第３調整層の高さとが異なる場合がある。また、第１〜第３の調整層の各々の高さが異なる場合もある。本態様によれば、各調整層の高さを個別に最適化することができる。よって、設計の自由度がさらに向上する。
【００３９】
（９）本発明のＭＥＭＳセンサーの他の態様では、前記第１調整層〜前記第３調整層のうちのいずれか１つの調整層の層構成は、他の２つの調整層のうちの少なくとも１つの調整層の層構成とは異なっている。また、前記第１調整層の層構造は、前記２調整層および前記第３調整層の少なくとも一方の層構造と異なっていることを特徴とする。
【００４０】
上記（８）の態様では、各調整層の高さを最適化しているが、本態様では、各調整層の層構成を最適化して、設計の自由度を高める。
【００４１】
つまり、本態様では、例えば、第２調整層および第３調整層の層構成が同じであり、かつ、第１調整層の層構成と、第２調整層および第３調整層の層構成とが異なる場合がある。また、第１調整層および第２調整層の層構成が同じであり、かつ、第１調整層および第２調整層の層構成と第３調整層の層構成とが異なる場合がある。また、第１調整層および第３調整層の層構成が同じであり、かつ、第２調整層の層構成と、第１調整層および第３調整層の層構成とが異なる場合がある。また、第１〜第３の調整層の各々の層構成が異なる場合もある。
【００４２】
（１０）本発明のＭＥＭＳセンサーの他の態様では、前記可動錘部は、前記多層配線構造体の構成要素である、層が異なる複数の導電体と、前記複数の導電体の各々間を接続する導電材料からなるプラグと、によって形成される、前記可動電極部および前記固定電極部から孤立している壁部を有する。
【００４３】
本態様では、可動錘部において電気的に孤立した壁部を設けることによって、可動錘部の質量を、効率的に高めることができる。つまり、電気的導通をとるための一般的なプラグは、例えば円形のスルーホールに埋め込まれるが、本態様では、例えば、所定方向に沿って延在するスルーホールパターンにプラグ材料が埋め込まれ、これによって、壁状のプラグが形成される。プラグ材料（導電性の材料であり、一般にはタングステン等の金属である）は、絶縁層の材料に比べて比重が重い。壁状のプラグ構造を形成することによって、プラグ材料の総量を増やすことができ、したがって、可動錘部の質量を、容易に増大させることができる。
【００４４】
（１１）本発明のＭＥＭＳセンサーの他の態様では、前記可動電極部および前記固定電極部の少なくとも一方は、前記壁部として、電気的に独立している第１壁部および第２壁部を有する。
【００４５】
この構造を使用すると、電気的に独立している２つのコンデンサー（Ｃ１，Ｃ２）を無理なく、かつ省スペースで構成することができる。例えば、一つの可動電極部の一方の側面側に設けられる第１壁部を第１の固定電極部と対向させ、上記の一つの可動電極部の他方の側面側に設けられる第２壁部を、第２の固定電極部と対向させることによって、上記の２つのコンデンサー（Ｃ１，Ｃ２）をコンパクトに形成することができる。
また、ある実施形態では、前記ＭＥＭＳセンサーを電子機器に搭載しても良い。本願発明のＭＥＭＳセンサーを電子機器に搭載すれば、検出感度が優れた電子機器を提供することができる。
【００４６】
（１２）本発明のＭＥＭＳセンサーの製造方法の一態様では、弾性変形部によって固定枠部に連結され、周囲に空洞部が形成されている可動錘部と、前記固定枠部に固定された固定電極部と、前記可動錘部に接続され、前記固定電極部に対向して配置される可動電極部と、を含む容量電極部と、前記可動錘部の質量、前記可動電極部のダンピング係数および前記弾性変形部におけるバネ特性の少なくとも一つを調整するための調整層と、を含み、前記調整層は、前記多層配線構造の構成要素である、少なくとも一層の絶縁層を含む、ＭＥＭＳセンサーの製造方法であって、基板上に、前記調整層を構成する層構造を含む多層配線構造を形成し、前記多層配線構造を異方性エッチングによってパターニングして、前記基板の表面が露出する開口部となる第１空洞部を形成し、前記開口部を介して、等方性エッチング用のエッチャントを前記基板に到達させて前記基板を等方性エッチングして、前記第１空洞部に連通する第２空洞部を形成する。また、ある実施形態では、支持部と、可動錘部と、前記支持部と可動錘部とを連結し、且つ、弾性変形可能な連結部と、前記支持部から突出した固定電極部と、前記可動錘部から突出し、且つ、前記固定電極部に対向して配置された可動電極部と、を有したＭＥＭＳセンサーの製造方法であって、基板上に、積層構造体を形成する工程と、前記積層構造体の最上層または最下層に調整層を形成する工程と、異方性エッチングにより、第１空洞部を前記積層構造体の最上層から前記基板の表面まで形成する工程と、等方性エッチングにより、前記第１空洞部を介して前記基板と前記積層構造体との間に第２空洞部を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【００４７】
本態様によれば、ＩＣの製造プロセス技術を用いて、ＭＥＭＳセンサーを効率的に製造することができる。また、ＩＣとＭＥＭＳセンサーとを、共通の製造プロセス技術を用いて、併行的に形成することができる。よって、ＩＣを内蔵したセンサーモジュール等を容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明のＭＥＭＳセンサーにおける調整層の構造の一例を示す図。
【図２】図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、調整層の構造の他の例を示す図。
【図３】調整層の構造の他の例を示す図。
【図４】図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、調整層の構造の他の例を示す図。
【図５】図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、調整層の構造の他の例を示す図。
【図６】本発明のＭＥＭＳセンサー（容量型加速度センサーモジュール）の基本構造を説明するための透視平面図。
【図７】図６のＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図８】図６のＢ−Ｂ線に沿う断面図。
【図９】加速度センサーモジュールに搭載される回路（Ｃ／Ｖ変換回路を含む）の一例のブロック図。
【図１０】図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）は、Ｃ／Ｖ変換回路の構成と動作について説明するための図。
【図１１】図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）は、加速度センサーモジュールにおいて使用される調整層の一例を示す図。
【図１２】加速度センサーモジュールにおいて使用される調整層の他の例を示す図。
【図１３】加速度センサーモジュールにおいて使用される調整層の他の例を示す図。
【図１４】加速度センサーモジュールの製造工程（工程１）を説明するための図。
【図１５】加速度センサーモジュールの製造工程（工程２）を説明するための図。
【図１６】加速度センサーモジュールの製造工程（工程３）を説明するための図。
【図１７】図１７（Ａ）〜図１７（Ｃ）は、可動電極部において、２つの壁状電極部の各々に、独立した電位を与えるための構造例を示す図。
【図１８】図１８（Ａ）および図１８（Ｂ）は、弾性変形部における調整層の効果（不要な方向の変位抑制効果）を説明するための図。
【図１９】ダンピング係数及びブラウンノイズに関係する可動電極部と固定電極部の寸法を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００５０】
（第１の実施形態)
本実施形態では、ＭＥＭＳセンサーの平面形状と断面構造の例について説明する。図１は、本発明のＭＥＭＳセンサー（調整層を含む）の構造の一例を示す図である。
【００５１】
図１の上側に示されるように、ＭＥＭＳセンサーとしての容量型ＭＥＭＳ加速度センサーは、半導体製造プロセスを用いて形成される積層構造体（複数の絶縁層と、所定方向に延在する壁部をもつ導電体部材ＰＬＧとを有する）を含む可動錘部１２０と、弾性変形部（連結部とも言う）１３０と、シリコン基板からなる固定枠部１１０と、可動電極部１４０と、固定電極部１５０と、を有する。可動電極部１４０と固定電極部１５０は対向して配置され、各電極部によって容量電極部１４５が形成される。容量電極部１４５によって、コンデンサー（平行平板型の静電容量）が構成される。可動電極部１４０は、可動錘部１２０と一体的に構成されており、可動錘部１２０が加速度による力を受けて変位すると、可動電極部１４０が変位し、可動電極部１４０と固定電極部１５０との対向間距離が変化する。これによって、コンデンサーのギャップ（ｄ）が変化し、コンデンサーの容量値が変化し、これに伴って電荷の移動が生じる。この電荷の移動による微小な電流をチャージアンプによって増幅することによって、可動錘部１２０に加わった加速度の値を検出することができる。
【００５２】
図１の下側には、図１の上側に示される容量型ＭＥＭＳ加速度センサーの、各領域に対応した断面構造が示されている。図中、Ｚ１は可動錘部領域であり、Ｚ２ａは可動電極部領域であり、Ｚ２ｂは固定電極部領域であり、Ｚ３は弾性変形部領域であり、Ｚ４は固定枠部領域である。Ｚ２ａおよびＺ２ｂを合わせて、容量電極部領域（あるいは単に電極部領域）という場合がある。
【００５３】
シリコン基板１０１には、第２空洞部１１２が形成されている。多層の積層構造体には第１空洞部１２６が形成されており、第２空洞部１１２は、第１空洞部１２６に連通する。シリコン基板１０１上には、導電体からなる壁部を含む積層構造体（図中、太い実線で囲んで示される）が形成されている。積層構造体の高さはｈ１である。
【００５４】
この積層構造体は、層が異なる複数の絶縁層ＩＮＳ１〜ＩＮＳ３と、第１層目メタルＭ１と、第２層目メタルＭ２と、第３層目メタルＭ３と、１層目ポリシリコンＰｏｌｙ１と、を含む。また、可動電極部１４０および固定電極部１５０において設けられる壁部（コンデンサーの電極となる部分）は、第１層目メタルＭ１と、第２層目メタルＭ２と、第３層目メタルＭ３と、１層目ポリシリコンＰｏｌｙ１と、各層のプラグＰ１〜Ｐ３と、によって構成することができる。
【００５５】
壁部を含む積層構造体の上には、調整層ＣＢＬ（図中、太い点線で示されている）が設けられている。調整層の高さはｈ２である。調整層ＣＢＬは、可動錘部１２０の質量（Ｍ）、可動電極部１４０のダンピング係数（Ｄ）および弾性変形部１３０におけるバネ特性の少なくとも一つを調整するために意図的に設けられる。
【００５６】
調整層ＣＢＬは、設けられる場所によってその機能が異なり、したがって、複数の調整層に区別することが可能である。つまり、調整層ＣＢＬは、可動錘部１２０の質量の調整を主目的とする第１調整層ＣＢＬ１と、可動電極部１４０のダンピング係数の調整を主目的とする第２調整層ＣＢＬ２と、弾性変形部１３０におけるバネ特性の調整を主目的とする第３調整層ＣＢＬ３と、を含む。
【００５７】
調整層ＣＢＬは、絶縁層を主体として構成されることから、容量電極部に形成される可動電極部１４０および固定電極部１５０の間の容量形成には影響を及ぼさない。したがって、可動電極部１４０および固定電極部１５０の電気的特性（つまり、導電体からなる容量電極部の高さと幅によって決まるコンデンサーの対向面積）から独立した、別の設計パラメーターが追加されたことになり、したがって、ＭＥＭＳセンサーモジュール等の設計の自由度を向上させる効果を得ることができる。
【００５８】
例えば、図１においては、コンデンサーの電極部（導電体）の高さはｈ１であるが、調整層を含む電極部全体の高さ、可動錘部１２０の高さ、ならびに弾性変形部１３０の高さはｈ３となっており、各部の実効的な高さ（ｈ３）を、コンデンサーの電極部（導電体）の高さ（ｈ１）から切り離して、独立して調整することができる。
【００５９】
従来は、電極部（導電体の高さ）が決定されれば、可動錘部１２０の高さも自動的に決定され、両者は同じという前提で設計がされていたが、調整層という概念（新しい設計パラメーター）を導入することによって、電極部（導電体）の高さとは切り離して、可動錘部１２０の高さを調整して質量（Ｍ）を効率的に増大させることができ、また、可動電極部１４０のダンピング係数（Ｄ）を調整することができ、また、弾性変形部１３０の特性の調整（例えば、機械的なバネ定数Ｋの調整や、バネの不要な方向への変位の抑制等）を実現することができる。
【００６０】
上述のとおり、例えば、コンデンサーの全容量（Ｃ０）は、加わった加速度を静電容量の変化に変換する際の効率（加速度／容量の変換係数）に関係する。したがって、コンデンサーの全容量を考慮して最適な電極部（導電体）の高さｈ１を決定し、一方、調整層ＣＢＬの高さｈ２を調整して、可動錘部１２０等の実効的な高さｈ３を最適化し、可動錘部１２０の質量（Ｍ）を効果的に増大させる、というような設計が可能となる。
【００６１】
また、可動電極部１４０の全体の高さ（ｈ３）は、第２調整層ＣＢＬ２の高さ（ｈ２）の分だけ増加し、ダンピング係数（Ｄ）も増大する。よって、第２調整層ＣＢＬ２の高さの調整によって、可動電極部１４０のダンピング係数（Ｄ）を調整することもできる。
【００６２】
例えば、ダンピング係数（Ｄ）が小さすぎると、可動電極部１４０に生じた振動が長い時間にわたって継続し、例えば、ＭＥＭＳセンサーの落下等によって大きな変位が生じたときに、可動電極部１４０の破壊が生じやすくなる場合もある。その一方、可動電極部１４０のダンピング係数（Ｄ）が大きすぎると、弾性変形部および可動錘部のバネ−質量系のＱ値が極端に低下して所望の値を実現できないという問題が生じ、あるいは、ＭＥＭＳセンサーの感度に関して、ブラウンノイズが増大してＳ／Ｎが低下するという問題も生じる。よって、可動電極部１４０のダンピング係数は適正な範囲に設定する必要がある。このように、第２調整層ＣＢＬ２は、可動電極部１４０のダンピング係数（Ｄ）を適正な範囲に調整する機能を有する。
【００６３】
また、第２調整層ＣＢＬ２の高さがそれほど高くない場合（許容範囲内である場合）には、可動錘部におけるバネのＱ値の極端な低下は生じず、また、容量電極部（電極部）におけるブラウンノイズの急上昇を招くこともなく、その一方、可動錘部１２０は面積が大きいため、調整層が加わった分だけ可動錘部１２０の重みが効果的に増大し、可動錘部の質量増大の効果が支配的となれば、ＭＥＭＳセンサー（加速度センサー）の感度が向上する。
【００６４】
また、半導体製造プロセスによって調整層ＣＢＬが形成されると、原則的には、弾性変形部１３０においても第３調整層ＣＢＬ３が設けられることになる。この場合、弾性変形部（バネ部）における機械的バネ定数が増大し、電気的バネ定数（クーロン力に起因するバネ定数）は相対的に小さくなって無視できるようになるため、弾性変形部（バネ部）１３０の設計が容易化されるという効果を得ることもできる。
【００６５】
すなわち、弾性変形部１３０と、この弾性変形部１３０に支持された可動錘部１２０とは、所定のバネの共振特性をもつ振動部としても機能する。振動部における所望のバネの共振特性を確保するためには、弾性変形部（バネ部）１３０におけるバネ定数の値を適正な範囲に収める必要があるが、実効的なバネ定数は、弾性変形部（バネ部）１３０の機械的なバネ定数だけで定まるのではなく、容量電極部における固定電極部１５０と可動電極部１４０との間に作用する静電気力（クーロン力）に起因する電気的なバネ定数も考慮して総合的に決定される。すなわち、実効的なバネ定数は、（機械的バネ定数−電気的バネ定数）によって決定される。電気的なバネ定数は距離（変位量）に対して非線形な値を取る。
【００６６】
よって、電気的バネ定数が、機械的バネ定数に比べて十分に小さくなるように設計しないと、Ｆ＝ｋＸ（Ｆは力、ｋはバネ定数、Ｘは変位量）で表わされる線形のバネ特性の式が成立しなくなり、この点が、設計上の制約になる。かといって、弾性変形部１３０に使用可能な材料は限られており、また、弾性変形部１３０の形状や太さ等は、加速度が加わる可能性のある方向に対する柔軟な変形や、不要な振動を生じさせないことや、振動に対する強度等を考慮して総合的に決定する必要があり、機械的バネ定数だけを考慮して決定するわけにはいかない。
【００６７】
ここで、第３調整層ＣＢＬ３が、弾性変形部（例えば、少なくとも１層の導電体と少なくとも一層の絶縁層からなる）１３０上に形成されると、第３調整層ＣＢＬ３（例えば、無機絶縁膜を含む）のもつ剛性によって、弾性変形部１３０における機械的バネ定数が増大し、電気的バネ定数（クーロン力に起因するバネ定数）は相対的に小さくなって無視できるようになるため、弾性変形部（バネ部）１３０の設計が容易化される。また、第３調整層ＣＢＬ３が存在することによって、加速度による力が加わった場合における、弾性変形部１３０の縦方向（基板に垂直な方向）の動きが抑制され、これによって、ねじれ等の不要な変形が生じる可能性を低減できるという効果も得られる。
【００６８】
ここで、図１８（Ａ）および図１８（Ｂ）を参照する。図１８（Ａ）および図１８（Ｂ）は、弾性変形部１３０における第３調整層ＣＢＬ３の効果（不要な方向の変位抑制効果）を説明するための図である。弾性変形部１３０において、第３調整層ＣＢＬ３を設けることによって、例えば、弾性変形部（バネ部）１３０の縦方向（基板に垂直な方向）の動きが規制される。
【００６９】
図１８（Ａ）は、第３調整層ＣＢＬ３が設けられない場合の弾性変形の一例を示している。図１８（Ａ）において、矢印の方向に、加速度による力が加わると、可動錘部１２０に、縦方向（水平面に垂直な方向）の変形が生じる場合があり、これによって、ねじれ等の不要な動きが生じる場合がある。図１８（Ｂ）は、第３調整層ＣＢＬ３が設けられる場合の弾性変形の一例を示している。図１８（Ｂ）から明らかなように、弾性変形部１３０の、不要な方向（例えば縦方向）の動きが規制される。よって、ねじれ等の不要な動きが生じる可能性が低減されるという効果が得られる。弾性変形部（バネ部）１３０における不要な変形が抑制されることによって、ＭＥＭＳセンサーの検出感度がさらに向上する。
【００７０】
図１に戻って説明を続ける。さらに、第３調整層ＣＢＬ３を設けることによって、可動電極部１４０（および固定電極部１５０）の、熱膨張係数に起因する反りによる変形も抑制され、よって、温度変化によって、コンデンサーの対向面積が若干変化するという不都合が生じる可能性も低減される。
【００７１】
このように、調整層ＣＢＬは、容量電極部（導電体）の電気特性とは別に、可動錘部１２０の質量（Ｍ）を効果的に増大させることができるという効果を奏する。また、例えば、容量電極部におけるダンピング係数（Ｄ）を調整して、Ｑ値の極端な低下や空気抵抗（気体のブラウン運動）によるブラウンノイズの急上昇は招かず、かつ、可動錘部１２０の重みを効果的に重くしてＭＥＭＳセンサーの感度を向上させるのに貢献するという効果を奏する。また、さらに、機械的バネ定数を増大させて、電気的バネ定数の影響を相対的に小さくするという効果も発揮し、また、弾性変形部１３０における不要な方向への変形を抑制してねじれ等を効果的に防止するという効果もあり、さらに、可動電極部１４０（および固定電極部１５０）の、熱膨張係数に起因する反りによる変形も抑制するという効果も有する。
【００７２】
よって、従来、電極の横幅を極端に長くせざるを得ないというような不都合な事態が生じるような場合でも、調整層ＣＢＬの厚み（および層構成）を現実的な範囲で調整することによって、所望のサイズで所望の感度をもつＭＥＭＳセンサーを設計できるようになる。よって、設計の自由度が向上する。したがって、小型で高性能であり、かつＩＣプロセスを用いて製造可能なＭＥＭＳセンサー（容量型加速度センサーやジャイロセンサー等）を効率的に設計することが可能となる。
【００７３】
（調整層ＣＢＬの実施態様）
図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、調整層の構造の他の例を示す図である。調整層ＣＢＬは、図２（Ａ）に示すように、壁部を有する積層構造体の下側に形成することができる。また、図２（Ｂ）に示すように、壁部を有する積層構造体の上側および下側の双方に、調整層ＣＢＬａ，ＣＢＬｂを設けることもできる。どの態様を採用するかは、例えば、ＭＥＭＳセンサーに必要な電極や配線を確保し、かつ効率的な配線引き出しを行うという設計上の観点を考慮して、適宜、決定することができる。
【００７４】
図３は、調整層の構造の他の例を示す図である。図３では、第１調整層ＣＢＬ１のみが絶縁層と導電体とにより構成され、第２調整層ＣＢＬ２と第３調整層ＣＢＬ３は絶縁層のみから構成される。図３の調整層の態様では、各調整層の層構成を最適化して、設計の自由度を高めることができる。
【００７５】
図３に示される態様には、例えば、第２調整層ＣＢＬ２および第３調整層ＣＢＬ３の層構成が同じであり、かつ、第１調整層ＣＢＬ１の層構成と、第２調整層ＣＢＬ２および第３調整層ＣＢＬ３の層構成とが異なる場合がある。また、第１調整層ＣＢＬ２および第２調整層ＣＢＬ２の層構成が同じであり、かつ、第１調整層ＣＢＬ１および第２調整層ＣＢＬ２の層構成と第３調整層ＣＢＬ３の層構成とが異なる場合がある。また、第１調整層ＣＢＬ１および第３調整層ＣＢＬ３の層構成が同じであり、かつ、第２調整層ＣＢＬ２の層構成と、第１調整層ＣＢＬ１および第３調整層ＣＢＬ３の層構成とが異なる場合がある。また、第１〜第３の調整層（ＣＢＬ１〜ＣＢＬ３）の各々の層構成が異なる場合もある。
【００７６】
図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、調整層の構造の他の例を示す図である。図４（Ａ）では、可動錘部１２０の質量の調整を主目的とする第１調整層ＣＢＬ１のみが設けられ、第２調整層ＣＢＬ２および第３調整層ＣＢＬ３は設けられない。
第２調整層ＣＢＬ２および第３調整層ＣＢＬ３による、可動電極部のダンピング係数（Ｄ）の調整および弾性変形部１３０の特性の調整が特に必要ない場合には、図４（Ａ）の構造を採用すればよい。
【００７７】
図４（Ａ）に示される調整層の構造は、例えば、調整層としての積層構造を形成した後、異方性エッチング等によって、容量電極部（可動電極部１４０および固定電極部１５０を含む）における積層構造および弾性変形部１３０における積層構造を選択的に除去することによって形成することができる。
【００７８】
図４（Ｂ）では、可動錘部１２０の質量の調整を主目的とする第１調整層ＣＢＬ１および弾性変形部１３０のバネ特性の調整を主目的とする第３調整層ＣＢＬ３のみを含む。図４（Ｂ）では、可動電極部１４０のダンピング係数（Ｄ）の調整を主目的とする第２調整層ＣＢＬ２は設けられない。この場合、可動電極部１４０のダンピング係数（Ｄ）は、壁部を含む積層構造体の高さｈ１のみで決定される。第２調整層ＣＢＬ２による、可動電極部１４０のダンピング係数の調整が不要の場合には、図４（Ｂ）の構造を採用すればよい。
【００７９】
図４（Ｂ）に示される調整層の構造は、例えば、調整層としての積層構造を形成した後、異方性エッチング等によって、容量電極部（可動電極部１４０および固定電極部１５０を含む）における積層構造を選択的に除去することによって形成することができる。
【００８０】
図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、調整層の構造の他の例を示す図である。図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示されるように、第１調整層ＣＢＬ１、第２調整層ＣＢＬ２および第３調整層ＣＢＬ３のうちのいずれか１つの調整層の高さを、他の２つの調整層のうちの少なくとも一つの調整層の高さと異ならせることができる。
【００８１】
図５（Ａ）では、第２調整層ＣＢＬ２および第３調整層ＣＢＬ３の高さが同じであり（ｈ２ｂ）、かつ、第１調整層ＣＢＬ１の高さ（ｈ２ａ）と、第２調整層ＣＢＬ２および第３調整層ＣＢＬ３の高さ（ｈ２ｂ）とが異なっている。なお、第１調整層ＣＢＬ１および第２調整層ＣＢＬ２の高さが同じであり、かつ、第１調整層ＣＢＬ１および第２調整層ＣＢＬ２の高さと第３調整層ＣＢＬ３の高さとが異なる場合がある。また、第１調整層ＣＢＬ１および第３調整層ＣＢＬ３の高さが同じであり、かつ、第２調整層ＣＢＬ２の高さと、第１調整層ＣＢＬ１および第３調整層ＣＢＬ３の高さとが異なる場合がある。
【００８２】
図５（Ｂ）では、第１調整層ＣＢＬ１〜第３調整層ＣＢＬ３の各々の高さ（ｈ２ａ，ｈ２ｂ，ｈ２ｃ）が異なっている。図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示される態様によれば、各調整層（ＣＢＬ１〜ＣＢＬ３の各々）の高さを個別に最適化することができる。よって、設計の自由度がさらに向上する。
【００８３】
（第２の実施形態）
本実施形態では、静電容量型ＭＥＭＳ加速度センサーの構造について具体的に説明する。本実施形態では、ＭＥＭＳセンサー部と、チャージアンプ等を含む検出系回路等とを、同一の製造プロセスによって一体的に製造するものとする。
【００８４】
調整層を含んだデバイス構造等について説明する前に、まず、本実施形態にかかる静電量型ＭＥＭＳ加速度センサー（以下、単に加速度センサーという）の基本構造や物理量の検出回路の構成について、図６〜図１０用いて説明する。
【００８５】
図６は、加速度センサー１００が搭載された加速度センサーモジュール１０のレイアウト例を示す図である。この加速度センサーモジュール１０には、加速度センサー１０と共に集積回路部２０が搭載され、加速度センサー１００は集積回路部２０の製造プロセス工程を兼用して形成される。
【００８６】
（可動錘部１２０の構造）
加速度センサー１００は、固定枠部１１０の内側の空洞部１１１内で移動可能な可動錘部１２０を有する。可動錘部１２０は、弾性変形部１３０によって固定枠部１１０に連結されている。この可動錘部１２０は所定の質量を有し、加速度による力が生じると、可動錘部１２０は、その力の方向に移動する。
【００８７】
この可動錘部１２０は、図６のＡ−Ａ断面である図７、および図６のＢ−Ｂ断面図である図８に示すように、複数の導電体１２１Ａ〜１２１Ｄと、複数の導電体１２１Ａ〜１２１Ｄ間に配置された複数の層間絶縁層１２２Ａ〜１２２Ｃと、複数の層間絶縁層１２２Ａ〜１２２Ｃの各層に貫通形成された溝に充填されたプラグ１２３Ａ〜１２３Ｃとを含んで構成できる。複数の層間絶縁層１２２Ａ〜１２２Ｃの各層に貫通形成された溝パターンは、例えば格子状パターンであり、プラグ１２３Ａ〜１２３Ｃは格子状に形成されている。また、プラグ１２３Ａ〜１２３Ｃの材質としては、層間絶縁膜１２２Ａ〜１２２Ｃよりも比重が大きいことが必要条件であり、プラグ１２３Ａ〜１２３Ｃを導通のために兼用するのであれば、導電材料が用いられる。
【００８８】
本実施形態では、最下層の導電体１２１Ａは、集積回路部２０Ａのシリコン基板１０１上の絶縁膜１２４上に形成されたポリシリコン層であり、他の三層の導電体１２１Ｂ〜１２１Ｄがメタル層である。
【００８９】
ここで、各層に形成されたプラグ１２３Ａ〜１２３Ｃは、各層の積層方向と直交する一または複数の長手方向に沿って壁状に形成された壁部を含んでいる。図６に示すように、二次元平面の直交二軸をＸ方向とＹ方向とする。本実施形態では、各層に形成されたプラグ１２３Ａ〜１２３Ｃが、Ｘ方向に沿って壁状に延びるプラグ１２３−Ｘと、Ｙ方向に沿って壁状に延びるプラグ１２３−Ｙ（壁部を構成する）と、を含んでいる。
【００９０】
このように、本実施形態の可動錘部１２０の構造は、一般のＩＣ断面と同様に、複数の導電体の１２１Ａ〜１２１Ｄと、層間絶縁層１２２Ａ〜１２２Ｃと、プラグ１２３Ａ〜１２３Ｃとを含んでいるので、集積回路部２０の製造工程を兼用して形成することができる。しかも、集積回路部２０Ａの製造工程を兼用して形成された部材を全て利用して、可動錘部１２０の重量増加に寄与させている。
【００９１】
特に、ＩＣ製造工程を兼用して形成される可動錘部１２０は、各層に形成されたプラグ１２３Ａ〜１２３Ｃが可動錘部１２０Ａの質量を高めるように工夫されている。上述した通り、各層に形成されたプラグ１２３Ａ〜１２３Ｃが、２種のプラグ１２３−Ｘとプラグ１２３−Ｙとを含んでいるので、各プラグ１２３−Ｘ，プラグ１２３−Ｙの壁部分によって重量を大きくすることができる。なお、最下層の導電体１２１Ａの下面には絶縁層１２４が形成されている。
【００９２】
可動錘部１２０を移動可能にするために、可動錘部１２０は、その側方の空洞部１１１だけでなく、上側及び下側にも空間が形成される必要がある。そのため、可動錘部１２０の最下層である絶縁層１２４の下方は、シリコン基板１０１がエッチング除去され、空洞部１１２が形成されている。
【００９３】
なお、可動錘部１２０は、プラグ１２３Ａ〜１２３Ｃが形成されていない領域にて上下に貫通する１または複数の貫通孔１２６を有する。この貫通孔１２６は、空洞部１１２をエッチングプロセスにて形成するためのガス通路として形成されている。可動錘部１２０Ａは、貫通孔１２６を形成する分だけ重量が軽くなるので、エッチングプロセスを実行できる範囲で貫通孔１２６の孔径や数が決定される。
【００９４】
（弾性変形部（連結部）１３０の構造）
【００９５】
上述の通り、側方には空洞部１１１が、下方には空洞部１１２が形成される領域にて可動錘部１２０を移動可能に支持するために、弾性変形部（連結部）１３０が設けられている。この弾性変形部１３０は、固定枠部１１０と可動錘部１２０との間に介在して配置される。弾性変形部１３０は、図６の錘可動方向（Ｘ方向）に可動錘部１２０が移動することを許容するように弾性変形可能である。弾性変形部１３０は、図６に示すように、平面視にてほぼ一定の線幅となるようにループ状に形成されて固定枠部１１０と連結され、空洞部１１１と区画される内部空洞部１１３が形成されることで弾性変形性が担保されている。
【００９６】
弾性変形部１３０も、可動錘部１２０と同様にして、集積回路部２０の形成プロセスを兼用して形成される。つまり、弾性変形部１３０は、複数の導電体の１２１Ａ〜１２１Ｄと、層間絶縁層１２２Ａ〜１２２Ｃと、プラグ１２３Ａ〜１２３Ｃと、絶縁層１２４と、によって構成することができる。弾性変形部１３０は、少なくとも１層の絶縁層により形成することができ、また、一層以上の導電体層を弾性変形部材として使用することもできる。
【００９７】
（容量電極部（可動電極部と固定電極部）の構造）
可動電極部１４０および固定電極部１５０は、可動錘部１２０と同様にして、集積回路部２０の形成プロセスを兼用して形成される。図６に示すように、可動電極部１４０および固定電極部１５０は、複数の導電体１２１Ａ〜１２１Ｄと、層間絶縁層１２２Ａ〜１２２Ｃと、プラグ１２３Ａ〜１２３Ｃと、絶縁層１２４と、保護層１２５とを含んで構成される。ただし、コンデンサーの電極として機能するのは、導電体によって構成される壁部（壁状のプラグ）である。
【００９８】
（加速度センサーモジュールとＣ／Ｖ変換回路の構成例）
図９は、本実施形態の加速度センサーモジュール１０のブロック図である。加速度センサー１００は、少なくとも２対の可動・固定電極ペアを有する。図９では、第１可動電極部１４０Ｑ１、第２可動電極部１４０Ｑ２、第１固定電極部１５０Ｑ１及び第２固定電極部１５０Ｑ２を有する。第１可動電極部１４０Ｑ１と第１固定電極部１５０Ｑ１によってコンデンサーＣ１が構成される。第２可動電極部１４０Ｑ２と第２固定電極部１５０Ｑ２によってコンデンサーＣ２が構成される。コンデンサーＣ１，Ｃ２の各々における一極（例えば、固定電極部）の電位は、基準電位（例えば接地電位）に固定されている。なお、可動電極部の電位を接地電位に固定してもよい。
【００９９】
例えばＣＭＯＳプロセスによって形成される集積回路部２０は、例えば、Ｃ／Ｖ変換回路２４と、アナログ校正およびＡ／Ｄ変換回路ユニット２６と、中央演算ユニット（ＣＰＵ）２８及びインターフェース（Ｉ／Ｆ）回路３０と、を含んでいる。但し、この構成は一例であり、この構成に限定されるものではない。例えば、ＣＰＵ２８は制御ロジックに置き換えることができ、また、Ａ／Ｄ変換回路は、Ｃ／Ｖ変換回路２４の出力段に設けることも可能である。なお、アナログ−デジタル変換回路、中央演算ユニット、は場合によっては集積回路部２０とは異なる集積回路を用いても良い。
【０１００】
可動錘部１２０が止まっている状態から可動錘部１２０に加速度が作用すると、可動錘部１２０には加速度による力が作用して、可動・固定電極ペアの各ギャップが変化する。図９の矢印方向に可動錘部１２０が移動したとすると、第１可動電極部１４０Ｑ１と第１固定電極部１５０Ｑ１との間のギャップが大きくなり、第２可動電極部１４０Ｑ２と固定電極部１５０Ｑ２との間のギャップが小さくなる。ギャップと静電容量とは反比例の関係にあるので、可動電極部１４０Ｑ１と固定電極部１５０Ｑ１とで形成されるコンデンサーＣ１の静電容量値Ｃ１は小さくなり、可動電極部１４０Ｑ２と固定電極部１５０Ｑ２とで形成されるコンデンサーＣ２の静電容量値Ｃ２は大きくなる。
【０１０１】
コンデンサーＣ１，Ｃ２の容量値の変化に伴って電荷の移動が生じる。Ｃ／Ｖ変換回路２４は、例えばスイッチトキャパシターを用いたチャージアンプを有しており、チャージアンプは、サンプリング動作および積分（増幅）動作によって、電荷の移動によって生じる微小な電流信号を電圧信号に変換する。Ｃ／Ｖ変換回路２４から出力される電圧信号（すなわち、物理量サンサによって検出された物理量信号）は、アナログ校正およびＡ／Ｄ変換回路ユニット２６によって、キャリブレーション処理（例えば位相や信号振幅の調整等，さらにローパスフィルター処理が行われてもよい）を受けた後、アナログ信号からデジタル信号に変換される。
【０１０２】
ここで、図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）を用いて、Ｃ／Ｖ変換回路２４の構成と動作について説明する。図１０（Ａ）は、スイッチトキャパシターを用いたチャージアンプの基本構成を示す図であり、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）に示されるチャージアンプの各部の電圧波形を示す図である。
【０１０３】
図１０（Ａ）に示すように、基本的なＣ／Ｖ変換回路は、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２（可変容量Ｃ１（またはＣ２）と共に入力部のスイッチトキャパシターを構成する）と、オペアンプ（ＯＰＡ）１と、帰還容量（積分容量）Ｃｃと、帰還容量Ｃｃをリセットするための第３スイッチＳＷ３と、オペアンプ（ＯＰＡ）１の出力電圧Ｖｃをサンプリングするための第４スイッチＳＷ４と、ホールディング容量Ｃｈと、を有する。
【０１０４】
図１０（Ｂ）に示すように、第１スイッチＳＷ１および第３スイッチＳＷ３は同相の第１クロックでオン／オフが制御され、第２スイッチＳＷ２は、第１クロックとは逆相の第２クロックでオン／オフが制御される。第４スイッチＳＷ４は、第２スイッチＳＷ２がオンしている期間の最後において短くオンする。第１スイッチＳＷ１がオンすると、可変容量Ｃ１（Ｃ２）の両端には、所定の電圧Ｖｄが印加されて、可変容量Ｃ１（Ｃ２）に電荷が蓄積される。このとき、帰還容量Ｃｃは、第３スイッチがオン状態であることから、リセット状態（両端がショートされた状態）である。次に、第１スイッチＳＷ１および第３スイッチＳＷ３がオフし、第２スイッチＳＷ２がオンすると、可変容量Ｃ１（Ｃ２）の両端は共に接地電位となるため、可変容量Ｃ１（Ｃ２）に蓄積されていた電荷が、オペアンプ（ＯＰＡ）１に向けて移動する。このとき、電荷量が保存されるため、Ｖｄ・Ｃ１（Ｃ２）＝Ｖｃ・Ｃｃが成立し、よって、オペアンプ（ＯＰＡ）１の出力電圧Ｖｃは、（Ｃ１／Ｃｃ）・Ｖｄとなる。すなわち、チャージアンプのゲインは、可変容量Ｃ１（あるいはＣ２)の容量値と帰還容量Ｃｃの容量値との比によって決定される。次に、第４スイッチ（サンプリングスイッチ）ＳＷ４がオンすると、オペアンプ（ＯＰＡ）１の出力電圧Ｖｃが、ホールディング容量Ｃｈによって保持される。保持された電圧がＶｏであり、このＶｏがチャージアンプの出力電圧となる。
【０１０５】
図９に示されるとおり、実際のＣ／Ｖ変換回路２４は、２つのコンデンサーＣ１，Ｃ２の各々からの差動信号を受ける。この場合には、Ｃ／Ｖ変換回路２４として、例えば、図１０（Ｃ）に示されるような、差動構成のチャージアンプを使用することができる。図１０（Ｃ）に示されるチャージアンプでは、入力段において、可変容量Ｃ１からの信号を増幅するための第１のスイッチトキャパシタアンプ（ＳＷ１ａ，ＳＷ２ａ，ＯＰＡ１ａ，Ｃｃａ，ＳＷ３ａ）と、可変容量Ｃ２からの信号を増幅するための第２のスイッチトキャパシタアンプ（ＳＷ１ｂ，ＳＷ２ｂ，ＯＰＡ１ｂ，Ｃｃｂ，ＳＷ３ｂ）と、が設けられる。そして、オペアンプ（ＯＰＡ）１ａおよび１ｂの各出力信号（差動信号）は、出力段に設けられた差動アンプ（ＯＰＡ２，抵抗Ｒ１〜Ｒ４）に入力される。この結果、増幅された出力信号Ｖｏが、オペアンプ（ＯＰＡ）２から出力される。差動アンプを用いることによりベースノイズを除去できるという効果が得られる。
【０１０６】
なお、以上説明したＣ／Ｖ変換回路の構成例は一例であり、この構成に限定されるものではない。また、図１０（Ｃ）においては、説明の便宜上、２対の可動・固定電極ペアのみ図示しているが、この形態に限ったものではなく、必要とされる容量値に応じて電極ペアの数は増やすことができる。実際には、例えば、数十から数百の電極ペアが設けられる。また、上記の例では、コンデンサーＣ１，Ｃ２において、電極間のギャップが変化して各コンデンサーの容量が変化しているが、これに限定されるものではなく、一つの基準電極に対する２つの可動電極の各々の対向面積が変化し、２つのコンデンサーＣ１，Ｃ２の容量が変化する構成も採用することができる（この構成は、例えば、Ｚ軸方向（基板に垂直な方向）に作用する加速度を検出する場合に有効である）。
【０１０７】
また、図９の構成を採用する場合、可動電極部１４０Ｑ１，１４０Ｑ２の各々から、電気的に独立した信号を取り出す必要がある（つまり、２つの可動電極部１４０Ｑ１，１４０Ｑ２の各々の電位が独立している必要がある）。この構成は、例えば、図１７（Ａ）〜図１７（Ｃ）にせ示される構造を採用することによって実現可能である。
【０１０８】
図１７（Ａ）〜図１７（Ｃ）は、可動電極部において、２つの壁状電極部の各々に、独立した電位を与えるための構造例を示す図である。図１７（Ａ）は、可動電極部１４０における壁状の電極構造（壁部の電極構造）を示している。図１７（Ｂ）は、図１７（Ａ）に示される壁状の電極構造を、図１７（Ａ）の視点に直交する視点からみた場合の構造を示している。図１７（Ｂ）に示すように、可動電極部１４０には、２つの壁状電極部ＤＡ，ＤＢが構成されており、各々、電気的に独立している（つまり、相互に接続されていない）。したがって、例えば、図１７（Ｃ）のように可動電極部１４０と固定電極部１５０を配置すれば、電気的に独立している２つのコンデンサーＣ１，Ｃ２を無理なく、かつ省スペースで構成することができる。なお、ＶＡおよびＶＢは、２つのコンデンサーＣ１，Ｃ２の各々の電位を示している。
【０１０９】
（調整層を含むデバイス構造の具体例）
本実施形態にかかるＭＥＭＳセンサー（加速度センサー）は、図６〜図８を用いて説明した基本構造に加えて、調整層を有している。
【０１１０】
図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）は、加速度センサーモジュールにおいて使用される調整層の一例を示す図である。図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）では、中央部に可動錘部１２０が示されており（便宜上、可動錘部１２０においては、導電体を記載していない）、右側に固定電極１５０が示されており、左側に可動電極１４０が示されている。
【０１１１】
図１１（Ａ）においては、絶縁層９００が調整層ＣＢＬであり、この調整層９００（ＣＢＬ）は保護膜の役割を兼ねる。電極部（導電体）の高さはＬ１０であり、調整層９００（ＣＢＬ）の高さはＬ２０である。可動錘部１２０の全体の高さはＬ３０である。
【０１１２】
また、図１１（Ｂ）においては、２層の絶縁層９００ａ，９００ｂと、孤立した導電体９１０と、によって調整層９００（ＣＢＬ）が構成される。すなわち、図１１（Ｂ）では、調整層９００（ＣＢＬ）として、絶縁層に加えて、孤立した導電体（電極部の電気特性に影響を与えない導電体）を利用する。この場合、導電材料の比重は絶縁材料の比重よりも重いため、調整層の重量密度を効果的に高めることができる。よって、可動錘部の質量を増大させる効果が高まる。電極部（導電体）の高さはＬ１０であり、調整層９００（ＣＢＬ）の高さはＬ２０’である。可動錘部１２０の全体の高さはＬ３０’である。
【０１１３】
図１２および図１３は、加速度センサーモジュールにおいて使用される調整層の他の例を示す図である。先に説明したように、調整層９００（ＣＢＬ）は、コンデンサーの電極となる壁部を含む積層構造体の上側に設けることができ（図１２の場合）、また、下側に設けることもでき、また、上側および下側の双方に設けることもできる（図１３の場合）。図１３において、ＣＢＬａが上側の調整層であり、ＣＢＬｂが下側の調整層である。
【０１１４】
図１２の場合、電極部（導電体）の高さはＬ１０であり、調整層９００（ＣＢＬ）の高さはＬ２０であり、可動錘部１２０の高さはＬ３０である。また、図１３の場合、電極部（導電体）の高さはＬ１１であり、上側の調整層ＣＢＬａの高さはＬ２１ａであり、下側の調整層ＣＢＬｂの高さはＬ２１ｂであり、可動錘部１２０の高さはＬ３１である。
【０１１５】
（第３の実施形態）
本実施形態では、ＭＥＭＳセンサーの製造方法について、図１４〜図１６を参照して説明する。図１４は、多層配線構造（調整層を含む多層の積層構造）が完成した状態（つまり、図６の集積回路部２０が完成し、かつ、加速度センサー１００におけるエッチング加工はされていない状態）を示している。
【０１１６】
図１５は、多層配線構造（多層の積層構造）に、第１空洞部１２６が形成された状態を示す図（デバイスの平面図、横方向断面図、縦方向断面図）である。
【０１１７】
図１５では、多層配線構造は、異方性エッチングによって選択的にエッチングされる。これによって、基板１０１の表面を露出する開口部である第１空洞部１２６が形成される。例えば、このエッチング工程は、例えば、開口径Ｄ（例えば１μｍ）に対するエッチング深さ（例えば４〜６μｍ）の比（Ｈ／Ｄ）が高アスペクト比となる絶縁膜異方性エッチングとなる。この異方性エッチングにより、多層配線構造（多層の積層構造体）を、固定枠部１１０、可動錘部１２０および弾性変形部１３０に分離することができる。この異方性エッチングの条件は、例えば、ＣＭＯＳＩＣにおける配線層間の層間絶縁膜をエッチングする条件と同じでよい。例えばＣＦ4，ＣＨＦ3等の混合ガスを用いてドライエッチングを行うことで加工は可能である。なお、図１５において、弾性変形部１３０の最上層には、コンデンサーの電極に接続される引き出し配線ＬＱが設けられている。
【０１１８】
図１６は、基板１０１に、第２空洞部１１２を形成した状態を示している。第２空洞部１１２は、可動錘部１２０の下方および弾性変形部１３０の下方に形成される。図１６の工程では、多層配線構造（多層の積層構造）に形成された第１空洞部（開口部）１２６を介して、等方性エッチング用のエッチャントを導入し、シリコン基板１０１を等方性エッチングする。これによって、可動錘部１２０、弾性変形部１３０および可動電極部１４０の下方に第２空洞部１１２が形成される。
【０１１９】
この等方性のシリコンエッチング方法として、エッチングチャンバー内に配置されたウエハーにエッチングガスＸｅＦ2を導入するものがある。このエッチングガスはプラズマ励起する必要がなく、ガスエッチングが可能である。例えば、特開２００２−１１３７００に一例が記載される通り、ＸｅＦ2は圧力５ｋＰａのエッチング処理が可能である。また、ＸｅＦ2は蒸気圧が４Ｔｏｒｒ程度で、蒸気圧以下にてエッチング可能であり、エッチングレートとしても３〜４μｍ／ｍｉｎが期待できる。この他、ＩＣＰエッチングを用いることもできる。例えばＳＦ6とＯ2との混合ガスを用い、チャンバー内圧力を１〜１００Ｐａとし、ＲＦパワー１００Ｗ程度を供給すると、２〜３μｍのエッチングは数分で完了する。
【０１２０】
（調整層を用いることによる効果の例）
ここで、一例として、可動錘部（四角形状）の寸法を８００μｍ×５００μｍとし、電極間ギャップｄを２μｍとし、電極部（導電体）の高さｈ（図５（Ａ），図５（Ｂ）におけるＬ２）を５μｍとし、設計値として、共振周波数を３ｋＨｚおよびＱ値を１を実現するために、本発明にかかる調整層を使用しないで、電極部の横幅(横方向の長さ)Ｌａだけで調整しようとすると、Ｌａの値は、８００μｍ程度と非常に長くなってしまう。また、同時に、電気的バネ特性＜＜機械的バネ特性という関係を満たすことができず、したがって、加速度センサーとして現実に使用することがむずかしくなる。
【０１２１】
一方、調整層９００（ＣＢＬ）の厚み（例えば、図１１（Ａ）におけるＬ２０）を５μｍとし、調整層９００（ＣＢＬ）を構成する絶縁膜をＳｉＯ2膜とした場合に、電極部の横幅(横方向の長さ)Ｌａの値は、１３０μｍ程度ですみ、実現可能な長さ（一般的な設計で使用できる適切な範囲内）に収まる。また、同時に、電気的バネ特性＜＜機械的バネ特性を満たすことができ、電気的バネ特性の影響は無視することが可能である。
【０１２２】
（ＭＥＭＳセンサーの設計パラメーター等についての説明）
ＭＥＭＳセンサーの感度Ｓは、電極コンデンサーの全容量をＣ０、弾性変形部１３０のばね定数をＫ、電極間ギャップをｄ０とすると、Ｓ＝Ｃ０／ｄ０・（Ｍ／Ｋ）［Ｆ／（ｍ／ｓｅｃ2）］となる。つまり、可動錘部１２０の質量が大きければ感度は向上する。
【０１２３】
次に、図１９を参照する。図１９において、可動電極部１４０と固定電極部１５０は対向して配置されており、その高さをｈ、横方向の長さをｒ、電極間ギャップをｄ０とする。可動電極部１４０が動くことによって、コンデンサーのギャップｄ０が変化するとき、電極間の気体が上下に動き、その際に、気体（空気）の粘性によって可動電極部１４０の移動に関してダンピング（可動電極部の振動を止めようとする働き）が生じる。ダンピングの大きさを示すダンピング係数（Ｄ）は、電極ペア数（固定電極と可動電極とによって構成される一対の電極ペアの数）をｎ、気体の粘性係数をμとすると、Ｄ＝ｎ・μ・ｒ（ｈ／ｄ０）3［Ｎ・ｓｅｃ／ｍ］となる。
【０１２４】
つまり、ダンピング係数（Ｄ）は、電極部の高さ（ｈ）の３乗に比例して増大する。気体のブラウン運動によって可動電極部に力が働き、それが加速度透過ブラウンノイズとなる。このブラウンノイズ（ＢＮＥＡ）は、ＢＮＥＡ＝（√（４ｋＢＴＤ））／Ｍ［（ｍ／ｓｅｃ2）／√Ｈｚ］となり、この式の分子は可動電極部の高さ（ｈ）の三乗に比例するダンピング係数（Ｄ）の平方根に比例するので、質量Ｍが増大しても結果的にブラウンノイズが増大してしまう。
【０１２５】
また、ＭＥＭＳセンサーは、粘性減衰のある自由振動の運動方程式（例えば、下記（１）式参照）で表現される構造体であるため、構造体のＱ値および共振周波数（固有振動数）は、好ましい値に設計される必要がある。粘性減衰のある自由振動を行う構造体の共振周波数（固有振動数）ωは、可動錘部の質量Ｍと、可動錘部を支持するバネ（弾性変形部）のバネ定数Ｋから一義的に決まり（例えば、下記（２）式参照）、また、共振の鋭さを表すＱ値は、さらにダンピング定数Ｄを加えた計算式から決まる(例えば、下記（３）式参照)。なお、（３）式において、ξは臨界減衰係数である。
【０１２６】
【数１】
2010249806.tif 000003
【０１２７】
（３）式から明らかなように、可動錘部の質量Ｍを大きくすればＱ値が大きくなり、また、ダンピング係数Ｄが増大すれば、Ｑ値が小さくなる。質量Ｍを大きくするために、積層構造体の高さ（つまり、可動電極部の高さ）を単調に増大させると、可動電極部の高さの３乗でダンピング係数Ｄが増大するため、Ｑ値を所望の値に保つことが困難となる。
【０１２８】
また、上述のとおり、弾性変形部（バネ部）におけるバネ定数の値を適正な範囲に収めることも必要である。実効的なバネ定数は、弾性変形部（バネ部）の機械的なバネ定数だけで定まるのではなく、固定電極部１５０と可動電極部１４０との間に作用する静電気力（クーロン力）に起因する電気的なバネ定数も考慮して総合的に決定される。すなわち、実効的なバネ定数は、（機械的バネ定数−電気的バネ定数）によって決定される。電気的なバネ定数は距離（変位量）に対して非線形な値を取る。
【０１２９】
よって、電気的バネ定数が、機械的バネ定数に比べて十分に小さくなるように設計しないと、Ｆ＝ｋＸ（Ｆは力、ｋはバネ定数、Ｘは変位量）で表わされる線形のバネ特性の式が成立しなくなる。
【０１３０】
このように、可動錘部、電極部、弾性変形部の各々の特性を総合的に勘案しつつ、ＭＥＭＳセンサーの設計を行う必要がある。本発明では、調整層を新しい設計パラメーターとして導入することによって、設計の自由度が増す。例えば、可動錘部の質量（Ｍ）と、可動電極部におけるダンピング係数（Ｄ）とを切り離して、独立に制御することも可能である。この場合、Ｑ値を適正な値に保ちつつ、可動電極部のダンピング係数（Ｄ）も適正値に設定することが容易に行える。また、同時に、必要なバネ特性を得ることもできる。したがって、本発明のいずれかの実施形態によれば、例えば、小型で、かつ実用に耐える特性を備えたＭＥＭＳセンサーを実現することができる。
【０１３１】
以上、本発明を実施形態を用いて説明したが、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で、種々の変形が可能であることは当業者には容易に理解できるものである。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。
【０１３２】
例えば、本発明に係るＭＥＭＳセンサーは、必ずしも静電容量型加速度センサーに適用されるものに限らず、ピエゾ抵抗型の加速度センサーにも適用することが可能である。また、可動錘部の移動により静電容量の変化を検出する物理センサーであれば適用が可能である。たとえばジャイロセンサー、圧力センサー等に適用が可能である。また、物理量の検出軸は上述した一軸や二軸に限らず、三軸以上の多軸とすることができる。また、コンデンサーの電極間の対向面積の変化によって、物理量を検出する方法を採用することもできる。また、上記実施例に限らず、本願発明のＭＥＭＳセンサー、およびＭＥＭＳセンサーモジュールを、デジタルカメラ、カーナビゲーションシステム、携帯電話、モバイルＰＣ、およびゲームコントローラー等の電子機器に適用すれば、優れた検出感度を有する電子機器を得ることができる。
【符号の説明】
【０１３３】
１０  加速度センサーモジュール、２０  集積回路部、
２２Ａ，２２Ｂ  Ｃ／Ｖ変換回路、２４  差動アンプ、
２６  アナログ−デジタル変換回路、２８  ＣＰＵ、
３０  インターフェース回路、１００  加速度センサー（ＭＥＭＳセンサー）、
１０１  シリコン基板、１１０  固定枠部、１１２  第２空洞部、  １２０  可動錘部、１２１Ａ〜１２１Ｄ  導電体、１２２Ａ〜１２２Ｃ  層間絶縁層、
１２３Ａ〜１２３Ｃ  プラグ、１２６  第１空洞部、１３０  弾性変形部（バネ部）、
１４０  可動電極部、１５０  固定電極部、
ＣＢＬ（ＣＢＬ１〜ＣＢＬ３）および９００（９００ａ，９００ｂ）  調整層。
【図１】
2010249806.tif 000004
【図２】
2010249806.tif 000005
【図３】
2010249806.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
2010249806.tif 000009
【図７】
2010249806.tif 000010
【図８】
2010249806.tif 000011
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2010249806.tif 000016
【図１４】
2010249806.tif 000017
【図１５】
2010249806.tif 000018
【図１６】
2010249806.tif 000019
【図１７】
2010249806.tif 000020
【図１８】
2010249806.tif 000021
【図１９】
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