(57)【要約】  高い検出感度を有するとともに、製造効率を向上させることが可能な加速度センサを提供する。この加速度センサ（５０）は、Ａｌ２Ｏ３からなるセラミック基板（１）と、セラミック基板（１）上の所定領域に、スクリーン印刷法によって形成されたＢａＴｉＯ３からなる強誘電体層（２）と、強誘電体層（２）と対向するように配置され、強誘電体層（２）から所定の距離ｄだけ隔てて形成されたプルーフマス（４）と、このプルーフマス（４）の強誘電体層（２）側に固定されるようにそれぞれ形成された第１電極（７）および第２電極（８）とを備えている。そして、第１電極（７）および第２電極（８）は、それぞれ、櫛歯状に形成されているとともに、互いの櫛歯部（７ａ）および（８ａ）が交互に配列されている。
2008146624.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基板と、
前記セラミック基板上の所定領域に、スクリーン印刷法によって形成された金属酸化物からなる誘電体層と、
前記誘電体層と対向するように配置され、前記誘電体層から所定の距離を隔てて形成された可動部と、
前記可動部の前記誘電体層側にそれぞれ形成された第１電極および第２電極とを備えることを特徴とする、加速度センサ。
【請求項２】
セラミック基板と、
前記セラミック基板上の所定領域に、スクリーン印刷法によって形成された金属酸化物からなる誘電体層と、
前記誘電体層と対向するように配置され、前記誘電体層から所定の距離を隔てて形成された可動部と、
前記可動部の前記誘電体層側にそれぞれ形成された第１電極および第２電極とを備え、
前記誘電体層の上面側の所定領域には、メタル層が形成されていることを特徴とする、加速度センサ。
【請求項３】
前記メタル層は、前記誘電体層の上面から突出しないように形成されていることを特徴とする、請求項２に記載の加速度センサ。
【請求項４】
前記可動部を支持する梁部をさらに備え、
前記梁部は、厚み方向の長さが、幅方向の長さよりも大きいことを特徴とする、請求項２または３に記載の加速度センサ。
【請求項５】
前記誘電体層は、ＢａＴｉＯ３から構成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の加速度センサ。
【請求項６】
前記セラミック基板は、Ａｌ２Ｏ３から構成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の加速度センサ。
【請求項７】
前記第１電極および前記第２電極は、複数の櫛歯部を有する櫛歯状にそれぞれ形成されており、平面的に見て、互いの櫛歯部が所定の間隔を隔てて交互に配列されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の加速度センサ。
【請求項８】
前記誘電体層は、５μｍ以上の厚みを有していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の加速度センサ。
【請求項９】
前記セラミック基板と前記誘電体層との間には、グレーズ層がさらに形成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の加速度センサ。
【請求項１０】
スクリーン印刷法を用いて、セラミック基板上の所定領域に、金属酸化物からなる誘電体層を形成する工程と、
前記誘電体層の上方に配置されるように、第１電極および第２電極を形成する工程と、
前記誘電体層の上方に前記誘電体層と対向するように、前記第１電極および前記第２電極が固定される可動部を形成する工程とを備えることを特徴とする、加速度センサの製造方法。
【請求項１１】
前記誘電体層を形成する工程は、
前記誘電体層をＢａＴｉＯ３から構成する工程を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の加速度センサの製造方法。
【請求項１２】
前記第１電極および前記第２電極を形成する工程は、
前記第１電極および前記第２電極を、それぞれ、複数の櫛歯部を有する櫛歯状に形成するとともに、平面的に見て、互いの櫛歯部が所定の間隔を隔てて交互に配列するように構成する工程を含むことを特徴とする、請求項１０または１１に記載の加速度センサの製造方法。
【請求項１３】
前記セラミック基板の表面上に、スクリーン印刷法によって配線層を形成する工程をさらに備えることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の加速度センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、加速度センサおよびその製造方法に関し、特に、静電容量型の加速度センサおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）技術を用いて形成された静電容量型の加速度センサが知られている。このような静電容量型の加速度センサは、一般的に、センサ内に設けられた所定の質量を持つプルーフマス（錘：可動部）が梁などで支持された構造を有している。このため、加速度センサに加速度が加わると、センサ内のプルーフマスが慣性力によって移動するので、この移動量を静電容量値の変化として捉えることにより、加速度が検出される。【０００３】
また、上記した静電容量型の加速度センサにおいて、従来、プルーフマスの側面に櫛歯を有する加速度センサが一般的に知られている。【０００４】
図４７は、従来の加速度センサの一例を示した平面図である。図４７を参照して、従来の加速度センサ１００では、シリコン基板１０１上に、表面マイクロマシニング技術によって、プルーフマス１０２、梁部１０３、支持部１０４、固定電極１０５などが形成されている。また、プルーフマス１０２の側面には、櫛歯１０２ａが形成されている。また、固定電極１０５は、第１固定電極１０６と第２固定電極１０７とから構成されており、第１固定電極１０６は、固定電極支持部１０６ａと、固定電極支持部１０６ａの側面に形成された、プルーフマス１０２の櫛歯１０２ａと入れ子をなす櫛歯形固定電極１０６ｂとから構成されている。さらに、第２固定電極１０７は、平面的に見て、櫛歯形固定電極１０６ｂａと平行に延びるように形成されている。そして、第２固定電極１０７は、少なくとも一部が、平面的に見て、プルーフマス１０２の櫛歯１０２ａと櫛歯形固定電極１０６ｂとの間に配置されるように構成されている。また、プルーフマス１０２は、一般的に、ポリシリコン（導体）で形成されており、プルーフマス１０２の櫛歯１０２ａが可動電極１０２ａとして機能するように構成されている。これにより、プルーフマス１０２に形成された櫛歯（可動電極）１０２ａの側面と、固定電極１０５（櫛歯形固定電極１０６ｂおよび第２固定電極１０７）の側面とによってコンデンサが形成される。【０００５】
上記図４７に示した従来の加速度センサ１００では、センサに加速度が加わるとプルーフマス１０２に慣性力が働き、プルーフマス１０２が水平方向（矢印Ｘ方向または矢印Ｙ方向）に移動する。これにより、可動電極１０２ａと固定電極１０５（櫛歯形固定電極１０６ｂおよび第２固定電極１０７）の側面との間の距離が変化するので、静電容量値が変化する。この静電容量値の変化を検出することにより、センサに加わる加速度が検出される。【０００６】
しかしながら、上記図４７に示した従来の加速度センサ１００では、プルーフマス１０２の櫛歯（可動電極）１０２ａの側面と、固定電極１０５（櫛歯形固定電極１０６ｂおよび第２固定電極１０７）の側面とによって形成されるコンデンサの静電容量を大きくするために、櫛歯１０２ａ側面および固定電極１０５（櫛歯形固定電極１０６ｂおよび第２固定電極１０７）の側面の面積を大きくする必要がある。このため、プルーフマス１０２および固定電極１０５の厚みを大きくしなければならないので、プルーフマス１０２ａに櫛歯１０２ａを形成したり、固定電極１０５を形成したりする際に、ＤＲＩＥ（Ｄｅｅｐ  Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）プロセスが必要になるという不都合がある。これにより、製造効率が低下するという問題点がある。【０００７】
そこで、従来、製造効率の低下を抑制することが可能な静電容量型の加速度センサが提案されている（たとえば、非特許文献１参照）。【０００８】
図４８は、上記非特許文献１において提案されている従来の加速度センサの構造を示した概略断面図である。図４８を参照して、上記非特許文献１で提案されている従来の加速度センサ２００では、２つの電極（第１電極２０２、第２電極２０３）がシリコン基板２０１の上面上に隣り合うように配置されている。ここで、上記非特許文献１で提案されている加速度センサ２００では、電極間に電圧が加えられることによって、第１電極２０２と第２電極２０３との間に、フリンジ電界２０４（電極間の脇に生じる電界）が発生している。また、第１電極２０２および第２電極２０３の上方には、パリレン（比誘電率：３．１５）から構成されたプルーフマス２０５が、フリンジ電界２０４の中に配置されるように、梁部２０６によって支持されている。なお、プルーフマス２０５は、シリコン基板２０１の上面に対して垂直方向（矢印Ｚ方向）に移動可能に構成されている。【０００９】
このように構成された従来の加速度センサ２００では、センサに加速度が加わることによってプルーフマス２０５が矢印Ｚ方向に移動すると、フリンジ電界２０４中に占めるプルーフマス２０５（誘電体）の体積の割合が変化する。これにより、静電容量値が変化するので、その静電容量値の変化を検出することにより、センサに加わる加速度が検出される。【００１０】
また、上記非特許文献１で提案されている加速度センサ２００では、上記図４７に示した櫛歯１０２ａを有する加速度センサ１００とは異なり、製造プロセスにおいて、ＤＲＩＥプロセスが不要であるので、その分、製造効率の低下を抑制することが可能となる。【００１１】
【非特許文献１】関西大学先端科学技術シンポジウム講演集                                Vol.8th  Page.153-156(2004.01.10)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記非特許文献１において提案されている従来の加速度センサ２００では、誘電体としてのプルーフマス２０５がパリレンから構成されているため、誘電体の比誘電率が比較的小さいという不都合がある。このため、加速度の検出感度を向上させることが困難になるという問題点がある。【００１３】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、高い検出感度を有するとともに、製造効率を向上させることが可能な加速度センサおよびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による加速度センサは、セラミック基板と、セラミック基板上の所定領域に、スクリーン印刷法によって形成された金属酸化物からなる誘電体層と、誘電体層と対向するように配置され、誘電体層から所定の距離を隔てて形成された可動部と、可動部の誘電体層側にそれぞれ形成された第１電極および第２電極とを備えている。【００１５】
この第１の局面による加速度センサでは、上記のように、可動部の誘電体層側に第１電極および第２電極を形成することによって、第１電極と第２電極との間にフリンジ電界を発生させることができる。また、セラミック基板上の所定領域に、金属酸化物からなる誘電体層を形成することによって、たとえば、誘電体層を構成する金属酸化物に、比誘電率が１０００以上の金属酸化物を用いた場合には、パリレン（比誘電率：３．１５）と比べて、誘電体層の比誘電率を十分に大きくすることができる。このため、フリンジ電界中に占める誘電体層の体積の割合の変化によって生じる静電容量値の変化を精度よく検出することができるので、センサに加わる加速度を高い感度で検出することができる。【００１６】
また、第１の局面では、セラミック基板上の所定領域に、スクリーン印刷法を用いて誘電体層を形成することによって、セラミック基板上の所定領域に誘電体層を容易に形成することができるので、板状の誘電体層をセラミック基板上に貼り付ける場合などと比べて、製造効率を向上させることができる。そして、上記した構成では、スパッタ法やゾルゲル法などを用いて誘電体層を形成する場合に比べて、誘電体層の厚みを大きくすることができるので、誘電体層の厚みが小さいことに起因して、静電容量値の変化を精度よく検出することが困難になるという不都合が発生するのを抑制することができる。これにより、製造効率を向上させながら、加速度の検出感度を向上させることができる。また、基板にセラミック基板を用いることによって、基板にシリコン基板などを用いた場合に比べて、絶縁性および機械的強度を向上させることができるので、製造効率を向上させながら、検出感度を向上させることができ、かつ、信頼性を向上させることができる。【００１７】
この発明の第２の局面による加速度センサは、セラミック基板と、セラミック基板上の所定領域に、スクリーン印刷法によって形成された金属酸化物からなる誘電体層と、誘電体層と対向するように配置され、誘電体層から所定の距離を隔てて形成された可動部と、可動部の誘電体層側にそれぞれ形成された第１電極および第２電極とを備えている。そして、誘電体層の上面側の所定領域には、メタル層が形成されている。【００１８】
この第２の局面による加速度センサでは、上記のように、可動部の誘電体層側に第１電極および第２電極を形成することによって、第１電極と第２電極との間にフリンジ電界を発生させることができる。また、誘電体層の上面側の所定領域にメタル層を形成することによって、可動部がセラミック基板の主面（上面）と平行な所定方向に移動した場合でも、フリンジ電界における電気力線の様相を変化させることができる。すなわち、第１電極と第２電極との間に発生するフリンジ電界では、その電気力線は誘電体層を貫くことが可能である一方、メタル層を貫くことができないので、誘電体層の上面側の所定領域に、メタル層を形成することによって、第１電極および第２電極が固定された可動部が、セラミック基板（誘電体層）の主面（上面）と平行な所定方向に移動した際に、フリンジ電界における電気力線の様相を変化させることができる。これにより、電気力線の様相の変化に応じて、静電容量値が変化するので、その静電容量値の変化を検出することにより、セラミック基板（誘電体層）の主面（上面）と平行な所定方向の加速度を検出することができるとともに、センサに加わる加速度を高い感度で検出することができる。【００１９】
また、第２の局面では、セラミック基板上の所定領域に、スクリーン印刷法を用いて誘電体層を形成することによって、セラミック基板上の所定領域に誘電体層を容易に形成することができるので、板状の誘電体層をセラミック基板上の所定領域に貼り付ける場合などと比べて、製造効率を向上させることができる。なお、上記のように構成された加速度センサでは、ＤＲＩＥプロセスを用いることなく製造することができる。また、基板にセラミック基板を用いることによって、基板にシリコン基板などを用いた場合に比べて、絶縁性および機械的強度を向上させることができるので、セラミック基板（誘電体層）の主面（上面）と平行な所定方向の加速度を検出する際に、その検出感度を向上させることができるとともに、加速度センサの信頼性を向上させることができる。【００２０】
上記第２の局面による加速度センサにおいて、好ましくは、メタル層は、誘電体層の上面から突出しないように形成されている。このように構成すれば、誘電体層の上面側にメタル層を形成したとしても、メタル層が形成されていない場合と同様のプロセスで、その後の製造プロセスを行うことができるので、誘電体層の上面からメタル層が突出することに起因して、その後の製造プロセスが繁雑になるという不都合が生じるのを抑制することができる。これにより、容易に、製造効率を向上させることができる。また、このように構成すれば、可動部が、セラミック基板（誘電体層）の主面（上面）と平行な所定方向に移動する際に、メタル層と可動部（第１電極、第２電極）とが係合するのを抑制することができるので、メタル層と可動部（第１電極、第２電極）とが係合することに起因して、セラミック基板（誘電体層）の主面（上面）と平行な所定方向への可動部の移動が妨げられるという不都合が生じるのを抑制することができる。これにより、容易に、セラミック基板（誘電体層）の主面（上面）と平行な所定方向の加速度を検出することができる。【００２１】
上記第２の局面による加速度センサにおいて、好ましくは、可動部を支持する梁部をさらに備え、梁部は、厚み方向の長さが、幅方向の長さよりも大きい。このように構成すれば、セラミック基板（誘電体層）の主面（上面）に対して垂直方向に可動部が移動するのを抑制することができるので、検出された加速度に、セラミック基板（誘電体層）の主面（上面）に対して垂直方向の加速度成分が含まれるのを抑制することができる。これにより、容易に、セラミック基板（誘電体層）の主面（上面）と平行な所定方向の加速度を検出することができるとともに、容易に、その検出精度を向上させることができる。【００２２】
上記第１および第２の局面による加速度センサにおいて、好ましくは、誘電体層は、ＢａＴｉＯ３から構成されている。このように構成すれば、ＢａＴｉＯ３は比誘電率が１０００以上の金属酸化物（強誘電体物質）であるため、パリレン（比誘電率：３．１５）と比べて、誘電体層の比誘電率を十分に大きくすることができる。これにより、容易に、静電容量値の変化を精度よく検出することができる。また、誘電体層と可動部との間の距離を大きくした場合でも、静電容量値の検出感度が低下するのを抑制することができるので、誘電体層と可動部との間の距離を大きくすることによって、スティクション（誘電体層と可動部との貼り付き）の発生を抑制することができる。これにより、容易に、製造効率を向上させながら、加速度の検出感度を向上させることができ、かつ、スティクションの発生に起因する信頼性の低下を抑制することができる。なお、ＢａＴｉＯ３はＰｂ（鉛）を含有しない強誘電体物質であるため、誘電体層をＢａＴｉＯ３から構成することによって、廃棄物による環境負荷を低減することができるとともに、人体に与える悪影響を低減することができる。【００２３】
上記第１および第２の局面による加速度センサにおいて、好ましくは、セラミック基板は、Ａｌ２Ｏ３から構成されている。このように構成すれば、容易に、絶縁性および機械的強度を向上させることができるので、製造効率を向上させながら、容易に、加速度の検出感度を向上させることができ、かつ、信頼性を向上させることができる。【００２４】
上記第１および第２の局面による加速度センサにおいて、好ましくは、第１電極および第２電極は、複数の櫛歯部を有する櫛歯状にそれぞれ形成されており、平面的に見て、互いの櫛歯部が所定の間隔を隔てて交互に配列されている。このように構成すれば、可動部の裏面（下面）側に均一にフリンジ電界を発生させることができるので、フリンジ電界中に占める誘電体層の体積の割合の変化によって生じる静電容量値の変化をより精度よく検出することができる。これにより、製造効率を向上させながら、より容易に、検出感度を向上させることができる。【００２５】
上記第１および第２の局面による加速度センサにおいて、好ましくは、誘電体層は、５μｍ以上の厚みを有している。このように構成すれば、誘電体層の厚みが５μｍよりも小さいことに起因して、静電容量値の変化を精度よく検出することが困難になるという不都合が生じるのを抑制することができる。これにより、製造効率を向上させながら、さらに容易に、加速度の検出感度を向上させることができる。【００２６】
上記第１および第２の局面による加速度センサにおいて、セラミック基板と誘電体層との間に、グレーズ層をさらに形成してもよい。なお、本発明のグレーズ層とは、誘電体層などを形成するのに適した平滑面を形成するための層である。【００２７】
この発明の第３の局面による加速度センサの製造方法は、スクリーン印刷法を用いて、セラミック基板上の所定領域に、金属酸化物からなる誘電体層を形成する工程と、誘電体層の上方に配置されるように、第１電極および第２電極を形成する工程と、誘電体層の上方に誘電体層と対向するように、第１電極および第２電極が固定される可動部を形成する工程とを備えている。【００２８】
この第３の局面による加速度センサの製造方法では、上記のように、セラミック基板上の所定領域に金属酸化物からなる誘電体層を形成することによって、誘電体層を構成する金属酸化物に、たとえば、比誘電率が１０００以上の金属酸化物を用いた場合には、パリレン（比誘電率：３．１５）と比べて、誘電体層の比誘電率を十分に大きくすることができるので、静電容量値の変化を精度よく検出することができる。これにより、センサに加わる加速度を高い感度で検出することができる。また、セラミック基板上の所定領域に、スクリーン印刷法を用いて誘電体層を形成することによって、セラミック基板上の所定領域に誘電体層を容易に形成することができるので、板状の誘電体層をセラミック基板上に貼り付ける場合などと比べて、製造効率を向上させることができる。【００２９】
また、第３の局面では、スクリーン印刷法を用いて誘電体層を形成することによって、スパッタ法やゾルゲル法などを用いて誘電体層を形成する場合に比べて、容易に、誘電体層の厚みを大きくすることができるので、誘電体層の厚みが小さいことに起因して、静電容量値の変化を精度よく検出することが困難になるという不都合が発生するのを抑制することができる。これにより、製造効率を向上させながら、感度の高い加速度センサを製造することができる。また、基板にセラミック基板を用いることによって、基板にシリコン基板などを用いた場合に比べて、絶縁性および機械的強度を向上させることができるので、製造効率を向上させながら、検出感度を向上させることができ、かつ、信頼性を向上させることができる。なお、上記のように構成することによって、加速度センサの製造プロセスにおいて、ＤＲＩＥプロセスも不要となる。【００３０】
上記第３の局面による加速度センサの製造方法において、好ましくは、誘電体層を形成する工程は、誘電体層をＢａＴｉＯ３から構成する工程を含む。このように構成すれば、ＢａＴｉＯ３は比誘電率が１０００以上の金属酸化物（強誘電体物質）であるため、パリレン（比誘電率：３．１５）と比べて、誘電体層の比誘電率を十分に大きくすることができる。これにより、容易に、静電容量値の変化を精度よく検出することができる。また、誘電体層と可動部との間の距離を大きくした場合でも、静電容量値の検出感度が低下するのを抑制することができるので、誘電体層と可動部との間の距離を大きくすることによって、スティクションの発生を抑制することができる。これにより、容易に、製造効率を向上させながら、加速度の検出感度を向上させることができ、かつ、スティクションの発生に起因する信頼性の低下を抑制することができる。なお、ＢａＴｉＯ３はＰｂ（鉛）を含有しない強誘電体物質であるため、誘電体層をＢａＴｉＯ３から構成することによって、廃棄物による環境負荷を低減することができるとともに、人体に与える悪影響を低減することができる。【００３１】
上記第３の局面による加速度センサの製造方法において、好ましくは、第１電極および第２電極を形成する工程は、第１電極および第２電極を、それぞれ、複数の櫛歯部を有する櫛歯状に形成するとともに、平面的に見て、互いの櫛歯部が所定の間隔を隔てて交互に配列するように構成する工程を含む。このように構成すれば、可動部の裏面（下面）側に均一にフリンジ電界を発生させることができるので、フリンジ電界中に占める誘電体層の体積の割合の変化によって生じる静電容量値の変化をより精度よく検出することができる。これにより、製造効率を向上させながら、より容易に、検出感度を向上させることができる。【００３２】
上記第３の局面による加速度センサの製造方法において、好ましくは、セラミック基板の表面上に、スクリーン印刷法によって配線層を形成する工程をさらに備えている。このように構成すれば、配線層を容易に形成することができるので、これによっても、製造効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００３３】
以上のように、本発明によれば、高い検出感度を有するとともに、製造効率を向上させることが可能な加速度センサおよびその製造方法を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１実施形態による加速度センサの構造を示した斜視図である。
【図２】図１のＡ１−Ａ１線に沿った断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態による加速度センサの平面図である。
【図４】本発明の第１実施形態による加速度センサの強誘電体層の構造を示した斜視図である。
【図５】本発明の第１実施形態による加速度センサのプルーフマスを裏面側から見た平面図である。
【図６】図３のＢ１−Ｂ１線に沿った断面図である。
【図７】本発明の第１実施形態による加速度センサの一部を示した斜視図である。
【図８】本発明の第１実施形態による加速度センサの動作を説明するための概略断面図である。
【図９】強誘電体層の厚みとカバー率との関係を示したグラフである。
【図１０】本発明の第１実施形態による加速度センサの製造方法を説明するための断面図である。
【図１１】本発明の第１実施形態による加速度センサの製造方法を説明するための断面図である。
【図１２】本発明の第１実施形態による加速度センサの製造方法を説明するための断面図である。
【図１３】本発明の第１実施形態による加速度センサの製造方法を説明するための断面図である。
【図１４】本発明の第１実施形態による加速度センサの製造方法を説明するための断面図である。
【図１５】本発明の第１実施形態による加速度センサの製造方法を説明するための断面図である。
【図１６】本発明の第１実施形態による加速度センサの製造方法を説明するための断面図である。
【図１７】本発明の第１実施形態による加速度センサの製造方法を説明するための平面図である。
【図１８】本発明の第１実施形態による加速度センサの製造方法を説明するための断面図である。
【図１９】本発明の第２実施形態による加速度センサの構造を示した斜視図である。
【図２０】図１９のＡ２−Ａ２線に沿った断面図である。
【図２１】本発明の第２実施形態による加速度センサの平面図である。
【図２２】本発明の第２実施形態による加速度センサの強誘電体層の構造を示した斜視図である。
【図２３】本発明の第２実施形態による加速度センサのプルーフマスを裏面側から見た平面図である。
【図２４】本発明の第２実施形態による加速度センサにおける梁部の構造を拡大して示した斜視図である。
【図２５】図２１のＢ２−Ｂ２線に沿った断面図である。
【図２６】本発明の第２実施形態による加速度センサの動作を説明するための斜視図である。
【図２７】本発明の第２実施形態による加速度センサにおけるメタル層の第１形成パターンを示した断面図である。
【図２８】図２７に示した第１形成パターンにおけるプルーフマスの移動量と静電容量値Ｃとの関係を示したグラフである。
【図２９】本発明の第２実施形態による加速度センサにおけるメタル層の第２形成パターンを示した断面図である。
【図３０】図２９に示した第２形成パターンにおけるプルーフマスの移動量と静電容量値Ｃとの関係を示したグラフである。
【図３１】本発明の第２実施形態による加速度センサにおけるメタル層の第３形成パターンを示した断面図である。
【図３２】図３１に示した第３形成パターンにおけるプルーフマスの移動量と静電容量値Ｃとの関係を示したグラフである。
【図３３】強誘電体層の厚みとカバー率との関係を示したグラフである。
【図３４】本発明の第２実施形態による加速度センサの製造方法を説明するための断面図である。
【図３５】本発明の第２実施形態による加速度センサの製造方法を説明するための断面図である。
【図３６】本発明の第２実施形態による加速度センサの製造方法を説明するための断面図である。
【図３７】本発明の第２実施形態による加速度センサの製造方法を説明するための断面図である。
【図３８】本発明の第２実施形態による加速度センサの製造方法を説明するための断面図である。
【図３９】本発明の第２実施形態による加速度センサの製造方法を説明するための断面図である。
【図４０】本発明の第２実施形態による加速度センサの製造方法を説明するための断面図である。
【図４１】本発明の第２実施形態による加速度センサの製造方法を説明するための断面図である。
【図４２】本発明の第２実施形態による加速度センサの製造方法を説明するための断面図である。
【図４３】本発明の第２実施形態による加速度センサの製造方法を説明するための平面図である。
【図４４】本発明の第２実施形態による加速度センサの製造方法を説明するための断面図である。
【図４５】本発明の第１変形例による加速度センサのプルーフマスおよび梁部の構造を示した斜視図である。
【図４６】本発明の第２変形例による加速度センサの構造を示した平面図である。
【図４７】従来の加速度センサの一例を示した平面図である。
【図４８】非特許文献１において提案されている従来の加速度センサの構造を示した概略断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１                                  セラミック基板
２、２２                            強誘電体層（誘電体層）
３、２３                            枠体部
３ａ、２                            開口部
４、２４                            プルーフマス（可動部）
５                                  グレーズ層
６                                  配線層
７、２７                            第１電極
７ａ、８ａ、２７ａ、２８ａ          櫛歯部
７ｂ、８ｂ、２７ｂ、２８ｂ          接続部
７ｃ、８ｃ、２７ｃ、２８ｃ          パッド電極
８、２８                            第２電極
９、２９                            梁部
１０                                フリンジ電界
１１、３１                          犠牲層
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。【００３７】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による加速度センサの構造を示した斜視図である。図２は、図１のＡ１−Ａ１線に沿った断面図である。図３は、図１に示した本発明の第１実施形態による加速度センサの平面図である。図４〜図７は、本発明の第１実施形態による加速度センサの構造を説明するための図である。まず、図１〜図７を参照して、本発明の第１実施形態による加速度センサ５０の構造について説明する。【００３８】
第１実施形態による加速度センサ５０は、図１に示すように、セラミック基板１と、セラミック基板１上に形成された強誘電体層２と、強誘電体層２を囲むようにセラミック基板１上に形成された枠体部３と、枠体部３の内側に配置されたプルーフマス４とを備えている。なお、強誘電体層２は、本発明の「誘電体層」の一例であり、プルーフマス４は、本発明の「可動部」の一例である。【００３９】
セラミック基板１は、Ａｌ２Ｏ３から構成されているとともに、約１ｍｍの厚みを有している。このセラミック基板１の上面上には、グレーズ層５が形成されている。なお、グレーズ層５は、強誘電体層２などを形成するのに適した平滑面を得るために設けられている。また、セラミック基板１（グレーズ層５）の上面上であるとともに、枠体部３の外側の所定領域には、スクリーン印刷法によって形成された配線層６が設けられている。この配線層６は、たとえば、Ａｕ（金）などから構成されている。【００４０】
ここで、第１実施形態では、強誘電体層２は、ＢａＴｉＯ３（比誘電率：１０００以上）から構成されている。また、強誘電体層２は、図２および図４に示すように、セラミック基板１（グレーズ層５）上の所定領域に、スクリーン印刷法によって形成されている。この強誘電体層２は、平面的に見て、実質的に四角形状を有している。【００４１】
また、第１実施形態では、強誘電体層２は、５μｍ以上の厚みに構成されている。具体的には、強誘電体層２は、５μｍ〜２０μｍの厚みｔ１（図６参照）に構成されている。【００４２】
また、第１実施形態では、強誘電体層２の上面には、ＢａＴｉＯ３の粒径を制御することによって形成された、０．１μｍ〜０．２μｍ程度の凹凸（図示せず）が設けられている。これにより、プルーフマス４が強誘電体層２の上面と接触した場合でも、プルーフマス４と強誘電体層２との接触面積を小さくすることが可能となるので、スティクション（強誘電体層２とプルーフマス４との貼り付き）を有効に抑制することが可能となる。【００４３】
また、プルーフマス４は、パリレン（Ｐａｒｙｌｅｎ：パラキシリレン系樹脂）から構成されているとともに、図２および図６に示すように、約５μｍの厚みｔ２（図６参照）に構成されている。また、プルーフマス４は、図３に示すように、平面的に見て、実質的に四角形状（一辺の長さが約１０００μｍ）に形成されている。【００４４】
ここで、第１実施形態では、図５に示すように、プルーフマス４の裏面側（下面側）には、アルミニウムからなる２つの電極（第１電極７および第２電極８）が、同一平面内に隣り合うように形成されている。具体的には、第１電極７および第２電極８は、平面的に見て、それぞれ、櫛歯状に形成されているとともに、第１電極７の櫛歯部７ａと第２電極８の櫛歯部８ａとが交互に配列されるように構成されている。また、図６および図７に示すように、第１電極７の櫛歯部７ａの幅ｗおよび第２電極８の櫛歯部８ａの幅ｗは、それぞれ、約５μｍに構成されているとともに、第１電極７の櫛歯部７ａから隣り合う第２電極８の櫛歯部８ａまでの長さｇも、約５μｍに構成されている。なお、第１実施形態による加速度センサ５０では、図５に示すように、第１電極７および第２電極８は、プルーフマス４の裏面（下面）側のほぼ全面に形成されている。【００４５】
また、プルーフマス４は、図１および図３に示すように、一体的に連結された４つの梁部９を含んでいる。この４つの梁部９は、プルーフマス４の４つの角部の各々に１つずつ配置されており、平面的に見て、放射状に広がるように形成されている。また、４つの梁部９の端部は、それぞれ、枠体部３と一体的に連結されている。これにより、プルーフマス４は、図１および図２に示すように、強誘電体層２と対向するように配置された状態で、強誘電体層２の上方に支持されている。なお、強誘電体層２の上面からプルーフマス４（第１電極７および第２電極８）までの距離ｄ（図２および図６参照）は、約１μｍである。【００４６】
また、４つの梁部９は、それぞれ、約５μｍの厚みを有しているとともに、約５０μｍの幅を有している。すなわち、４つの梁部９は、セラミック基板１の上面に対して垂直方向（矢印Ｚ方向）に弾性変形し易くなるように、幅方向の長さが厚み方向の長さよりも大きく構成されている。これにより、４つの梁部９によって支持されたプルーフマス４は、加速度が加わると、その慣性力によって、セラミック基板１の上面に対して垂直方向（矢印Ｚ方向）に移動することが可能に構成されている。【００４７】
また、上述した第１電極７は、図５に示すように、接続部７ｂを介して、パッド電極７ｃに電気的に接続されているとともに、上述した第２電極８は、接続部８ｂを介して、パッド電極８ｃに電気的に接続されている。【００４８】
また、枠体部３は、図２に示すように、プルーフマス４よりも大きい厚みを有しており、図１〜図３に示すように、梁部９を介して、プルーフマス４を保持する機能を有している。なお、枠体部３は、主として、パリレンから構成されている。また、枠体部３の所定領域には、パッド電極７ｃおよび８ｃの表面を露出させるための開口部３ａが形成されている。【００４９】
図８は、本発明の第１実施形態による加速度センサの動作を説明するための概略断面図である。次に、図５〜図８を参照して、本発明の第１実施形態による加速度センサ５０の動作について説明する。【００５０】
第１実施形態による加速度センサ５０では、パッド電極７ｃ（図５参照）とパッド電極８ｃ（図５参照）との間に電圧を印加することによって、図６および図７に示すように、第１電極７の櫛歯部７ａと第２電極８の櫛歯部８ａとの間にフリンジ電界（電極間の脇に発生する電界）１０が発生している。ここで、フリンジ電界１０を発生させる第１電極７および第２電極８が、図５に示したように、それぞれ、櫛歯状に形成されているとともに、互いの櫛歯部７ａおよび８ａが交互に配列されているため、フリンジ電界１０は、プルーフマス４の裏面（下面）側のほぼ全面に均一に発生している。一方、図６〜図８に示すように、プルーフマス４と対向する強誘電体層２は、発生したフリンジ電界１０の中に配置された状態となっている。【００５１】
この状態から加速度センサ５０に加速度が加わると、プルーフマス４に慣性力が働くので、これによって、図８に示すように、プルーフマス４が矢印Ｚ方向に移動する。このため、フリンジ電界１０中に占める強誘電体層２の体積の割合が変化するので、静電容量値が変化する。したがって、この静電容量値の変化を検出することにより、加速度センサ５０に加わった加速度が検出される。【００５２】
次に、第１実施形態による加速度センサ５０の効果を確認するために行ったコンピュータシミュレーションの結果について説明する。このコンピュータシミュレーションでは、強誘電体層２の厚みｔ１を種々変化させた場合のカバー率を求めた。【００５３】
図９は、強誘電体層の厚みとカバー率との関係を示したグラフである。図９の縦軸は、カバー率（％）を示しており、図９の横軸は、強誘電体層２の厚みｔ１（μｍ）を示している。すなわち、図９は、上記した第１実施形態による加速度センサ５０の構成において、強誘電体層２の厚みｔ１を種々変化させた場合のカバー率の変化を示している。ここで、カバー率は、以下の（１）式によって表される。【００５４】
カバー率（％）＝（Ｘ１−Ｘ２）／Ｘ１×１００・・・・（１）
Ｘ１：強誘電体層２の領域に入ってくるフリンジ電界１０の電気力線の数
Ｘ２：強誘電体層２の領域でターン出来ずに、強誘電体層２の領域の下部から
出てしまう電気力線の数
すなわち、カバー率は、強誘電体層２に入ってくる電気力線のうち、どの位の割合の電気力線が強誘電体層２内の領域でターンしているのかを示す数値であり、この値が高い程、静電容量値の変化を検出する感度が高い。なお、電極に加える電圧は、一方を０Ｖ（第１電極７または第２電極８）とし、他方を５Ｖ（第２電極８または第１電極７）とした。【００５５】
上記図９に示すように、強誘電体層２の厚みｔ１を５μｍ以上に構成することによって、９９％以上のカバー率が得られることが判明した。また、強誘電体層２の厚みｔ１を１０μｍ以上に構成した場合には、ほぼ１００％（９９．８％以上）のカバー率が得られ、２０μｍ以上に構成した場合には、１００％のカバー率が得られることが判明した。なお、強誘電体層２の厚みｔ１が１０μｍの場合には、強誘電体層２の厚みｔ１は、第１電極７および第２電極８の一方の櫛歯部７ａ（または８ａ）の幅ｗ（約５μｍ）と、第１電極７の櫛歯部７ａから隣り合う第２電極８の櫛歯部８ａまでの長さｇ（約５μｍ）との合計長さ（ｗ＋ｇ：約１０μｍ）と一致する。また、強誘電体層２の厚みｔ１が２０μｍの場合には、強誘電体層２の厚みｔ１は、上記合計長さ（ｗ＋ｇ：約１０μｍ）の２倍（２（ｗ＋ｇ））と一致する。【００５６】
以上のように、強誘電体層２の厚みｔ１を５μｍ以上に構成することによって、十分なカバー率を得ることができ、静電容量値の変化を精度よく検出することが可能となることが確認された。これにより、加速度の検出感度を向上させることが可能となることが確認された。【００５７】
第１実施形態では、上記のように、プルーフマス４の強誘電体層２側に第１電極７および第２電極８を形成することによって、第１電極７と第２電極８との間にフリンジ電界１０を発生させることができる。また、セラミック基板１上の所定領域に、ＢａＴｉＯ３からなる強誘電体層２を形成することによって、ＢａＴｉＯ３は比誘電率が１０００以上の金属酸化物（強誘電体物質）であるため、強誘電体層２の比誘電率を十分に大きくすることができる。このため、フリンジ電界１０中に占める強誘電体層２の体積の割合の変化によって生じる静電容量値の変化を精度よく検出することができるので、センサに加わる加速度を高い感度で検出することができる。【００５８】
また、第１実施形態では、強誘電体層２をＢａＴｉＯ３から構成することによって、強誘電体層２とプルーフマス４との間の距離ｄを大きくした場合でも、静電容量値の検出感度の低下を抑制することができるので、強誘電体層２とプルーフマス４との間の距離ｄを大きくすることによって、スティクションの発生を抑制することができる。これにより、スティクションの発生に起因する信頼性の低下を抑制することができる。なお、ＢａＴｉＯ３はＰｂ（鉛）を含有しない強誘電体物質であるため、強誘電体層２をＢａＴｉＯ３から構成することによって、廃棄物による環境負荷を低減することができるとともに、人体に与える悪影響を低減することができる。【００５９】
また、第１実施形態では、基板にＡｌ２Ｏ３からなるセラミック基板１を用いることによって、基板にシリコン基板などを用いた場合に比べて、絶縁性および機械的強度を向上させることができるので、製造効率を向上させながら、検出感度を向上させることができ、かつ、信頼性を向上させることができる。また、基板にセラミック基板１を用いることによって、シリコン基板を用いた場合に比べて、製造コストを低減することができる。【００６０】
また、第１実施形態では、強誘電体層２の厚みｔ１を５μｍ以上に構成することによって、９９％以上のカバー率を得ることができるので、静電容量値の変化を精度よく検出することができる。これにより、製造効率を向上させながら、さらに容易に、加速度の検出感度を向上させることができる。なお、強誘電体層２の厚みｔ１は、１０μｍ以上に構成するのが好ましく、２０μｍ以上に構成するのがより好ましい。【００６１】
また、第１実施形態では、セラミック基板１と強誘電体層２との間に、グレーズ層５を形成することによって、強誘電体層２の上面の平滑度を向上させることができるので、ＢａＴｉＯ３の粒径を制御することによって、強誘電体層２の上面に、０．１μｍ〜０．２μｍ程度の凹凸を設けることができる。【００６２】
図１０〜図１８は、本発明の第１実施形態による加速度センサの製造方法を説明するための図である。続いて、図１、図５、図６および図１０〜図１８を参照して、本発明の第１実施形態による加速度センサ５０の製造方法について説明する。なお、第１実施形態による加速度センサ５０は、主として、表面マイクロマシニング技術を用いて製造する。【００６３】
まず、図１０に示すように、約１ｍｍの厚みを有するとともにＡｌ２Ｏ３からなるセラミック基板１の上面上に、グレーズ層５を形成する。このグレーズ層５は、たとえば、ガラス成分を含んだ液体をセラミック基板１上に印刷した後、所定温度で焼成することによって形成する。【００６４】
次に、スクリーン印刷法を用いて、グレーズ層５上に、図１に示した配線層６を形成する。その後、図１０に示すように、セラミック基板１（グレーズ層５）上の所定領域に強誘電体層２を形成する。【００６５】
ここで、第１実施形態では、強誘電体層２は、スクリーン印刷法を用いて形成する。具体的には、グレーズ層５上の所定領域に、ＢａＴｉＯ３を含むペーストを印刷した後、８００℃〜１２００℃程度の焼成温度で焼成することにより、ＢａＴｉＯ３からなる強誘電体層２を形成する。【００６６】
また、第１実施形態では、強誘電体層２は、その厚みｔ１（図６参照）が５μｍ〜２０μｍとなるように形成するとともに、ＢａＴｉＯ３の粒径を制御することによって、強誘電体層２の上面に０．１μｍ〜０．２μｍ程度の凹凸（図示せず）が生じるように形成する。【００６７】
続いて、図１１に示すように、プラズマＣＶＤ法を用いて、グレーズ層５上に、アモルファスシリコンからなる犠牲層１１を、強誘電体層２を覆うように形成する。ここで、犠牲層１１とは、後工程で除去することを前提に形成する層のことである。【００６８】
次に、図１２に示すように、フォトリソグラフィ技術とＳＦ６プラズマガスを用いたドライエッチングとにより、犠牲層１１に細長状の溝部（スロット）１１ａを形成する。その後、図１３に示すように、犠牲層１１の上面上に、第１のパリレン層１２を蒸着する。この際、溝部１１ａ内に蒸着された第１のパリレン層１２は、プルーフマス４を保持するためのアンカー部となる。【００６９】
次に、図１４に示すように、フォトリソグラフィ技術とＯ２プラズマガスを用いたエッチングとにより、第１のパリレン層１２の所定領域を除去する。【００７０】
その後、犠牲層１１上および第１のパリレン層１２上に、スパッタリングまたは蒸着法により、アルミニウム層を堆積するとともに、図１５に示すように、堆積したアルミニウム層を、フォトリソグラフィ技術とウェットエッチングとを用いてパターニングする。これにより、図５に示したような櫛歯状の第１電極７および櫛歯状の第２電極８が形成されるとともに、第１電極７および第２電極８にそれぞれ電気的に接続されるパッド電極７ｃおよび８ｃが形成される。なお、第１電極７とパッド電極７ｃとを接続する接続部７ｂ（図５参照）、および、第２電極８とパッド電極８ｃとを接続する接続部８ｂ（図５参照）も、上記したアルミニウム層のパターニングにより、同時に形成される。【００７１】
次に、図１６に示すように、第１電極７、第２電極８、パッド電極７ｃおよび８ｃ、接続部７ｂおよび８ｂ（図５参照）を覆うように、犠牲層１１上および第１のパリレン層１２上に、第２のパリレン層１３を蒸着する。そして、第２のパリレン層１３を図１７に示した形状にパターニングする。これにより、パリレンからなるプルーフマス４（図１参照）、梁部９（図１参照）、および、枠体部３（図１参照）が形成される。この際、図１７および図１８に示すように、枠体部３の所定領域に、パッド電極７ｃおよび８ｃの表面を露出させるための開口部３ａを形成する。なお、第１のパリレン層１２および第２のパリレン層１３は、室温で形成（蒸着）可能である。【００７２】
最後に、ＸｅＦ２ガスを用いたドライエッチングにより、犠牲層１１の所定領域を除去することによって、プルーフマス４と強誘電体層２とを離間させる。このようにして、図１に示した本発明の第１実施形態による加速度センサ５０が形成される。【００７３】
第１実施形態の製造方法では、上記のように、セラミック基板１上の所定領域に、スクリーン印刷法を用いてＢａＴｉＯ３からなる強誘電体層２を形成することによって、強誘電体層２を所定の領域に容易に形成することができるので、板状の強誘電体層を基板上に貼り付ける場合などと比べて、製造効率を向上させることができる。なお、第１実施形態による加速度センサ５０では、ＤＲＩＥプロセスを用いることなく製造することができる。【００７４】
また、第１実施形態では、スクリーン印刷法を用いてＢａＴｉＯ３からなる強誘電体層２を形成することによって、スパッタ法やゾルゲル法などを用いて強誘電体層２を形成する場合に比べて、容易に、強誘電体層２の厚みｔ１を大きくすることができるので、強誘電体層２の厚みｔ１が小さいことに起因して、静電容量値の変化を精度よく検出することが困難になるという不都合が発生するのを抑制することができる。これにより、製造効率を向上させながら、感度の高い加速度センサ５０を得ることができる。【００７５】
また、第１実施形態では、セラミック基板１（グレーズ層５）の上面上に、スクリーン印刷法を用いて配線層６を形成することによって、容易に、配線層６を形成することができるので、これによっても、製造効率を向上させることができる。【００７６】
(第２実施形態）
図１９は、本発明の第２実施形態による加速度センサの構造を示した斜視図である。図２０は、図１９のＡ２−Ａ２線に沿った断面図である。図２１は、図１９に示した本発明の第２実施形態による加速度センサの平面図である。図２２〜図２５は、本発明の第２実施形態による加速度センサの構造を説明するための図である。まず、図１９〜図２５を参照して、本発明の第２実施形態による加速度センサ６０の構造について説明する。【００７７】
第２実施形態による加速度センサ６０は、図１９および図２０に示すように、セラミック基板１と、セラミック基板１上に形成された強誘電体層２２と、強誘電体層２２を囲むようにセラミック基板１上に形成された枠体部２３と、枠体部２３の内側に配置されたプルーフマス２４とを備えている。なお、強誘電体層２２は、本発明の「誘電体層」の一例であり、プルーフマス２４は、本発明の「可動部」の一例である。【００７８】
セラミック基板１は、Ａｌ２Ｏ３から構成されているとともに、約１ｍｍの厚みを有している。このセラミック基板１の上面上には、上記第１実施形態と同様、グレーズ層５が形成されている。なお、グレーズ層５は、強誘電体層２２などを形成するのに適した平滑面を得るために設けられている。また、図１９に示すように、セラミック基板１（グレーズ層５）の上面上であるとともに、枠体部２３の外側の所定領域には、スクリーン印刷法によって形成された配線層６が設けられている。この配線層６は、たとえば、Ａｕ（金）などから構成されている。【００７９】
ここで、第２実施形態では、上記第１実施形態と同様、強誘電体層２２は、ＢａＴｉＯ３（比誘電率：１０００以上）から構成されている。また、強誘電体層２２は、図２０および図２２に示すように、セラミック基板１（グレーズ層５）上の所定領域に、スクリーン印刷法によって形成されている。この強誘電体層２２は、平面的に見て、実質的に四角形状を有している。【００８０】
また、強誘電体層２２は、５μｍ以上の厚みに構成されている。具体的には、強誘電体層２２は、５μｍ〜２０μｍの厚みｔ１１（図２５参照）に構成されている。【００８１】
また、強誘電体層２２の上面には、ＢａＴｉＯ３の粒径を制御することによって形成された、０．１μｍ〜０．２μｍ程度の凹凸（図示せず）が設けられている。これにより、プルーフマス２４が強誘電体層２２の上面と接触した場合でも、プルーフマス２４と強誘電体層２２との接触面積を小さくすることが可能となるので、スティクション（強誘電体層２２とプルーフマス２４との貼り付き）を有効に抑制することが可能となる。これにより、スティクションに起因する加速度センサ６０の信頼性の低下を抑制することが可能となる。【００８２】
また、第２実施形態では、図２０および図２２に示すように、強誘電体層２２の上面側の所定領域に、アルミニウム（Ａｌ）からなるメタル層４０が形成されている。このメタル層４０は、所定のパターンに構成されており、強誘電体層２２の上面から突出しないように形成されている。具体的には、メタル層４０は、平面的に見て、後述する第１電極２７および第２電極２８のそれぞれの櫛歯部２７ａおよび２８ａに対して平行に延びるように形成されている。また、メタル層４０は、その上面が強誘電体層２２の上面と実質的に同一面となるように形成されている。【００８３】
また、プルーフマス２４は、パリレン（Ｐａｒｙｌｅｎ：パラキシリレン系樹脂）から構成されているとともに、図２０および図２５に示すように、約５μｍの厚みｔ１２（図２４参照）に構成されている。また、プルーフマス２４は、図２１に示すように、平面的に見て、実質的に四角形状（一辺の長さが約１０００μｍ）に形成されている。【００８４】
また、第２実施形態では、図２３に示すように、プルーフマス２４の裏面側（下面側）には、アルミニウムからなる２つの電極（第１電極２７および第２電極２８）が、同一平面内に隣り合うように形成されている。具体的には、第１電極２７および第２電極２８は、平面的に見て、それぞれ、櫛歯状に形成されているとともに、第１電極２７の櫛歯部２７ａと第２電極２８の櫛歯部２８ａとが交互に配列されるように構成されている。また、図２５に示すように、第１電極２７の櫛歯部２７ａの幅ｗ１および第２電極２８の櫛歯部２８ａの幅ｗ１は、それぞれ、約５μｍの長さに構成されているとともに、第１電極２７の櫛歯部２７ａから隣り合う第２電極２８の櫛歯部２８ａまでの長さｇ１は、約５μｍに構成されている。なお、第２実施形態による加速度センサ６０では、図２３に示すように、第１電極２７および第２電極２８は、プルーフマス２４の裏面（下面）側のほぼ全面に形成されている。【００８５】
また、プルーフマス２４は、図１９および図２１に示すように、一体的に連結された４つの梁部２９を含んでいる。この４つの梁部２９は、プルーフマス２４の互いに対向する２つの側面に、それぞれ、２つずつ配置されており、平面的に見て、同一方向に延びるように形成されている。また、４つの梁部２９の端部は、それぞれ、枠体部２３と一体的に連結されている。これにより、プルーフマス２４は、図１９および図２０に示すように、強誘電体層２２と対向するように配置された状態で、強誘電体層２２の上方に支持されている。なお、強誘電体層２２の上面からプルーフマス２４（第１電極２７および第２電極２８）までの距離ｄ１（図２０および図２５参照）は、約１μｍである。【００８６】
また、第２実施形態では、図２４に示すように、梁部２９は、約５μｍの厚みｔ１２を有しているとともに、約３μｍの幅ｗ１１を有している。すなわち、梁部２９は、セラミック基板１（図１９参照）の上面（主面）に対して平行な矢印Ｘ方向に弾性変形し易くなるように、厚み方向の長さが、幅方向の長さよりも大きく構成されている。これにより、４つの梁部２９によって支持されたプルーフマス２４は、加速度が加わると、その慣性力によって、セラミック基板１の上面（主面）に対して水平な矢印Ｘ方向に移動することが可能となる。【００８７】
また、上述した第１電極２７は、図２３に示すように、接続部２７ｂを介して、パッド電極２７ｃに電気的に接続されているとともに、上述した第２電極２８は、接続部２８ｂを介して、パッド電極２８ｃに電気的に接続されている。【００８８】
また、枠体部２３は、図２０に示すように、プルーフマス２４よりも大きい厚みを有しており、図１９および図２１に示すように、梁部２９を介して、プルーフマス２４を保持する機能を有している。なお、枠体部２３は、主として、パリレンから構成されている。
また、枠体部２３の所定領域には、パッド電極２７ｃおよび２８ｃの表面を露出させるための開口部２３ａが形成されている。【００８９】
第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。【００９０】
図２６〜図３２は、本発明の第２実施形態による加速度センサの動作を説明するための図である。次に、図２３および図２５〜図３２を参照して、本発明の第２実施形態による加速度センサ６０の動作について説明する。【００９１】
第２実施形態による加速度センサ６０では、パッド電極２７ｃ（図２３参照）とパッド電極２８ｃ（図２３参照）との間に電圧を印加することによって、図２５および図２６に示すように、第１電極２７の櫛歯部２７ａと第２電極２８の櫛歯部２８ａとの間にフリンジ電界１０（電極間の脇に発生する電界）が発生している。ここで、フリンジ電界１０を発生させる第１電極２７および第２電極２８が、図２３に示したように、それぞれ、櫛歯状に形成されているとともに、互いの櫛歯部２７ａおよび２８ａが交互に配列されているため、フリンジ電界１０は、プルーフマス２４の裏面（下面）側のほぼ全面に均一に発生している。一方、プルーフマス２４と対向する強誘電体層２２は、発生したフリンジ電界１０の中に配置された状態となっている。【００９２】
この状態から加速度センサ６０に加速度が加わると、プルーフマス２４に慣性力が働くので、これによって、プルーフマス２４が、セラミック基板１の上面に対して水平方向である矢印Ｘ方向に移動する。ここで、第１電極２７と第２電極２８との間に発生しているフリンジ電界１０では、その電気力線は強誘電体層２２を貫くことが可能である一方、メタル層４０を貫くことができないので、プルーフマス２４が矢印Ｘ方向に移動することによって、電気力線の様相が変化する。これにより、電気力線の様相の変化に応じて、静電容量値が変化するので、この静電容量値の変化を検出することにより、加速度センサ６０に加わった矢印Ｘ方向の加速度が検出される。【００９３】
なお、静電容量値は、メタル層４０の形成パターンによって、その変化のパターンが変わると考えられる。たとえば、図２７に示すように、メタル層４０を、第１電極２７の櫛歯部２７ａと、隣り合う第２電極２８の櫛歯部２８ａとの両方の真下に位置するように形成した場合（第１形成パターン）には、静電容量値Ｃは、図２８に示すように変化すると容易に推測される。また、図２９に示すように、メタル層４０を、第１電極２７の櫛歯部２７ａおよび第２電極２８の櫛歯部２８ａのいずれの真下にも位置しないように形成した場合（第２形成パターン）には、静電容量値Ｃは、図３０に示すように変化すると容易に推測される。さらに、図３１に示すように、比較的幅の広いメタル層４０を、第１電極２７の櫛歯部２７ａおよび第２電極２８の櫛歯部２８ａの一方の真下にのみ位置するように形成した場合（第３形成パターン）には、静電容量値Ｃは、図３２に示すように変化すると容易に推測される。したがって、メタル層４０の形成パターンを種々変化させることにより、加速度の検出感度を調整することが可能となる。【００９４】
次に、第２実施形態による加速度センサ６０の効果を確認するために、上記第１実施形態と同様の方法を用いてコンピュータシミュレーションを行った。その結果を図３３に示す。【００９５】
上記図３３に示すように、強誘電体層２２の厚みｔ１１を５μｍ以上に構成することによって、９９％以上のカバー率が得られることが判明した。また、強誘電体層２２の厚みｔ１１を１０μｍ以上に構成した場合には、ほぼ１００％（９９．８％以上）のカバー率が得られ、２０μｍ以上に構成した場合には、１００％のカバー率が得られることが判明した。なお、強誘電体層２２の厚みｔ１１が１０μｍの場合には、強誘電体層２２の厚みｔ１１は、第１電極２７および第２電極２８の一方の櫛歯部２７ａ（または２８ａ）の幅ｗ１（約５μｍ）と、第１電極２７の櫛歯部２７ａから隣り合う第２電極２８の櫛歯部２８ａまでの長さｇ１（約５μｍ）との合計長さ（ｗ１＋ｇ１：約１０μｍ）と一致する。また、強誘電体層２２の厚みｔ１１が２０μｍの場合には、強誘電体層２２の厚みｔ１１は、上記合計長さ（ｗ１＋ｇ１：約１０μｍ）の２倍（２（ｗ１＋ｇ１））と一致する。【００９６】
以上のように、強誘電体層２２の厚みｔ１１を５μｍ以上に構成することによって、十分なカバー率を得ることができ、静電容量値の変化を精度よく検出することが可能となることが確認された。これにより、加速度の検出感度を向上させることが可能となることが確認された。【００９７】
第２実施形態では、上記のように、プルーフマス２４の強誘電体層２２側に第１電極２７および第２電極２８を形成することによって、第１電極２７の櫛歯部２７ａと第２電極２８の櫛歯部２８ａとの間にフリンジ電界１０を発生させることができる。また、強誘電体層２２の上面側の所定領域に、所定のパターンでメタル層４０を形成することによって、プルーフマス２４がセラミック基板１の上面（主面）と平行な矢印Ｘ方向に移動した場合でも、フリンジ電界１０における電気力線の様相を変化させることができる。すなわち、第１電極２７の櫛歯部２７ａと第２電極２８の櫛歯部２８ａとの間に発生するフリンジ電界１０では、その電気力線は強誘電体層２２を貫くことが可能である一方、メタル層４０を貫くことができないので、強誘電体層２２の上面側の所定領域に、所定のパターンでメタル層４０を形成することによって、プルーフマス２４が矢印Ｘ方向に移動した際に、フリンジ電界１０における電気力線の様相を変化させることができる。これにより、電気力線の様相の変化に応じて、静電容量値が変化するので、その静電容量値の変化を検出することにより、セラミック基板１（強誘電体層２２）の上面（主面）と平行な矢印Ｘ方向の加速度を検出することができる。【００９８】
また、第２実施形態では、メタル層４０を、強誘電体層２２の上面から突出しないように形成することによって、強誘電体層２２の上面側にメタル層４０を形成したとしても、メタル層４０が形成されていない場合と同様のプロセスで、その後の製造プロセスを行うことができるので、強誘電体層２２の上面からメタル層４０が突出することに起因して、その後の製造プロセスが繁雑になるという不都合が生じるのを抑制することができる。これにより、容易に、製造効率を向上させることができる。【００９９】
また、第２実施形態では、メタル層４０を、強誘電体層２２の上面から突出しないように形成することによって、プルーフマス２４が、セラミック基板１（強誘電体層２２）の上面（主面）と平行な矢印Ｘ方向に移動する際に、メタル層４０とプルーフマス２４（第１電極２７、第２電極２８）とが係合するのを抑制することができるので、メタル層４０とプルーフマス２４（第１電極２７、第２電極２８）とが係合することに起因して、セラミック基板１（強誘電体層２２）の上面（主面）と平行な矢印Ｘ方向へのプルーフマス２４の移動が妨げられるという不都合が生じるのを抑制することができる。これにより、容易に、セラミック基板１（強誘電体層２２）の上面（主面）と平行な矢印Ｘ方向の加速度を検出することができる。【０１００】
また、第２実施形態では、強誘電体層２２をＢａＴｉＯ３から構成することによって、ＢａＴｉＯ３は比誘電率が１０００以上の金属酸化物（強誘電体物質）であるため、強誘電体層２２の比誘電率を十分に大きくすることができる。これにより、容易に、静電容量値の変化を精度よく検出することができるので、容易に、セラミック基板１（強誘電体層２２）の上面（主面）と平行な矢印Ｘ方向の加速度を精度よく検出することができる。なお、ＢａＴｉＯ３は、Ｐｂ（鉛）を含有しない強誘電体物質であるため、強誘電体層２２をＢａＴｉＯ３から構成することによって、廃棄物による環境負荷を低減することができるとともに、人体に与える悪影響を低減することができる。【０１０１】
また、第２実施形態では、プルーフマス２４を支持する梁部２９を、厚み方向の長さが、幅方向の長さよりも大きくなるように構成することによって、セラミック基板１（強誘電体層２２）の上面（主面）に対して垂直方向（矢印Ｚ方向）にプルーフマス２４が移動するのを抑制することができるので、検出された加速度に、矢印Ｚ方向の加速度成分が含まれるのを抑制することができる。これにより、容易に、セラミック基板１（強誘電体層２２）の上面（主面）と平行な矢印Ｘ方向の加速度を検出することができるとともに、容易に、その検出精度を向上させることができる。【０１０２】
また、第２実施形態では、上記第１実施形態と同様、強誘電体層２２の厚みｔ１１を５μｍ以上に構成することによって、９９％以上のカバー率を得ることができるので、静電容量値の変化を精度よく検出することができる。これにより、セラミック基板１（強誘電体層２２）の上面（主面）と平行な矢印Ｘ方向の加速度をより精度よく検出することができる。【０１０３】
さらに、第２実施形態では、セラミック基板１と強誘電体層２２との間に、グレーズ層５を形成することによって、強誘電体層２２の上面の平滑度を向上させることができるので、ＢａＴｉＯ３の粒径を制御することによって、強誘電体層２２の上面に、０．１μｍ〜０．２μｍ程度の凹凸を設けることができる。【０１０４】
なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。【０１０５】
図３４〜図４４は、本発明の第２実施形態による加速度センサの製造方法を説明するための図である。続いて、図１９、図２３〜図２５および図３４〜図４４を参照して、本発明の第２実施形態による加速度センサ６０の製造方法について説明する。なお、第２実施形態による加速度センサ６０は、主として、表面マイクロマシニング技術を用いて製造する。【０１０６】
まず、図３４に示すように、約１ｍｍの厚みを有するとともにＡｌ２Ｏ３からなるセラミック基板１の上面上に、グレーズ層５を形成する。このグレーズ層５は、たとえば、ガラス成分を含んだ液体をセラミック基板１上に印刷した後、所定温度で焼成することによって形成する。【０１０７】
次に、スクリーン印刷法を用いて、グレーズ層５上に、図１９に示した配線層６を形成する。なお、配線層６をスクリーン印刷法により形成することにより、容易に、配線層６を形成することが可能となるので、これによっても、製造効率を向上させることが可能となる。【０１０８】
その後、図３４に示すように、セラミック基板１（グレーズ層５）上の所定領域にスクリーン印刷法を用いて強誘電体層２２を形成する。具体的には、グレーズ層５上の所定領域に、ＢａＴｉＯ３を含むペーストを印刷した後、８００℃〜１２００℃程度の焼成温度で焼成することにより、ＢａＴｉＯ３からなる強誘電体層２２を形成する。【０１０９】
また、強誘電体層２２は、その厚みｔ１１（図２５参照）が５μｍ〜２０μｍとなるように形成するとともに、ＢａＴｉＯ３の粒径を制御することによって、強誘電体層２２の上面に０．１μｍ〜０．２μｍ程度の凹凸（図示せず）が生じるように形成する。【０１１０】
続いて、図３５に示すように、蒸着法などを用いて、強誘電体層２２上の所定領域に、所定のパターンでメタル層４０を形成する。そして、強誘電体層２２の焼成温度よりも若干高い温度（たとえば、約５０℃高い温度）まで昇温することにより強誘電体層２２を軟化させる。これにより、強誘電体層２２上に形成されたメタル層４０が下方に沈むので、図３６に示すように、メタル層４０が強誘電体層２２の上面から突出しないように構成される。【０１１１】
その後、図３７に示すように、プラズマＣＶＤ法を用いて、グレーズ層５上に、アモルファスシリコンからなる犠牲層３１を、強誘電体層２２を覆うように形成する。ここで、犠牲層３１とは、後工程で除去することを前提に形成する層のことである。【０１１２】
次に、図３８に示すように、フォトリソグラフィ技術とＳＦ６プラズマガスを用いたドライエッチングとにより、犠牲層３１に細長状の溝部（スロット）３１ａを形成する。そして、図３９に示すように、犠牲層３１の上面上に、第１のパリレン層３２を蒸着する。この際、溝部３１ａ内に蒸着された第１のパリレン層３２は、プルーフマス２４を保持するためのアンカー部となる。【０１１３】
次に、図４０に示すように、フォトリソグラフィ技術とＯ２プラズマガスを用いたエッチングとにより、第１のパリレン層３２の所定領域を除去する。【０１１４】
その後、犠牲層３１上および第１のパリレン層３２上に、スパッタリングまたは蒸着法により、アルミニウム層を堆積するとともに、図４１に示すように、堆積したアルミニウム層を、フォトリソグラフィ技術とウェットエッチングとを用いてパターニングする。これにより、図２３に示したような櫛歯状の第１電極２７および櫛歯状の第２電極２８が形成されるとともに、第１電極２７および第２電極２８にそれぞれ電気的に接続されるパッド電極２７ｃおよび２８ｃが形成される。なお、第１電極２７とパッド電極２７ｃとを接続する接続部２７ｂ（図２３参照）、および、第２電極２８とパッド電極２８ｃとを接続する接続部２８ｂ（図２３参照）も、上記したアルミニウム層のパターニングにより、同時に形成される。【０１１５】
次に、図４２に示すように、第１電極２７、第２電極２８、パッド電極２７ｃおよび２８ｃ（図２３参照）、接続部２７ｂおよび２８ｂ（図２３参照）を覆うように、犠牲層３１上および第１のパリレン層３２上に、第２のパリレン層３３を蒸着する。そして、第２のパリレン層３３を図４３に示した形状にパターニングする。この際、図２４に示したように、４つの梁部２９は、それぞれ、厚み方向の長さを、幅方向の長さよりも大きくなるように形成する。これにより、パリレンからなるプルーフマス２４（図１９参照）、梁部２９（図１９参照）、および、枠体部２３（図１９参照）が形成される。この際、枠体部２３の所定領域に、パッド電極２７ｃおよび２８ｃの表面を露出させるための開口部２３ａを形成する。なお、第１のパリレン層３２および第２のパリレン層３３は、室温で形成（蒸着）可能である。【０１１６】
最後に、図４４に示した状態から、ＸｅＦ２ガスを用いたドライエッチングにより、犠牲層３１の所定領域を除去することによって、プルーフマス２４と強誘電体層２２とを離間させる。このようにして、図１９に示した本発明の第２実施形態による加速度センサ６０が形成される。【０１１７】
第２実施形態では、上記のように、セラミック基板１上の所定領域に、スクリーン印刷法を用いて強誘電体層２２を形成することによって、セラミック基板１上の所定領域に強誘電体層２２を容易に形成することができるので、板状の強誘電体層２２をセラミック基板１上の所定領域に貼り付ける場合などと比べて、製造効率を向上させることができる。なお、第２実施形態による加速度センサ６０では、ＤＲＩＥプロセスを用いることなく製造することができる。【０１１８】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。【０１１９】
たとえば、上記第１および第２実施形態では、強誘電体層をＢａＴｉＯ３から構成した例について示したが、本発明はこれに限らず、非誘電率が１０００以上であって、スクリーン印刷法が適用可能な金属酸化物であれば、ＢａＴｉＯ３以外の金属酸化物から強誘電体層を構成してもよい。この際、Ｐｂ（鉛）を含有しない金属酸化物を用いるのが好ましい。【０１２０】
また、上記第１および第２実施形態では、強誘電体層を５μｍ〜２０μｍの厚みに構成した例について示したが、本発明はこれに限らず、強誘電体層を２０μｍ以上の厚みに構成してもよい。なお、強誘電体層の形成は、上述したように、スクリーン印刷法によって行われるので、２０μｍ以上の厚みを有する強誘電体層でも、容易に形成することが可能である。【０１２１】
また、上記第１および第２実施形態では、グレーズ層が形成されたセラミック基板上に、スクリーン印刷法を用いて、強誘電体層を形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、グレーズ層が形成されていないセラミック基板上に、スクリーン印刷法を用いて、強誘電体層を形成してもよい。【０１２２】
また、上記第１および第２実施形態では、８００℃〜１２００℃程度の焼成温度で焼成することにより、強誘電体層を形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、上記した焼成温度以外の焼成温度で焼成することにより、強誘電体層を形成してもよい。たとえば、１２００℃〜１５００℃程度の比較的高い焼成温度で焼成してもよいし、７００℃以下の比較的低い焼成温度で焼成してもよい。なお、１２００℃〜１５００℃程度の焼成温度で焼成する場合には、グレーズ層が形成されていないセラミック基板上に、強誘電体層を形成するとともに、強誘電体層の形成後に配線層を形成すれば上記実施形態に示した加速度センサの製造が可能である。また、７００℃以下の焼成温度で焼成する場合には、強誘電体層の比誘電率が１０００以下にならないように構成するのが好ましい。【０１２３】
また、上記第１および第２実施形態では、Ａｌ２Ｏ３からなるセラミック基板を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、Ａｌ２Ｏ３以外のセラミック材料からなるセラミック基板を用いて加速度センサを製造してもよい。【０１２４】
また、上記第１および第２実施形態では、枠体部によってプルーフマスを保持するように構成したが、本発明はこれに限らず、枠体部以外の部材によってプルーフマスを保持するように構成してもよい。【０１２５】
なお、上記第１および第２実施形態において、プルーフマスに、上面から下面に貫通する複数の貫通孔を設けてもよい。このように構成した場合には、犠牲層の除去が容易になるとともに、空気抵抗を低減することが可能となる。【０１２６】
また、上記第２実施形態では、メタル層を、強誘電体層の上面から突出しないように形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、メタル層を、強誘電体層の上面から突出するように形成してもよい。【０１２７】
また、上記第２実施形態では、メタル層の形成パターンの例として、第１形成パターン、第２形成パターンおよび第３形成パターンの３つの形成パターンを示したが、本発明はこれに限らず、メタル層の形成パターンは、上記した第１形成パターン、第２形成パターンおよび第３形成パターン以外の形成パターンであってもよい。また、メタル層の形成パターンを種々組み合わせてもよい。このように、メタル層の形成パターンを組み合わせた場合には、加速度の検出感度を調整することが可能になるとともに、検出感度を向上させることが可能になる。【０１２８】
また、上記第２実施形態では、メタル層をアルミニウムから構成した例について説明したが、本発明はこれに限らず、アルミニウム以外の金属からメタル層を構成してもよい。【０１２９】
また、上記第２実施形態では、４つの梁部によってプルーフマスを支持する構成について示したが、本発明はこれに限らず、セラミック基板の上面に対して平行な所定方向に、プルーフマスを移動させることが可能であれば、プルーフマスを支持する梁部の構成は、上記実施形態による構成以外の構成であってもよい。たとえば、図４５に示すように、プルーフマス３４を支持する梁部３９を、矢印Ｘ方向に撓むように構成してもよい。【０１３０】
また、上記第２実施形態では、加速度センサを、セラミック基板の上面に対して平行な矢印Ｘ方向の加速度を検出可能に構成した例について説明したが、本発明はこれに限らず、１つのセラミック基板上に複数の加速度センサを形成することによって、複数方向の加速度を同時に検出可能に構成してもよい。たとえば、図４６に示すように、少なくとも、セラミック基板１の上面に対して平行な矢印Ｘ方向および矢印Ｙ方向の加速度をそれぞれ検出する２つの加速度センサ６０と、セラミック基板１の上面に対して垂直方向の加速度を検出する加速度センサ５０とを、１つのセラミック基板１上に形成することによって、３軸方向の加速度を同時に検出可能に構成してもよい。また、図４６に示すように、リファレンスとして、プルーフマスが移動しない加速度センサ７０をさらに設けてもよい。このように構成した場合には、加速度の検出精度をより向上させることが可能となる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【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】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【国際調査報告】
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