(57)【要約】  慣性力センサは、基部と、基部に設けられた接続用電極と、基部に支持された可撓部と、可撓部の上面に設けられた駆動部と、可撓部の上面に設けられた検出部と、駆動部と検出部とのうちの一方の上面に配された層間絶縁層と、層間絶縁層の上面を経由して駆動部と検出部とのうちの他方を接続用電極に電気的に接続する配線とを備える。この慣性力センサは、感度を向上できるとともに、小型である。
2013132830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、
前記基部に設けられた第１の接続用電極と、
前記基部に支持された可撓部と、
前記可撓部の上面に設けられ、前記可撓部を励振する駆動部と、
前記可撓部の前記上面に設けられ、前記可撓部の変位を検知する第１の検出部と、
前記駆動部と前記第１の検出部とのうちの一方の上面に配された第１の層間絶縁層と、
前記第１の層間絶縁層の上面を経由して、前記駆動部と前記第１の検出部とのうちの他方を前記第１の接続用電極に電気的に接続する第１の配線と、
を備えた慣性力センサ。
【請求項２】
前記駆動部と前記第１の検出部とのうちの前記一方は、前記可撓部に沿って前記駆動部と前記第１の検出部とのうちの前記他方と前記基部との間に位置する、請求項１に記載の慣性力センサ。
【請求項３】
前記可撓部の前記上面に設けられ、前記可撓部の変位を検知する第２の検出部と、
前記第２の検出部の上面に配された第２の層間絶縁層と、
をさらに備え、
前記第１の配線は前記第２の層間絶縁層の上面を経由して前記第１の検出部と前記駆動部とのうちの前記他方を前記第１の接続用電極に電気的に接続する、請求項１に記載の慣性力センサ。
【請求項４】
前記基部に設けられた第２の接続用電極と、
前記第２の層間絶縁層の前記上面を経由して、前記第１の検出部と前記駆動部とのうちの前記一方を前記第２の接続用電極に電気的に接続する第２の配線と、
をさらに備えた、請求項３に記載の慣性力センサ。
【請求項５】
前記可撓部の前記上面に設けられ、前記可撓部の変位を検知する第３の検出部と、
前記第３の検出部の上面に配された第３の層間絶縁層と、
前記基部に設けられた第３の接続用電極と、
前記第３の層間絶縁層の前記上面を経由して、前記第２の検出部を前記第３の接続用電極に電気的に接続する第３の配線と、
をさらに備えた、請求項４に記載の慣性力センサ。
【請求項６】
前記第１の配線は前記第１の層間絶縁層の前記上面と前記第２の層間絶縁層の前記上面と前記第３の層間絶縁層の前記上面とを経由して前記第１の検出部と前記駆動部とのうちの前記他方を前記第１の接続用電極に電気的に接続し、
前記第２の配線は前記第２の層間絶縁層の前記上面と前記第３の層間絶縁層の前記上面とを経由して前記第１の検出部と前記駆動部とのうちの前記一方を前記第２の接続用電極に電気的に接続する、請求項５に記載の慣性力センサ。
【請求項７】
前記第１の層間絶縁層と前記第２の層間絶縁層と前記第３の層間絶縁層とは繋がっている、請求項５または６に記載の慣性力センサ。
【請求項８】
前記第１の接続用電極と前記第２の接続用電極の少なくとも一方は、
第１の圧電層と、
前記第１の圧電層の一部を覆う絶縁層と、
前記絶縁層上に配された電極層と、
を有する、請求項４に記載の慣性力センサ。
【請求項９】
前記第１の検出部と前記第２の検出部とは互いに大きさが異なる、請求項８に記載の慣性力センサ。
【請求項１０】
前記第１の検出部と前記第２の検出部のそれぞれは、
第２の圧電層と、
前記第２の圧電層上に配された電極層と、
を有する、請求項８に記載の慣性力センサ。
【請求項１１】
前記可撓部に設けられ、前記可撓部の変位を検出する第３の検出部と、
前記基部に設けられ、前記第３の検出部と電気的に接続された第３の接続用電極と、
をさらに備えた、請求項８に記載の慣性力センサ。
【請求項１２】
前記可撓部は、
梁部と、
前記梁部に接続されたアームと、
を有する、請求項８に記載の慣性力センサ。
【請求項１３】
前記基部に設けられた第２の接続用電極と、
前記第１の配線の上面に配された第３の層間絶縁層と、
前記第３の層間絶縁層の前記上面を経由して、前記第１の検出部と前記駆動部とのうちの前記一方を前記第２の接続用電極に電気的に接続する第２の配線と、
をさらに備えた、請求項３に記載の慣性力センサ。
【請求項１４】
前記第３の層間絶縁層内に設けられた金属層をさらに備えた、請求項１３に記載の慣性力センサ。
【請求項１５】
前記金属層は基準電位に接続される、請求項１４に記載の慣性力センサ。
【請求項１６】
前記第１の層間絶縁層には、前記第１の検出部と前記駆動部とのうちの前記一方を前記第１の層間絶縁層から露出させる孔が設けられている、請求項１に記載の慣性力センサ。
【請求項１７】
前記第２の層間絶縁層は前記第１の層間絶縁層に繋がっている、請求項３から１６のうちのいずれか一項に記載の慣性力センサ。
【請求項１８】
前記駆動部と前記第１の検出部のそれぞれは、
前記可撓部の前記上面に設けられた下部電極と、
前記下部電極の上面に設けられた圧電層と、
前記圧電層の上面に設けられた上部電極と、
を有する、請求項１に記載の慣性力センサ。
【請求項１９】
前記圧電層の側面は前記第１の層間絶縁層に覆われている、請求項１８に記載の慣性力センサ。
【請求項２０】
前記可撓部に接続された錘をさらに備えた、請求項１に記載の慣性力センサ。
【請求項２１】
前記錘上には前記第１の層間絶縁層が延びていない、請求項２０に記載の慣性力センサ。
【請求項２２】
前記第１の層間絶縁層はＡｌ２Ｏ３よりなる層を含む、請求項１に記載の慣性力センサ。
【請求項２３】
前記第１の層間絶縁層はＡＬＤ法を用いて形成されている、請求項１に記載の慣性力センサ。
【請求項２４】
前記第１の層間絶縁層は、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯ２のいずれかからなる層を含む、請求項１に記載の慣性力センサ。
【請求項２５】
前記第１の層間絶縁層内に設けられた金属層をさらに備えた、請求項１に記載の慣性力センサ。
【請求項２６】
前記金属層は基準電位に接続される、請求項２５に記載の慣性力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機、自動車、ロボット、船舶、車両等の移動体の姿勢制御やナビゲーション等、各種電子機器に用いる慣性力を検出する慣性力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
図２３は従来の慣性力センサ１０１の平面図である。慣性力センサ１０１は、基部１０２と、基部１０２に懸架された縦梁部１０３と、縦梁部１０３に支持された横梁部１０４と、横梁部１０４に支持されたアーム１０５、１０６、１０７、１０８と、アーム１０５、１０６、１０７、１０８のそれぞれに接続された錘１０９と、アーム１０５、１０６、１０７、１０８を駆動させる駆動部１１０と、アーム１０５、１０６、１０７、１０８の変位を検出する検出部１１１、１１２、１１３と、駆動部１１０、検出部１１１、１１２、１１３のそれぞれから引き出された配線と、それらの配線を介して駆動部１１０、検出部１１１、１１２、１１３のそれぞれと電気的に接続される接続用電極１１４とを備える。【０００３】
互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸において、横梁部１０４はＸ軸方向に延びる。アーム１０５、１０６、１０７、１０８のそれぞれの一端は、横梁部１０４に支持されてＹ軸方向に延出する。駆動部１１０はアーム１０５、１０６、１０７、１０８をＸＹ平面内で駆動させる。検出部１１１、１１２、１１３はアーム１０５、１０６、１０７、１０８のＸ軸、Ｙ軸、又はＺ軸方向の変位を検出する。【０００４】
図２４は、図２３に示す慣性力センサ１０１のアーム１０５の拡大図である。駆動部１１０から引き出された配線１１５は、アーム１０５上では検出部１１１と併設され、横梁部１０４上では検出部１１２と併設される。また。検出部１１１から引き出された配線１１６は、横梁部１０４上で検出部１１２と併設される。なお、アーム１０６、１０７、１０８上の配線も、アーム１０５と同様の構成である。【０００５】
図２５は、図２４に示す慣性力センサ１０１のアーム１０５の線２５−２５における断面図である。慣性力センサ１０１では、配線１１５は上部電極層１１９、圧電層１１７、下部電極層１１８からなる積層構造で形成されている。【０００６】
なお、慣性力センサ１０１に類似する従来の慣性力センサが、例えば、特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２０１１／０９３０７７号
【発明の概要】
【０００８】
慣性力センサは、基部と、基部に設けられた接続用電極と、基部に支持された可撓部と、可撓部の上面に設けられた駆動部と、可撓部の上面に設けられた検出部と、駆動部と検出部とのうちの一方の上面に配された層間絶縁層と、層間絶縁層の上面を経由して駆動部と検出部とのうちの他方を接続用電極に電気的に接続する配線とを備える。
【０００９】
この慣性力センサは、感度を向上できるとともに、小型である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は実施の形態１における慣性力センサの平面図である。
【図２】図２は実施の形態１における慣性力センサの拡大平面図である。
【図３】図３は図２に示す慣性力センサの線３−３における断面図である。
【図４】図４は実施の形態１における慣性力センサの温度特性を示す図である。
【図５】図５は実施の形態１における慣性力センサの熱疲労特性を示す図である。
【図６】図６は実施の形態１における他の慣性力センサの断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは図２に示す慣性力センサの線７Ａ−７Ａにおける断面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは実施の形態１におけるさらに他の慣性力センサの断面図である。
【図８Ａ】図８Ａは実施の形態１におけるさらに他の慣性力センサの断面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは実施の形態１におけるさらに他の慣性力センサの断面図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは実施の形態１におけるさらに他の慣性力センサの断面図である。
【図９】図９は図２に示す慣性力センサの線９−９における断面図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは図２に示す慣性力センサの線１０Ａ−１０Ａにおける断面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは実施の形態１におけるさらに他の慣性力センサの断面図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは実施の形態１におけるさらに他の慣性力センサの断面図である。
【図１１】図１１は実施の形態１におけるさらに他の慣性力センサの平面図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは実施の形態１における慣性力センサの動作を表す模式図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは実施の形態１における慣性力センサの動作を表す模式図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは実施の形態１における慣性力センサの製造工程を示す図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは比較例１の慣性力センサの製造工程を示す図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは実施の形態１における慣性力センサの製造工程を示す平面図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは実施の形態１における慣性力センサの製造工程を示す平面図である。
【図１４Ｃ】図１４Ｃは実施の形態１における慣性力センサの製造工程を示す平面図である。
【図１４Ｄ】図１４Ｄは実施の形態１における慣性力センサの製造工程を示す平面図である。
【図１４Ｅ】図１４Ｅは実施の形態１における慣性力センサの製造工程を示す平面図である。
【図１４Ｆ】図１４Ｆは実施の形態１における慣性力センサの製造工程を示す平面図である。
【図１５】図１５は実施の形態１におけるさらに他の慣性力センサの平面図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは実施の形態１におけるさらに他の慣性力センサの平面図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは実施の形態１におけるさらに他の慣性力センサの平面図である。
【図１７】図１７は実施の形態２における慣性力センサの平面図である。
【図１８Ａ】図１８Ａは実施の形態３における慣性力センサの平面図である。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは図１８Ａに示す慣性力センサの線１８Ｂ−１８Ｂにおける断面図である。
【図１９】図１９は図１８Ａに示す慣性力センサの線１９−１９における断面図である。
【図２０】図２０は図１８Ａに示す慣性力センサの線２０−２０における断面図である。
【図２１Ａ】図２１Ａは実施の形態３における慣性力センサの製造工程を示す図である。
【図２１Ｂ】図２１Ｂは比較例２の慣性力センサの製造工程を示す図である。
【図２２】図２２は実施の形態４における慣性力センサの平面図である。
【図２３】図２３は従来の慣性力センサの平面図である。
【図２４】図２４は従来の慣性力センサのアームの平面図である。
【図２５】図２５は図２４に示す慣性力センサのアームの線２５−２５における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（実施の形態１）
図１は実施の形態１における慣性力センサ２０１の平面図である。慣性力センサ２０１は角速度を検出する慣性力センサである。図１において、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を定義する。さらに、Ｘ軸とＹ軸とを含むＸＹ平面を定義する。慣性力センサ２０１は、基部２０２と、基部２０２に接続された梁部２０５と、梁部２０５に一端が支持されたアーム２０６、２０７、２０８、２０９と、アーム２０６、２０７、２０８、２０９それぞれに接続された錘２１０と、アーム２０６、２０７、２０８、２０９上の錘２１０側にそれぞれ設けられた駆動部２１１と、アーム２０６の梁部２０５（基部２０２）側に設けられた検出部２１２と、梁部２０５上に設けられた検出部２１３と、梁部２０５上に設けられた検出部２１４と、駆動部２１１や検出部２１２、２１３、２１４のそれぞれと電気的に接続される接続用電極２１５とを備えている。駆動部２１１はアーム２０６、２０７、２０８、２０９それぞれをＸＹ平面と平行な方向に駆動し振動させる。検出部２１２は、慣性力センサ２０１に印加されたＺ軸周りの角速度により発生する慣性力を検出する。検出部２１３は、慣性力センサ２０１に印加されたＹ軸周りの角速度により発生する慣性力を検出する。検出部２１４は、慣性力センサ２０１に印加されたＸ軸周りの角速度により発生する慣性力を検出する。慣性力センサ２０１は、駆動部２１１や検出部２１２、２１３、２１４の少なくとも一部を覆う層間絶縁層と、駆動部２１１や検出部２１２、２１３、２１４それぞれから引き出された配線とをさらに備える。それらの配線は層間絶縁層上に設けられている。接続用電極２１５はそれらの配線を介して駆動部２１１や検出部２１２、２１３、２１４のそれぞれと電気的に接続される。梁部２０５とアーム２０６〜２０９は撓むことができる可撓部２５１を構成する。
【００１２】
図２は慣性力センサ２０１のアーム２０６の拡大平面図である。上記の配線は、駆動部２１１から引き出された配線２１６と、検出部２１２から引き出された配線２１７とを含む。
【００１３】
図３は図２に示す慣性力センサ２０１の線３−３における断面図であり、アーム２０６の断面を示す。アーム２０６の上面には検出部２１２が設けられている。検出部２１２の上面には層間絶縁層２１８が設けられている。駆動用配線２１６は層間絶縁層２１８の上面に配される。この構成によれば、駆動用配線２１６を層間絶縁層２１８上に形成しているので、アーム２０６の上面および梁部２０５の上面に駆動用配線２１６と検出部とが同一平面上に並列して設けられた慣性力センサに比べて、検出部２１２、２１３、２１４の面積を大きくとることができ、慣性力センサ２０１の高感度化を実現することができる。また、アーム２０６上および梁部２０５上における駆動部２１１や検出部２１２、２１３、２１４の面積比率を向上することができるので、小型な慣性力センサ２０１を得ることができる。同時に、比誘電率の小さな層間絶縁層２１８上に配線を引き回すことで、配線容量を低減することができる。従って、配線に起因して生じる不要信号の発生を抑制でき、結果、慣性力センサ２０１のＳ／Ｎ比を向上することができる。また、配線容量が低減されることで慣性力センサ２０１のノイズレベルを下げて良化することができる。この点について詳細に説明する。
【００１４】
駆動部２１１、検出部２１２、２１３、２１４はそれぞれ可撓部２５１（梁部２０５またはアーム２０６）の上面に設けられた下部電極層２２８と、下部電極層２２８の上面に設けられた圧電層２２０と、圧電層２２０の上面に設けられた上部電極層２２７よりなる。上部電極層２２７の上面は駆動部２１１、検出部２１２、２１３、２１４の上面を構成する。駆動部２１１、検出部２１２、２１３、２１４の面積が大きい程、圧電効果および逆圧電効果を有効に利用することができるので、慣性力センサ２０１としての駆動効率及び／または検出感度を向上することができる。
【００１５】
下部電極層２２８は、例えば、銅、銀、金、チタン、タングステン、白金、クロム、モリブデンの少なくとも一種からなる単体金属、又はこれらを主成分とする合金又はそれらの金属が積層された構成からなる。好ましくは、下部電極層２２８をＴｉまたはＴｉＯｘを含む白金（Ｐｔ）で形成することにより、高い導電度と高温酸化雰囲気での高い安定性が得られる。なお、下部電極層２２８の上面に、例えば、チタン酸塩（ＰｂＴｉＯ３）からなる配向制御層など、他の層が形成されていてもよい。実施の形態１では、下部電極層２２８の厚みは１００ｎｍ〜５００ｎｍである。
【００１６】
圧電層２２０は、例えば、酸化亜鉛、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、又はニオブ酸カリウム等の圧電材料よりなる。好ましくは、圧電層２２０をジルコニウム酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）で形成することにより、圧電特性の良い慣性力センサ２０１を実現することができる。なお、圧電層２２０の上面にチタン（Ｔｉ）からなる密着層など、他の層が形成されていてもよい。
【００１７】
上部電極層２２７は、例えば、銅、銀、金、チタン、タングステン、白金、クロム、モリブデンの少なくとも一種からなる単体金属、又はこれらを主成分とする合金又はそれらの金属が積層された構成からなる。好ましくは、上部電極層２２７を金（Ａｕ）で形成することにより、熱、湿気、酸素など、ほとんどの化学的腐食に対して非常に強くすることができる。実施の形態１では、上部電極層２２７の厚みは１００ｎｍ〜２０００ｎｍである。
【００１８】
図４は慣性力センサ２０１の温度特性ＰＴ１を示す特性図であり、従来の慣性力センサ１０１の温度特性ＰＴ２を併せて示す。図４において、横軸は慣性力センサの周囲の環境温度を示し、縦軸は慣性力（角速度）を印加しないときすなわち静止している慣性力センサの出力であるゼロ点出力の変動量を示す。環境温度を−４０℃から８０℃まで変化させた際の、慣性力センサの静止状態における出力を測定した。
【００１９】
図４に示すように、従来の慣性力センサ１０１の温度特性ＰＴ２では、環境温度の変化に応じて慣性力センサ１０１のゼロ点出力が大きく変動している。一方、実施の形態１における慣性力センサ２０１の温度特性ＰＴ１では、ゼロ点出力の変動が大幅に抑制されている。これは、層間絶縁層２１８を設けることで、駆動用配線２１６と検出部との間の容量結合を低減できることに起因すると考えられる。すなわち、従来の配線構造では圧電層１１７の比誘電率が大きいために配線１１５と検出部との間の容量結合が大きくなり、この駆動部と検出部との間の容量結合が温度変化に起因して変動するためにゼロ点の変動が大きくなるものと考えられる。これに対して、慣性力センサ２０１では、層間絶縁層２１８上に配線を引き回しているために、駆動用配線２１６と検出部との間の容量結合が小さくなり、結果、この間の容量結合が温度変化に伴って変動する変化量も小さくなることで、ゼロ点出力の変動が大幅に抑制されているものと考えられる。
【００２０】
図５は慣性力センサ２０１の熱疲労特性ＰＨ１を示す特性図であり、従来の慣性力センサ１０１の熱疲労特性ＰＨ２を併せて示す。図５において、横軸は慣性力センサに与えられた熱サイクルの回数を示し、縦軸は慣性力（角速度）を印加しないときすなわち静止している慣性力センサの出力であるゼロ点出力の変動量を示す。慣性力センサには、−４０℃から１５０℃まで温度を変化させる熱サイクルが複数回与えられ、与えられた熱サイクルの回数と静止状態における慣性力センサ２０１の出力との関係を測定した。
【００２１】
図５に示すように、従来の慣性力センサ１０１では、熱サイクル数の増加に応じてゼロ点出力が変動している。一方、実施の形態１における慣性力センサ２０１では、熱サイクル後においてもゼロ点出力の変動が大幅に抑制されている。これは、層間絶縁層２１８を設けることで、容量結合の変化を低減できることに起因すると考えられる。すなわち、従来の配線構造では圧電層１１７が熱サイクルの影響によりその特性が変動するため、容量結合もそれに伴って変動する。結果、熱サイクル後にゼロ点出力が変動するものと考えられる。これに対して、慣性力センサ２０１では、層間絶縁層２１８が熱サイクルの影響によりその特性が変動しても、層間絶縁層の誘電率は圧電材料に比較して大幅に小さいために、容量結合の変化も小さくなる。結果、熱サイクル後におけるゼロ点出力の変動が抑制されるものと考えられる。
【００２２】
更には、慣性力センサ２０１では配線２１６、２１７が層間絶縁層２１８を介して検出部２１２の上方に配されているので、駆動部２１１および検出部２１２の強度を高めることができ、慣性力センサ２０１の信頼性を向上することができる。より具体的に説明すると、従来の慣性力センサ１０１では、アーム２０６が振動することにより生じる応力が、駆動部２１１や検出部２１２にクラックやヒロック等の欠陥を引き起こし、信頼性低下を引き起こす場合がある。しかし、慣性力センサ２０１では、層間絶縁層２１８及び配線２１６、２１７が、駆動部２１１や検出部２１２を保護するので、駆動部２１１や検出部２１２の信頼性を向上することができる。その結果、慣性力センサ２０１の信頼性を向上することができる。この構成は、図２に示す領域Ｐ１等の応力が集中する部において特に有効である。
【００２３】
駆動用配線２１６および検出用配線２１７は上部電極層２２７と下部電極層２２８から引き出され、圧電層２２０の圧電効果および逆圧電効果を利用できるように形成される。ただし、駆動用配線２１６および検出用配線２１７において、下部電極層２２８は可能な範囲で共通化することが出来る。
【００２４】
層間絶縁層２１８の上面において配線２１６、２１７を引き回す経路は、配線２１６、２１７間の容量結合を打ち消すことができるように設けることが望ましい。具体的な一例について説明する。
【００２５】
図６は、実施の形態１における他の慣性力センサ２０１ａの断面図である。図６において、図１から図３に示す慣性力センサ２０１と同じ部分には同じ参照番号を付す。
【００２６】
図６に示す慣性力センサ２０１ａは、層間絶縁層２１８内に設けられた金属層２３１（グランド層）をさらに備える。より詳細には、層間絶縁層２１８は層間絶縁層２１８ａ、２１８ｂよりなり、慣性力センサ２０１ａは、検出部２１２の上面に配された層間絶縁層２１８ａと、層間絶縁層２１８ａの上面に配された金属層２３１と、金属層２３１の上面に配された層間絶縁層２１８ｂとを備え、駆動用配線２１６は層間絶縁層２１８ｂの上面に配されている。金属層２３１は配線を介してグランド電位等の基準電位に接続される。
【００２７】
図６に示す慣性力センサ２０１ａでは、図３に示す慣性力センサ２０１による効果に加えて、配線間の容量結合を打ち消すこともできるので、慣性力センサ２０１ａのＳ／Ｎ比をさらに向上することができる。
【００２８】
図７Ａは、図２に示す慣性力センサ２０１の線７Ａ−７Ａにおける断面図である。駆動用配線２１６及び検出用配線２１７は層間絶縁層２１８の上面に配されている。さらに、駆動用配線２１６及び検出用配線２１７は互いに交互に配置されており、すなわち、互いに逆位相となる信号が流れる配線が交互に配置されている。この構成によれば、図３で説明した効果に加えて、慣性力センサのＳ／Ｎ比を更に向上することができる。これは、配線間の容量結合を打ち消すことができるためである。
【００２９】
図７Ｂは実施の形態１におけるさらに他の慣性力センサ２０１ｂの断面図である。図７Ｂにおいて、図１から図３や図７Ａに示す慣性力センサ２０１と同じ部分には同じ参照番号を付す。図７Ｂに示す慣性力センサ２０１ｂでは、層間絶縁層２１８は、検出部２１３の上面に配された層間絶縁層２１８ａと、層間絶縁層２１８ａの上面に配された層間絶縁層２１８ｂよりなる。駆動用配線２１６は層間絶縁層２１８ａの上面に配されている。層間絶縁層２１８ｂは駆動用配線２１６の上面に配されている。検出用配線２１７は層間絶縁層２１８ｂの上面に配されている。この構成によれば、図７Ａで示す慣性力センサ２０１で得られる効果に加えて、容量結合を更に低減することができる。これは、図７Ａで示す慣性力センサ２０１に比較して、図７Ｂに示す慣性力センサ２０１ｂでは駆動用配線２１６と検出用配線２１７との距離を大きくすることができる為である。
【００３０】
図８Ａは実施の形態１におけるさらに他の慣性力センサ２０１ｃの断面図である。図８Ａにおいて、図１から図３や図７Ａに示す慣性力センサ２０１と同じ部分には同じ参照番号を付す。慣性力センサ２０１ｃは、層間絶縁層２１８内に設けられた金属層２３１（グランド層）をさらに備える。より詳細には、層間絶縁層２１８は、検出部２１３の上面に配された層間絶縁層２１８ａと、金属層２３１の上面に配された層間絶縁層２１８ｂよりなる。金属層２３１は層間絶縁層２１８ａの上面に配されている。駆動用配線２１６と検出用配線２１７は、層間絶縁層２１８ｂの上面に配されている。金属層２３１は配線を介してグランド電位等の基準電位に接続される。
【００３１】
慣性力センサ２０１ｃでは、図７Ａで示す慣性力センサ２０１で得られる効果に加えて、容量結合を更に低減することができる。これは、検出用配線２１７及び駆動用配線２１６のそれぞれと、検出部２１３の間の容量結合が金属層２３１により低減されるためである。
【００３２】
図８Ｂは実施の形態１におけるさらに他の慣性力センサ２０１ｄの断面図である。図８Ｂにおいて、図１から図３や図７Ａに示す慣性力センサ２０１と同じ部分には同じ参照番号を付す。慣性力センサ２０１ｄは、層間絶縁層２１８内に設けられた金属層２３１（グランド層）をさらに備える。より詳細には、層間絶縁層２１８は、検出部２１３の上面に配された層間絶縁層２１８ａと、金属層２３１の上面に配された層間絶縁層２１８ｂと、層間絶縁層２１８ｂの上面に配された層間絶縁層２１８ｃよりなる。金属層２３１は層間絶縁層２１８ａの上面に配されている。駆動用配線２１６は層間絶縁層２１８ｂの上面に配されている。層間絶縁層２１８ｃは駆動用配線２１６の上面に配されている。検出用配線２１７は層間絶縁層２１８ｃの上面に配されている。金属層２３１は配線を介してグランド等の基準電位に接続される。
【００３３】
慣性力センサ２０１ｄでは、図７Ｂで示す慣性力センサ２０１ａで得られる効果に加えて、検出用配線２１７及び駆動用配線２１６のそれぞれと、検出部２１３の間の容量結合を更に低減することができる。
【００３４】
図８Ｃは実施の形態１におけるさらに他の慣性力センサ２０１ｅの断面図である。図８Ｃにおいて、図１から図３や図７Ａに示す慣性力センサ２０１と同じ部分には同じ参照番号を付す。慣性力センサ２０１ｅは、層間絶縁層２１８内に設けられた複数の金属層２３１ａ、２３１ｂ（グランド層）をさらに備える。より詳細には、層間絶縁層２１８は、検出部２１３の上面に配された層間絶縁層２１８ａと、金属層２３１ａの上面に配された層間絶縁層２１８ｂと、層間絶縁層２１８ｂの上面に配された層間絶縁層２１８ｃと、金属層２３１ｂの上面に配された層間絶縁層２１８ｄよりなる。金属層２３１ａは層間絶縁層２１８ａの上面に配されている。駆動用配線２１６は、層間絶縁層２１８ｂの上面に配されている。層間絶縁層２１８ｃは駆動用配線２１６の上面に配されている。金属層２３１ｂは、層間絶縁層２１８ｃの上面に配されている。検出用配線２１７は、層間絶縁層２１８ｄの上面に配されている。金属層２３１ａ、２３１ｂの少なくとも一方は配線を介してグランド電位等の基準電位に接続される。
【００３５】
なお、図７Ｂおよび図８Ｂに示す慣性力センサ２０１ｂ、２０１ｄでは、駆動用配線２１６の上方に検出用配線２１７が配されているが、検出用配線２１７と駆動用配線２１６とを入れ替えて、検出用配線２１７の上方に駆動用配線２１６が配されていてもよい。駆動用配線２１６の上方に検出用配線２１７が配されている場合には、容量をさらに低減することができる。これは、検出用配線２１７が、層間絶縁層２１８よりも更に小さい誘電率を有する空気あるいは真空に暴露していることにより、更に容量結合を低減することができるためである。
【００３６】
接続用電極２１５が設けられる基部２０２と、可撓部２５１（アーム２０６、梁部２０５）の上面であって検出部２１２や駆動部２１１を設けない領域においては圧電層２２０を設けず、層間絶縁層２１８は基部２０２や可撓部２５１（アーム２０６、梁部２０５）の上面に設けられることが好ましい。配線２１６、２１７は層間絶縁層２１８の上面に設けられている。この構成によれば、配線２１６、２１７や接続用電極２１５が圧電層２２０の上方を通らないので、慣性力センサ２０１の配線および接続用電極２１５で発生する不要信号成分（ノイズ）を抑制することができ、慣性力センサ２０１の感度を向上することができる。
【００３７】
図９は図２に示す慣性力センサ２０１の線９−９における断面図である。層間絶縁層２１８はアーム２０６の上面に設けられており、層間絶縁層２１８の上面に配線２１６、２１７が設けられている。この構成によれば、配線２１６および２１７が圧電層２２０の上方を通らないので、慣性力センサ２０１の駆動時の漏れ振動に起因する不要信号成分（ノイズ）を抑制することができる。従って、慣性力センサ２０１の感度を向上することができる。
【００３８】
また、検出部２１２の配線である検出用配線２１７は、検出部２１３、検出部２１４の上に設けられた層間絶縁層２１８上を引き回される。この構成によれば、縦梁部２０３、横梁部２０４上に検出部２１２と各検出部とを並列して設ける場合に比べて、検出部２１３、検出部２１４の面積を大きくとることができ、慣性力センサ２０１の高感度化を実現することが可能となる。また、アーム２０６上および梁部２０５上における駆動部２１１や検出部２１２、２１３、２１４の面積比率を向上することができるので、小型な慣性力センサ２０１を得ることができる。
【００３９】
また、検出部２１３および検出部２１４から引き出される配線についても、検出部２１２と同様の配置で引き回すことにより、各検出部の面積を大きく取ることができ、慣性力センサ２０１の高感度化を実現することが可能となる。また、アーム２０６上および梁部２０５上における駆動部２１１や検出部２１２、２１３、２１４の面積比率を向上することができるので、小型な慣性力センサ２０１を得ることができる。
【００４０】
以下、各構成要素について説明する。
【００４１】
梁部２０５は、基部２０２にＹ軸と平行に懸架された一対の縦梁部２０３と、一対の縦梁部２０３に懸架された横梁部２０４とからなる。
【００４２】
一対の縦梁部２０３はＹ軸と平行に延びており、両端が基部２０２に接続されることにより基部２０２に懸架されている。これにより、縦梁部２０３はＺ軸の方向に撓むことができる。また、一対の縦梁部２０３は、慣性力センサ２０１の中心を通りＹ軸に平行な軸に関して互いに対称である。これにより、慣性力センサ２０１に与えられた角速度に対して、一対の縦梁部２０３のそれぞれに生じる撓みは実質的に同一になる。
【００４３】
横梁部２０４はＸ軸と平行に延びており、両端が一対の縦梁部２０３のそれぞれの実質的に中点に接続されている。これにより、横梁部２０４はＺ軸方向に撓むことができる。なお、基部２０２、縦梁部２０３、横梁部２０４の表面には、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）からなるバリア層や、チタン（Ｔｉ）からなる密着層など、他の層が形成されていても良い。
【００４４】
アーム２０６、２０７、２０８、２０９は、Ｘ軸の方向、Ｙ軸の方向及びＺ軸の方向に撓むことができ、アーム２０６とアーム２０７とは、Ｙ軸に平行な軸に関して互いに対称である。アーム２０８とアーム２０９とは、Ｙ軸に平行な軸に関して互いに対称である。アーム２０６とアーム２０９とは、Ｘ軸に平行な軸に関して互いに対称である。アーム２０７とアーム２０８とは、Ｘ軸に平行な軸に関して互いに対称である。この構造により、慣性力センサ２０１に与えられた角速度に対して、アーム２０６〜２０９は、実質的に同一の振幅で撓むようになる。
【００４５】
梁部２０５、錘２１０及びアーム２０６〜２０９は、例えば、ダイヤモンド、溶融石英、アルミナ、ステンレス、ポリマー、又はＧａＡｓ等の非圧電材料を用いて形成されている。特に、梁部２０５、錘２１０及びアーム２０６〜２０９にシリコンを用いることにより、微細加工技術を用いて非常に小型の慣性力センサ２０１を形成することが可能となるとともに、回路を構成する集積回路（ＩＣ）と一体に形成することも可能となる。
【００４６】
駆動部２１１は、アームをＸＹ平面と平行に駆動し振動させる。検出部２１２はＺ軸周りの角速度により発生する慣性力を検出する。検出部２１３はＹ軸周りの角速度により発生する慣性力を検出する。検出部２１４はＸ軸周りの角速度により発生する慣性力を検出する。
【００４７】
接続用電極２１５は、基部２０２の外縁部に設けられている。接続用電極２１５は、駆動用配線２１６および検出用配線２１７により、駆動部２１１および検出部２１２、２１３、２１４と電気的に接続されている。
【００４８】
層間絶縁層２１８は、上部電極層２２７や下部電極層２２８および圧電層２２０やＳｉ上にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＣＳＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などを用いて、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３等で形成される。好ましくは、ＡＬＤ法（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いてＡｌ２Ｏ３よりなる層を形成することにより、各電極層との密着性、カバレッジ性に優れた層間絶縁層２１８を形成することができる。また、ＡＬＤ法を用いたＡｌ２Ｏ３の膜を形成する工程では、強い還元雰囲気とならないので、圧電層２２０に対するダメージを最小限に抑制することが可能となる。
【００４９】
なお、図３に示すように、圧電層２２０の側面にも層間絶縁層２１８が延びていてもよい。この構成によれば、圧電層２２０の側面が大気に暴露することによる劣化、例えば、酸素の浸入による圧電特性の変化を防ぐことができ、慣性力センサ２０１の経時変化を防ぐことができる。
【００５０】
図１０Ａは図２に示す慣性力センサ２０１の線１０Ａ−１０Ａにおける断面図である。層間絶縁層２１８にはその上面から下面まで貫通するコンタクトホール２２９が形成されている。コンタクトホール２２９の内壁面には、層間絶縁層２１８の上面に設けられた配線２１７を層間絶縁層２１８の下面に設けられた検出部２１２に接続するビア導体２２９ａが設けられている。同様に、層間絶縁層２１８の上面に設けられた配線２１６、２１７は、層間絶縁層２１８を貫通するコンタクトホール２２９の内壁面に設けられたビア導体２２９ａにより検出部２１３、２１４や駆動部２１１に接続されている。層間絶縁層２１８は、配線を電気的に接続ができる範囲で、できるだけ厚く形成することが望ましい。この構成によれば、上部電極層２２８と配線２１６、２１７との容量結合を低減することができるので、慣性力センサ２０１の感度を向上することができる。
【００５１】
なお、錘２１０の上面には層間絶縁層２１８が延びておらず設けられていなくてもよい。この構成によれば、アーム２０６〜２０９の不要振動に起因する不要信号のオフセット及びその温度ドリフトを低減するために、レーザー等により錘２１０を切削加工してのトリミングを容易に行うことができる。
【００５２】
図１０Ｂは実施の形態１におけるさらに他の慣性力センサ２０１ｆの断面図である。図１０Ｂにおいて、図３に示す慣性力センサ２０１と同じ部分には同じ参照番号を付す。図１０Ｂに示す慣性力センサ２０１ｆの層間絶縁層２１８には、検出部２１２の上部電極層２２７を層間絶縁層２１８から露出させる孔２１８ｐが設けられている。層間絶縁層２１８には、他の検出部２１３、２１４や駆動部２１１の上部電極を層間絶縁層２１８露出させる孔２１８ｐと同様の孔が設けられていてもよい。駆動部２１１や検出部２１２〜２１４はそれぞれ上部電極層２２７と下部電極層２２８との間に形成される静電容量を有する。アーム２０６〜２０９に駆動部２１１が設けられた場合、アーム２０６〜２０９に設けられた駆動部２１１で静電容量が大きく異なると、同じ駆動信号を駆動部２１１に供給してもアーム２０６〜２０９を互いに同期して振動できなくなる場合がある。また、可撓部２５１の様々な位置に設けられた検出部２１２〜２１４の静電容量が互いに大きく異なると検出部２１２〜２１４から出力される信号の振幅や位相がばらつく場合がある。したがって、駆動部２１１や検出部２１２〜２１４の上部電極層２２７を切削してトリミングすることで、それらの静電容量を独立して調整し、そのばらつきを低減することができる。慣性力センサ２０１ｆでは、駆動部２１１や検出部２１２〜２１４の上部電極層２２７の切削の際に層間絶縁層２１８を切削することを防ぐことができ、切削で飛散する層間絶縁層２１８の残滓の発生を防ぐことができる。例えば層間絶縁層２１８の残滓が電極２１５に付着すると電極２１５の接触不良を起こす場合がある。慣性力センサ２０１ｆの信頼性を低下させる接触不良等の問題の発生を防ぐことができる。
【００５３】
図１０Ｃは実施の形態１におけるさらに他の慣性力センサ２０１ｇの断面図である。図１０Ｃにおいて、図３に示す慣性力センサ２０１と同じ部分には同じ参照番号を付す。慣性力センサ２０１ｇでは、層間絶縁層２１８は、可撓部２５１や駆動部２１１、検出部２１２〜２１４の上面に設けられたＡｌ２Ｏ３よりなる下層２１８ｍと、下層２１８ｍの上面に設けられたＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯ２のうちの少なくとも１つよりなる上層２１８ｎからなる積層構造を有する。この構成によれば、それぞれの材料の特性を併せ持つ層間絶縁層２１８を形成できるので、耐薬品性および耐湿性などの耐久性にすぐれた層間絶縁層２１８を得ることができる。
【００５４】
なお、アーム２０６上における駆動部２１１と検出部２１２の配置が逆であっても構わない。つまり、アーム２０６（可撓部２５１）に沿って検出部２１２に比べて駆動部２１１は横梁部２０４の近くに設けられ、駆動部２１１に比べて検出部２１２は錘２１０の近くに設けられていてもよい。この場合には、検出部２１２から引き出される検出用配線２１７が駆動部２１１、検出部２１３、検出部２１４の上方で層間絶縁層２１８の上面を通る。この構成によれば、アーム２０６上に検出用配線２１７と駆動部２１１とを並列して設ける場合に比べて駆動部２１１の面積を大きく取ることができ、慣性力センサ２０１ｇの駆動効率を向上させることができるため、小型な慣性力センサ２０１ｇを得ることができる。
【００５５】
図１１は、実施の形態１におけるさらに他の慣性力センサ２０１ｈの平面図である。図１１において、図２に示す慣性力センサ２０１と同じ部分には同じ参照番号を付す。慣性力センサ２０１ｈでは、駆動部２１１はアーム２０６の延びる方向Ｄ１と直角の幅方向Ｄ２において２つに分割されている。図１１に示すとおり、駆動部２１１は互いに離れたて幅方向Ｄ２に配列されている駆動部２１９、２２１よりなる。駆動部２１９、２２１は駆動用配線２１６を介して圧電層２２０に電圧を印加する。この構成によれば、上下に配置された駆動部２１９、２２１に対して互いに逆相の駆動信号を印加することにより、より効率的にアームをＸＹ平面に駆動させることが可能となり、慣性力センサ２０１ｈの高感度化を実現することが可能となる。
【００５６】
検出部２１２〜２１４についても、ＸＹ平面に平行な方向の可撓部２５１の変位を検出する場合は、それぞれの検出部を可撓部２５１（アーム２０６、梁部２０５）が延びる方向と直角の幅方向に配列された２つの検出部に分割することにより、より効率的に可撓部２５１のＸＹ平面と平行な方向の変位（歪）を検出することが可能となり、慣性力センサ２０１ｈの高感度化を実現することが可能となる。
【００５７】
なお、アーム２０６のＸＹ平面と平行な方向の変位を検出し、その変位に応じたモニタ信号を出力するモニタ部をアーム２０６上に設けてもよい。この場合には、アーム２０６上の駆動部及び／又は検出部から引き出された配線がモニタ部の上面に設けた層間絶縁層２１８上を通っていてもよい。モニタ部は、検出部２１２と同様に、アーム２０６の上面に設けられた下部電極層と、下部電極層の上面に設けられた圧電層と、圧電層の上面に設けられた上部電極層とを有する。この構成によれば、アーム２０６上で配線と駆動部（又は検出部）とを併設する場合に比べて、より大きな面積でモニタ部を形成することができるので、慣性力センサの感度を向上することができる。また、小型な慣性力センサを得ることができる。
【００５８】
なお、モニタ部の上部電極層と下部電極層から引き出された配線が、駆動部及び／又は検出部上の層間絶縁層２１８上を通る構成にしても良い。この構成により、配線と駆動部（又は検出部）とを併設する場合に比べ、より大きな面積で駆動部（又は検出部）を形成できる。その結果、慣性力センサの感度を向上することができる。また、小型なセンサを得ることができる。
【００５９】
なお、角速度を検出するための駆動・検出信号の特性に問題が無い範囲で、配線を同一化してもよい。具体的な一例としては、エッチングを施す位置や形状、駆動部および検出部からの配線の引き出し方法によって、駆動部２１９、２２１の各々の下部電極層から引き出す配線を共通化して同一の配線としたり、検出部２１２、２１３、２１４の各々の下部電極層から引き出す配線を共通化して同一の配線としたりしてもよい。この構成によれば、基部２０２に形成される接続用電極２１５の数を必要最小限に留めることが可能となり、慣性力センサ２０１の小型化を実現することが可能となる。
【００６０】
なお、梁部２０５、錘２１０及びアーム２０６〜２０９を、水晶、ＬｉＴａＯ３又はＬｉＮｂＯ３等の圧電材料を用いて形成しても良い。この場合、例えば、銅、銀、金、チタン、タングステン、白金、クロム、モリブデンの少なくとも一種からなる単体金属、又はこれらを主成分とする合金又はそれらの金属が積層された構成からなる電極層を、これらの圧電材料からなる基部２０２、縦梁部２０３、横梁部２０４、錘２１０及びアーム２０６〜２０９上に設けることにより駆動部２１１、検出部２１２、２１３、２１４を構成することができる。この構成によれば、可撓部２５１（アーム２０６、梁部２０５）上において、駆動用配線と各検出部とを同一平面上に並列して設ける場合に比べて、検出部２１２、２１３、２１４の面積を大きくとることができ、慣性力センサ２０１の高感度化を実現することができる。また、可撓部２５１（アーム２０６、梁部２０５）上における駆動部２１１や検出部２１２、２１３、２１４の面積比率を向上することができるので、小型な慣性力センサ２０１を得ることができる。更には、配線が層間絶縁層２１８を介して検出部２１２の上方に配されているので、駆動部２１１および検出部２１２の強度を高めることができ、慣性力センサ２０１の信頼性を向上することができる。より具体的に説明すると、図２３から図２５に示す従来の慣性力センサ１０１では、アーム２０６が振動することにより生じる応力が、駆動部２１１や検出部２１２にクラックやヒロック等の欠陥を引き起こす場合があり、信頼性低下を引き起こす。しかし、実施の形態１における慣性力センサ２０１では、層間絶縁層２１８及び配線２１６、２１７が駆動部２１１や検出部２１２を保護する機能を持つので、駆動部２１１や検出部２１２の信頼性を向上することができ、その結果、慣性力センサ２０１の信頼性を向上することができる。この構成は、図２に示す領域Ｐ１等の応力が集中する部分において特に有効である。
【００６１】
なお、ここまでの説明では、アーム２０６について説明したが、他のアーム２０７〜２０９でも同様の構成としてもよい。
【００６２】
以下、実施の形態１における慣性力センサ２０１の角速度の検出原理について説明する。
【００６３】
図１２ＡはＺ軸の周りの角速度２２２を検出する動作を示す慣性力センサ２０１の模式平面図である。駆動回路から駆動部２１１に対して駆動信号が与えられることにより、錘２１０にはＸＹ平面内で駆動振動２２３が発生する。慣性力センサ２０１にＺ軸の周りの角速度２２２が与えられると、慣性力（コリオリ力）がＹ軸の方向に発生し、錘２１０に検出振動２２４が発生する。検出振動２２４により検出部２１２から出力される検出信号は、駆動振動２２３と同じ周波数で、かつ、角速度２２２に依存した振幅を有する。従って、この検出信号の大きさを測定することにより、角速度２２２の大きさを検出することができる。
【００６４】
図１２Ｂは、Ｙ軸の周りの角速度２２５を検出する動作を示す慣性力センサ２０１の模式平面図である。Ｙ軸の周りの角速度２２５が入力されると、慣性の力により錘２１０にＺ軸の方向の検出振動２２６が発生する。検出振動２２６により検出部２１３から出力される検出信号は、駆動振動２２３と同じ周波数で、かつ、角速度２２５に依存した振幅を有する。従って、この検出信号の大きさを測定することにより、角速度２２５の大きさを検出することができる。なお、Ｘ軸周りの角速度も、Ｙ軸周りの検出原理と同様にして検出できる。
【００６５】
実施の形態１における慣性力センサ２０１は、角速度とともに、加速度を検出することができる。この場合、アーム２０６、２０７、２０８、２０９に加速度を検出する加速度検出部が設けられている。加速度検出部は、例えば、アーム２０６、２０７、２０８、２０９上に設けられて、歪によって抵抗値が変化する歪抵抗素子よりなる。歪抵抗素子は、加速度に起因したアーム２０６、２０７、２０８、２０９の歪を検出することにより加速度を検出する。具体的には、例えば、Ｘ軸方向に加速度が生じると、錘がＸ軸方向に変位するので、アーム２０６、２０７、２０８、２０９が歪み、歪抵抗素子がその歪みを検出することで加速度を検出できる。
【００６６】
図２３から図２５に示す従来の慣性力センサ１０１では、アーム１０５、１０６、１０７、１０８の上面に、駆動部１１０から引き出された配線１１５と検出部１１１とが同一平面上に併設されている。したがって、検出部１１１を設ける面積が制約されることにより慣性力センサ１０１の感度が低下する場合がある。あるいは、慣性力センサ１０１が大型化する。
【００６７】
更には、慣性力センサ１０１の配線の構造では電極の容量が大きいので、慣性力センサ１０１のノイズレベルが大きくなるとともに、慣性力センサ１０１に接続される回路部の消費電力を増大する。
【００６８】
また、従来の慣性力センサ１０１では、配線１１５は上部電極層１１９、圧電層１１７、下部電極層１１８からなる積層構造で形成されているので、配線長が大きくなるほど容量が大きくなる。ここで、配線が容量を持つということはすなわち、慣性力センサ１０１に加わる慣性力に起因して配線で不要な電荷（不要信号）が発生するということであり、結果、慣性力センサ１０１のＳ／Ｎ比が悪化してしまう。また、容量は検出回路においてはノイズを生じる原因であり、従って、配線の持つ容量により慣性力センサ１０１のノイズが悪化してしまう。
【００６９】
以下、実施の形態１における慣性力センサ２０１の製造工程について説明する。図１３Ａは実施の形態１による慣性力センサ２０１の製造工程を示す。図１３Ｂは、図２３から図２５に示す比較例１である従来の慣性力センサ１０１の製造工程を示す。図１４Ａから図１４Ｄは慣性力センサ２０１の製造工程を示す平面図である。
【００７０】
実施の形態１における慣性力センサ２０１の製造工程について説明する。基部２０２や可撓部２５１となる基材１２０１を準備する。基材１２０１の上面に下部電極層２２８を形成する（ステップＳ２０１）。次に、下部電極層２２８の上面に圧電層２２０を形成する（ステップＳ２０２）。次に、圧電層２２０の上面に上部電極層２２７を形成する（ステップＳ２０３）。次に接続用電極２１５を加工する（ステップＳ２０４）。次に、配線２１６、２１７を形成する（ステップＳ２０５）。次に、圧電層２２０の圧電材料を分極する（ステップＳ２０６）。次に、基材１２０１をパターニングする（ステップＳ２０７）。次に、パターニングされた基材１２０１を加工して、基部２０２と可撓部２５１（アーム２０６〜２０７、梁部２０５）を形成する（ステップＳ２０８）。次に、基材１２０１の下面を研磨する（バックグラインド、ステップＳ２０９）。次に、基材１２０１をダイシングして、慣性力センサ２０１を得る（ステップＳ２１０）。次に、得られた慣性力センサ２０１の特性を検査する（ステップＳ２１１）。
【００７１】
比較例１の従来の慣性力センサ１０１の製造工程について説明する。図１３Ｂにおいて、図１３Ａに示す実施の形態１における慣性力センサ２０１の製造工程と同じ部分には同じ参照番号を付す。図１３Ｂに示す比較例１の慣性力センサ１０１の製造工程は、図１３Ａに示す配線を形成する工程を含まない。
【００７２】
図１３Ａに示すように、配線２１６、２１７を形成する工程（ステップＳ２０５）は電極を加工する工程（ステップＳ２０４）と圧電層２２０を分極する工程（ステップＳ２０６）との間に行われる。配線を形成する工程（ステップＳ２０５）では、まず、下部電極層２２８が引き出される（ステップＳ２０５１）。次に、層間絶縁層２１８を形成する（ステップＳ２０５２）。次に、コンタクトホール２２９を形成する（ステップＳ２０５３）。次に、配線層を形成する（ステップＳ２０５４）。次に、配線２１６、２１７を加工する（ステップＳ２０５５）。
【００７３】
以下に配線２１６、２１７を形成する工程（ステップＳ２０５）を詳述する。ステップＳ２０５１において、図１４Ａに示すように、上部電極層２２７および圧電層２２８にエッチングを施して、下部電極層２２８の一部を露出させる。
【００７４】
ステップＳ２０５２において、図１４Ｂに示すように、上部電極層２２７および下部電極層２２８上にＣＶＤやＰＶＤ、蒸着などにより層間絶縁層２１８を形成する。
【００７５】
ステップＳ２０５３において、図１４Ｃに示すように、層間絶縁層２１８にエッチングを施して、上部電極層２２７の一部および下部電極層２２８の一部を露出させるコンタクトホール２２９を形成する。
【００７６】
ステップＳ２０５４において、図１４Ｄに示すように、図１４Ｃに示すコンタクトホール２２９を有する層間絶縁層２１８の上面の全面に、ＰＶＤ等で導体層２３０を形成する。この際には、コンタクトホール２２９の内壁面にも導体層２３０が形成される。
【００７７】
ステップＳ２５０５において、図１４Ｅに示すように、導体層２３０にエッチングを施して、コンタクトホール２２９から延びる所定形状を有する配線２１６、２１７を形成する。コンタクトホール２２９の内壁面にはエッチングされた導体層２３０よりなるビア導体２２９ａが形成されている。
【００７８】
次に、圧電層２２０を分極し（ステップＳ２０６）、図１４Ｆに示すように、基材１２０１を所定の形状にパターニングし（ステップＳ２０７）、加工する（ステップＳ２０８）でアーム２０６が形成される。
【００７９】
なお、コンタクトホール２２９の形成後に、例えば、銅、銀、金、チタン、タングステン、白金、クロム、モリブデンの少なくとも一種からなる単体金属、又はこれらを主成分とする合金又はそれらの金属が積層された構成からなる金属層を、ＣＶＤ法やＰＶＤ法などを用いてコンタクトホール２２９の内壁面に形成し、その上にさらに層間絶縁層２１８を、ＣＶＤ法やＰＶＤ法、蒸着法などにより形成することで、多層構造を有する層間絶縁層２１８を形成することができる。
【００８０】
図１５は実施の形態１におけるさらに他の慣性力センサ２０１ｊの平面図である。図１５において、図１から図３に示す慣性力センサ２０１と同じ部分には同じ参照番号を付す。以下、実施の形態１に係る慣性力センサ２０１の別の形態について説明する。図１から図３に示す慣性力センサ２０１では可撓部２５１は梁部２０５と４つのアーム２０６〜２０９とを有する。図１５に示す慣性力センサ２０１ｊは、２本のアーム２０６、２０７と、アーム２０６、２０７を連結する基部２０２とを有する。なお、図１５においては、各駆動部の下部電極層及び各検出部の下部電極層から引き出される配線は省略している。アーム２０６、２０７上に配された駆動部２１１から引き出された駆動用配線２１６が、検出部２１２の上に配される層間絶縁層２１８上を通る構成とすることで、梁部２０５に接続された４つのアーム２０６〜２０９を備えた慣性力センサ２０１と同様の効果を得ることができる。
【００８１】
なお、図１５に示す慣性力センサ２０１ｊでは、アーム２０６、２０７上に配された駆動部２１１から引き出された駆動用配線２１６が検出部２１２の上方を通る構成としたが、アーム２０６、２０７に沿って駆動部２１１と検出部２１２を逆に配置しても良い。この場合、アーム２０６、２０７上に配した検出部から引き出された配線が駆動部２１１の上方を通る構成としてもよい。この構成によれば、駆動部２１１の面積を大きくとることができ、慣性力センサ２０１ｊの感度を向上させることができる。
【００８２】
図１６Ａは実施の形態１におけるさらに他の慣性力センサ２０１ｋの平面図である。図１６Ａにおいて、図１から図３に示す慣性力センサ２０１と同じ部分には同じ参照番号を付す。図１６Ａに示す慣性力センサ２０１ｋは、基部２０２から延びるアーム２８０をさらに備え、合計で３本のアームを有する。
【００８３】
図１６Ｂは実施の形態１におけるさらに他の慣性力センサ２０１ｍの平面図である。図１６Ｂにおいて、図１から図３に示す慣性力センサ２０１と同じ部分には同じ参照番号を付す。図１６Ｂに示す慣性力センサ２０１ｍでは、基部２０２を中心対称にもう一対の２本のアーム２８１が配置され、合計で４本のアームを有する。これにより、慣性力センサ２０１ｍの駆動時の漏れ振動を抑制することが可能となり、慣性力センサ２０１ｍのＳ／Ｎ比を向上させることが可能となる。
【００８４】
（実施の形態２）
図１７は、実施の形態２における慣性力センサ３０１の上面図である。慣性力センサ３０１は加速度を検出する慣性力センサである。図１７において、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を定義する。さらに、Ｘ軸とＹ軸とを含むＸＹ平面を定義する。慣性力センサ３０１は、基部３０２と、錘３０４と、中央支持梁部３０９、および梁部３０３と、を備えている。中央支持梁部３０９は基部３０２と錘３０４とを連結する。中央支持梁部３０９と梁部３０３は撓んで変形できる可撓部３５１を構成する。梁部３０３の上面には、駆動部３０５と検出部３０６と層間絶縁層２１８と接続用電極３０８とが設けられている。層間絶縁層２１８は駆動部３０５と検出部３０６の上面に設けられている。層間絶縁層２１８の上面には、駆動部３０５及び検出部３０６を接続用電極３０８と電気的に接続する配線３０７が設けられている。
【００８５】
駆動部３０５、検出部３０６はそれぞれ、可撓部２５１の上面に設けられた下部電極層と、下部電極層の上面に設けられた圧電層と、圧電層の上面に設けられた上部電極層とを有する。
【００８６】
配線３０７は、検出部３０６の上部電極層及び下部電極層から引き出され、駆動部３０５の上面に設けられた層間絶縁層２１８の上面を引き回される。この構成により、梁部３０３上に配線３０７と駆動部３０５とを並列して設ける場合に比べて駆動部３０５の面積を大きく取ることができ、慣性力センサ３０１の感度を向上させることができ、小型な慣性力センサ３０１を得ることができる。
【００８７】
実施の形態２における慣性力センサ３０１の動作について説明する。
【００８８】
慣性力センサ３０１では、駆動部３０５に駆動信号が与えられることにより、梁部３０３がＺ軸方向またはＸ軸方向に振動する。この状態で、Ｘ軸方向に加速度が印加されると錘３０４に慣性力が発生し、中央支持梁部３０９について互いに反対側に配置された梁部３０３に引張り応力と圧縮応力が印加され、それに伴い梁部３０３の共振周波数が変化する。共振周波数の変化を梁部３０３に配置されている検出部３０６で検知することにより加速度を検知することが可能となる。
【００８９】
なお、梁部３０３に沿って検出部３０６に比べて駆動部３０５は基部３０２の近くに設けられ、梁部３０３に沿って駆動部３０５に比べて検出部３０６は錘３０４の近くに設けられている。検出部３０６から引き出される配線３０７が駆動部３０５上に設けた層間絶縁層２１８の上を通る。
【００９０】
梁部３０３に沿って駆動部３０５と検出部３０６が上記と逆に配置されていてもよい。つまり、梁部３０３に沿って駆動部３０５に比べて検出部３０６は基部３０２の近くに設けられ、梁部３０３に沿って検出部３０６に比べて駆動部３０５は錘３０４の近くに設けられてもよい。この場合には、駆動部３０５から引き出される配線３０７が検出部３０６上に設けた層間絶縁層２１８の上を通る。
【００９１】
この構成によれば、梁部３０３上に配線３０７と検出部３０６とを並列して設ける場合に比べて検出部３０６の面積を大きく取ることができ、慣性力センサ３０１の感度を向上させることができる。また、小型な慣性力センサ３０１を得ることができる。
【００９２】
実施の形態１、２における慣性力センサ２０１、３０１では、層間絶縁層２１８駆動部２１１と検出部２１２〜２１４の上面に設けられている部分は互いに繋がっている。層間絶縁層２１８の駆動部２１１と検出部２１２〜２１４の上面の部分の少なくとも１つの部分は他の部分と繋がっておらずに互いに離れていてもよく、同様の効果を有する。
【００９３】
実施の形態１、２における慣性力センサ２０１、３０１は角速度や加速度を検出する角速度センサもしくは加速度センサであるが、圧力センサなど他の慣性力センサであってもよい。層間絶縁層２１８により電極容量を低減することができるので、慣性力センサの感度を向上できるとともに、慣性力センサの小型化を実現できる。
【００９４】
（実施の形態３）
図１８Ａは実施の形態３における慣性力センサ４０１の平面図である。図１８Ｂは図１８Ａに示す慣性力センサ４０１の線１８Ｂ−１８Ｂにおける断面図である。図１９は図１８Ａに示す慣性力センサ４０１の線１９−１９における断面図である。図２０は図１８Ａに示す慣性力センサ４０１の線２０−２０における断面図である。実施の形態３における慣性力センサ４０１は角速度を検出する角速度センサである。
【００９５】
図１８Ａに示すように、慣性力センサ４０１は、基部４０２と、基部４０２に接続された可撓部４０９と、可撓部４０９を励振する駆動部４１１と、可撓部４０９に設けられた検出部４１２、４１３と、基部４０２に設けられた接続用電極４１５ａ、４１５ｂとを備える。検出部４１２、４１３は可撓部４０９の変位を検出する。接続用電極４１５ａ、４１５ｂは検出部４１２、４１３とそれぞれ電気的に接続されている。接続用電極４１５ａは、圧電層と、圧電層の上面に配された電極層とを有する。接続用電極４１５ｂは、圧電層と、圧電層の少なくとも一部を覆う絶縁層と、絶縁層の上面に配された電極層とを有する。
【００９６】
実施の形態３では、接続用電極４１５ｂは圧電層の少なくとも一部を覆う絶縁層を有し、接続用電極４１５ａは圧電層と電極層とからなるが、これに限定されない。すなわち、接続用電極４１５ａ、４１５ｂのいずれかが、圧電層と、圧電層の少なくとも一部を覆う絶縁層と、絶縁層上に配される電極層とを有していてもよい。この構成により、検出部４１２、４１３の容量を略同一とすることができるので、各検出軸間のノイズレベルの差を低減することができる。同時に、接続用電極で生じる容量が絶縁層により低減されるので、ノイズレベルを低減することができる。
【００９７】
基部４０２は、例えば、ダイヤモンド、溶融石英、アルミナ、ステンレス、ポリマー、又はＧａＡｓ等の非圧電材料よりなる。特に、基部４０２にシリコンを用いることにより、微細加工技術を用いて非常に小型の慣性力センサ４０１を形成することが可能となるとともに、回路を構成する集積回路（ＩＣ）と一体に形成することも可能となる。
【００９８】
可撓部４０９は基部４０２に接続されており、駆動部４１１及び検出部４１２、４１３が設けられている。駆動回路から駆動部４１１に駆動信号が与えられることにより、可撓部４０９の少なくとも一部が振動する。この状態で、慣性力センサ４０１に角速度が印加されると、角速度に起因するコリオリ力により、可撓部４０９に撓み（変位）が生じ、その撓みに応じた電荷が検出部４１２、４１３に発生する。検出部４１２、４１３で発生した電荷による電流を配線及び接続用電極４１５ａ、４１５ｂを介して検出回路に入力することにより、角速度を検出することができる。より詳細には、可撓部４０９は、基部４０２に懸架された縦梁部４０３と、縦梁部４０３に接続された横梁部４０４と、横梁部４０４に接続されたアーム４０５〜４０８とを有する。駆動部４１１はアーム４０５に設けられている。縦梁部４０３、４０４は梁部４５１を構成する。検出部４１２はアーム４０５に設けられ、検出部４１３は横梁部４０４に設けられている。駆動回路から駆動部４１１に駆動信号が与えられることにより、アーム４０５がＸ軸とＹ軸とを含むＸＹ平面内で振動する。この状態で、Ｙ軸周りの角速度が印加されると、その角速度に起因するコリオリ力により横梁部４０４がＺ軸方向に撓み、検出部４１３から電荷が発生する。第２の検出部４１３で発生した電荷による電流を配線及び接続用電極４１５ａを介して検出回路に入力することにより、Ｙ軸周りの角速度を検出することができる。同様に、Ｚ軸周りの角速度に起因して生じるアーム４０５の撓みを、検出部４１２で発生する電荷による電流として取り出すことでその角速度を検出できる。
【００９９】
実施の形態３における慣性力センサ４０１は２つの検出部４１２、４１３を備えるが、これに限定されない。すなわち、慣性力センサ４０１は検出部４１４をさらに備えてもよい。検出部４１４は縦梁部４０３に設けられている。Ｘ軸周りの角速度に起因する縦梁部４０３の撓みを、検出部４１４で発生する電荷による電流として取り出すことでその角速度を検出できる。
【０１００】
実施の形態３における慣性力センサ４０１の可撓部４０９は４つのアーム４０５〜４０８を有するが、これに限定されない。すなわち、可撓部４０９はアーム４０５、４０６を有してアーム４０７、４０８を有していなくてもよい。
【０１０１】
可撓部４０９には錘４１０が接続される。より詳細には、錘４１０は、可撓部４０９のアーム４０５、４０６、４０７、４０８それぞれの一端にそれぞれ接続される。
【０１０２】
駆動部４１１と検出部４１２、４１３はそれぞれ、下部電極層と、圧電層と、上部電極層とを有する。
【０１０３】
図１９は検出部４１２の断面を示す。検出部４１２は、可撓部４０９の上面に設けられた下部電極層４２０と、下部電極層４２０の上面に設けられた圧電層４２１と、圧電層４２１の上面に設けられた上部電極層４２２よりなる積層構造を有する。駆動部４１１や検出部４１３、検出部４１４も検出部４１２と同様の構造を有する。下部電極層４２０及び上部電極層４２２は、例えば、銅、銀、金、チタン、タングステン、白金、クロム、モリブデンの少なくとも一種からなる単体金属、又はこれらを主成分とする合金又はそれらの金属が積層された構成からなる。好ましくは、ＴｉまたはＴｉＯｘを含む白金（Ｐｔ）で形成することにより、伝導度が高く高温酸化雰囲気での安定性が優れた電極層を得るとすることができる。なお、下部電極層４２０の上面に、例えば、チタン酸塩（ＰｂＴｉＯ３）からなる配向制御層など、他の層が形成されていてもよい。また、実施の形態３では下部電極層４２０の厚みは１００ｎｍ〜５００ｎｍである。
【０１０４】
圧電層４２１は、例えば、酸化亜鉛、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、又はニオブ酸カリウム等の圧電材料よりなる。好ましくは、圧電層４２１をジルコニウム酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）で形成することにより、圧電特性の良い慣性力センサ４０１を実現することができる。なお、圧電層４２１の上面にチタン（Ｔｉ）からなる密着層など、他の層が形成されていてもよい。実施の形態３では、圧電層４２１の厚みは１０００ｎｍ〜４０００ｎｍである。
【０１０５】
なお、基部４０２、可撓部４０９、錘４１０は、水晶、ＬｉＴａＯ３又はＬｉＮｂＯ３等の圧電材料を用いて形成しても良い。この場合、例えば、銅、銀、金、チタン、タングステン、白金、クロム、モリブデンの少なくとも一種からなる単体金属、又はこれらを主成分とする合金又はそれらの金属が積層された構成からなる電極層を、これらの圧電材料からなる基部４０２、可撓部４０９、錘４１０上に設けることにより駆動部４１１と検出部４１２、４１３を構成することができる。可撓部２５１には可撓部２５１の振動を検出するモニタ部が設けられていてもよい。駆動部４１１及びモニタ部と駆動回路とで駆動ループが構成され、この駆動回路から接続用電極及び配線を介して駆動部４１１に駆動信号が与えられることにより、アーム４０５がＸＹ平面内で振動する。この状態で角速度が印加されると、検出部４１２、４１３の少なくとも一方で電荷が発生する。その電荷による電流を配線及び接続用電極４１５ａ、４１５ｂを介して検出回路に入力することにより、その角速度を検出することができる。
【０１０６】
図２０、図１８Ｂを参照して、接続用電極４１５ａ、４１５ｂについて説明する。
【０１０７】
図２０は接続用電極４１５ａの断面を示す。接続用電極４１５ａは基部４０２の上面に設けられており、基部４０２の上面に設けられた下部電極層４２０と、下部電極層４２０の上面に設けられた圧電層４２１と、圧電層４２１の上面に配された上部電極層４２２とを有する。接続用電極４１５ａは配線により検出部４１２と電気的に接続されているが、検出部４１２ではなく他の検出部と電気的に接続されていてもよい。
【０１０８】
図１８Ｂは接続用電極４１５ｂの断面を示す。接続用電極４１５ｂは基部４０２の上面に設けられており、基部４０２の上面に設けられた下部電極層４２０と、下部電極層４２０の上面に設けられた圧電層４２１と、圧電層４２１の上面の少なくとも一部に配された絶縁層４２３と、圧電層４２１の上面及び絶縁層４２３の上面に配された上部電極層４２２とを有する。接続用電極４１５ｂは配線により検出部４１３と電気的に接続されているが、検出部４１３ではなく他の検出部と電気的に接続されていてもよい。接続用電極４１５ｂは２つの領域Ｒ１、Ｒ２に区分されている。領域Ｒ１では、圧電層４２１の上面に絶縁層４２３が設けられておらず、圧電層４２１の上面に上部電極層４２２が設けられている。領域Ｒ２では、圧電層４２１の上面に絶縁層４２３が設けられており、絶縁層４２３の上面に上部電極層４２２が設けられている。
【０１０９】
絶縁層４２３の面積や厚みを調整することにより、検出部４１２、検出部４１３の容量を略同一とすることができるので、各検出軸間のノイズレベルの差を低減することができる。同時に、接続用電極４１５ｂで生じる容量が絶縁層４２３により低減されるので、ノイズレベルを低減することができる。この点について詳細に説明する。
【０１１０】
接続用電極４１５ａの容量Ｃ１は、圧電層４２１の比誘電率εｒ１、圧電層の膜厚ｄＰ（μｍ）、上部電極層４２２の面積Ｓ１（μｍ２）、誘電率ε０（Ｆ／ｍ）により以下の式１で表される。
Ｃ１＝εｒ１×ε０×Ｓ１／ｄＰ  …（式１）
接続用電極４１５ｂの容量Ｃ２は、絶縁層４２３がない領域Ｒ１の容量Ｃ２Ａと絶縁層４２３がある領域Ｒ２の容量Ｃ２Ｂとを合成して得られた合成容量となる。
【０１１１】
領域Ｒ１での電極層の面積Ｓ２Ａ（μｍ２）、圧電層４２１の比誘電率εｒ１、圧電層４２１の膜厚ｄＰ（μｍ）、真空の誘電率ε０（Ｆ／ｍ）により、容量Ｃ２Ａは以下の式２で表される。
Ｃ２Ａ＝εｒ１×ε０×Ｓ２Ａ／ｄＰ  …（式２）
絶縁層４２３の比誘電率は圧電層４２１の比誘電率εｒ１に比較して無視できるほど小さい。したがって、絶縁層４２３がある領域Ｒ２の容量Ｃ２Ｂは、絶縁層４２３と圧電層４２１の膜厚の違いが多少あったとしても、絶縁層４２３で形成される容量値に近似できる。従って、容量Ｃ２Ｂは、絶縁層４２３の比誘電率εｒ２、領域Ｒ２の電極層の面積Ｓ２Ｂ（μｍ２）により、以下の式３で表すことができる。
Ｃ２Ｂ≒εｒ２×ε０×Ｓ２Ｂ／ｄＰ  …（式３）
接続用電極４１５ａ、４１５ｂの面積が同じ（Ｓ１＝Ｓ２Ａ＋Ｓ２Ｂ）である場合、接続用電極４１５ａの容量Ｃ１と接続用電極４１５ｂの容量Ｃ２の差ΔＣは、以下の式４で表される。
ΔＣ＝Ｃ１−Ｃ２
＝Ｃ１−（Ｃ２Ａ＋Ｃ２Ｂ）
＝（εｒ１×ε０×Ｓ１／ｄＰ）−（εｒ１×ε０×Ｓ２Ａ／ｄＰ＋εｒ２×ε０×Ｓ２Ｂ／ｄＰ）
＝（εｒ１−εｒ２）×ε０×Ｓ２Ｂ／ｄＰ  …（式４）
以上のように、絶縁層４２３を電極層４２０、４２２間に介在させることにより、接続用電極４１５ｂの容量Ｃ２は接続用電極４１５ａの容量Ｃ１に比較して小さくすることができる。また、絶縁層４２３を設ける領域Ｒ２の面積Ｓ２Ｂを適宜調整することで容量の差ΔＣは任意に調整することが可能である。検出部４１２〜４１４の容量は互いに異なる場合が多い。具体的には、検出部４１２〜４１４が設けてられている位置での可撓部４０９の剛性がそれらの部分の形状に応じて異なる、すなわち、慣性力を受けた場合に生じる撓み（変位）が可撓部４０９の位置によって異なる。検出部４１２〜４１４の感度を互いに等しくする、すなわち、同じ大きさの慣性力に対して発生する電荷量を検出部４１２〜４１４で等しくするためには、検出部４１２〜４１４を配する位置における可撓部４０９の剛性に応じて、検出部４１２〜４１４の面積等の大きさを調整する必要がある。検出部４１２〜４１４の大きさが異なることにより検出部４１２〜４１４の容量が異なる。なお、検出部４１２〜４１４で感度および容量が異なると、検出部４１２〜４１４で検出される信号に位相ずれが生じ、検出回路におけるジッタノイズの増大を招く。あるいは、検波より前段の回路処理部において、前述の検出信号の位相ずれを是正する位相シフタを設ける必要が生じて回路の大型化を招く。実施の形態３における慣性力センサ４０１においては、検出部４１２〜４１４の感度を等しくしたまま、接続用電極４１５ａの容量Ｃ１と接続用電極４１５ｂの容量Ｃ２との差ΔＣを任意に調整することが可能であるので、検出部４１２〜４１４の容量の差を相殺することができる。結果、検出信号間の位相ずれに起因するジッタノイズの発生を抑制でき、慣性力センサ４０１のノイズレベルを低減することができる。あるいは、検出回路における移相シフタが不要となり、慣性力センサ４０１の小型化が達成できる。また更には、検出部４１２〜４１４の容量を調整するにあたり、容量の最も小さな検出部に合わせるようにその他の検出部の容量を調整できるので、検出部４１２〜４１４の容量の差を相殺しつつ、検出部４１２〜４１４の容量を低減することができる。検出部４１２〜４１４からの信号を増幅する際に生じるノイズは、主に増幅器で生じるノイズであり、電極容量に比例して大きくなる。実施の形態３における慣性力センサ４０１では、検出部４１２〜４１４からの信号を増幅する際に生じるこのノイズを低減することができ、慣性力センサ４０１のノイズレベルを低減することができる。
【０１１２】
図２３に示す従来の慣性力センサ１０１において、検出部１１１、１１２、１１３は電極材料と圧電材料とを有しており、慣性力に起因してアーム１０５〜１０８、縦梁部１０３、横梁部１０４に生じる歪みを、圧電効果を利用して電荷として取り出し、その電荷による電流に所定の回路処理を施すことで慣性力を検出する。
【０１１３】
従来の慣性力センサ１０１では、アーム１０５〜１０８、縦梁部１０３、横梁部１０４は銘々に形状が異なるので、外部から加わる慣性力に対してこれらに生じる歪みの大きさが均一ではない。上述のように、慣性力センサ１０１は慣性力に起因するアーム１０５〜１０８、縦梁部１０３、横梁部１０４の歪みを、それらの上に設けた検出部１１１、１１２、１１３の圧電効果を利用して電荷として取り出すので、アーム１０５〜１０８、縦梁部１０３、横梁部１０４の歪み方が異なると、同じ大きさの慣性力に対して各検出部に生じる電荷の量（以下、信号レベル）も異なることになる。より具体的には、歪みを生じ難い部材の上に配された検出部では、信号レベルが低下してしまう。そこで、従来の慣性力センサ１０１では、各検出部の信号レベルを一定以上にするため、歪みを生じがたい部材の上に配する検出部の面積を大きくし、圧電効果により得られる電荷量が多くなるように構成する。
【０１１４】
このように部材の歪み方に応じて検出部それぞれの面積を変えると、各検出部間の容量も異なることになる。結果、検出部間（すなわち検出軸間）でノイズレベルが異なってしまう。
【０１１５】
図２１Ａは実施の形態３による慣性力センサ４０１の製造工程を示す。基部４０２や可撓部４０９となる基材を準備する。基材の上面に下部電極層４２０を形成する（ステップＳ４０１）。次に、下部電極層４２０の上面に圧電層４２１を形成する（ステップＳ４０２）。次に、圧電層４２１の上面の少なくなくとも一部に絶縁層４２３を形成する（ステップＳ４０２１、Ｓ４０２２、Ｓ４０２３）。次に、上部電極層４２２を形成する（ステップＳ４０３）。次に接続用電極４１５ａ、４１５ｂを加工する（ステップＳ４０４）。次に、圧電層４２１の圧電材料を分極する（ステップＳ４０５）。次に、基材をパターニングする（ステップＳ４０６）。次に、パターニングされた基材を加工して、基部４０２と可撓部２５１を形成する（ステップＳ４０７）。次に、基材の下面を研磨する（バックグラインド、ステップＳ４０８）。次に、基材をダイシングして、慣性力センサ４０１を得る（ステップＳ４０９）。次に、得られた慣性力センサ４０１の特性を検査する（ステップＳ４１０）。
【０１１６】
絶縁層４２３を形成する工程では、まず絶縁層４２３の材料であるポリイミドと圧電層４２１の上面の少なくとも一部に塗布する（ステップＳ４０２１）。次に塗布されたポリイミドをパターニングする（ステップＳ４０２２）。次にパターニングされたポリイミドをキュアさせる（ステップＳ４０２３）。
【０１１７】
図２１Ｂは、比較例２の慣性力センサの製造工程を示す。図２１Ｂにおいて、図２１Ａに示す実施の形態３における慣性力センサ４０１の製造工程と同じ部分には同じ参照番号を付す。図２１Ｂに示す比較例２の慣性力センサの製造工程では、図２１Ａに示す実施の形態３における慣性力センサ４０１の製造工程での絶縁層４２３を形成する工程が行われない。
【０１１８】
実施の形態３において、絶縁層４２３はジアゾナフトキノン（ＤＮＱ）を感光剤とした感光性ポリイミドであるアルカリ現像型感光性ポリイミドを用いて形成する。感光剤であるジアゾナフトキノンは、ポジ型レジストの感光剤に広く用いられ、アルカリ現像をすることができる。アルカリ現像型感光性ポリイミドの露光・現像工程では、露光による光化学反応（光重合反応）により、感光体であるジアゾナフトキノンがインデンケテンを介してインデンカルボン酸に変化する。このインデンカルボン酸がアルカリ溶液に対して高い溶解性を持っているため、光が照射した部分が溶解し、未露光部のポリマー部分が残存する。またジアゾナフトキノンは、ポリマー部の溶解阻害剤としても作用する。またパターニングが実施されたアルカリ現像型感光性ポリイミドにキュア処理と呼ばれる熱処理を実施することにより、ポリイミド前駆体であるポリアミド酸（ポリアミック酸）のイミド化反応（脱水閉環）が進み、ポリイミドが得られる。ここで、ポリアミド酸は有機溶媒に対して溶解し、ポリイミドになると有機溶媒に対して溶解しなくなるため、パターン形成前は、ポリアミド酸に感光剤を含む有機溶媒を結合させた溶液状態で塗布し、その溶液を乾燥（プリベーク）し、露光・現像工程により所望のパターンを形成した後に、キュア処理と呼ばれる熱処理を行うことにより、所望の位置に絶縁層４２３（ポリイミド）のパターンを形成することができる。
【０１１９】
実施の形態３では絶縁層４２３を有機材料で形成するが、これに限定されない。すなわち、ＳｉＮやＳｉＯ２等の無機材料をパターニングして絶縁層４２３を形成することができる。
【０１２０】
なお、実施の形態３における接続用電極４１５ａは、下部電極層４２０と、圧電層４２１と、上部電極層４２２とからなる積層構造を有するが、この構成に限定されない。また、接続用電極４１５ｂを設ける領域においては、圧電層４２１を排し、基部４０２上もしくは下部電極層４２０上に設けた絶縁層４２３上に上部電極層４２２となる金属層を設ける構成でも良い。
【０１２１】
なお、実施の形態３においては、接続用電極４１５ａ、４１５ｂのいずれかが、圧電層４２１と、圧電層４２１の上面の少なくとも一部を覆う絶縁層４２３とを有するが、この構成に限定されない。接続用電極４１５ａ、４１５ｂとのいずれもが、圧電層４２１と、圧電層４２１の上面の少なくとも一部を覆う絶縁層４２３とを有する構成としても良い。さらには、接続用電極４１５ａ、４１５ｂのいずれかで、絶縁層４２３が圧電層４２１の上面の全てを覆う構成としてもよい。いずれの構成であっても、検出部４１２〜４１３の感度を等しくしたまま、接続用電極４１５ａの容量Ｃ１と接続用電極４１５ｂの容量Ｃ２との差ΔＣを任意に調整することが可能であるので、検出部４１２〜４１４の容量の差を相殺することができる。
【０１２２】
（実施の形態４）
図２２は実施の形態４における慣性力センサ５０１の上面図である。慣性力センサ５０１は加速度を検出する加速度センサである。図２２において、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を定義する。
【０１２３】
慣性力センサ５０１は、基部５０２と、錘５０４と、基部５０２と錘５０４とを連結する中央支持梁部５０９と、梁部５０３ａ、５０３ｂとを備える。慣性力センサ５０１は、駆動部５０５と、検出部５０６ａ、５０６ｂと、接続用電極５０８ａ、５０８ｂと、配線５０７ａ、５０７ｂとを備える。駆動部５０５は梁部５０３ａ、５０３ｂに設けられている。検出部５０６ａ、５０６ｂは梁部５０３ａ、５０３ｂにそれぞれ設けられている。接続用電極５０８ａ、５０８ｂは基部５０２に設けられている。配線５０７ａは、検出部５０６ａと接続用電極５０８ａとを電気的に接続する。配線５０７ｂは検出部５０６ｂと接続用電極５０８ｂとを電気的に接続する。ここで、接続用電極５０８ａは、図２０に示す実施の形態３における接続用電極４１５ａと同様の構成である。また、接続用電極５０８ｂは図１８Ｂに示す実施の形態３における接続用電極４１５ｂと同様の構成である。すなわち、接続用電極５０８ｂの容量は接続用電極５０８ａの容量よりも小さい。
【０１２４】
この構成により、検出部５０６ａ、５０６ｂの容量を相殺して接続用電極５０８ａ、５０８ｂでの容量を同じにすることができるので、ノイズレベルの差を低減することができる。同時に、接続用電極５０８ｂで生じる容量が絶縁層４２３により低減されるので、ノイズレベルを低減することができる。この点について詳細に説明する。
【０１２５】
慣性力センサ５０１では、梁部５０３ａ、５０３ｂの共振周波数が所定の離調周波数だけ異なるようにするために、梁部５０３ａ、５０３ｂがＹ軸について互いに非対称に形成される。このために、梁部５０３ａ、梁部５０３ｂとの撓み方が異なる。その結果、検出部５０６ａ、５０６ｂとはＹ軸について互いに非対称に形成されることになり、検出部５０６ａ、５０６ｂの容量が互いに異なる。慣性力センサ５０１では、接続用電極５０８ｂの容量を、絶縁層４２３を設けることで調整（低減）することができ、検出部５０６ａ、５０６ｂの容量の差を相殺して、接続用電極５０８ａ、５０８ｂでの容量を同じにすることができるので、ノイズレベルの差を低減することができる。結果、検出部間のノイズレベルの差を低減することができる。
【０１２６】
以下、慣性力センサ５０１の各構成について説明する。
【０１２７】
中央支持梁部５０９と梁部５０３ａ、５０３ｂとは、互いに平行に基部５０２から延出し、中央支持梁部５０９は梁部５０３ａ、５０３ｂ間に設けられる。
【０１２８】
錘５０４は、中央支持梁部５０９と梁部５０３ａ、５０３ｂとのそれぞれの一端に接続されている。これにより、錘５０４に加わった加速度（慣性力）で梁部５０３ａ、５０３ｂが撓むことができる。
【０１２９】
基部５０２、中央支持梁部５０９と梁部５０３ａ、５０３ｂ、錘５０４は、例えば、ダイヤモンド、溶融石英、アルミナ、ステンレス、ポリマー、又はＧａＡｓ等の非圧電材料を用いて形成されている。特に、上記構成部品にシリコンを用いることにより、微細加工技術を用いて非常に小型の慣性力センサ５０１を形成することが可能となるとともに、回路を構成する集積回路（ＩＣ）と一体に形成することも可能となる。なお、基部５０２、中央支持梁部５０９と梁部５０３ａ、梁部５０３ｂ、錘５０４の表面には、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）からなるバリア層や、チタン（Ｔｉ）からなる密着層など、他の層が形成されていても良い。
【０１３０】
駆動部５０５と検出部５０６ａ、５０６ｂはそれぞれ、上部電極層と、下部電極層と、上部電極層と下部電極層との間に介在する圧電層とを有する。
【０１３１】
以下、慣性力センサ５０１の動作について説明する。
【０１３２】
慣性力センサ５０１では、駆動部５０５に駆動信号が与えられることにより、梁部５０３ａ、５０３ｂがＺ軸方向またはＸ軸方向に振動する。この状態で、Ｘ軸方向に加速度が印加されると錘５０４に慣性力が発生し、中央支持梁部５０９について互いに反対側に配置された梁部５０３ａと梁部５０３ｂの一方に引張り応力が印加され、他方に圧縮応力が印加される。それに伴い梁部５０３ａ、５０３ｂの駆動共振周波数が変化し、その変化を梁部５０３ａ、５０３ｂに配置されている検出部５０６ａ、５０６ｂで検知することにより加速度を検知する。
【０１３３】
なお、実施の形態３、４における慣性力センサ４０１、５０１は、角速度センサおよび加速度センサであるが、圧力センサなど他の慣性力センサにおいても本発明を適用することにより、電極容量を低減することができるので、慣性力センサの感度を向上できるとともに、慣性力センサの小型化を実現できる。
【０１３４】
また、実施の形態１、２における慣性力センサ２０１、３０１の接続用電極２１５は、実施の形態３、４における慣性力センサ４０１、５０１の接続用電極４１５ａ、４１５ｂの構造と同様の構造を有していてもよく、同様の効果が得られる。
【０１３５】
実施の形態１〜４において、「上面」「上方」等の方向を示す用語は、アームや駆動部、検出部、層間絶縁層等の慣性力センサの構成部品の相対的な位置関係にのみ依存する相対的な方向を示し、鉛直方向等の絶対的な方向を示すものではない。
【産業上の利用可能性】
【０１３６】
本発明における慣性力センサは、高感度を有して小型であるので、航空機、自動車、ロボット、船舶、車両等の移動体の姿勢制御やナビゲーション等、各種電子機器等に用いる慣性力センサとして有用である。
【符号の説明】
【０１３７】
２０１    慣性力センサ
２０２    基部
２０５    梁部
２１１    駆動部
２１２，２１３，２１４    検出部
２１５    接続用電極（第１の接続用電極、第２の接続用電極）
２１６    配線
２１７    配線
２１８    層間絶縁層（第１の層間絶縁層、第２の層間絶縁層、第３の層間絶縁層）
２１８ａ    層間絶縁層（第１の層間絶縁層）
２１８ｂ    層間絶縁層（第２の層間絶縁層）
２２０    圧電層
２２７    上部電極層
２２８    下部電極層
２３１    金属層
２５１    可撓部
４０１    慣性力センサ
４０２    基部
４０９    可撓部
４１１    駆動部
４１２，４１３，４１４    検出部
４１５ａ    接続用電極
４１５ｂ    接続用電極
４２０    下部電極層
４２１    圧電層
４２２    上部電極層
４２３    絶縁層
【図１】
2013132830.tif 000003
【図２】
2013132830.tif 000004
【図３】
2013132830.tif 000005
【図４】
2013132830.tif 000006
【図５】
2013132830.tif 000007
【図６】
2013132830.tif 000008
【図７Ａ】
2013132830.tif 000009
【図７Ｂ】
2013132830.tif 000010
【図８Ａ】
2013132830.tif 000011
【図８Ｂ】
2013132830.tif 000012
【図８Ｃ】
2013132830.tif 000013
【図９】
2013132830.tif 000014
【図１０Ａ】
2013132830.tif 000015
【図１０Ｂ】
2013132830.tif 000016
【図１０Ｃ】
2013132830.tif 000017
【図１１】
2013132830.tif 000018
【図１２Ａ】
2013132830.tif 000019
【図１２Ｂ】
2013132830.tif 000020
【図１３Ａ】
2013132830.tif 000021
【図１３Ｂ】
2013132830.tif 000022
【図１４Ａ】
2013132830.tif 000023
【図１４Ｂ】
2013132830.tif 000024
【図１４Ｃ】
2013132830.tif 000025
【図１４Ｄ】
2013132830.tif 000026
【図１４Ｅ】
2013132830.tif 000027
【図１４Ｆ】
2013132830.tif 000028
【図１５】
2013132830.tif 000029
【図１６Ａ】
2013132830.tif 000030
【図１６Ｂ】
2013132830.tif 000031
【図１７】
2013132830.tif 000032
【図１８Ａ】
2013132830.tif 000033
【図１８Ｂ】
2013132830.tif 000034
【図１９】
2013132830.tif 000035
【図２０】
2013132830.tif 000036
【図２１Ａ】
2013132830.tif 000037
【図２１Ｂ】
2013132830.tif 000038
【図２２】
2013132830.tif 000039
【図２３】
2013132830.tif 000040
【図２４】
2013132830.tif 000041
【図２５】
2013132830.tif 000042
【手続補正書】
【提出日】平成26年7月30日(2014.7.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
図１０Ｂは実施の形態１におけるさらに他の慣性力センサ２０１ｆの断面図である。図１０Ｂにおいて、図３に示す慣性力センサ２０１と同じ部分には同じ参照番号を付す。図１０Ｂに示す慣性力センサ２０１ｆの層間絶縁層２１８には、検出部２１２の上部電極層２２７を層間絶縁層２１８から露出させる孔２１８ｐが設けられている。層間絶縁層２１８には、他の検出部２１３、２１４や駆動部２１１の上部電極を層間絶縁層２１８から露出させる孔２１８ｐと同様の孔が設けられていてもよい。駆動部２１１や検出部２１２〜２１４はそれぞれ上部電極層２２７と下部電極層２２８との間に形成される静電容量を有する。アーム２０６〜２０９に駆動部２１１が設けられた場合、アーム２０６〜２０９に設けられた駆動部２１１で静電容量が大きく異なると、同じ駆動信号を駆動部２１１に供給してもアーム２０６〜２０９を互いに同期して振動できなくなる場合がある。また、可撓部２５１の様々な位置に設けられた検出部２１２〜２１４の静電容量が互いに大きく異なると検出部２１２〜２１４から出力される信号の振幅や位相がばらつく場合がある。したがって、駆動部２１１や検出部２１２〜２１４の上部電極層２２７を切削してトリミングすることで、それらの静電容量を独立して調整し、そのばらつきを低減することができる。慣性力センサ２０１ｆでは、駆動部２１１や検出部２１２〜２１４の上部電極層２２７の切削の際に層間絶縁層２１８を切削することを防ぐことができ、切削で飛散する層間絶縁層２１８の残滓の発生を防ぐことができる。例えば層間絶縁層２１８の残滓が電極２１５に付着すると電極２１５の接触不良を起こす場合がある。慣性力センサ２０１ｆの信頼性を低下させる接触不良等の問題の発生を防ぐことができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９２】
実施の形態１、２における慣性力センサ２０１、３０１では、層間絶縁層２１８の駆動部２１１と検出部２１２〜２１４の上面に設けられている部分は互いに繋がっている。層間絶縁層２１８の駆動部２１１と検出部２１２〜２１４の上面の部分の少なくとも１つの部分は他の部分と繋がっておらずに互いに離れていてもよく、同様の効果を有する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１１】
接続用電極４１５ａの容量Ｃ１は、圧電層４２１の比誘電率εｒ１、圧電層の膜厚ｄＰ（μｍ）、上部電極層４２２の面積Ｓ１（μｍ２）、真空の誘電率ε０（Ｆ／ｍ）により以下の式１で表される。
Ｃ１＝εｒ１×ε０×Ｓ１／ｄＰ  …（式１）
接続用電極４１５ｂの容量Ｃ２は、絶縁層４２３がない領域Ｒ１の容量Ｃ２Ａと絶縁層４２３がある領域Ｒ２の容量Ｃ２Ｂとを合成して得られた合成容量となる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項５】
前記可撓部の前記上面に設けられ、前記可撓部の変位を検知する第３の検出部と、
前記第３の検出部の上面に配された第３の層間絶縁層と、
前記基部に設けられた第３の接続用電極と、
前記第３の層間絶縁層の上面を経由して、前記第２の検出部を前記第３の接続用電極に電気的に接続する第３の配線と、
をさらに備えた、請求項４に記載の慣性力センサ。
【手続補正５】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１３】
前記基部に設けられた第２の接続用電極と、
前記第１の配線の上面に配された第３の層間絶縁層と、
前記第３の層間絶縁層の上面を経由して、前記第１の検出部と前記駆動部とのうちの前記一方を前記第２の接続用電極に電気的に接続する第２の配線と、
をさらに備えた、請求項３に記載の慣性力センサ。
【国際調査報告】
2013132830.tif 000043
2013132830.tif 000044
2013132830.tif 000045
2013132830.tif 000046