(57)【要約】【課題】  半導体集積回路装置（ＣＭＯＳ等）と微小機械とを半導体基板上にモノリシックに集積化した集積化ＭＥＭＳの製造技術において、半導体集積回路装置の通常の製造技術とは異なる特別な工程を使用することなく集積化ＭＥＭＳを製造できる技術を提供する。【解決手段】  ＣＭＯＳ集積回路プロセスを使用して、集積回路とともにＭＥＭＳ構造体を形成する。例えば、加速度センサを形成する場合には、可動錘１０９、弾性梁１１０および固定梁１１１よりなる構造体をＣＭＯＳの配線形成技術を使って形成する。その後、ＣＭＯＳプロセスで層間絶縁膜１１２などをエッチングして空洞部１１５を形成する。そして、エッチングに使用した微細孔１１３を絶縁膜で封止する。【選択図】  図８
2006263902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体集積回路装置の製造技術を用いて形成する微小機械と半導体集積回路装置とを半導体基板上に形成した集積化マイクロエレクトロメカニカルシステムであって、
前記微小機械は、
（ａ）層間絶縁膜の一部を除去することにより形成され、かつ、封止された空洞部と、
（ｂ）前記空洞部の内部に形成された構造体とを備え、
前記空洞部は、ＭＯＳＦＥＴの配線形成技術を用いて形成され、かつ、前記ＭＯＳＦＥＴの配線形成技術を用いて封止されていることを特徴とする集積化マイクロエレクトロメカニカルシステム。
【請求項２】
前記微小機械の機械的特性は前記構造体の構造によって決定され、前記空洞部の形状には依存しないことを特徴とする請求項１記載の集積化マイクロエレクトロメカニカルシステム。
【請求項３】
前記空洞部は、前記層間絶縁膜とエッチング特性の異なる犠牲膜を使用せずに形成されていることを特徴とする請求項１記載の集積化マイクロエレクトロメカニカルシステム。
【請求項４】
前記構造体は、前記半導体集積回路装置を構成する配線と同一層で形成されていることを特徴とする請求項１記載の集積化マイクロエレクトロメカニカルシステム。
【請求項５】
前記構造体は、前記半導体集積回路装置を構成する複数の配線を用いて形成されていることを特徴とする請求項１記載の集積化マイクロエレクトロメカニカルシステム。
【請求項６】
前記構造体は、
（ｂ１）前記空洞部の周囲にある前記層間絶縁膜に固定され、かつ、弾性変形しないとみなせる固定部と、
（ｂ２）前記空洞部内を可動できる可動部と、
（ｂ３）前記固定部と前記可動部とを接続し、かつ、弾性変形する弾性変形部とを有することを特徴とする請求項１記載の集積化マイクロエレクトロメカニカルシステム。
【請求項７】
前記可動部は、前記半導体集積回路装置を構成する複数の配線を用いた機械的に一体構造とみなすことができるものであることを特徴とする請求項６記載の集積化マイクロエレクトロメカニカルシステム。
【請求項８】
前記微小機械は、加速度センサあるいはジャイロであり、
前記可動部は、前記加速度センサあるいは前記ジャイロに使用する錘であることを特徴とする請求項６記載の集積化マイクロエレクトロメカニカルシステム。
【請求項９】
前記可動部は、金属膜、シリコン−ゲルマニウム膜、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、単結晶シリコン膜、ポリシリコン膜、非晶質シリコン膜あるいはポリイミド膜のいずれかを含むように形成されていることを特徴とする請求項６記載の集積化マイクロエレクトロメカニカルシステム。
【請求項１０】
前記可動部には、電気的に独立した複数の配線が形成されていることを特徴とする請求項６記載の集積化マイクロエレクトロメカニカルシステム。
【請求項１１】
前記微小機械は、前記半導体集積回路装置を構成する配線の上部に積層して形成されていることを特徴とする請求項１記載の集積化マイクロエレクトロメカニカルシステム。
【請求項１２】
半導体集積回路装置の製造技術を用いて形成する微小機械と半導体集積回路装置とを半導体基板上に形成する集積化マイクロエレクトロメカニカルシステムの製造方法であって、
（ａ）前記微小機械の一部である構造体を形成する工程と、
（ｂ）前記構造体を覆う層を形成する工程と、
（ｃ）前記構造体を内部に含む空洞部を形成する工程と、
（ｄ）前記空洞部を封止する工程とを備え、
前記（ａ）工程、前記（ｂ）工程、前記（ｃ）工程および前記（ｄ）工程は、ＭＯＳＦＥＴの配線形成技術を用いることを特徴とする集積化マイクロエレクトロメカニカルシステムの製造方法。
【請求項１３】
前記（ａ）工程は、前記構造体の機械的特性が、前記空洞部の形状に依存せず、前記構造体自体の構造で決定されるように前記構造体を形成し、
前記（ｃ）工程は、前記構造体の機械的特性が前記空洞部の形状に依存する場合に比べて緩やかな精度で前記空洞部を形成することを特徴とする請求項１２記載の集積化マイクロエレクトロメカニカルシステムの製造方法。
【請求項１４】
前記（ｂ）工程は、前記半導体集積回路装置の配線間に形成される層間絶縁膜を使用して前記構造体を覆い、
前記（ｃ）工程は、前記構造体を覆う前記層間絶縁膜上に孔を有する膜を形成した後、前記孔を介して、前記構造体の周辺にある前記層間絶縁膜をエッチングすることにより、前記空洞部を形成し、
前記（ｄ）工程は、前記孔を封止することを特徴とする請求項１２記載の集積化マイクロエレクトロメカニカルシステムの製造方法。
【請求項１５】
前記（ａ）工程は、前記半導体集積回路装置を構成する配線と同一層で前記構造体を形成することを特徴とする請求項１２記載の集積化マイクロエレクトロメカニカルシステムの製造方法。
【請求項１６】
前記（ａ）工程は、前記半導体集積回路装置を構成する複数の配線を用いて前記構造体を形成することを特徴とする請求項１２記載の集積化マイクロエレクトロメカニカルシステムの製造方法。
【請求項１７】
前記（ａ）工程は、弾性変形しないとみなせる固定部と、前記空洞部が形成された場合に可動できる可動部と、前記固定部と前記可動部とを接続し、かつ、弾性変形する弾性変形部とを有する前記構造体を形成することを特徴とする請求項１２記載の集積化マイクロエレクトロメカニカルシステムの製造方法。
【請求項１８】
前記可動部に、電気的に独立した複数の配線を形成することを特徴とする請求項１７記載の集積化マイクロエレクトロメカニカルシステムの製造方法。
【請求項１９】
前記（ｃ）工程は、
（ｃ１）前記層間絶縁膜上に第１孔および前記第１孔よりも径の大きい第２孔を形成した膜を形成する工程と、
（ｃ２）前記第１孔および前記第２孔を介して、前記構造体の周辺にある前記層間絶縁膜をエッチングすることにより前記空洞部を形成する工程と、
（ｃ３）前記第２孔を開口したまま前記第１孔に絶縁膜を埋め込む工程と、
（ｃ４）前記（ｃ３）工程を実施することにより前記構造体に形成された前記絶縁膜を除去する工程とを有し、
前記（ｄ）工程は、前記第２孔を封止することを特徴とする請求項１４記載の集積化マイクロエレクトロメカニカルシステムの製造方法。
【請求項２０】
前記半導体集積回路装置を構成する配線の上部に積層して前記微小機械を形成することを特徴とする請求項１２記載の集積化マイクロエレクトロメカニカルシステムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ；Micro Electro Mechanical Systems）およびその製造技術に関し、特に、半導体集積回路とＭＥＭＳとを集積化した集積化マイクロエレクトロメカニカルシステムに適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路装置の高性能化及び高集積化を実現してきた微細加工技術を用いて、圧力センサ、加速度センサ等の機械的センサや微小スイッチ、振動子等の微細な機械部品、機械システムを形成するマイクロエレクトロメカニカルシステム（以下、ＭＥＭＳという）技術が開発されている。ＭＥＭＳはシリコン基板自体を加工するバルクＭＥＭＳと、シリコン基板の表面に薄膜を堆積してパターニングする工程を繰り返すことにより形成する表面ＭＥＭＳに大別される。表面ＭＥＭＳの製造工程は半導体集積回路装置の製造プロセスに近い。これらＭＥＭＳ技術については例えば、応用物理、第７３巻（第９号）、第１１５８頁から第１１６５頁（２００４年９月、応用物理学会刊）（非特許文献１）に論じられている。
【０００３】
米国特許第６６３５５０６号明細書（特許文献１）には、ＭＥＭＳを形成するための空洞部を形成する際、犠牲層を使用して空洞部の形状を正確に形成する技術が開示されている。
【０００４】
米国特許第６６６７２４５号明細書（特許文献２）にはＭＥＭＳとしてスイッチを形成する例が開示されている。そして、集積回路の多層配線を形成するために使用される標準的な技術をこのスイッチの形成に用いることにより、低コストでスイッチを形成できるとしている。
【０００５】
米国特許出願公開第２００４／０１４５０５６号明細書（特許文献３）には、標準的なＣＭＯＳＦＥＴ（Complementary Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）(以下、ＣＭＯＳと略す)製造技術を使用して形成された金属層および犠牲層を用いてＭＥＭＳを形成することが記載されている。
【０００６】
米国特許第５５９６２１９号明細書（特許文献４）には、集積回路とセンサ（アクチュエータ）とをモノリシックに形成する技術が開示されている。このセンサは、例えばポリシリコンよりなるセンサ層に表面マイクロマシン技術を使用して形成されている。
【非特許文献１】応用物理、応用物理学会、２００４年９月、第７３巻、第９号、第１１５８頁〜第１１６５頁
【特許文献１】米国特許第６６３５５０６号明細書
【特許文献２】米国特許第６６６７２４５号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００４／０１４５０５６号明細書
【特許文献４】米国特許第５５９６２１９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
例えば、ＭＥＭＳのセンサ応用においては、外力等による機構の機械的変形が、ピエゾ抵抗変化や容量変化として電気的信号に変換され出力される。さらに、通常、上記出力は、半導体集積回路装置（ＬＳＩ；Large Scale Integration、ＬＳＩにＣＭＯＳも含まれる）によって信号処理される。また、ＭＥＭＳの振動子応用において、これら振動子の入出力は高周波回路に接続される。このように、ＭＥＭＳはＬＳＩと組み合わせて利用されることが多い。また、ＭＥＭＳは機械的に動作するだけでなく、その応用の多くでは異なる物理量（多くの場合電気信号と機械的変位）の変換が必要である。この変換機構をトランスデューサと呼ぶ。
【０００８】
このようにＭＥＭＳを信号処理用ＬＳＩと組み合わせて使用する場合、各々が別チップとなるため、システム全体の小型化が困難となる。ＭＥＭＳとＬＳＩは通常どちらもシリコン基板上に形成されるので、両者を同一基板上でモノリシックに集積しようという方向は自然であり、既に一部製品に適用されている。
【０００９】
例えば、厚さ２μｍから４μｍ程度のポリシリコン膜からなる錘を用いた加速度センサや振動ジャイロが容量電圧変換回路やオペアンプ等のアナログ回路と集積されている。センサ機構部（シリコン基板上に一部空隙を介して配置される）とアナログ回路部は基板平面の異なる（隣接する）領域に配置される。センサ機構部はその全体をカバーにより覆われ、封止される。
【００１０】
また、表面を反射面とする可動の金属膜をマトリクス状に配置し、その各々の向きを静電気的に制御して光のオンオフを行うことにより、画像デバイスを実現するデジタルミラーデバイス（Digital Mirror Device）が製品化されている。このデバイスの上部は、光を透過する透明板により封止される。
【００１１】
また、いわゆるＣｕダマシン配線プロセスによりＬＳＩの上部にＲＦ-ＭＥＭＳ（スイッチ、フィルタ）を形成する技術が報告されている。この技術では、可動部と空洞部の両方をダマシン法で形成する。そして、可動部を形成後、封止を行なう方法についても記載されている。さらに、ＬＳＩの多層配線を用いてＭＥＭＳ機構部及びトランスデューサ（信号部）を形成する方法が報告されている。
【００１２】
以上は、いずれも表面ＭＥＭＳの範疇にあるが、バルクＭＥＭＳをＬＳＩと集積化する技術も報告されている。バルクＭＥＭＳでは、シリコンウェハ自体が可動部となるので、封止・実装を行なうためには、通常、他の基板と貼り合わせを行なう必要がある。
【００１３】
解決しようとする問題点は、第１に従来のＭＥＭＳでは特別な空洞形成工程および特別な封止工程が必要となる点である。すなわち、ＭＥＭＳの製造において、通常のＣＭＯＳ製造技術の他に特別な技術が必要となる点である。特に、振動子等では大きな振動Ｑ値を得るため、真空封止が必要であり、かつ、長期間にわたり特性を維持するために機密性が重要である。これは、ＬＳＩとＭＥＭＳを混載した集積化ＭＥＭＳの場合においても同様である。多層配線を用いて機構部を形成した例においても、特殊な応用を除いて通常、その全体を封止することが好ましく、この場合、ＭＥＭＳを形成した基板と蓋となる別の基板を貼り合せる必要がある。また、空洞部をダマシン工程で作製する例では、層間絶縁膜中への犠牲層の埋め込み等の特殊な工程が必要である。このように、従来のＭＥＭＳの製造においては、通常のＣＭＯＳ製造技術の他に特別な技術が必要となる。
【００１４】
第２に、加速度センサやジャイロに要求される十分な質量を持つ錘を形成するには、標準的なＬＳＩで用いられる膜よりはるかに厚い膜を必要とする点である。これは、ＬＳＩとＭＥＭＳを混載した集積化ＭＥＭＳの場合、以下の理由から特に困難である。まず、標準的なＬＳＩプロセスでは応力の制御された厚膜を形成するのが難しい。可能であったとしても、熱処理温度条件等から、これを微細なＣＭＯＳを形成するプロセスと両立させることは困難である。さらに、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）等を用いた場合、深孔エッチング等の特殊なプロセスが必要となり、プロセスが複雑、かつ、コストが高くなる。
【００１５】
第３に、ＬＳＩとＭＥＭＳを混載した集積化ＭＥＭＳにおいては、その製造プロセスが複雑化する、または、チップ面積が増大するという点である。
【００１６】
本発明の目的は、半導体集積回路装置（ＣＭＯＳ等）と微小機械とを半導体基板上にモノリシックに集積化した集積化ＭＥＭＳの製造技術において、半導体集積回路装置の通常の製造技術とは異なる特別な工程を使用することなく集積化ＭＥＭＳを製造できる技術を提供することにある。
【００１７】
また、本発明の他の目的は、加速度センサあるいはジャイロを含む集積化ＭＥＭＳの製造技術において、加速度センサやジャイロに要求される十分な質量を持つ錘を簡便かつ低コストで製造できる技術を提供することにある。
【００１８】
また、本発明の他の目的は、集積化ＭＥＭＳの製造プロセスを簡略化し、製品の製造コストを低減できる技術を提供することにある。
【００１９】
また、本発明の他の目的は、集積化ＭＥＭＳの小型化を図ることができる技術を提供することにある。
【００２０】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００２２】
本発明による集積化マイクロエレクトロメカニカルシステムは、半導体集積回路装置の製造技術を用いて形成する微小機械と半導体集積回路装置とを半導体基板上に形成した集積化マイクロエレクトロメカニカルシステムであって、前記微小機械は、（ａ）配線間に形成される層間絶縁膜の一部を除去することにより形成され、かつ、封止された空洞部と、（ｂ）前記空洞部の内部に形成された構造体とを備え、前記空洞部は、ＭＯＳＦＥＴの配線形成技術を用いて形成され、かつ、前記ＭＯＳＦＥＴの配線形成技術を用いて封止されているものである。
【００２３】
また、本発明による集積化マイクロエレクトロメカニカルシステムの製造方法は、半導体集積回路装置の製造技術を用いて形成する微小機械と半導体集積回路装置とを半導体基板上に形成する集積化マイクロエレクトロメカニカルシステムの製造方法であって、（ａ）前記微小機械の一部である構造体を形成する工程と、（ｂ）前記構造体を覆う層を形成する工程と、（ｃ）前記構造体を内部に含む空洞部を形成する工程と、（ｄ）前記空洞部を封止する工程とを備え、前記（ａ）工程、前記（ｂ）工程、前記（ｃ）工程および前記（ｄ）工程は、ＭＯＳＦＥＴの配線形成技術を用いるものである。
【００２４】
本発明は、標準的なＣＭＯＳの製造工程、またはＣＭＯＳ製造工程の一部である標準的な配線工程を用いて、（特別な封止工程を行なうことなく）ＭＥＭＳ（微小機械）の構造体を設置するための空洞部を形成することを第1の主要な特徴とする。具体的には、まずＣＭＯＳプロセス（多層配線プロセス）を用いて層間絶縁膜内にＭＥＭＳの構造体の一部である可動部兼電極等を形成する。そして、その上部に微小孔を有する（金属）薄膜層を形成した後、微小孔を介して上記可動部兼電極周辺の層間絶縁膜をエッチング除去し、最終的に微小孔を封止する。
【００２５】
このとき、薄膜層下の多層配線間に形成されている層間絶縁膜の一部を除去することにより形成された空洞部内に微小機械の構造体が設置される。薄膜層は、層間絶縁膜のエッチングに対するエッチング速度が十分に小さい材料（例えば上層配線層）を用いる。
【００２６】
層間絶縁膜のエッチングを終了した後、薄膜層に形成されたエッチング用の微小孔は、薄膜層上に比較的等方的な堆積特性を有する薄膜（ＣＶＤ絶縁膜等）を堆積することにより封止される。これらの薄膜形成と層間絶縁膜を除去するエッチングは通常のＣＭＯＳプロセスの範囲内で行なわれる。空洞部に形成された可動部兼電極は、例えば、金属膜、シリコン−ゲルマニウム膜、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、単結晶シリコン膜、ポリシリコン膜、非晶質シリコン膜あるいはポリイミド膜のいずれかを含むように形成される。
【００２７】
また、本発明は、複数のＬＳＩ層または配線層を用いて1個の一体構造の構造体（機械的に一体構造とみなすことのできる錘や可動体等を含む）を形成することにより、標準的なＣＭＯＳプロセスの配線工程を用いて、加速度センサやジャイロに要求される十分に大きな質量をもつ可動錘を形成できることを第２の主要な特徴とする。構造体の可動部は、好ましくは空洞部内に形成され、かつ（弾性）変形可能なＬＳＩ材料または金属配線により空洞部を囲む層間絶縁膜に固定される。構造体は、その機械的特性が構造体自体の寸法により決定され、空洞部の形状には依存しないように設計する。具体的に構造体に、（１）空洞部の周囲にある層間絶縁膜に固定されかつ実質的に弾性変形しないとみなすことのできるだけの大きさを有する固定部、（２）可動部、（３）固定部と可動部を接続する弾性変形部を設けることにより、空洞部の寸法精度はＭＥＭＳの機械的特性に影響しない。したがって、空洞部の寸法精度は、構造体の機械的特性が空洞部の形状に依存する場合に比べて緩やかな精度で形成できる。この構造体の寸法精度は通常、ＬＳＩの配線パターンの精度で規定される。この寸法精度は、一般的に従来技術におけるバルクＭＥＭＳ等の加工精度より格段に高いため、高精度の機械的特性が保証される。
【００２８】
構造体は配線層を用いて形成されるので、錘としての機械的機能に加え、それ自体が電極および配線等の電気的機能を兼ねる。層間絶縁膜に固定された電気的に独立した電極と可動部兼電極の間の静電力と容量により駆動とセンシングを行なう。一体構造の構造体の可動部を錘とすることにより、例えば、加速度センサや振動ジャイロ（角速度センサ）が実現される。可動部とこれを囲む層間絶縁膜との機械的接続（固定部と弾性変形部、例えば梁）と電気的接続（配線、駆動（アクチュエータ）用および検出用容量等）は、各々ＬＳＩを構成する別層で行なってもよい。多層配線層で可動部を挟み、可動部の可動範囲を制限する等することにより、信頼性を向上することができる。
【００２９】
また、本発明は、ＭＥＭＳである振動センサ、加速度センサ、ジャイロ、スイッチ、振動子をＬＳＩと混載し、ＭＥＭＳの構造体をＬＳＩの配線層（パッドを含む）と同一層で形成することを特徴とする。または、ＬＳＩの配線上部に（平面的に重なる領域に）ＭＥＭＳを積層して形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００３１】
ＬＳＩ（ＣＭＯＳが含まれる）とＭＥＭＳを標準的なＣＭＯＳプロセス（ＬＳＩプロセス）を用いてモノリシックに集積することができるので、集積化ＭＥＭＳの小型化や低コスト化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
【００３３】
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
【００３４】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
【００３５】
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００３６】
また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、平面図であってもハッチングを付す場合がある。
【００３７】
本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３８】
以下の実施の形態では、シリコン（Ｓｉ）基板上にＬＳＩのトランジスタを作製した後、トランジスタ上部に多層配線層を形成するのと同時に、同一シリコン基板上の多層配線層間に形成される層間絶縁膜にＭＥＭＳを形成し、その後、空洞を形成して封止した。または、シリコン基板上にＭＥＭＳを形成した後、同一シリコン基板上にＬＳＩを作製し、その後、空洞を形成して封止した。
【００３９】
（実施の形態１）
本実施の形態１では、ＭＥＭＳとして１軸加速度（もしくは振動）センサを形成する場合について説明する。
【００４０】
図1から図８は、本実施の形態１による集積化ＭＥＭＳの製造プロセスを説明する模式図（断面図）である。まず、通常のＣＭＯＳ集積回路装置を製造するプロセスに従い、シリコン基板（半導体基板）１０１上に１軸加速度センサの信号処理用トランジスタ１０２及びコンタクトホール１０３を形成する（図１）。次に、同様に、ＣＭＯＳ集積回路装置を製造するプロセスを使用して、信号処理用トランジスタ１０２の第１層配線（Ｍ１層）１０４と、空洞部を形成するエッチング時（後述する工程）のエッチングストッパ膜１０５を形成する（図２）。
【００４１】
次に、通常のＣＭＯＳ集積回路装置を製造するプロセスにより、第２層配線（Ｍ２層）および第３層配線（Ｍ３層）（第２層配線および第３層配線は図示せず）からなる多層配線層を作成し、通常の化学的機械的研磨法（ＣＭＰ；Chemical Mechanical Polishing）を用いて平坦化を行なう。次に、層間絶縁膜１０６を形成した後、この層間絶縁膜１０６に所定のビアホール１０７を形成する（図３）。そして、層間絶縁膜１０６上に、必要に応じて第４層配線（Ｍ４層）１０８を形成するとともに、１軸加速度センサの可動錘（可動部）１０９、配線兼用の弾性梁（弾性変形部）１１０および固定梁（固定部）１１１を形成する（図４）。すなわち、１軸加速度センサの一部を構成する構造体（可動錘、弾性梁、固定梁）を形成する。この構造体は、上述したように半導体集積回路装置を構成する配線（例えば、第４層配線１０８）と同一層で形成されている。
【００４２】
さらに、構造体を覆うように層間絶縁膜１１２を形成し、必要に応じてＣＭＰ法等を用いて層間絶縁膜１１２の平坦化を行った後（図５）、第５層配線（Ｍ５層）により、空洞部形成用の微細孔１１３を有する空洞カバー膜１１４を形成する（図６）。しかる後に、微細孔１１３を介して可動錘１０９周辺の層間絶縁膜１１２および層間絶縁膜１０６をエッチング除去することにより、空洞部１１５を形成する（図７）。このとき、エッチングストッパ膜１０５があるので、エッチングは、エッチングストッパ膜１０５より下方には進行しない。そして、空洞部形成用の微細孔１１３を絶縁膜１１６で塞いで空洞部１１５を封止する（図８）。
【００４３】
ここで、第１層配線１０４および第４層配線１０８の材料としてはタングステン（Ｗ）を、第２層配線、第３層配線の材料としてはアルミニウム（Ａｌ）を、第５層配線としてはタングステンシリサイド（ＷＳｉ）を用いた。材料はこれらに限ることなく、第１層配線１０４は例えばアルミニウム膜と窒化チタン（ＴｉＮ）膜の積層膜を用いてもよいし、第５層配線はタングステン等を用いてもよい。第１層配線１０４や第５層配線に上記した材料を用いることの利点は、空洞部１１５を形成するエッチングの際、層間絶縁膜１０６および層間絶縁膜１１２とのエッチング選択比を十分に確保できる点である。
【００４４】
次に、本実施の形態１における１軸加速度センサの構成および動作について説明する。図９は完成した１軸加速度センサを構成する各層における構造体パターンの平面配置を示す模式図である。Ｍ１層、Ｍ４層、Ｍ５層のそれぞれの層における平面図を図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。図９（ａ）において、Ｍ１層のエッチングストッパ膜１０５は容量下部電極として機能し、第１層配線１０４により同一基板上に集積された信号処理用トランジスタ１０２を含む集積回路に接続される。図９（ｂ）において、Ｍ４層に形成された可動錘１０９は、渦巻き状に形成された弾性梁１１０を介して固定梁１１１に接続されている。可動錘１０９は、容量上部電極として機能し、弾性梁１１０、固定梁１１１および第４層配線１０８により信号処理用トランジスタ１０２を含む集積回路に電気的に接続される。空洞部１１５内に形成されている可動錘１０９は機械的に弾性梁１１０および固定梁１１１を介して層間絶縁膜１１２に固定される。このように構成することで、可動錘１０９は紙面に垂直な方向の加速度に応じて紙面に垂直な方向に動く。これにより可動錘１０９よりなる容量上部電極とエッチングストッパ膜１０５よりなる容量下部電極との間の距離が変化し、電極間容量が変動する。この容量変化を、信号処理用トランジスタ１０２を含む集積回路（容量検出回路）で検出することにより、加速度を容量変化として検出することができる。すなわち、本実施の形態１における１軸加速度センサはシリコン基板１０１（チップ）に対し垂直方向に働く加速度を検出することができる。
【００４５】
図９（ｃ）において、Ｍ５層には、空洞カバー膜１１４が形成されており、この空洞カバー膜１１４には、空洞部１１５を形成するための微細孔１１３が形成されている。この微細孔１１３を用いてエッチングすることにより空洞部１１５を形成する。空洞部１１５を形成した後、この微細孔１１３は埋め込まれる。
【００４６】
図９（ｂ）に示すように、固定梁１１１の形状は空洞の付根部分においては十分に太く、可動錘１０９に加速度が加えられても弾性変形しにくいように設計されている。一方、梁の中央部にある弾性梁１１０は固定梁１１１にくらべて幅が狭く、かつ渦巻き状とすることにより長さが確保されており、所定の加速度が加わることにより所望の弾性変形を生じるように設計されている。従って、１軸加速度センサの機械的特性はＭ４層の固定梁１１１、弾性梁１１０および可動錘１０９の平面パターン形状と膜厚のみで決まり、空洞部１１５の寸法形状には依存しない。固定梁１１１、弾性梁１１０および可動錘１０９の寸法精度はＭ４層の寸法精度（配線を形成する寸法精度）で決まるので極めて高精度である。一方、空洞部１１５の寸法形状はいわゆる層間絶縁膜１０６、１１２のエッチングで決まり、その精度は低いが、本実施の形態１における１軸加速度センサの機械的特性に影響することはない。
【００４７】
つまり、本実施の形態１における１軸加速度センサでは、可動錘１０９、弾性梁１１０および固定梁１１１によって機械的特性が決定されるように構成されている。したがって、空洞部１１５は、通常のＣＭＯＳ集積回路装置の製造技術、すなわち、空洞部１１５の形状によってＭＥＭＳの機械的特性が決定される場合よりも緩やかな精度のエッチング技術（層間絶縁膜自体のエッチング）で形成することができる。
【００４８】
これに対し、先行技術文献（米国特許第６６３５５０６号明細書）では、機械的特性が空洞部によって影響されるため、空洞部を正確に形成する必要がある。このため、層間絶縁膜の空洞部形成領域に、層間絶縁膜と異なる材料からなる犠牲層を形成している。したがって、空洞部を形成するためのプロセスが複雑になるという問題点がある。
【００４９】
一方、本実施の形態１では、空洞部１１５を正確に形成する必要がないので、犠牲層を用いることなく、微細孔１１３からの層間絶縁膜１０６、１１２自体のエッチングで空洞部１１５を形成している。そして、空洞部１１５を形成した後、微細孔１１３を絶縁膜１１６で埋め込むことにより空洞部１１５を封止している。この封止工程も絶縁膜１１６を堆積させるという通常のＣＭＯＳ集積回路装置の製造技術が使用されている。すなわち、本実施の形態１では、空洞部１１５の形成および封止を行うプロセスを簡素化することができる。
【００５０】
このように本実施の形態１では、標準的なＣＭＯＳプロセスで空洞部１１５の形成および封止が可能となるので、従来のＭＥＭＳを製造する場合のように、歩留まり低下および製造コスト増大の主要因であった特殊な空洞部の形成および封止（ＭＥＭＳ特有の実装工程）が不要となる。このため、実施の形態１では、歩留まりの向上、製造（実装）コストの低減、または信頼性の向上を図ることができる等の利点がある。また、ＭＥＭＳ（１軸加速度センサ）の構造体をＬＳＩの配線と同時に形成できるので、ＬＳＩとの集積化が容易となるという利点がある。
【００５１】
なお、可動錘１０９、弾性梁１１０および固定梁１１１の平面形状は図９（ｂ）に示した形状に限定されない。例えば、中心にある可動錘を４隅に設けた弾性梁で支えるように構成してもよい。
【００５２】
次に、容量検出回路について説明する。図１０は、信号処理用トランジスタ１０２を含む集積回路（容量検出回路）の回路構成を示したブロック図である。
【００５３】
図１０において、加速度センサ１１７で検出された容量は、ＣＶ変換回路１１８で電圧に変換される。そして、ＣＶ変換回路１１８で変換された電圧は、オペアンプ１１９で増幅された後、ＡＤ変換回路１２０でデジタル化される。しかる後、不揮発性メモリ１２２に記憶されたデータに基づき、マイクロプロセッサ１２１で、温度、アンプ特性等各種の補正が施され、出力用インターフェース回路１２３より加速度として出力される。なお、適当な固定参照容量またはＭ５層と可動錘１０９の間の容量変化も同時に検出して、上記容量検出回路の差動入力とすることにより、加速度検出精度をさらに向上することができる。
【００５４】
次に、本実施の形態１における１軸加速度センサの応用について説明する。本実施の形態１における１軸加速度センサをＴＰＭＳ（タイヤ空気圧モニタリングシステム）向けの圧力センサと混載した。１軸加速度センサにより、タイヤが回転したときの遠心力または路面の振動による可動錘の位置変位から加速度を検知し、自動車の動作状態、すなわち走行状態か非走行状態かを判別する。そして、１軸加速度センサの検出結果に基づいて、圧力センサから出力されるタイヤ内圧力情報等の無線送信頻度を決定する。つまり、１軸加速度センサを設けることにより、自動車が走行状態にあるときは圧力センサで検出したタイヤ内圧力情報を無線送信する頻度を高める一方、自動車が非走行状態にあるときは、圧力センサで検出したタイヤ内圧力情報を無線送信する頻度を下げることができる。これにより、無駄な無線送信を低減することができ、電池の寿命を長くすることができる。
【００５５】
圧力センサは、１軸加速度センサと同様の配線プロセスで形成することができる。図１１は、本実施の形態１における１軸加速度センサ１３０と圧力センサ１３１とを同時に形成したデバイスの断面図である。
【００５６】
圧力センサ１３１の下部電極１３２は、１軸加速度センサ１３０の可動錘１０９と同一層で形成する。圧力センサ１３１の上部電極１３３（兼ダイアフラム膜）は、１軸加速度センサ１３０の空洞カバー膜１１４（封止膜）と同一層で形成する。圧力センサ１３１の空洞部１３４の形成と１軸加速度センサ１３０の空洞部１１５の形成は、圧力センサ１３１の上部電極１３３に設けた微細孔１３５と１軸加速度センサ１３０の空洞カバー膜１１４に設けた微細孔１１３を介して同時に行なう。同様に、圧力センサ１３１の上部電極１３３と１軸加速度センサ１３０の空洞カバー膜１１４の封止も同時に行う。これにより、圧力センサ１３１を本実施の形態１における１軸加速度センサ１３０とほぼ同一プロセスで並行して製造可能となる。
【００５７】
圧力センサ１３１では、図１１に示す上部電極１３３が圧力センサ１３１の周囲にある気体の圧力の変化に伴い、押される程度が変化する（位置が変化する）。このため、上部電極１３３と下部電極１３２との間の距離が変化して、電極間容量が変化する。したがって、圧力センサ１３１では、この電極間容量を検出することにより、気体の圧力を検出することができる。
【００５８】
（実施の形態２）
本実施の形態２では、前記実施の形態１の変形例について説明する。まず、本実施の形態２では、チップ面内の２方向（互いに直交する方向）の加速度を検知する２軸加速度センサについて述べる。加速度センサでは、一般にある程度の錘の質量を確保する必要がある。そこで、配線層のうち膜厚の比較的厚いパッド層を用いて構造体を形成した。
【００５９】
図１２は２軸加速度センサの断面構造を示した模式図であり、図１３は主要層の平面構成を示した模式図である。図１２において、２軸加速度センサ２０１の可動錘２０２、弾性梁２０３（図１２では図示されていない）および固定容量プレート（容量検知用電極）２０４は、全てこれをモノリシックに集積するＬＳＩのパッド層２０５と同一の金属層で形成されている。２軸加速度センサ２０１は通常のＬＳＩ２０６の上部に形成され、前記実施の形態１と同様の方法により、可動錘２０２の周囲に空洞部２０７が封止形成されている。ただし、空洞部２０７を形成する際、空洞部形成領域の直下の適当な配線層を用いてエッチングストッパ膜２０８を形成する。このエッチングストッパ膜２０８は、下部にあるＬＳＩ２０６（集積回路および多層配線）と２軸加速度センサ２０１との電気シールドとしても機能する。このように、ＭＥＭＳ（２軸加速度センサ）の構造体をＬＳＩ（配線部および素子領域）の上部に重ねて形成できるので、チップの小型化が可能となるという利点がある。
【００６０】
空洞部２０７を形成するエッチングの際、パッド層用材料による可動錘２０２、エッチングストッパ膜２０８および封止用の空洞カバー膜２０９と、エッチング除去される層間絶縁膜２１０の間で十分なエッチング選択比を確保する必要がある。ここでは、パッド層２０５は、膜厚１５００ｎｍのアルミニウム（Ａｌ）膜を上下から膜厚１００ｎｍの窒化チタン（ＴｉＮ）膜によりはさんだ積層膜としている。これにより、空洞部２０７を形成するエッチングの際、層間絶縁膜２１０とのエッチング選択比を十分に確保できる。アルミニウム膜の側面からのサイドエッチングを防止するため、必要に応じて、側面に窒化チタン膜や窒化シリコン膜（ＳｉＮ）等からなるサイドウォールを形成してもよい。
【００６１】
比較的大きな可動錘２０２を内部に設置するのに充分な面積を有する空洞部２０７を封止するため、空洞カバー膜２０９の強度を十分に確保する必要がある。ここでは、膜厚１μｍのタングステンシリサイド（ＷＳｉ）膜を用いた。エッチング後の乾燥工程において、空洞部２０７内に残存する液体の毛管力による空洞カバー膜２０９の貼り付きや破壊を防止するため、ここではベイパーフッ酸による気相エッチングを用いて空洞部２０７の形成を行なった。
【００６２】
次に、本実施の形態２における２軸加速度センサの動作について説明する。図１３（ａ）に示すように、空洞部２０７内で、可動錘２０２は同一層で形成された弾性梁２０３を介して層間絶縁膜２１０に固定される。この層間絶縁膜２１０は弾性変形しないとみなせる固定梁としても機能する。弾性梁２０３の形状を図１３（ａ）のようにジグザグ状の折曲がった形状とすることにより、可動錘２０２に力が加わると弾性梁２０３が弾性変形して可動錘２０２の位置が空洞部２０７内で２次元的に変位する。この変位量は、可動錘の一部に形成した可動容量プレート２１１と、層間絶縁膜２１０に固定され空洞部２０７に突き出した固定容量プレート２０４との間の容量変化として検出される。チップ平面内の２方向（ｘ、ｙ方向）の変位を検出する可動容量プレート２１１と固定容量プレート２０４は、横方向に互いに入れ違いに形成された櫛歯形状を有する。１個の可動容量プレート２１１をはさむ１対の固定容量プレート２０４は各々電気的に独立し、各固定容量プレート２０４と可動錘２０２の間の容量は、別個に検出される。例えば、可動錘２０２がｘ方向に動くと、上下に配置された可動容量プレート２１１と固定容量プレート２０４との間の距離が変化する。すなわち、上下に配置された可動容量プレート２１１と固定容量プレート２０４において、１個の可動容量プレート２１１を挟んだ１対の固定容量プレート２０４との距離が、一方の固定容量プレート２０４との間では広くなり、他方の固定容量プレート２０４との間では狭くなる。距離が変化すると容量が変化するので、この容量変化を検出することにより、ｘ方向の加速度を検出することができる。また、可動錘２０２がｙ方向に動く場合は、左右に配置された可動容量プレート２１１と固定容量プレート２０４との間の距離が変化する。すなわち、左右に配置された可動容量プレート２１１と固定容量プレート２０４において、１個の可動容量プレート２１１を挟んだ１対の固定容量プレート２０４との距離が、一方の固定容量プレート２０４との間では広くなり、他方の固定容量プレート２０４との間では狭くなる。これにより、ｙ方向の加速度を検出することができる。
【００６３】
これらx、ｙ各方向の固定容量プレート２０４および可動錘２０２（可動容量プレート２１１を含む）は、各々独立に、同一半導体基板上に集積された信号処理用集積回路（ＬＳＩ）に電気的に接続される。可動錘２０２が加速度により２軸の任意の方向に動くと、固定容量プレート２０４と可動容量プレート２１１との間の距離が変化して電極間容量が変動する。この容量変化を信号処理用集積回路（容量検出回路）で検出することにより、加速度を検出する。
【００６４】
梁の形状は空洞部２０７の付根部分においては十分に太く、錘に加速度が加えられても弾性変形しにくいように設計されている（固定部、固定梁）。一方、梁の中央部は付根部分にくらべて幅が狭く、かつ折れ曲り状とすることにより長さが確保されており、所定の加速度が加わることにより所望の弾性変形を生じるように設計されている（弾性変形部、弾性梁２０３）。したがって、機械的特性は空洞部２０７内に露出された部分の梁および可動錘２０２の平面パターン形状と膜厚のみで決まり、空洞部２０７の寸法形状には依存しない。固定梁、弾性梁２０３および可動錘２０２の寸法精度は配線層およびビア層パターンの寸法精度で決まるので極めて高精度である。一方、空洞部２０７の寸法形状はいわゆる層間絶縁膜２１０のエッチングで決まり、その精度は低いが、本実施の形態２における２軸加速度センサの機械的特性に影響することはない。
【００６５】
図１３（ｂ）は、空洞部２０７の上部に形成される空洞カバー膜２０９を示しており、この空洞カバー膜２０９には、空洞部２０７を形成する際に使用される微細孔２１２が形成されている。微細孔２１２は、空洞部２０７の形成が終了すると絶縁膜などで封止される。
【００６６】
次に、本実施の形態２における２軸加速度センサを圧力センサと同時に形成した例を図１４に示す。図１４は、本実施の形態２における２軸加速度センサ２０１を、前記実施の形態１と同様の圧力センサ２２０と同時に形成した複合センサの断面図である。
【００６７】
図１４に示すように、パッド層２０５と同一層に２軸加速度センサ２０１の構造体（可動錘２０２、固定容量プレート２０４など）を形成するとともに、圧力センサ２２０の上部電極接続用配線２２１および下部電極接続用配線２２２を形成する。次に、層間絶縁膜２２３を形成し、圧力センサ２２０の上部電極接続用開口および下部電極接続用開口をパッド層２０５上に設ける。
【００６８】
次に、圧力センサ２２０の下部電極２２４を形成し、この下部電極２２４を下部電極接続用配線２２２に接続する。次に、圧力センサ２２０の空洞部を形成するための絶縁膜（酸化膜）パターン２２５を形成する。次に、圧力センサ２２０の上部電極（ダイアフラム膜）２２６および２軸加速度センサ２０１の空洞カバー膜２０９となる金属薄膜（ここでは、例えばタングステン膜）を半導体基板の全面に形成する。そして、圧力センサ２２０の空洞部形成領域上および２軸加速度センサ２０１の空洞部形成領域上の金属薄膜に微細孔を形成した後、この微細孔を介して、層間絶縁膜２２３および絶縁膜パターン２２５をエッチングする。これにより、圧力センサ２２０の空洞部２２７および２軸加速度センサ２０１の空洞部２０７を形成する。続いて、金属薄膜に形成した微細孔の封止を行う。
【００６９】
しかる後に、金属薄膜をパターニングして圧力センサ２２０の上部電極２２６および２軸加速度センサ２０１の空洞カバー膜２０９を形成する。そして、窒化シリコン膜よりなるパッシベーション膜を堆積し、圧力センサ２２０および所定のパッド上に開口を形成する（図示せず）。
【００７０】
このように、本実施の形態２においても、圧力センサ２２０と２軸加速度センサ２０１とをほぼ同時に製造することができる。
【００７１】
本実施の形態２によれば、２軸加速度センサ２０１の可動錘２０２をパッド層（比較的膜厚の厚い層）２０５と同層の配線で形成できるので、前記実施の形態１に比べて、可動錘２０２の質量を格段に増大することができる。このため、２軸加速度センサ２０１の感度を向上させることができる。なお、本実施の形態２においてもＣＭＯＳプロセスを使用して２軸加速度センサの構造体の形成と空洞部の形成および封止を行うことができるので、前記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００７２】
（実施の形態３）
本実施の形態３では、ＬＳＩと混載したＭＥＭＳスイッチについて説明する。本実施の形態３では、通常のＣＭＯＳ集積回路装置の製造技術（配線プロセス）を用いてＭＥＭＳスイッチと集積回路装置とをモノリシックに混載した。ＭＥＭＳスイッチは集積回路装置の多層配線層の上部に設けたため、チップ面積の増大を招くことがない効果が得られる。これらのＭＥＭＳスイッチは、回路ブロックの切り替え、ＲＦ（Radio Frequency）無線通信方式に応じた入出力用ＲＦ素子やアンテナの切り替えなどに用いる。これにより、低消費電力で損失の少ない無線用デバイスやアンテナとの結合が可能となる。
【００７３】
まず、本実施の形態３におけるＭＥＭＳスイッチ３００の機能と基本動作について説明する。図１５は本実施の形態３におけるＭＥＭＳスイッチ３００の構成および基本動作を模式的に示す平面図である。
【００７４】
本実施の形態３におけるＭＥＭＳスイッチ３００の機能は入力を制御信号に応じて出力に接続または非接続とすることである。ＭＥＭＳスイッチ３００には、接続状態、非接続状態および遷移状態の３つの状態がある。接続状態では、図１５（ｃ）に示すように中央可動部３０１の２つの接点部３０１ａ、３０１ｂが、入力線３０２の接点部３０２ａと出力線３０３の接点部３０３ａに接触している。一方、非接続状態では、図１５（ａ）に示すように、中央可動部３０１の２つの接点部３０１ａ、３０１ｂは、それぞれ入力線３０２の接点部３０２ａと出力線３０３の接点部３０３ａから離れている。これらの接続状態および非接続状態では、ＭＥＭＳスイッチ３００の入力線３０２および出力線３０３が各々集積回路の信号線に電気的に接続されている。一方、図１５（ｂ）に示す遷移状態は、接続状態から非接続状態への遷移または逆の遷移に対応する状態で、ＭＥＭＳスイッチ３００の入力線３０２および出力線３０３は各々集積回路の信号線から電気的に切り離され、スイッチ制御部からの信号線に接続される。
【００７５】
ここで、各構成要素の機能について説明する。入力線３０２は、空洞部３０４を囲むように形成されている層間絶縁膜３０５に固定された固定部（固定梁）３０６と、弾性変形可能なばね部３０７および接点部３０２ａを含む可動部３０８からなる。可動部３０８の一部は、変位用櫛歯アクチュエータ３０９の一方の電極３０９ａを構成している。一方、変位用櫛歯アクチュエータ３０９の他方の電極３０９ｂは、層間絶縁膜３０５に固定されている。
【００７６】
出力線３０３の構成は、入力線３０２とほぼ対称である。すなわち、出力線３０３は、空洞部３０４を囲むように形成されている層間絶縁膜３０５に固定された固定部（固定梁）３１０と、弾性変形可能なばね部３１１および接点部３０３ａを含む可動部３１２からなる。可動部３１２の一部は、変位用櫛歯アクチュエータ３１３の一方の電極３１３ａを構成している。一方、変位用櫛歯アクチュエータ３１３の他方の電極３１３ｂは、層間絶縁膜３０５に固定されている。
【００７７】
また、中央可動部３０１もほぼ同様の要素により構成され、空洞部３０４を囲むように形成されている層間絶縁膜３０５に固定された固定部（固定梁）３１４と、弾性変形可能なばね部３１５および接点部３０１ａ、３０１ｂを含む可動部３１６からなる。すなわち、一端が層間絶縁膜３０５に固定された中空配線が、弾性変形可能なばね部３１５を介して接点部３０１ａ、３０１ｂを含む可動部３１６に電気的かつ機械的に接続される。可動部３１６の一部は、変位用櫛歯アクチュエータ３１７の一方の電極３１７ａを構成している。一方、変位用櫛歯アクチュエータ３１７の他方の電極３１７ｂは、層間絶縁膜３０５に固定されている。なお、図１５は模式図であり、ばね部やアクチュエータの平面構造は単純化されている。
【００７８】
次に、非接続状態から接続状態への遷移を例に、実際の動作について簡単に説明する。図１５（ａ）に示す非接続状態では、３つの変位用櫛歯アクチュエータ３０９、３１３、３１７のいずれも駆動されておらず、３つのばね部３０７、３１１、３１５のいずれにも力は加わっていない。そこで、入力線３０２および出力線３０３を集積回路信号線からアクチュエータ制御用信号線に切り替える。そして、入力線３０２にある変位用櫛歯アクチュエータ３０９の一対の電極３０９ａ、３０９ｂ間に電圧を印加する。すると、可動部３０８は静電的に駆動されて、入力線３０２の接点部３０２ａは外側に変位する。同様に、出力線３０３にある変位用櫛歯アクチュエータ３１３の一対の電極３１３ａ、３１３ｂ間に電圧を印加する。すると、可動部３１２は静電的に駆動されて、出力線３０３の接点部３０３ａは外側に変位する。
【００７９】
これにより、中央可動部３０１は障害なく紙面の縦方向に移動できる状態となる。さらに、中央可動部３０１にある変位用櫛歯アクチュエータ３１７の一対の電極３１７ａ、３１７ｂ間に電圧を印加することにより、中央可動部３０１を静電的に駆動して、上方へ変位させる（図１５（ｂ））。
【００８０】
続いて、入力線３０２の可動部３０８と出力線３０３の可動部３１２をもとの位置に戻し、その後、中央可動部３０１の変位用櫛歯アクチュエータ３１７の駆動を停止すると、ばね部３１５の力により、中央可動部３０１は入力線３０２および出力線３０３に固定される。すなわち、中央可動部３０１の接点部３０１ａ、３０１ｂは、それぞれ入力線３０２の接点部３０２ａと出力線３０３の接点部３０３ａと接続する（図１５（ｃ））。その後、入力線３０２および出力線３０３を集積回路信号線に切り替えることにより接続状態となる。
【００８１】
次に、本実施の形態３におけるＭＥＭＳスイッチ３００の製造プロセス（製造工程）について簡単に説明する。ＭＥＭＳスイッチ３００の構成要素は、実施例２と同様に配線層１層のみからなり、その製造プロセスは、前記実施の形態１または前記実施の形態２とほぼ同様である。すなわち、通常のＣＭＯＳ集積回路プロセスに従い、トランジスタおよび多層配線を形成し、その上にさらに前記実施の形態２に示したのとほぼ同様の方法により、ＭＥＭＳスイッチ３００の構造体を形成した。すなわち、本実施の形態３では、加速度センサの構造体を形成する代わりに、ＭＥＭＳスイッチ３００の構造体を形成している。この構造体は、前記実施の形態２と同様に多層配線の最上層の一部を用いて形成するが、必ずしもこれに限らない。例えば、配線層数の少ないメモリ領域上に、中間配線層を用いて作成してもよい。
【００８２】
また、構造体の周囲に空洞部を形成する際、空洞部形成領域の構造体直下にエッチングストッパ膜として配線層を利用した薄膜を形成する。この薄膜は、下部に形成されているトランジスタおよび多層配線との電気シールドとして作用する。
【００８３】
本実施の形態３では、配線で形成された構造体同士が接触することにより電気的導通が得られなければならない。このため、構造体の表面には絶縁膜等の付着を防止する必要がある。また、いわゆる金属体同士が接触後互いに離れなくなるいわゆるスティッキングを防止しなければならない。このため、前記実施の形態１で述べた封止工程（図８参照）に代えて、図１６に示す以下のプロセスを実施する必要がある。
【００８４】
図１６は、本実施の形態３によるＭＥＭＳスイッチ３００の製造プロセスの一部を示す模式図であり、図１７はＭＥＭＳスイッチ３００を構成する主要層の平面構成を示す模式図である。図１６（ａ）に示すように、所定の配線層で配線（図示せず）およびＭＥＭＳスイッチの構造体３２０を形成する。そして、構造体３２０上に層間絶縁膜３２１を堆積し、さらに層間絶縁膜３２１上に、同様の配線材料からなる薄膜を形成する。その後、この薄膜に孔を形成して空洞カバー膜３２２を形成する。この孔には、比較的直径の小さな（０．２〜０．３μｍ程度）微細孔３２３と、これより直径の大きな大開口孔３２４の少なくとも２種類を設ける。このように微細孔３２３と大開口孔３２４とを形成した空洞カバー膜３２２の平面図を図１７（ａ）に示す。図１７（ａ）に示すように、微細孔３２３は所定の空洞形成領域の上に配置され、大開口孔３２４は、これと接続する直下に構造体の存在しない位置に配置されている。なお、破線は層間絶縁膜３２１を介して空洞カバー膜３２２の下層に形成される構造体３２０を示している。
【００８５】
次に、微細孔３２３および大開口孔３２４を介して、構造体３２０周辺の層間絶縁膜３２１をエッチング除去して空洞部３２５を形成する。このとき、構造体３２０を形成した層における平面図を図１７（ｂ）に示す。図１７（ｂ）に示すように、層間絶縁膜３２１には空洞部３２５が形成されており、この空洞部３２５の内部に構造体３２０が形成されている。
【００８６】
続いて、微細孔３２３を等方的な堆積特性を有する絶縁膜３２６で塞ぐ（図１６（ｂ））。この際、微細孔３２３から空洞部３２５内に浸入した堆積ガスにより、例えば金属からなる構造体３２０の表面にも絶縁膜３２６が付着する。したがって、微細孔３２３だけを空洞カバー膜３２２に設けた場合、構造体３２０の表面に絶縁膜３２６が付着した状態で空洞部３２５が封止されてしまう。すると、ＭＥＭＳスイッチの接続時に電気的導通がとれなくなる不都合が生じる。しかし、本実施の形態３では、微細孔３２３の他に大開口孔３２４が形成されている。この大開口孔３２４は塞がらないので、空洞部３２５は封止されない。
【００８７】
次に、大開口孔３２４を介して、空洞部３２５内の構造体３２０の表面に付着した絶縁膜３２６のエッチングを行い、さらに、エッチング後の金属表面を疎水化処理して、スティッキングしにくくする（図１６（ｃ））。その後、減圧下の異方的なＣＶＤ法により絶縁膜３２７を堆積し、大開口孔３２４を塞ぐ。以上により空洞部３２５は完全に封止される（図１６（ｄ））。
【００８８】
このように、本実施の形態３によれば、空洞部３２５の封止工程で構造体３２０の表面に形成される絶縁膜３２６を除去できるので、ＭＥＭＳスイッチの信頼性向上を図ることができる。なお、本実施の形態３においてもＣＭＯＳプロセスを使用してＭＥＭＳスイッチの構造体の形成と空洞部の形成および封止を行うことができるので、前記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００８９】
（実施の形態４）
本実施の形態４では、多層配線の複数層からなる一体構造可動体を用いた例について説明する。表面ＭＥＭＳを用いた加速度センサの問題点として、可動錘の質量を大きくすることが比較的難しいことがあげられる。これは、可動錘の膜厚が配線層の膜厚により決定されるためである。本実施の形態４では、可動錘の質量を大きくできる方法および構造について説明する。可動錘の質量を大きくするために、多層配線の複数層からなる一体構造体を可動体とする。可動錘はＬＳＩの多層配線と同時に形成可能である。
【００９０】
図１８から図２５は本実施の形態４における３軸加速度センサの製造プロセスを説明する模式図であり、図２６は３軸加速度センサを構成する各層における構造体の平面配置を示す模式図である。
【００９１】
まず、通常のＣＭＯＳ集積回路プロセスに従い、シリコン基板４０１上に３軸加速度センサの信号処理用トランジスタ４０２およびコンタクトホール４０３を形成する（図１８）。次に、同様のＣＭＯＳ集積回路プロセスにより、集積回路の第１層配線（Ｍ１層）４０４、３軸加速度センサの可動錘４０５、この可動錘４０５に電気的および機械的に接続された配線兼用の弾性梁４０６（図示せず）および後述する下部電極４０７を金属パターンで形成する（図１９）。３軸加速度センサのＭ１層パターンの模式図を図２６に示す。図２６において、可動錘４０５は、弾性梁４０６を介して固定梁（層間絶縁膜）に固定されている。
【００９２】
弾性梁４０６および下部電極４０７の各々は第１層配線４０４またはコンタクトホールを介して信号処理用トランジスタ４０２の所定の配線に接続される。可動錘４０５には、工程の後部で可動錘４０５の直下部にある層間絶縁膜を除去するための微細孔４０８が形成されている。
【００９３】
しかる後に、通常のＣＭＯＳ集積回路プロセスを用いて層間絶縁膜４０９を堆積し、集積回路の第１層ビア４１０と３軸加速度センサの可動錘４０５に相当する部分の層間絶縁膜４０９に開口部４１１を形成する（図２０）。次に、通常のＣＭＯＳ集積回路プロセスを用いて、第１層ビア４１０および開口部４１１に金属（ここでは、例えばタングステン）を埋め込み、ＣＭＰ法により平坦化を行う。ここで、開口部４１１は、Ｍ１層のパターンから下部電極４０７の形成部を除いたものとした。また、ＣＭＰ法におけるいわゆるデッシングを防止するため、可動錘４０５の大面積領域には、エッチング用の微細孔４０８に加えて、適宜スリット（絶縁膜の残しパターン）を挿入した。
【００９４】
次に、ＣＭＯＳ集積回路プロセスにより、集積回路の第２層配線（Ｍ２層）４１２と、３軸加速度センサに可動錘４０５、可動容量プレートおよび固定容量プレートを金属パターンで形成する（図２１）。３軸加速度センサ部分のＭ２層パターンの模式図を図２６（ｂ）に示す。図２６（ｂ）に示すように、可動錘４０５には、可動容量プレート４１２ａが形成されており、この可動容量プレート４１２ａに相対するように固定容量プレート４１２ｂが形成されている。固定容量プレート４１２ｂは、層間絶縁膜４０９に固定されている。
【００９５】
しかる後に、再度通常のＣＭＯＳ集積回路プロセスを用いて層間絶縁膜４１３を堆積し、集積回路の第２層ビア４１４、３軸加速度センサの可動錘４０５、可動容量プレート４１２ａおよび固定容量プレート４１２ｂに相当する部分の層間絶縁膜４１３に開口部４１５を形成する（図２２）。次に、通常のＣＭＯＳ集積回路プロセスを用いて、第２層ビア４１４および開口部４１５に金属（例えば、タングステン）を埋め込み、ＣＭＰ法により平坦化を行う。ここで、開口部４１５のパターンは、Ｍ２層のパターンとほぼ同様のものとした。ただし、ＣＭＰ法におけるいわゆるデッシングを防止するため、可動錘４０５の大面積領域には、適宜スリット（絶縁膜の残しパターン）を挿入した。
【００９６】
次に、再度ＣＭＯＳ集積回路プロセスを用いて、集積回路の第３層配線（Ｍ３層）４１６と、３軸加速度センサにＭ２層で形成したものと同様の可動錘４０５、可動容量プレート４１２ａおよび固定容量プレート４１２ｂを金属パターンで形成する（図２３）。第２層ビア４１４およびＭ３層の３軸加速度センサのパターンは図２６（ｂ）に示したものと同様である。
【００９７】
さらに、層間絶縁膜４１７を堆積し、必要に応じてＣＭＰ法などを用いて平坦化を行い、その上に第４層配線（Ｍ４層）により、可動錘４０５の中心部に空洞部形成用の微細孔４１８を有する空洞カバー膜４１９を形成する（図２４）。３軸加速度センサの空洞カバー膜４１９の平面図を図２６（ｃ）に示す。可動錘４０５の中心部上に微細孔４１８が設けられており、この微細孔４１８の直下には可動錘４０５は存在しない。
【００９８】
しかる後に、微細孔４１８を介して可動錘４０５周辺の層間絶縁膜をエッチング除去して空洞部４２０を形成する。深さ方向のエッチングはシリコン基板４０１上で停止する。エッチングは等方的に進むので空洞部４２０の形状は円形となる。最後に微細孔４１８を絶縁膜４２１で塞いで空洞部４２０を封止する（図２５）。大面積の空洞部４２０を封止するだけの強度を有する厚い絶縁膜４２１を用いるため、微細孔４１８の大きさはある程度の大きさが必要となる。また、封止は比較的厚い絶縁膜４２１を異方な堆積条件で形成する。
【００９９】
次に、本実施の形態４における３軸加速度センサの動作について説明する。図２６（ａ）に示すように、空洞部４２０内で、可動錘４０５はＭ１層で形成された弾性梁４０６を介して層間絶縁膜に固定される。弾性梁４０６の形状は図２６（ａ）に示すように、ロの字状で、可動錘４０５に力が加わると弾性梁４０６が弾性変形して可動錘４０５の位置が空洞部４２０内で３次元的に変位する。但し、図２６（ａ）に示した形状はあくまで模式的なもので、前記実施の形態２に示したようにジグザグ状の折曲がり形状とする等、さまざまに最適化される。
【０１００】
例えば、図２６（ｂ）に示すように、空洞部４２０内における可動錘４０５のチップ平面内の２方向（ｘ、ｙ方向）の位置変位は、可動錘４０５の一部にＭ２層、第２層ビア４１４、Ｍ３層により形成した可動容量プレート４１２ａと、層間絶縁膜に固定され空洞部４２０に突き出した固定容量プレート４１２ｂ（可動容量プレート４１２ａと同一層で形成される）間の容量変化として検出される。可動容量プレート４１２ａおよび固定容量プレート４１２ｂの構成と検出原理は前記実施の形態２と同様である。
【０１０１】
チップ面に垂直な方向（ｚ方向）の変位の検出は、可動錘４０５の一部分をＭ２層以上で形成し、その直下部のＭ１層の層間絶縁膜に固定した下部電極４０７とし、下部電極４０７と可動錘４０５の間の容量変化を検出することにより行う。
【０１０２】
これらx、ｙ、ｚ、各方向の固定容量プレート４１２ｂ（下部電極４０７）および可動錘４０５は、各々独立に、同一シリコン基板４０１上に集積された信号処理用の集積回路に電気的に接続される。可動錘４０５が加速度により、３方向の任意の方向に動くと、可動容量プレート４１２ａと固定容量プレート４１２ｂとの距離または可動錘４０５と下部電極４０７と間の距離が変化し、電極間容量が変動する。この容量変化を信号処理用集積回路（容量検出回路）で検出することにより、加速度を検出する。
【０１０３】
弾性梁４０６の形状は空洞の付根部分においては十分に太く、錘に加速度が加えられても弾性変形しにくいように設計されている（固定部）。一方、梁の中央部は付根部分にくらべて幅が狭く、かつ折れ曲り状とすることにより長さが確保されており、所定の加速度が加わることにより所望の弾性変形を生じるように設計されている（弾性変形部）。したがって、機械的特性は空洞部４２０内に露出された部分の弾性梁４０６および可動錘４０５の平面パターン形状と膜厚のみで決まり、空洞部４２０の寸法形状には依存しない。弾性梁４０６および可動錘４０５の寸法精度は配線層およびビア層パターンの寸法精度で決まるので極めて高精度である。一方、空洞部４２０の寸法形状はいわゆる層間絶縁膜のエッチングで決まり、その精度は低いが、本実施の形態４における３軸加速度センサの機械的特性に影響することはない。また、本実施の形態４では、弾性梁４０６と可動容量プレート４１２ａが、別の配線層で形成されるので、互いの平面的配置の制約に縛られることなく、各々の最適設計が可能である。
【０１０４】
また、可動錘４０５のＭ２層パターンの一部に凸部を形成し、これを層間絶縁膜から空洞部４２０へ突き出したＭ１層およびＭ３層パターンの一部と平面的に重なるようにした（図示せず）。これにより、可動錘４０５が上下方向に大きく変位すると、可動錘４０５の上述した凸部とＭ１層およびＭ３層パターンの突き出し部が衝突し、可動錘４０５の可動範囲が限定される。また、凸部ならびに突き出し部が衝突時に変形して衝突の衝撃を和らげるため、本実施の形態４によれば、耐衝撃性および信頼性が向上する。
【０１０５】
本実施の形態４によれば、複数の配線層を用いて可動錘を形成しているので、可動錘の質量を増加させることができ、３軸加速度センサの検出感度を向上させることができる。
【０１０６】
なお、弾性梁４０６に関しては、様々な設計が可能である。本実施の形態４では弾性梁４０６をＭ１層のみで形成したが、Ｍ１層、第１層ビア４１０、Ｍ２層、第２層ビア４１４、Ｍ３層の全層、またはこのうちの任意の層の組み合わせでもかまわない。例えば、全層を用いて、前記実施の形態２に示したような弾性梁と可動容量プレートを形成してもよく、または、Ｍ１層、Ｍ２層、Ｍ３層の配線層のみを用いて図２７（ａ）に示したように３本の弾性梁４０６を形成してもよい。これにより、縦方向（ｚ方向）の加速度（力）に対する感度（変位しやすさ）は増大する。また、図２７（ｂ）に示すように、弾性梁４０６を縦方向にジグザグの折れ曲がり形状に形成することも可能である。これにより、縦方向（ｚ方向）の変位はさらに容易になる。これら、可動錘４０５および弾性梁４０６の形状、寸法、膜厚等は、検知したい所望の加速度範囲と耐衝撃性の観点から設計する。
【０１０７】
さらに、可動錘４０５として他の材質からなる厚膜を追加形成し、可動錘４０５の質量を増大してもよい。すなわち、本実施の形態４による可動錘４０５の材質は集積回路の配線材料に限ることはなく、他の無機または有機の絶縁膜でもよい。ただし、層間絶縁膜のエッチングの際に除去されない材料を用いる必要がある。層間絶縁膜が酸化膜の場合、様々な金属膜、シリコン−ゲルマニウム膜（ＳｉＧｅ膜）、窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）、酸化シリコン膜、単結晶シリコン膜や非晶質シリコン膜、ポリシリコン膜、ポリイミド膜などを用いることが可能である。また、以下に述べるように層間絶縁膜として酸化膜以外の膜を用いてもよい。
【０１０８】
本実施の形態４による３軸加速度センサに対して、さらに可動錘として厚膜を追加形成した構造の製造プロセスを図２８から図３３に示す。
【０１０９】
図１８から図２３までの工程とほぼ同様の工程を経ることにより形成した構造上に、厚膜レジスト４２５を塗布し、通常の露光および現像を行って、Ｍ３層による可動錘４０５の上部に開口部４２６を形成する（図２８）。次に、無電界メッキ法を用いて、開口部４２６の内部にニッケル（Ｎｉ）膜４２７を形成する（図２９）（ニッケル膜を形成した後、必要に応じて表面を研磨する）。
【０１１０】
しかる後に、厚膜レジスト４２５を除去し、Ｍ３層による可動錘４０５上に厚膜の可動錘構造体となるニッケル膜４２７を露出する（図３０）。さらに、このニッケル膜４２７を覆うようにポリイミド膜４２８を塗布して熱処理を行なった後、さらに空洞カバー膜４２９としてタングステン（Ｗ）薄膜をスパッタリング法により形成する（図３１）。
【０１１１】
通常の露光方法によりタングステン薄膜（空洞カバー膜４２９）にエッチング用の微細孔４３０を形成し、この微細孔４３０を介してニッケル膜４２７周辺のポリイミド膜４２８をエッチングして除去する（図３２）。さらに、引き続きその下にある配線膜による可動構造体周辺の層間絶縁膜をエッチング除去して、空洞部４３１を形成する。その後、エッチング用の微細孔４３０を絶縁膜４３２で塞いで空洞部４３１を封止した（図３３）。
【０１１２】
このようにして、ニッケル膜４２７を含む可動錘４０５を形成することができるので、可動錘４０５の質量をさらに増加することができるので、３軸加速度センサの検出感度をさらに向上することができる。
【０１１３】
なお、本実施の形態４においてもＣＭＯＳプロセスを使用して加速度センサの構造体の形成と空洞部の形成および封止を行うことができるので、前記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【０１１４】
（実施の形態５）
本実施の形態５では、多層配線の複数層からなる一体構造体を用いた別の例について説明する。本実施の形態５における構造体においては、層間絶縁膜内に形成された空洞部の内部に、多層配線構造からなり周囲を酸化膜等の絶縁膜で覆われた可動部が、同様に内部に配線構造を有し酸化膜等の絶縁膜で覆われた弾性梁により空洞周囲の層間膜に固定されている。これまでに述べた実施の形態では、１個の可動体は１個の連続した導電体からなるので電気的には１個の電極や配線としてしか機能しない。しかし、本実施の形態５では、構造体の内部に複数の独立した配線を導入できるので、より複雑な可動体の駆動や信号検出が可能となる。
【０１１５】
図３４から図３９は本実施の形態５における角速度センサ（振動ジャイロ）の製造プロセスを説明する模式図である。
【０１１６】
まず、通常のＣＭＯＳ集積回路プロセスに従い、シリコン基板５０１上に振動ジャイロの信号処理用トランジスタ５０２およびコンタクトホール５０３を形成する（図３４）。次に、ＣＭＯＳ集積回路プロセスを用いて、集積回路の第１層配線（Ｍ１層）５０４と、振動ジャイロの可動錘５０５下の空洞部に相当する領域に犠牲層５０６を形成する。次に、層間絶縁膜５０７を堆積した後、集積回路の第１層ビア５０８と、振動ジャイロの可動錘５０５を囲む空洞部に相当する領域に開口部５０９を形成する（図３５）。次に、通常のＣＭＯＳ集積回路プロセスを用いて、第１層ビア５０８および開口部５０９に金属（ここでは、例えばタングステン）を埋め込み、ＣＭＰ法により平坦化を行う。
【０１１７】
続いて、通常のＣＭＯＳ集積回路プロセスを用いて、集積回路の第２層配線（Ｍ２層）５１０と、振動ジャイロの可動錘５０５および梁（図示せず）を囲む空洞部に相当する領域に犠牲層５１１を形成するとともに、可動錘５０５および梁の内部に配線５１２を形成する。続いて、層間絶縁膜５１３を堆積した後、集積回路の第２層ビア５１４と、振動ジャイロの可動錘５０５を囲む空洞部に相当する領域に開口部５１５を形成する。同時に、可動錘５０５（および必要に応じて梁内部）内の上下配線を接続するためのビア部５１６を形成する（図３６）。
【０１１８】
次に、通常のＣＭＯＳ集積回路プロセスを用いて、集積回路の第３層配線（Ｍ３層）５１７と、振動ジャイロの可動錘５０５および梁を囲む空洞部に相当する領域に犠牲層５１８を形成する。同時に可動錘５０５および梁内部に配線５１９を形成する。このとき、配線５１９の一部は配線５１２と接続されずに独立した配線として形成される。すなわち、複数の独立した配線が可動錘５０５の内部に形成される。
【０１１９】
以下同様にして、層間絶縁膜５２０を堆積した後、集積回路の第３層ビア５２１と、振動ジャイロの可動錘５０５を囲む空洞部に相当する領域に開口部５２２を形成する（図３７）。次に、ＣＭＯＳ集積回路プロセスを用いて、集積回路の第４層配線（Ｍ４層）５２３と、振動ジャイロの可動錘５０５上の空洞部に相当する領域の犠牲層５２４を形成する。さらに、絶縁膜を堆積し、空洞部形成用の微細孔５２５を有する層間絶縁膜５２６を形成する（図３８）。
【０１２０】
しかる後に、微細孔５２５を介して配線材料を用いた犠牲層５０６、５１１、５１８、５２４をエッチング除去することにより空洞部５２７を形成する。最後にエッチング用の微細孔５２５を絶縁膜５２８で塞いで空洞を封止する（図３９）。配線および犠牲層は例えば、すべてアルミニウム膜で形成したが、タングステン膜などであってもよい。
【０１２１】
犠牲層のエッチングに用いるＡｌエッチング液は絶縁膜との選択比が大きいので、犠牲層をエッチングする際、空洞部５２７の内部に形成されている可動錘５０５および梁の表面の絶縁膜（酸化膜）の削れ量は極めて小さい。このようにして、複数の独立配線を内部に形成した可動錘５０５を形成することができる。
【０１２２】
次に、上述した製造プロセスを用いて形成した角速度センサ（振動ジャイロ）の構成について図４０を用いて説明する。
【０１２３】
空洞部５３０内に枠状構造体５３１が形成されている。この枠状構造体５３１は、検出軸（ｙ）方向の剛性が駆動軸（ｘ）方向の剛性と比べて非常に大きな梁５３２を介して空洞部５３０の周囲の層間絶縁膜５３３に固定される。すなわち、枠状構造体５３１は駆動軸（ｘ）方向に容易に振動するが、このとき検出軸方向にはほとんど動かない。枠状構造体５３１の内側には、可動錘５３４が、駆動軸（ｘ）方向の剛性が検出軸（ｙ）方向の剛性と比べて非常に大きな梁５３５を介して枠状構造体５３１に固定される。
【０１２４】
空洞部５３０の周囲の層間絶縁膜５３３に固定された櫛歯状の第１駆動電極５３６は、所定のＬＳＩ配線に接続されている。枠状構造体５３１に固定された櫛歯状の第２駆動電極５３７は、梁５３２内配線を介して空洞部５３０の外部にある所定のＬＳＩ配線に接続されている。第１駆動電極５３６と第２駆動電極５３７との間には発振器５３８によって交流電圧が印加される。
【０１２５】
枠状構造体５３１に固定された櫛歯状の第１検出電極５３９およびこれと電気的に独立した第２検出電極５４０は、梁５３２内配線を介して空洞部５３０の外部にある所定のＬＳＩ配線に接続されている。
【０１２６】
可動錘５３４に固定された櫛歯状の第３検出電極５４１は、梁５３５内配線、枠状構造体５３１、梁５３２内配線を介して空洞部５３０の外部にある所定のＬＳＩ配線に接続されている。第１検出電極５３９と第３検出電極５４１間には静電容量検出回路５４２が接続されており、第２検出電極５４０と第３検出電極５４１間には静電容量検出回路５４３が接続されている。
【０１２７】
上述したすべての電極はその表面を絶縁膜に覆われている。また、上述したすべての電極はＭ２層およびＭ３層の積層膜で形成されている。第２駆動電極５３７に接続される配線はＭ３層で、他の電極に接続される配線は全てＭ２層で形成されている。
【０１２８】
次に、本実施の形態５における振動ジャイロの動作について図４１を用いて説明する。
以下、駆動軸と検出軸は空洞部５３０に固定された座標系と考える。まず、第１駆動電極５３６と第２駆動電極５３７間に交流電圧を印加することにより、枠状構造体５３１を駆動軸方向に振動させる。このとき、枠状構造体５３１と可動錘５３４を結ぶ梁５３５は駆動軸方向に大きな剛性を持つので、可動錘５３４は枠状構造体５３１とともに駆動軸方向に振動する（図４１（ａ））。
【０１２９】
次に、駆動軸および検出軸に垂直な軸（図の紙面に垂直な軸）の周りに回転が生じるとコリオリ力により可動錘５３４は検出軸方向に振動をはじめる。このとき、枠状構造体５３１はこれを空洞部５３０の周囲に固定する梁５３２の剛性が検出軸方向に非常に大きいので、検出軸方向には振動しない。このため、第３検出電極５４１が、第１検出電極５３９および第２検出電極５４０に対して検出軸方向に相対的に移動して、第３検出電極５４１と第１検出電極５３９間の容量、または第３検出電極５４１と第２検出電極５４０間の容量が変化する。この容量変化を検出することにより、コリオリ力を計測し、角速度を検出する（図４１（ｂ））。
【０１３０】
本実施の形態５による振動ジャイロによれば、構造体内に複数の独立した配線を形成できるので、独立した回路を構造体に接続することができる。したがって、検出される信号に対して振動方向の分離を行なう必要がないので、極めて高精度の角速度検出が可能かつ信号処理の大幅な簡素化が可能というメリットがある。なお、本実施の形態５においてもＣＭＯＳプロセスを使用して振動ジャイロの構造体の形成と空洞部の形成および封止を行うことができるので、前記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【０１３１】
（実施の形態６）
本実施の形態６では、配線プロセス以外のプロセスでＭＥＭＳ構造体を形成し、これに対して配線プロセスで空洞部の形成および封止を実現した例について説明する。これまでの実施の形態に示したように、配線材料、すなわち金属で梁および可動部を形成した場合、ＭＥＭＳ構造体を振動体として用いる応用においては、金属材料の特性により振動のＱ値が小さい。この場合、比較的大きなＱ値の得られるシリコン（Ｓｉ）等の材料を用いるのが適当である。本実施の形態６では、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）プロセスにより形成した振動ジャイロの構造体を、配線プロセスにより封止した例について述べる。
【０１３２】
図４２から図４７は本実施の形態６による振動ジャイロの製造プロセスを説明する模式図であり、図４８は振動ジャイロを構成する各層における構造体の平面配置を示す模式図である。まず、ＳＯＩ基板６０１に振動体を形成するため、振動体（錘および梁）とすべきパターン周囲のＳＯＩ層６０２にＳＯＩ基板６０１の表面から埋め込み絶縁膜６０３に達するまでの開口部６０４を形成し、さらに開口部６０４をＣＶＤ酸化膜（ＨＬＤ膜）６０５で埋め込みを行う（図４２）。
【０１３３】
次に、通常のＣＭＯＳ集積回路プロセスに従い、ＳＯＩ基板６０１上に振動ジャイロの駆動および信号処理用のトランジスタ６０６およびコンタクトホール６０７を形成する（図４３）。このとき、振動体形成領域とその周囲領域のＳＯＩ層６０２上部にはフィールド酸化膜６０８を形成する。
【０１３４】
続いて、ＣＭＯＳ集積回路プロセスを用いて、集積回路の第１層配線（Ｍ１層）６０９と、振動ジャイロの振動体形成領域の中心部上に検出電極６１０を形成する（図４４）。しかる後に、集積回路上に通常のＣＭＯＳ集積回路プロセスで第２層配線（Ｍ２層）６１１以降の多層配線を形成する。このとき、振動体形成領域とその周囲領域上には層間絶縁膜のみが堆積される。最上層配線を形成した後、さらに層間絶縁膜６１２を堆積し、必要に応じて化学的機械的研磨（ＣＭＰ）法等を用いて平坦化を行う。そして、層間絶縁膜６１２上にエッチング用の微細孔６１３を有する空洞カバー膜６１４を形成する（図４５）。
【０１３５】
しかる後に、微細孔６１３を介して振動体６１５上部の層間絶縁膜、開口部６０４に埋め込んだＣＶＤ酸化膜６０５および振動体（錘および梁）６１５下部にあるＳＯＩ基板６０１の埋め込み絶縁膜６０３を、エッチング除去して振動体６１５の周囲に空洞部６１６を形成する（図４６）。深さ方向のエッチングは埋め込み絶縁膜６０３下のシリコン基板６０１で停止する。最後にエッチング用の微細孔６１３を絶縁膜６１７で塞いで空洞部６１６を封止する（図４７）。
【０１３６】
本実施の形態６のように、構造体（振動体）の振動特性を用いる応用においては、構造体周辺の気体抵抗の影響が無視できない。このため、空洞部６１６内はできるだけ真空に近い状態とすることが望ましい。しかし、微細孔６１３の埋め込みに用いる等方的堆積特性を有するＣＶＤ膜では、空洞部６１６に堆積時のガス圧力が残存し、真空封止が困難である。一方、前記実施の形態３に示した大開口孔の封止に用いる異方性堆積膜の形成圧力は真空に近いため、ほぼ真空封止が可能である。そこで、本実施の形態６においても、前記実施の形態３と同様、空洞カバー膜６１４に少なくとも大小２種類の孔を設け、微細孔により空洞部６１６の平面形状を規定し、最後に大開口孔により真空封止を行った。但し、本実施の形態６では、前記実施の形態３とは違い、必ずしも大開口孔を封止する前に、構造体表面に形成されている絶縁膜のエッチングと表面疎水化処理は必要ない。
【０１３７】
次に、上述したプロセスを用いて形成した角速度センサ（振動ジャイロ）の構成について図４８を用いて説明する。図４８（ａ）は、ＳＯＩ層の平面図で、振動ジャイロは、枠状構造体６２０および錘６２１を含む振動体６１５と空洞部６１６の外側に固定された第１駆動電極６２２および枠状構造体６２０に固定された第２駆動電極６２３を含む。空洞部６１６内には、ＳＯＩ層で形成された枠状構造体６２０が、駆動軸（ｘ）方向の剛性がそれ以外の方向の剛性と比べて小さな梁６２４を介して空洞部６１６の周囲にある層間絶縁膜６２５に固定される。すなわち、枠状構造体６２０は駆動軸（ｘ）方向に容易に振動するが、このとき検出軸（紙面に垂直な方向）および回転軸（ｙ）方向にはほとんど動かない。
【０１３８】
枠状構造体６２０の内側には、同じくＳＯＩ層で形成された錘６２１が、駆動軸方向と回転軸方向の剛性がそれ以外の方向の剛性と比べて十分に大きな梁６２６を介して枠状構造体６２０に固定される。すなわち、錘６２１は検出軸（ｚ）方向に容易に振動するが、それ以外の方向にはほとんど動かない。
【０１３９】
第１駆動電極６２２および第２駆動電極６２３の２つの電極はイオン打ち込みによる拡散層形成により形成し、コンタクトホール及び多層配線により駆動および信号処理用の集積回路に接続した。これらの電極は、開口部６０４形成時のエッチングにより形状を規定される。第１駆動電極６２２と第２駆動電極６２３の間に交流電圧を印加することにより振動体６１５は図中の駆動軸方向に振動する。
【０１４０】
図４８（ｂ）は、Ｍ１層で形成された検出電極６１０の平面図である。検出電極６１０と錘６２１の間の静電容量を検知することにより、振動体の検出軸（図４８の紙面またはチップの基板面に垂直な方向）の変位を検出する。錘６２１と検出電極６１０の対向面積は、錘６２１が駆動軸方向に振動（移動）しても変化しない。従って、錘６２１と検出電極６１０の間の静電容量は両者間の間隔（距離）のみにほぼ依存する。
【０１４１】
梁６２６の形状は空洞の付根部分においては十分に太く、設計の振動範囲では変動しないように設計する。従って、機械的特性は空洞部６１６内に露出された部分の錘６２１の平面形状と膜厚のみで決まり、空洞部６１６の寸法形状には依存しないので、極めて高精度である。
【０１４２】
次に、本実施の形態６における角速度センサの動作について図４９を用いて説明する。第１駆動電極と第２駆動電極との間に交流電圧を印加することにより、枠状構造体６２０を駆動軸方向に振動させる。このとき、枠状構造体６２０と錘６２１を結ぶ梁６２６は駆動軸方向に大きな剛性を持つので、錘６２１は枠状構造体６２０とともに駆動軸方向に振動する（図４９（ａ））。次に、回転軸の周りに回転が生じるとコリオリ力により錘６２１は検出軸方向に振動をはじめる。これにより錘６２１と検出電極６１０間の静電容量が変化する。これを検知することにより角速度をモニタする（図４９（ｂ））。
【０１４３】
上述したように、本実施の形態６では錘６２１をＳＯＩ層のみで形成したが、錘６２１の質量をさらに増大するために錘６２１としてＳＯＩ層上にコンタクト層および多層配線層を積層してもよい。以下に、このプロセスについて簡単に説明する。
【０１４４】
まず、ＳＯＩ基板６０１に振動体を形成するため、振動体（錘および梁）とすべきパターン周囲のＳＯＩ層６０２にＳＯＩ基板６０１の表面から埋め込み絶縁膜６０３に達するまでの開口部６０４を形成し、さらに開口部６０４をＣＶＤ酸化膜（ＨＬＤ膜）６０５で埋め込みを行う（図５０）。
【０１４５】
次に、通常のＣＭＯＳ集積回路プロセスに従い、ＳＯＩ基板６０１上に振動ジャイロの駆動および信号処理用のトランジスタ６０６およびコンタクトホール６０７を形成する（図５１）。このとき、振動体形成領域とその周囲領域のＳＯＩ層６０２上部にも開口部６３０を形成する。
【０１４６】
続いて、集積回路上に通常のＣＭＯＳ集積回路プロセスで第１層配線（Ｍ１層）６３１以降の多層配線を形成する。このとき、開口部６３０上にも振動体を構成する多層配線６３２も形成する。そして、層間絶縁膜６３３を形成した後、集積回路上に第３層配線（Ｍ３層）６３４を形成するとともに、振動体形成領域上に検出電極６３５を形成する。本変形例では、この検出電極６３５をＭ３層と同層で形成するようにしたが、これに限らず、多層配線内の適当な層を用いて形成することができる。次に、Ｍ３層および検出電極６３５上に層間絶縁膜６３６を形成した後、この層間絶縁膜６３６上にエッチング用の微細孔６３７を有する空洞カバー膜６３８を形成する（図５２）。
【０１４７】
しかる後に、微細孔６３７を介して振動体６１５上部の層間絶縁膜、開口部６０４に埋め込んだＣＶＤ酸化膜６０５および振動体（錘および梁）６１５下部にあるＳＯＩ基板６０１の埋め込み絶縁膜６０３を、エッチング除去して振動体６１５の周囲に空洞部６３９を形成する（図５３）。深さ方向のエッチングは埋め込み絶縁膜６０３下のシリコン基板６０１で停止する。最後にエッチング用の微細孔６３７を絶縁膜６４０で塞いで空洞部６３９を封止する（図５４）。
【０１４８】
このようにして、振動体６１５をＳＯＩ層だけでなく、多層配線層も使用するように構成したので、振動体６１５の質量を増大させることができ、振動ジャイロの検出感度の向上を図ることができる。
【０１４９】
ＳＯＩ層の代わりに厚膜ポリシリコンで振動体を形成してもよい。この場合、ＳＯＩ基板の代わりとして、シリコン基板上に所定の膜厚の酸化膜およびポリシリコン膜を順次積層した基板を用いれば、本実施の形態６をほぼそのまま適用できる。
【０１５０】
ＳＯＩ層や厚膜ポリシリコンよりなる振動体のパターニング、すなわちエッチングによる振動体およびその周辺部の平面形状の規定とエッチングされた部分への酸化膜（犠牲膜）の埋め込みは、集積回路のトランジスタ形成前に行っても、形成後に行ってもよい。
【０１５１】
本実施の形態６の趣旨は、第１にＳＯＩ層またはこれと多層配線層の積層により形成した振動体と、多層配線層により形成した検出電極の組み合わせにより角速度センサを構成することにある。また、第２に、角速度センサの振動体を、層間絶縁膜中に封止形成した空洞部中に配置することにあり、角速度センサの設計上の特徴を規定するものではない。従って、上述した平面形状や配置はあくまで模式的なものであり、適宜変更、設計最適化可能である。
【０１５２】
なお、本実施の形態６においてもＣＭＯＳプロセスを使用して振動ジャイロの構造体の形成と空洞部の形成および封止を行うことができるので、前記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【０１５３】
次に、前記実施の形態１などで説明したＭＥＭＳの応用例について実施の形態７から実施の形態９で説明する。
【０１５４】
（実施の形態７）
図５５から図５７を用いて、ＭＥＭＳを使用したタイヤ内の気体圧力監視システムの全体構成について説明する。ここで、図５５は自動車の車両底面から見たタイヤ内の気体圧力監視システムの構成を示したものであり、気体圧力監視システムは、車両７０１、前後左右に配されたタイヤ７０２ａ〜７０２ｄ、タイヤ７０２ａ〜７０２ｄのそれぞれの内部に設置されたタイヤ圧測定モジュール７０３ａ〜７０３ｄおよび車両搭載機７０４を有している。また、図５６、図５７はそれぞれタイヤ圧測定モジュール７０３（７０３ａ〜７０３ｄ）、車両搭載機７０４のブロック図である。
【０１５５】
図５６は、タイヤ圧測定モジュール７０３のブロック図であり、１チップで形成されたＩＣチップ７０５とＩＣチップ７０５に電力を供給する電圧ＶＢＡＴの電池７０６を有している。ＩＣチップ７０５は、圧力センサ回路７０７、温度センサ回路７０８、加速度センサ回路７０９、アナログデジタル変換回路（Ａ／Ｄ）７１０、７１１、７１２、計算処理制御部７１３、記憶回路７１４、送信回路７１５および受信回路７１６を有している。ここで、圧力センサ回路７０７、温度センサ回路７０８は、それぞれタイヤ内の気体圧力と温度を測定する回路である。また、加速度センサ回路７０９は、タイヤが回転しているかどうかを判断する回路である。これら圧力センサ回路７０７や加速度センサ回路７０９には、圧力センサや加速度センサを構成するＭＥＭＳ（微小機械）が形成されている。すなわち、ＩＣチップ７０５には、集積回路が形成されているとともに、圧力センサや加速度センサとなるＭＥＭＳが形成されている。本実施の形態７の圧力センサ回路７０７に形成されている圧力センサや加速度センサ回路７０９に形成されている加速度センサは、例えば、前記実施の形態１、２、４などに記載されている圧力センサや加速度センサが使用されている。
【０１５６】
このＩＣチップ７０５に形成されているＭＥＭＳは、前述した実施の形態で説明したように、標準的なＣＭＯＳプロセスで空洞部の形成および封止が可能となるので、従来のＭＥＭＳを製造する場合のように、歩留まり低下および製造コスト増大の主要因であった特殊な空洞部の形成および封止（ＭＥＭＳ特有の実装工程）が不要となっている。このため、本実施の形態７では、ＩＣチップ７０５の歩留まりの向上、製造（実装）コストの低減、または信頼性の向上を図ることができる等の利点がある。また、ＭＥＭＳの構造体をＬＳＩの配線と同時に形成できるので、ＬＳＩとの集積化が容易となるという利点がある。
【０１５７】
アナログデジタル変換回路７１０、７１１、７１２は、圧力センサ回路７０７、温度センサ回路７０８、加速度センサ回路７０９から出力されるアナログ電圧値をデジタル電圧値に変換する回路である。
【０１５８】
計算処理制御部７１３は、（１）アナログデジタル変換回路７１０、７１１、７１２で変換されたデジタル電圧値の入力、（２）圧力センサ回路７０７で測定した圧力測定値を補正するための補正演算、（３）加速度センサ回路７０９からの出力に応じた制御状態の変更、（４）送信回路７１５へのデータ出力、（５）受信回路７１６からのデータ受信、（６）ＥＮ信号による圧力センサ回路７０７、温度センサ回路７０８、加速度センサ回路７０９、送信回路７１５、受信回路７１６の個別電源のＯＮ／ＯＦＦ制御などを行なうようになっている。
【０１５９】
記憶回路７１４は、圧力センサ回路７０７で測定した圧力測定値を補正するための補正値やタイヤ圧測定モジュール７０３のＩＤなどを登録するための回路である。なお、ＩＤ番号（例えば３２ビット）は、自車と他車についているタイヤの識別や、タイヤ位置の識別に用いられる。
【０１６０】
送信回路７１５は、計算処理制御部７１３で補正計算された測定値などのデータを図５５に示す車両搭載機７０４に対して無線送信する回路である。この無線送信に使用される搬送波の周波数はＵＨＦ帯、例えば３１５ＭＨｚが用いられ、搬送波に対し送信データによりＡＳＫ変調やＦＳＫ変調を行なって送信を行なう。
【０１６１】
一方、受信回路７１６は、車両搭載機７０４からの制御信号などのデータを無線で受信し、計算処理制御部７１３に伝達する回路である。受信回路７１６で受信する搬送波の周波数は、ＬＦ帯、例えば１２５ｋＨｚが用いられ、送信データによりＡＳＫ変調された搬送波が受信される。
【０１６２】
送信回路７１５と受信回路７１６には、それぞれアンテナ７１７、７１８が接続されている。また、ＩＣチップ７０５に電力を供給する電池７０６は、例えばコイン形リチウム電池（電圧３Ｖ）が用いられる。
【０１６３】
次に、図５７は車両搭載機７０４のブロック図である。図５７に示すように、車両搭載機７０４は、データの入出力と計算を行なう計算処理制御部７１９、受信回路７２０、送信回路７２１、受信回路７２０に接続されたアンテナ７２２、送信回路７２１に接続されたアンテナ７２３、測定値や警告を表示する表示部７２４を有している。
【０１６４】
計算処理制御部７１９は、受信回路７２０を介して図５５に示すタイヤ圧測定モジュール７０３（７０３ａ〜７０３ｄ）から無線送信されたデータを受信し、圧力測定値や圧力低下などの注意・警告を表示部７２４に表示するようになっている。さらに、計算処理制御部７１９は、タイヤ圧測定モジュール７０３（７０３ａ〜７０３ｄ）に、送信回路７２１を介して制御データを送信するようになっている。なお、車両搭載機７０４に必要な電力は、自動車に搭載されているバッテリー（図示せず）から供給される。
【０１６５】
本実施の形態７によれば、標準的なＣＭＯＳプロセスを用いて形成したＭＥＭＳを使用してタイヤ圧測定モジュール７０３（７０３ａ〜７０３ｄ）を構成しているので、タイヤ圧測定モジュール７０３（７０３ａ〜７０３ｄ）の歩留まり向上または信頼性の向上を図ることができる。したがって、タイヤ内の気体圧力監視システムの信頼性向上を図ることができる。
【０１６６】
（実施の形態８）
図５８と図５９を用いて、ＭＥＭＳを使用した車両の横滑り防止装置の全体構成について説明する。ここで、図５８は自動車の車両底面から見た車両の横滑り防止装置の構成を示したものであり、横滑り防止装置は、車両８０１、前後左右に配されたタイヤ８０２ａ〜８０２ｄ、タイヤ８０２ａ〜８０２ｄのそれぞれに搭載されている制動機（ブレーキ）の制御を行なう制動力制御アクチュエータ８０３ａ〜８０３ｄ、制動力制御アクチュエータ８０３ａ〜８０３ｄを制御する横滑り防止制御回路８０４を有している。また、図５９は、横滑り防止制御回路８０４のブロック図であり、横滑り防止制御装置８０４は、１チップのＩＣチップ８０５と制動力演算回路８０６を有している。
【０１６７】
ＩＣチップ８０５は、図５８に示す座標軸ｘ、ｙ方向のそれぞれの加速度を検出する加速度センサ回路８０７、８０８および座標軸ｚ回りの回転角速度を検出する角速度センサ回路８０９を有している。これら角速度センサ回路８０９や加速度センサ回路８０７、８０８には、角速度センサや加速度センサを構成するＭＥＭＳが形成されている。すなわち、ＩＣチップ８０５には、集積回路が形成されているとともに、角速度センサや加速度センサとなるＭＥＭＳが形成されている。本実施の形態８の角速度センサ回路８０９に形成されている角速度センサや加速度センサ回路８０７、８０８に形成されている加速度センサは、例えば、前記実施の形態１、２に記載されている加速度センサや前記実施の形態５、６に記載されている角速度センサが使用されている。
【０１６８】
このＩＣチップ８０５に形成されているＭＥＭＳは、前述した実施の形態で説明したように、標準的なＣＭＯＳプロセスで空洞部の形成および封止が可能となるので、従来のＭＥＭＳを製造する場合のように、歩留まり低下および製造コスト増大の主要因であった特殊な空洞部の形成および封止（ＭＥＭＳ特有の実装工程）が不要となっている。このため、本実施の形態８では、ＩＣチップ８０５の歩留まりの向上、製造（実装）コストの低減、または信頼性の向上を図ることができる等の利点がある。また、ＭＥＭＳの構造体をＬＳＩの配線と同時に形成できるので、ＬＳＩとの集積化が容易となるという利点がある。
【０１６９】
また、ＩＣチップ８０５は、アナログデジタル変換回路（Ａ／Ｄ）８１０、８１１、８１２、補正演算回路８１３および記憶回路８１４を有している。アナログデジタル変換回路８１０、８１１、８１２は、角速度センサ回路８０９、加速度センサ回路８０７、８０８から出力されるアナログ電圧値をデジタル電圧値に変換する回路である。補正演算回路８１３は、角速度センサ回路８０９、加速度センサ回路８０７、８０８の理想出力特性からのずれを補正するための回路であり、その補正値の係数は記憶回路８１４にあらかじめ登録している。
【０１７０】
本実施の形態８における横滑り防止装置は上記のように構成されており、以下にその動作の概略について説明する。まず、ＩＣチップ８０５に形成されている角速度センサ回路８０９および加速度センサ回路８０７、８０８により、車両に加わる角速度および加速度を検出する。また、舵角（ステアリング操作角度）も検出する。さらに、外部から車速やブレーキ操作量などを検出する。そして、角速度、加速度、舵角、車速およびブレーキ操作量などの情報を横滑り防止制御回路８０４が入力すると、車両が横滑りしないように、横滑り防止制御回路８０４から制御信号が制動力制御アクチュエータ８０３（８０３ａ〜８０３ｄ）に出力される。すると、制動力制御アクチュエータ８０３（８０３ａ〜８０３ｄ）により、タイヤ８０２ａ〜８０２ｄの制動力を制御する。これにより、車両の横滑りを防止することができる。
【０１７１】
本実施の形態８によれば、標準的なＣＭＯＳプロセスを用いて形成したＭＥＭＳを使用してＩＣチップ８０５を形成しているので、ＩＣチップ８０５の歩留まり向上または信頼性の向上を図ることができる。したがって、車両の横滑り防止装置の信頼性向上を図ることができる。
【０１７２】
（実施の形態９）
図６０と図６１を用いて、車両のエアサスペンション制御装置の全体構成について説明する。ここで、図６０は、エアサスペンション制御装置９０１のブロック図を示したものであり、エアサスペンション制御装置９０１は、１チップのＩＣチップ９０２、ばね定数・減衰定数演算回路９０３、エアサスペンションの内部圧力などを制御するアクチュエータ９０４を有している。ＩＣチップ９０２は、圧力センサ回路９０５、温度センサ回路９０６、加速度センサ回路９０７、アナログデジタル変換回路（Ａ／Ｄ）９０８、９０９、９１０、補正演算回路９１１、記憶回路９１２を有している。ここで、圧力センサ回路９０５、温度センサ回路９０６は、それぞれエアサスペンション内の気体圧力と温度を測定する回路である。また、加速度センサ回路９０７は、車両からみて天地方向の加速度を測定し、主として道路の凹凸や車両の上下方向の運動を検出する回路である。これら圧力センサ回路９０５や加速度センサ回路９０７には、圧力センサや加速度センサを構成するＭＥＭＳが形成されている。すなわち、ＩＣチップ９０２には、集積回路が形成されているとともに、圧力センサや加速度センサとなるＭＥＭＳが形成されている。本実施の形態９の圧力センサ回路９０５に形成されている圧力センサや加速度センサ回路９０７に形成されている加速度センサは、例えば、前記実施の形態１、２、４などに記載されている圧力センサや加速度センサが使用されている。
【０１７３】
このＩＣチップ９０２に形成されているＭＥＭＳは、前述した実施の形態で説明したように、標準的なＣＭＯＳプロセスで空洞部の形成および封止が可能となるので、従来のＭＥＭＳを製造する場合のように、歩留まり低下および製造コスト増大の主要因であった特殊な空洞部の形成および封止（ＭＥＭＳ特有の実装工程）が不要となっている。このため、本実施の形態９では、ＩＣチップ９０２の歩留まりの向上、製造（実装）コストの低減、または信頼性の向上を図ることができる等の利点がある。また、ＭＥＭＳの構造体をＬＳＩの配線と同時に形成できるので、ＬＳＩとの集積化が容易となるという利点がある。
【０１７４】
アナログデジタル変換回路９０８、９０９、９１０は、圧力センサ回路９０５、温度センサ回路９０６、加速度センサ回路９０７から出力されるアナログ電圧値をデジタル電圧値に変換する回路である。補正演算回路９１１は、圧力センサ回路９０５、加速度センサ回路９０７の理想出力特性からのずれを補正するための回路であり、その補正値の係数は記憶回路９１２にあらかじめ登録している。
【０１７５】
図６１は、自動車の車両側面から見た図であり、エアサスペンションを搭載した自動車の構成を示したものである。図６１において、自動車は、車体９１３、前後左右に配されたタイヤ９１４ａ、９１４ｂ（ここでは片側側面のみを示す）、エアサスペンション制御装置９０１（９０１ａ、９０１ｂ）が内部に搭載され、タイヤ９１４ａ、９１４ｂに車体９１３を懸架する空気ばねを用いたエアサスペンション９１５ａ、９１５ｂを有している。
【０１７６】
エアサスペンション制御装置９０１は上記のように構成されており、以下にその動作の概略について説明する。
【０１７７】
まず、ＩＣチップ９０２に形成されている圧力センサ回路９０５および加速度センサ回路９０７により、車両に加わる圧力および加速度を検出する。さらに、外部から車速などを検出する。そして、圧力、加速度および車速などの情報をエアサスペンション制御装置９０１が取得すると、車両が上下の振動を起こさないように、制御信号をアクチュエータ９０４に出力する。すると、エアサスペンション９１５ａ、９１５ｂのそれぞれのばね定数や減衰定数が制御されて車両の上下振動が抑制される。
【０１７８】
本実施の形態９によれば、標準的なＣＭＯＳプロセスを用いて形成したＭＥＭＳを使用してＩＣチップ９０２を形成しているので、ＩＣチップ９０２の歩留まり向上または信頼性の向上を図ることができる。したがって、車両のエアサスペンション制御装置の信頼性向上を図ることができる。
【０１７９】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【０１８０】
前記実施の形態で述べたＭＥＭＳ構造体は、金属膜、シリコン−ゲルマニウム膜、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、単結晶シリコン膜、ポリシリコン膜、非晶質シリコン膜あるいはポリイミド膜のいずれかを含むように形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１８１】
本発明による集積化ＭＥＭＳは、例えば自動車、携帯用機器、アミューズメント機器、無線機器、情報家電、コンピューター等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１８２】
【図１】本発明の実施の形態１における加速度センサの製造工程を示す模式図である。
【図２】図１に続く加速度センサの製造工程を示す模式図である。
【図３】図２に続く加速度センサの製造工程を示す模式図である。
【図４】図３に続く加速度センサの製造工程を示す模式図である。
【図５】図４に続く加速度センサの製造工程を示す模式図である。
【図６】図５に続く加速度センサの製造工程を示す模式図である。
【図７】図６に続く加速度センサの製造工程を示す模式図である。
【図８】図７に続く加速度センサの製造工程を示す模式図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ加速度センサを構成する主要層の平面配置を示す模式図である。
【図１０】容量検出回路の回路構成を示す回路ブロック図である。
【図１１】加速度センサと圧力センサを同時に形成した断面構造を示す模式図である。
【図１２】実施の形態２における加速度センサの断面構造を示す模式図である。
【図１３】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ加速度センサを構成する主要層の平面配置を示す模式図である。
【図１４】加速度センサと圧力センサを同時に形成した断面構造を示す模式図である。
【図１５】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ実施の形態３におけるＭＥＭＳスイッチの構成および基本動作を示した模式図である。
【図１６】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、それぞれＭＥＭＳスイッチの製造工程の一部を示す模式図である。
【図１７】（ａ）、（ｂ）は、それぞれＭＥＭＳスイッチの主要層の平面配置を示す模式図である。
【図１８】実施の形態４における加速度センサの製造工程を示す模式図である。
【図１９】図１８に続く加速度センサの製造工程を示す模式図である。
【図２０】図１９に続く加速度センサの製造工程を示す模式図である。
【図２１】図２０に続く加速度センサの製造工程を示す模式図である。
【図２２】図２１に続く加速度センサの製造工程を示す模式図である。
【図２３】図２２に続く加速度センサの製造工程を示す模式図である。
【図２４】図２３に続く加速度センサの製造工程を示す模式図である。
【図２５】図２４に続く加速度センサの製造工程を示す模式図である。
【図２６】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ加速度センサを構成する主要層の平面配置を示す模式図である。
【図２７】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ実施の形態４の変形例における加速度センサの断面構造を示す模式図である。
【図２８】実施の形態４の変形例における加速度センサの製造工程を示す模式図である。
【図２９】図２８に続く加速度センサの製造工程を示す模式図である。
【図３０】図２９に続く加速度センサの製造工程を示す模式図である。
【図３１】図３０に続く加速度センサの製造工程を示す模式図である。
【図３２】図３１に続く加速度センサの製造工程を示す模式図である。
【図３３】図３２に続く加速度センサの製造工程を示す模式図である。
【図３４】実施の形態５における角速度センサ（振動ジャイロ）の製造工程を示す模式図である。
【図３５】図３４に続く角速度センサの製造工程を示す模式図である。
【図３６】図３５に続く角速度センサの製造工程を示す模式図である。
【図３７】図３６に続く角速度センサの製造工程を示す模式図である。
【図３８】図３７に続く角速度センサの製造工程を示す模式図である。
【図３９】図３８に続く角速度センサの製造工程を示す模式図である。
【図４０】実施の形態５における角速度センサの構成を示す模式図である。
【図４１】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ実施の形態５における角速度センサの動作を示す模式図である。
【図４２】実施の形態６における角速度センサの製造工程を示す模式図である。
【図４３】図４２に続く角速度センサの製造工程を示す模式図である。
【図４４】図４３に続く角速度センサの製造工程を示す模式図である。
【図４５】図４４に続く角速度センサの製造工程を示す模式図である。
【図４６】図４５に続く角速度センサの製造工程を示す模式図である。
【図４７】図４６に続く角速度センサの製造工程を示す模式図である。
【図４８】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ角速度センサを構成する主要層の平面配置を示す模式図である。
【図４９】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ実施の形態６における角速度センサの動作を示す模式図である。
【図５０】実施の形態６の変形例における角速度センサの製造工程を示す模式図である。
【図５１】図５０に続く角速度センサの製造工程を示す模式図である。
【図５２】図５１に続く角速度センサの製造工程を示す模式図である。
【図５３】図５２に続く角速度センサの製造工程を示す模式図である。
【図５４】図５３に続く角速度センサの製造工程を示す模式図である。
【図５５】自動車の車両底面から見たタイヤ内の気体圧力監視システムの構成を示す図である。
【図５６】タイヤ圧測定モジュールのブロック図である。
【図５７】車両搭載機のブロック図である。
【図５８】自動車の車両底面から見た横滑り防止装置の構成を示す図である。
【図５９】横滑り防止装置のブロック図である。
【図６０】エアサスペンション制御装置のブロック図である。
【図６１】自動車の車両側面から見たエアサスペンション制御装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１８３】
１０１  シリコン基板
１０２  信号処理用トランジスタ
１０３  コンタクトホール
１０４  第１層配線
１０５  エッチングストッパ膜
１０６  層間絶縁膜
１０７  ビアホール
１０８  第４層配線
１０９  可動錘
１１０  弾性梁
１１１  固定梁
１１２  層間絶縁膜
１１３  微細孔
１１４  空洞カバー膜
１１５  空洞部
１１６  絶縁膜
１１７  加速度センサ
１１８  ＣＶ変換回路
１１９  オペアンプ
１２０  ＡＤ変換回路
１２１  マイクロプロセッサ
１２２  不揮発性メモリ
１２３  出力用インターフェース回路
１３０  １軸加速度センサ
１３１  圧力センサ
１３２  下部電極
１３３  上部電極
１３４  空洞部
１３５  微細孔
２０１  ２軸加速度センサ
２０２  可動錘
２０３  弾性梁
２０４  固定容量プレート
２０５  パッド層
２０６  ＬＳＩ  
２０７  空洞部
２０８  エッチングストッパ膜
２０９  空洞カバー膜
２１０  層間絶縁膜
２１１  可動容量プレート
２１２  微細孔
２２０  圧力センサ
２２１  上部電極接続用配線
２２２  下部電極接続用配線
２２３  層間絶縁膜
２２４  下部電極
２２５  絶縁膜パターン
２２６  上部電極
２２７  空洞部
３００  ＭＥＭＳスイッチ
３０１  中央可動部
３０１ａ  接点部
３０１ｂ  接点部
３０２  入力線
３０２ａ  接点部
３０３  出力線
３０３ａ  接点部
３０４  空洞部
３０５  層間絶縁膜
３０６  固定部
３０７  ばね部
３０８  可動部
３０９  変位用櫛歯アクチュエータ
３０９ａ  電極
３０９ｂ  電極
３１０  固定部
３１１  ばね部
３１２  可動部
３１３  変位用櫛歯アクチュエータ
３１３ａ  電極
３１３ｂ  電極
３１４  固定部
３１５  ばね部
３１６  可動部
３１７  変位用櫛歯アクチュエータ
３１７ａ  電極
３１７ｂ  電極
３２０  構造体
３２１  層間絶縁膜
３２２  空洞カバー膜
３２３  微細孔
３２４  大開口孔
３２５  空洞部
３２６  絶縁膜
３２７  絶縁膜
４０１  シリコン基板
４０２  信号処理用トランジスタ
４０３  コンタクトホール
４０４  第１層配線
４０５  可動錘
４０６  弾性梁
４０７  下部電極
４０８  微細孔
４０９  層間絶縁膜
４１０  第１層ビア
４１１  開口部
４１２  第２層配線
４１２ａ  可動容量プレート
４１２ｂ  固定容量プレート
４１３  層間絶縁膜
４１４  第２層ビア
４１５  開口部
４１６  第３層配線
４１７  層間絶縁膜
４１８  微細孔
４１９  空洞カバー膜
４２０  空洞部
４２１  絶縁膜
４２５  厚膜レジスト
４２６  開口部
４２７  ニッケル膜
４２８  ポリイミド膜
４２９  空洞カバー膜
４３０  微細孔
４３１  空洞部
４３２  絶縁膜
５０１  シリコン基板
５０２  信号処理用トランジスタ
５０３  コンタクトホール
５０４  第１層配線
５０５  可動錘
５０６  犠牲層
５０７  層間絶縁膜
５０８  第１層ビア
５０９  開口部
５１０  第２層配線
５１１  犠牲層
５１２  配線
５１３  層間絶縁膜
５１４  第２層ビア
５１５  開口部
５１６  ビア部
５１７  第３層配線
５１８  犠牲層
５１９  配線
５２０  層間絶縁膜
５２１  第３層ビア
５２２  開口部
５２３  第４層配線
５２４  犠牲層
５２５  微細孔
５２６  層間絶縁膜
５２７  空洞部
５２８  絶縁膜
５３０  空洞部
５３１  枠状構造体
５３２  梁
５３３  層間絶縁膜
５３４  可動錘
５３５  梁
５３６  第１駆動電極
５３７  第２駆動電極
５３８  発振器
５３９  第１検出電極
５４０  第２検出電極
５４１  第３検出電極
５４２  静電容量検出回路
５４３  静電容量検出回路
６０１  ＳＯＩ基板
６０２  ＳＯＩ層
６０３  埋め込み絶縁膜
６０４  開口部
６０５  ＣＶＤ酸化膜
６０６  トランジスタ
６０７  コンタクトホール
６０８  フィールド酸化膜
６０９  第１層配線
６１０  検出電極
６１１  第２層配線
６１２  層間絶縁膜
６１３  微細孔
６１４  空洞カバー膜
６１５  振動体
６１６  空洞部
６１７  絶縁膜
６２０  枠状構造体
６２１  錘
６２２  第１駆動電極
６２３  第２駆動電極
６２４  梁
６２５  層間絶縁膜
６２６  梁
６３０  開口部
６３１  第１層配線
６３２  多層配線
６３３  層間絶縁膜
６３４  第３層配線
６３５  検出電極
６３６  層間絶縁膜
６３７  微細孔
６３８  空洞カバー膜
６３９  空洞部
６４０  絶縁膜
７０１  車両
７０２ａ〜７０２ｄ  タイヤ
７０３  タイヤ圧測定モジュール
７０３ａ〜７０３ｄ  タイヤ圧測定モジュール
７０４  車両搭載機
７０５  ＩＣチップ
７０６  電池
７０７  圧力センサ回路
７０８  温度センサ回路
７０９  加速度センサ回路
７１０〜７１２  アナログデジタル変換回路
７１３  計算処理制御部
７１４  記憶回路
７１５  送信回路
７１６  受信回路
７１７、７１８  アンテナ
８０１  車両
８０２ａ〜８０２ｄ  タイヤ
８０３  制動力制御アクチュエータ
８０３ａ〜８０３ｄ  制動力制御アクチュエータ
８０４  横滑り防止制御回路
８０５  ＩＣチップ
８０６  制動力演算回路
８０７  加速度センサ回路
８０８  加速度センサ回路
８０９  角速度センサ回路
８１０〜８１２  アナログデジタル変換回路
８１３  補正演算回路
８１４  記憶回路
９０１  エアサスペンション制御装置
９０１ａ〜９０１ｄ  エアサスペンション制御装置
９０２  ＩＣチップ
９０３  ばね定数・減衰定数演算回路
９０４  アクチュエータ
９０５  圧力センサ回路
９０６  温度センサ回路
９０７  加速度センサ回路
９０８〜９１０  アナログデジタル変換回路
９１１  補正演算回路
９１２  記憶回路
９１３  車体
９１４ａ、９１４ｂ  タイヤ
９１５ａ、９１５ｂ  エアサスペンション
【図１】
2006263902.tif 000003
【図２】
2006263902.tif 000004
【図３】
2006263902.tif 000005
【図４】
2006263902.tif 000006
【図５】
2006263902.tif 000007
【図６】
2006263902.tif 000008
【図７】
2006263902.tif 000009
【図８】
2006263902.tif 000010
【図９】
2006263902.tif 000011
【図１０】
2006263902.tif 000012
【図１１】
2006263902.tif 000013
【図１２】
2006263902.tif 000014
【図１３】
2006263902.tif 000015
【図１４】
2006263902.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
2006263902.tif 000018
【図１７】
2006263902.tif 000019
【図１８】
2006263902.tif 000020
【図１９】
2006263902.tif 000021
【図２０】
2006263902.tif 000022
【図２１】
2006263902.tif 000023
【図２２】
2006263902.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
2006263902.tif 000026
【図２５】
2006263902.tif 000027
【図２６】
2006263902.tif 000028
【図２７】
2006263902.tif 000029
【図２８】
2006263902.tif 000030
【図２９】
2006263902.tif 000031
【図３０】
2006263902.tif 000032
【図３１】
2006263902.tif 000033
【図３２】
2006263902.tif 000034
【図３３】
2006263902.tif 000035
【図３４】
2006263902.tif 000036
【図３５】
2006263902.tif 000037
【図３６】
2006263902.tif 000038
【図３７】
2006263902.tif 000039
【図３８】
2006263902.tif 000040
【図３９】
2006263902.tif 000041
【図４０】
2006263902.tif 000042
【図４１】
2006263902.tif 000043
【図４２】
2006263902.tif 000044
【図４３】
2006263902.tif 000045
【図４４】
2006263902.tif 000046
【図４５】
2006263902.tif 000047
【図４６】
2006263902.tif 000048
【図４７】
2006263902.tif 000049
【図４８】
2006263902.tif 000050
【図４９】
2006263902.tif 000051
【図５０】
2006263902.tif 000052
【図５１】
2006263902.tif 000053
【図５２】
2006263902.tif 000054
【図５３】
2006263902.tif 000055
【図５４】
2006263902.tif 000056
【図５５】
2006263902.tif 000057
【図５６】
2006263902.tif 000058
【図５７】
2006263902.tif 000059
【図５８】
2006263902.tif 000060
【図５９】
2006263902.tif 000061
【図６０】
2006263902.tif 000062
【図６１】
2006263902.tif 000063