(57)【要約】【課題】電子回路とＭＥＭＳとを一般的な半導体製造技術を用いて一体化することができる半導体集積回路装置を提供する。【解決手段】半導体基板内に設けられた電子回路と、電子回路が設けられた領域とは別の領域に設けられ少なくとも圧電体を含むＭＥＭＳを備える。電子回路の上部には多層の層間絶縁膜と、これら層間絶縁膜の所定領域に形成されたビアホールと、ビアホールに形成された第１金属プラグ、第２金属プラグ、第３金属プラグ、第４金属プラグを備える。ＭＥＭＳの上部には多層の層間絶縁膜とほぼ同じ厚みを有する堆積膜を備え、堆積膜はＭＥＭＳの構造体の一部となる。【選択図】図４８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の一領域に形成された電子回路と、
前記電子回路が形成された前記半導体基板の一領域とは別の領域に形成された圧電体素子と、
前記電子回路の上部に形成された層間絶縁膜と、
前記圧電体素子の上部に形成された堆積膜とを備え、
前記圧電体素子と前記圧電体素子の上部に形成された前記堆積膜によって微小電気機械システムを構成し、前記電子回路と前記微小電気機械システムが１つの半導体基板に形成された半導体集積回路装置。
【請求項２】
請求項１において、前記微小電気機械システムは角速度センサ、加速度センサ、圧力センサ、スイッチ、及びアクチュエータの少なくとも１つである半導体集積回路装置。
【請求項３】
請求項２において、前記微小電気機械システムは前記半導体基板上に所定の空間をもって前記層間絶縁膜で包囲されている半導体集積回路装置。
【請求項４】
請求項３において、前記層間絶縁膜の所定領域に形成されたビアホールと、前記ビアホールに形成される金属プラグと前記電子回路と前記微小電気機械システムを電気的に接続する内部配線を備えた半導体集積回路装置。
【請求項５】
前記微小電気機械システムの一部は前記半導体基板と離間されている請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体集積回路装置。
【請求項６】
次の各工程からなる半導体集積回路装置の製造方法。
（ａ）半導体基板の一領域に電子回路を形成する工程、
（ｂ）前記電子回路が形成された前記半導体基板の一領域とは別の領域に圧電体素子を形成する工程、
（ｃ）前記電子回路の上部に層間絶縁膜を形成する工程
（ｄ）前記圧電体素子の上部に堆積膜を形成する工程、
（ｄ）前記圧電体素子と前記圧電体素子の上部に形成された前記層間堆積膜によって微小電気機械システムを構成する工程。
【請求項７】
請求項６の半導体集積回路装置の製造方法において、前記層間絶縁膜と前記堆積膜は同時に形成される半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項８】
請求項７において、さらに次の各工程を有する半導体集積回路装置の製造方法。
（ａ）半導体基板の一領域に電子回路を形成する工程と同時又はその後に前記半導体基板の一領域とは別の領域に前記圧電体素子の下部電極層に接続するための導電層を形成する工程。
【請求項９】
請求項８においてさらに次の各工程を有する半導体集積回路装置の製造方法。
（ａ）前記導電層上及び前記電子回路上に第１層間絶縁膜を形成する工程、
（ｂ）前記導電層上の前記第１層間絶縁膜に第１ビアホールを形成する工程、
（ｃ）前記第１ビアホールに第１金属プラグを形成する工程、
（ｄ）前記第１層間絶縁膜上に絶縁膜を形成する工程、
（ｅ）前記絶縁膜及び前記第１層間絶縁膜を選択的にパターニングして前記導電層を露呈させる工程、
（ｆ）前記露呈した導電層上及び前記絶縁膜上に電気的に接続され前記圧電体素子の下部電極となる第１電極膜を形成する工程、
（ｇ）前記第１電極膜上に前記圧電体素子となる圧電体を形成する工程、
（ｈ）前記圧電体上に前記圧電体素子の上部電極となる第２電極膜を形成する工程、
（ｉ）前記第２電極膜を所定の形状にパターニングして前記圧電体素子の駆動電極及び検出電極を形成する工程、
（ｊ）前記駆動電極上及び前記検出電極上に透明導電膜を形成する工程、
（ｋ）前記透明導電膜及び前記圧電体をエッチングして前記駆動電極及び前記検出電極を残す工程、
（ｌ）前記圧電体素子、駆動電極、及び検出電極上に導電性保護膜を形成する工程、
（ｍ）少なくとも前記駆動電極及び前記検出電極上の前記導電性保護膜上に上部保護膜を形成する工程、
（ｎ）前記上部保護膜、前記導電膜、及び前記半導体基板のそれぞれの一部をエッチングして除去することにより凹部を形成し、前記圧電体素子と半導体基板を離間させる工程。
【請求項１０】
請求項９において、さらに次の各工程を有する半導体集積回路装置の製造方法。
前記上部保護膜上に第２の層間絶縁膜を形成する工程、
前記駆動電極、前記検出電極、及び前記第１金属プラグ上の前記第２の層間絶縁膜をエッチングして第２ビアホールを形成する工程、
前記第２ビアホールに第２金属プラグを形成し前記駆動電極、前記検出電極、及び前記第２金属プラグを同時に研磨して平坦化する工程、
前記平坦化する第２の層間絶縁膜上に第１内部配線を施す工程、
前記第１内部配線上に第３の層間絶縁膜を形成する工程、
前記圧電体素子の側部の前記第１の層間絶縁膜、第２の層間絶縁膜、及び絶縁膜をエッチングして前記圧電体素子の側部に凹部を形成する工程、
前記圧電体素子の下部の前記半導体基板をエッチングして前記圧電体素子の両側部を貫通させる工程。
【請求項１１】
請求項１０において、さらに次の各工程を有する半導体集積回路装置の製造方法。
前記圧電体素子の側部に凹部を形成する前に前記第３の層間絶縁膜上にハードマスクを形成し前記ハードマスクによって後の処理で行うエッチングの速度を制御する半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項９〜１１のいずれか１項において、前記各層間絶縁膜はシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）、ボロン・リンシリケートガラス（ＢＰＳＧ）、リンシリケートガラス（ＰＳＧ）、ノンドープドシリケートガラス（ＮＳＧ）、ボロンシリケートガラス（ＢＳＧ）から選ばれる少なくとも１つの材料からなる半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項６において、前記圧電体素子は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）又はチタン酸バリウム（ＢＴＯ））、ジルコニウム酸チタン酸ランタン鉛（ＰＬＺＴ）、チタン酸鉛、チタン酸ランタン鉛の中から選ばれる少なくとも１種で形成される半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項８において、前記導電層は不純物拡散層及びポリシリコン層の少なくとも１つを含む半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項９において、前記第１電極膜は、酸化イリジウム（ＩｒＯ２）／白金（Ｐｔ）、イリジウムタンタル（ＩｒＴａ）／白金（Ｐｔ）、又はチタン（Ｔｉ）／白金（Ｐｔ）から選ばれる１つである半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項９において、前記導電性保護膜は窒化チタン（ＴｉＮ）よりなる半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項１７】
請求項９において、前記透明導電膜は酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）である半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項１８】
請求項１１において、ハードマスクは酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）である半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項１９】
角速度センサであって、前記角速度センサは片持ち梁型振動子を備え、
前記片持ち梁型振動子は、
半導体基板内に形成される基部と、
前記基部から延設され第１の幅を有する幅広部と、
前記幅広部から延設され前記第１の幅よりも幅が小さな第２の幅を有する幅狭部と、
前記幅広部に形成され前記幅広部を振動させるための駆動信号を供給するための駆動電極と、
前記幅広部に形成され、前記圧電体に生じるコリオリ力に応じた電気信号を検出するための検出電極と、
前記幅狭部に設けられ、前記幅狭部の水平（Ｘ方向）振動をモニタするためのモニタ電極を有する角速度センサ。
【請求項２０】
請求項１９において、前記モニタ電極は、前記幅狭部と前記幅広部との境界部の少なくとも幅狭部に設けられる角速度センサ。
【請求項２１】
請求項２０において、前記幅狭部の両側にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）、ボロン・リンシリケートガラス（ＢＰＳＧ）、リンシリケートガラス（ＰＳＧ）、ノンドープドシリケートガラス（ＮＳＧ）、ボロンシリケートガラス（ＢＳＧ）から選ばれる少なくとも１つの材料からなる絶縁構造物が設けられる角速度センサ。
【請求項２２】
請求項２１において、前記絶縁構造物の前記幅狭部の両側面と向かい合う側面に電極が配設される角速度センサ。
【請求項２３】
請求項２１において、前記幅広部は圧電体を有し、前記駆動電極及び前記検出電極は前記圧電体の一主面上に形成され、前記駆動電極及び前記検出電極上に堆積膜が形成され、前記堆積膜の選択される領域にレーザー光を遮蔽するための遮蔽金属層が埋設され、前記圧電体の他主面上に下部電極及び下部保護膜がこの順序で形成される角速度センサ。
【請求項２４】
請求項２３において、前記遮蔽金属層の前記堆積膜の一主面上にレーザー光ＬＬを照射するための加工領域を有する角速度センサ。
【請求項２５】
請求項２４において、前記加工領域は前記幅広部の幅方向のほぼ中央部に設けられる角速度センサ。
【請求項２６】
角速度センサであって、前記角速度センサは音叉型振動子を備え、前記音叉型振動子は、半導体基板上又は半導体基板内に形成される基部と、
前記基部から延設され第１の幅を有する第１幅広部と、
前記第１幅広部と並行して設けられ前記基部から延設される第２幅広部と、
前記第１幅広部から延設し前記第１の幅よりも小さな第２の幅を有する第１幅狭部と、
前記第２幅広部から延設し前記第２の幅を有する第２幅狭部と、
前記第１幅広部及び前記第２幅広部に形成され前記各幅広部を振動させるための駆動信号が供給される駆動電極と、
前記第１幅広部に形成され前記圧電体に生じるコリオリ力に応じた電気信号を検出するための第１検出電極と、
前記第２幅広部に形成され前記圧電体に生じるコリオリ力に応じた電気信号を検出するための第２検出電極と、
前記第１幅狭部に設けられ、前記第１幅狭部の振動をモニタするための第１モニタ電極と、
前記第２幅狭部に設けられ、前記第２幅狭部の振動をモニタするための第２モニタ電極とを備える角速度センサ。
【請求項２７】
請求項２６において、前記第１幅狭部の振動及び前記第２幅狭部の振動は水平振動である角速度センサ。
【請求項２８】
請求項２７において、前記第１幅狭部及び前記第２幅狭部のそれぞれの両側面に、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）、ボロン・リンシリケートガラス（ＢＰＳＧ）、リンシリケートガラス（ＰＳＧ）、ノンドープドシリケートガラス（ＮＳＧ）、ボロンシリケートガラス（ＢＳＧ）から選ばれる少なくとも１つの材料からなる絶縁構造物が配設される角速度センサ。
【請求項２９】
請求項２８において、前記第１幅狭部の両側面と向かい合う前記絶縁構造物の側面に電極が配設される角速度センサ。
【請求項３０】
請求項２６において、前記第１モニタ電極は、前記第１幅狭部と前記第１幅広部との境界部の少なくとも前記第１幅狭部に設けられ、前記第２モニタ電極は、前記第２幅狭部と前記第２幅広部との境界部の少なくとも前記第２幅狭部に形成される角速度センサ。
【請求項３１】
請求項３０において、前記第１モニタ電極は前記第１幅狭部の幅方向中央部から離間されて設けられ、前記第２モニタ電極は前記第２幅狭部の幅方向中央部から離間されて設けられる角速度センサ。
【請求項３２】
請求項３１において、前記第１モニタ電極は前記第２幅狭部に近い側に設けられ、前記第２モニタ電極は前記第１幅狭部に近い側に設けられる角速度センサ。
【請求項３３】
請求項３１において、前記第１モニタ電極は前記第２幅狭部に遠い側に設けられ、前記第２モニタ電極は前記第１幅狭部に遠い側に設けられる角速度センサ。
【請求項３４】
請求項３０において、前記第１幅狭部には前記第１モニタ電極のほかに第３モニタ電極が、前記第２幅狭部には前記第２モニタ電極のほかに第４モニタ電極が各別に形成される角速度センサ。
【請求項３５】
請求項３４において、前記第１モニタ電極及び前記第３モニタ電極は前記第１幅狭部の幅方向中央部から互いに離間するように設けられ、前記第２モニタ電極及び前記第４モニタ電極は前記第２幅狭部の幅方向中央部から互いに離間するように設けられる角速度センサ。
【請求項３６】
請求項２６において、前記駆動電極は、前記第１幅広部に設けられる第１駆動電極及び第２駆動電極であり、前記第２幅広部に設けられる第３駆動電極及び第４駆動電極である角速度センサ。
【請求項３７】
請求項２６において、前記第２駆動電極と前記第４駆動電極とは前記基部側で電気的に接続される角速度センサ。
【請求項３８】
請求項２６において、前記第１幅広部及び前記第２幅広部は共有の圧電体を有し、前記第１幅広部の前記圧電体の一主面上に前記第１駆動電極、第２駆動電極及び前記第１検出電極を各別に設け、前記第２幅広部の前記圧電体の一主面上に前記第３駆動電極、第４駆動電極及び前記第２検出電極を各別に設け、少なくとも前記第１検出電極上及び前記第２検出電極上に共有の堆積膜を形成し、前記堆積膜の選択される領域にレーザー光ＬＬを遮蔽するための遮蔽金属層を埋設し、前記圧電体の他主面上に下部電極及び下部保護膜がこの順序で形成される角速度センサ。
【請求項３９】
請求項３８において、前記遮蔽金属層上の前記堆積膜の一主面上にレーザー光を照射するための加工領域を有する角速度センサ。
【請求項４０】
請求項３９において、前記加工領域は前記第１幅広部及び第２幅広部の幅方向のほぼ中央部に設けられる角速度センサ。
【請求項４１】
請求項４０に記載の加工領域にレーザー光を照射し前記堆積膜の質量を調整して前記角速度センサの離調度を調整する角速度センサの調整方法。
【請求項４２】
請求項３８に記載の加工領域にレーザー光を照射し前記堆積膜の質量を調整して前記角速度センサの離調度を調整する角速度センサの調整方法。
【請求項４３】
請求項２２において、前記幅狭部が横振動させて前記幅狭部と前記絶縁構造物との間に静電気を発生させ、
前記発生する静電気による静電力によって、前記幅狭部の横振動が制御される角速度センサの振動方法。
【請求項４４】
請求項２２において、前記電極間に電圧が印加され、前記幅狭部の横振動が制御される角速度センサの振動方法。
【請求項４５】
請求項２９において、前記電極間に電圧が印加され、前記第１幅狭部及び第２幅狭部の横振動が制御される角速度センサの振動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路装置及びその製造方法、並びに角速度センサ及びその調整方法及びその振動方法に関し、特に、半導体基板の中に電子回路と微小電気機械システム（ＭＥＭＳ；Micro Electro Mechanical Systems）との一体化に好適なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
微小電気機械システムは一般的にＭＥＭＳ（メムス）と称され、各種センサ、アクチュエータ、電子回路等をシリコン基板、ガラス基板、有機材料などの上に集積化したデバイスを指すものとして知られている。なお、ＭＥＭＳは１つの基板だけではなく、複数の基板で構成されるものも含まれる。
【０００３】
ＭＥＭＳとしては例えば、角速度センサ、加速度センサ、圧力センサ等がよく知られている。角速度センサはジャイロセンサとも称され、基準軸に対して物体が１秒間に何度の回転運動をしているかを検出するものである。また、加速度センサはセンサ自体の１秒当たりの速度の変化を検出するセンサであり、圧力センサは空気圧の変化を感圧素子にて電気信号に変換するものとしてそれぞれよく知られている。
【０００４】
特許文献１（２００６−２６３９０２号公報）は、ＭＥＭＳの製造技術を用いた角速度検出装置を開示する。特許文献１、図４１及び図４８に示された角速度センサは、図３４乃至図３９及び図４７に示されるように一般的なＭＯＳＦＥＴ配線技術を用いて半導体基板上に角速度センサを作り込むという技術的思想を示唆する。
【０００５】
特許文献２（特開２００９−１９８４９３号公報）は、本発明者が提案したＭＥＭＳに関する。本明細書の図５０は特許文献２、図１６に示された角速度検出装置を、一部参照符号を換えて示す。図５０において、角速度検出装置３０１に示される振動子３０７は、梁型振動子であって幅が広い検出部３１２と幅が狭い共振周波数調整部３１３の２つの部分を有し、振動を検出する検出電極３２４及び駆動電極３２５、３２６を幅の広い検出部３１２に形成した構造が示されている。
【０００６】
図５１は特許文献２、図３２に示された角速度検出装置の素子部を、一部参照符号を換えて示す。素子部３０２Ａを構成する振動子３０７Ａには１つの検出部３１２Ａ及び２つの共振周波数調整部３１３Ａ、３１３Ｂを備え、検出部３１２Ａには振動を検出する検出電極３２４Ａ及び駆動電極３２５Ａ、３２６Ａを形成する構造が示されている。すなわち、検出電極３２４Ａ及び駆動電極３２５Ａ、３２６Ａは振動子に設けられる。
【０００７】
特許文献３（特表２００３−５１５２３５号公報)は、ＣＭＯＳ適合ＭＥＭスイッチ及び製法を開示する。すなわち、ＣＭＯＳのような多層金属集積回路を製造するための標準的な処理ステップを使用して、微小電気機械式（ＭＥＭ）スイッチを安価に製造するとしている。誘電体層で隔てられた金属層を接続するビアとして金属プラグを用い、ＭＥＭスイッチの接点を作る。ビアを形成するためにタングステンが標準的に使用される。誘電体層はＳｉＯ２膜であり、標準的な４層ＣＭＯＳ製造プロセスに完全に適合した材料であるとしている。
【０００８】
特許文献４（特開平１１−１７３８５０）には角速度センサが示されている。本明細書の図５２は特許文献４、図８に示された角速度センサの平面図を一部参照符号を換えて示す。角速度センサ７００において、振動子７０２ａ、７０２ｂは上下に互いに平行に延びる一対のアーム部７０３ａ、７０３ｂと、アーム部７０３ａ、７０３ｂを連結し振動子７０２ａ、７０２ｂを支持するための連結部７０４とからなっている。アーム部７０３ａ、７０３ｂは、幅広アーム部７０５ａ、７０５ｂと、幅狭アーム部７０６ａ、７０６ｂと、質量部７０７ａ、７０７ｂと、から構成されている。
【０００９】
図５２において、振動子７０２ａ、７０２ｂを駆動させるための電極は駆動素子部７０８ａ、７０８ｂに設けられ、振動子７０２ａ、７０２ｂに生じるコリオリ力によって発生する電気信号を検知する電極は検知素子部７０９ａ、７０９ｂに設ける。振動子７０２ａ、７０２ｂから信号を取り出すための電極はフィードバック素子部７１０ａ、７１０ｂに設けられる。すなわち、各電極は全て連結部７０４又は幅広アーム部７０５ａ、７０５ｂに設けられるも、幅狭アーム部７０６ａ、７０６ｂには自励発振をさせるために信号を取り出す電極は設けていない。
【００１０】
特許文献５（特開２００２−７１７０５号公報）は、圧電体を加速度センサと角速度センサに用いたものを開示する。すなわち、圧電体をＭＥＭＳの代表ともいえる加速度センサと角速度センサに用いることを開示する。
【００１１】
特許文献６（特開２００７−２４８６２号公報）は、片持ち梁型の振動子を示すと共に、振動型ジャイロセンサの離調度を調整する工程を、例えばその段落００９４〜１２０に記述する。振動型ジャイロセンサの振動子の断面形状が台形形状となった場合、本来の振動子圧電体の形成面に対して垂直な上下振動からずれ、中心線上から見て質量が小さい側に傾いた振動状態となることを指摘する。また、振動状態が傾いた場合、縦共振周波数で振動させると振動子上の中心線に対して左右対称に形成された検出電極からの出力の大きさは、傾いた側の検出信号の方が大きく、逆側の検出信号が小さくなって、左右の検出信号に差が生じるという不具合が生じることを指摘する。特許文献６はこうした不具合を解消するため、振動子の中心線上から見て質量の大きい側をレーザー光により研削して、左右のバランスをとることにより、垂直な振動状態に矯正する調整方法を提供するとしている。
【００１２】
特許文献７（２００６−３１７３３９号公報）はＰＺＴを用いた圧電体材料からなる圧電体を有する圧力センサを開示し、該圧電体は厚さ方向において挟む第１電極及び第２電極を備えるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００６−２６３９０２号公報
【特許文献２】特開２００９−１９８４９３号公報
【特許文献３】特表２００３−５１５２３５号公報
【特許文献４】特開平１１−１７３８５０号公報
【特許文献５】特開２００２−７１７０５号公報
【特許文献６】特開２００７−２４８６２号公報
【特許文献７】特開２００６−３１７３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
特許文献１はＭＥＭＳとして角速度センサあるいは加速度センサであるものを開示する。さらに、これらのセンサと電子回路とを一体化するという技術的思想を開示する。しかし、ＭＥＭＳが圧電体を含むことまでは示唆していない。
【００１５】
特許文献２は、ＭＥＭＳ構造を有する角速度検出装置を開示するもＭＥＭＳと電子回路を一体化することまでは示唆していない。
【００１６】
特許文献３は、ＭＥＭＳ構造を有するＭＥＭスイッチを開示し、かつ、該ＭＥＭスイッチは多層メタライゼーションＣＭＯＳで作製することを示唆する。しかし、ＭＥＭスイッチが圧電体を含むことまでは示唆していない。
【００１７】
特許文献４、５、及び６はＭＥＭＳを示唆するも、これと電子回路との一体化については何ら示唆していない。
【００１８】
特許文献７はＰＺＴを用いた圧力センサを開示するもＭＥＭＳも、これと電子回路との一体化については何ら示唆していない。
【００１９】
本発明は、圧電体を含むＭＥＭＳと電子回路を半導体基板上又は半導体基板内に一体化する半導体集積回路装置及びその製造方法を提供する。本発明にかかる半導体集積回路装置はＭＥＭＳを有するも一般的な半導体製造プロセスを用いて製造することができる。これにより製造プロセスの簡略化が図られ、さらにＭＥＭＳを製造するための低コスト化、小型化が図れる。さらに、本発明は、例えばＣＭＯＳ回路、ＢｉＣＭＯＳ回路などの電子回路と比較的容易に一体化が可能な角速度センサを提供する。こうした角速度センサは一般的な半導体製造プロセスによって比較的容易に製造することができるので低コスト化、小型化が図れる。
【００２０】
さらに本発明は角速度センサの離調度を比較的容易に調整することができる調整方法、及び、角速度センサの振動子を精度よく振動させることができる振動方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本明細書において絶縁膜、層間絶縁膜、及び堆積膜なる語句を用いる。これらは本質的には同じものを指すものではあるが説明の便宜上次のように使い分けるものとする。すなわち、絶縁膜とは、電子回路側及びＭＥＭＳ側の少なくともいずれか一方に形成され少なくともシリコン酸化物を主体とする絶縁物であり、層間絶縁膜及び堆積膜の両者を含む。また、層間絶縁膜とは、シリコン酸化物を主体とし、電子回路側及び圧電体素子側の下部電極又は下部配線と、上部電極又は上部配線を電気的に分離する目的で形成したものを指す。特に層間絶縁膜と称した場合はことわらない限り電子回路側に形成された絶縁膜を指す。また、堆積膜とは圧電体素子の上部に形成したシリコン酸化物を主体としたものを指し、電子回路側に形成した層間絶縁膜とは区別している。
【００２２】
本発明にかかる第１の発明の半導体集積回路装置は、
（ａ）半導体基板の一領域に形成された電子回路と、
（ｂ）電子回路が形成された半導体基板の一領域とは別の領域に形成された圧電体素子と、
（ｃ）電子回路の上部に形成された層間絶縁膜と、
（ｄ）圧電体素子の上部に形成された堆積膜とを備え、
（ｅ）圧電体素子と圧電体素子の上部に形成された堆積膜によって微小電気機械システムを構成する。
【００２３】
こうした構成によれば、微小電気機械システムは、一般的な半導体製造技術を用いて生成された圧電体素子と堆積膜とを構成要素としているので製造工程の簡素化及び低コスト化を実現することができる。
【００２４】
また、本発明にかかる第２の発明の半導体集積回路装置は、
（ａ）第１の半導体集積回路装置において、
（ｂ）層間絶縁膜の所定領域に形成されたビアホールと、
（ｃ）ビアホールに形成された金属プラグと
（ｄ）電子回路と微小電気機械システムを電気的に接続する内部配線を備える。
【００２５】
こうした構造によれば、電子回路と微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）とを半導体基板に一般的な半導体製造技術を用いて一体化することができるので製造工程の簡素化及び低コスト化を実現することができる。
【００２６】
また、本発明にかかるＭＥＭＳは角速度センサであり該角速度センサは、
（ａ）音叉型振動子を備え、
（ｂ）音叉型振動子は、半導体基板内に形成された基部と、
（ｃ）基部から延設され第１の幅を有する第１幅広部と、
（ｄ）第１幅広部と並行して設けられ基部から延設される第２幅広部と、
（ｅ）第１幅広部から延設し第１の幅よりも小さな第２の幅を有する第１幅狭部と、
（ｆ）第２幅広部から延設し第２の幅を有する第２幅狭部と、
（ｇ）第１幅広部及び第２幅広部に形成され各幅広部を振動させるための駆動信号が供給される駆動電極と、
（ｈ）第１幅広部に形成され圧電体に生じたコリオリ力に応じた電気信号を検出するための第１検出電極と、
（ｉ）第２幅広部に形成され圧電体に生じたコリオリ力に応じた電気信号を検出するための第２検出電極と、
（ｊ）第１幅狭部に設けられ、第１幅狭部の水平振動をモニタするための第１モニタ電極と、
（ｋ）第２幅狭部に設けられ、第２幅狭部の水平振動をモニタするための第２モニタ電極を備える。
【００２７】
こうした構成によれば、第１モニタ電極及び第２モニタ電極をそれぞれ第１幅広部及び第２幅広部に設けるのではなく、第１幅狭部及び第２幅狭部に設けるようにしたので、第１幅広部及び第２幅広部に各別に設ける第１検出電極及び第２検出電極の大きさを大きく取れる。これによって角速度センサのＳＮ比の向上を図ることができる。
【００２８】
また、本発明にかかる他の角速度センサは、第１モニタ電極は、第１幅狭部と第１幅広部との境界部の少なくとも第１幅狭部に設けられ、第２モニタ電極は、第２幅狭部と第２幅広部との境界部の少なくとも第１幅狭部に設けられる。こうした構成によれば、第１モニタ電極及び第２モニタ電極は少なくとも第１幅狭部及び第２幅狭部の付け根の部分、すなわち、振動子の幅方向の振動による電気信号が最も大きいとされる境界部に設けるので、第１幅狭部及び第２幅狭部の横振動の挙動を正確にモニタすることができる。
【００２９】
また、本発明にかかる他の角速度センサは第１幅広部及び第２幅広部は共有の圧電体を有し、第１幅広部に設けられた圧電体の一主面上に第１駆動電極、第２駆動電極及び第１検出電極を各別に設け、第２幅広部に設けられた圧電体の一主面上に第３駆動電極、第４駆動電極及び第２検出電極を各別に設け、少なくとも第１検出電極上及び第２検出電極上に共有の上部保護膜を形成し、上部保護膜の選択された領域にレーザー光ＬＬを遮蔽するための遮蔽金属層を埋設し、圧電体の他主面上に下部電極及び下部保護膜がこの順序で形成されている。
【００３０】
こうした構成によれば、レーザーが照射される堆積膜の直下部に遮蔽金属層を設けるので、堆積膜にレーザー光ＬＬを照射して角速度センサの離調度調整を行う際の第１検出電極及び第２検出電極へのレーザー光ＬＬの介入を未然に防止することができる。
【００３１】
本発明にかかる半導体集積回路装置の第１の製造方法は次の各工程からなる。
（ａ）半導体基板の一領域に電子回路を形成する工程、
（ｂ）電子回路が形成された半導体基板の一領域とは別の領域に圧電体素子を形成する工程、
（ｃ）電子回路の上部に層間絶縁膜を形成する工程、
（ｄ）圧電体素子の上部に堆積膜を形成する工程、
（ｅ）圧電体素子と圧電体素子の上部に形成された堆積膜によって圧電体素子を構成する工程を有する。
【００３２】
本発明にかかる第２の半導体集積回路装置の製造方法は、第１の製造方法において
（ａ）半導体基板の一領域に電子回路を形成する工程と同時又はその後に半導体基板の一領域とは別の領域に圧電体素子の下部電極層に接続するための導電層を形成する工程を有する。
【００３３】
さらに本発明にかかる半導体集積回路装置の第３の製造方法は、
（ａ）あらかじめ電子回路が作り込まれる半導体基板を準備する工程、
（ｂ）半導体基板上であって電子回路が作り込まれる領域とは異なる領域に圧電体素子の下部電極層に接続するための導電層を形成する工程、
（ｃ）導電層上及び電子回路上に第１層間絶縁膜を形成する工程、
（ｄ）導電層上の第１層間絶縁膜に第１ビアホールを形成する工程、
（ｅ）第１ビアホールに第１金属プラグを形成する工程、
（ｆ）第１層間絶縁膜上に絶縁膜を形成する工程、
（ｇ）絶縁膜及び第１層間絶縁膜を選択的にパターニングして導電層を露呈させる工程、
（ｈ）露呈した導電層上及び絶縁膜上に電気的に接続され圧電体素子の下部電極となる第１電極膜を形成する工程、
（ｉ）第１電極膜上に圧電体素子となる圧電体を形成する工程、
（ｊ）圧電体上に圧電体素子の上部電極となる第２電極膜を形成する工程、
（ｋ）第２電極膜を所定の形状にパターニングして圧電体素子の駆動電極及び検出電極を形成する工程、
（ｌ）駆動電極上及び検出電極上に透明導電膜を形成する工程、
（ｍ）透明導電膜及び圧電体をエッチングして駆動電極及び検出電極を残す工程
（ｎ）圧電体素子、駆動電極、及び検出電極上に導電性保護膜を形成する工程、
（ｏ）少なくとも駆動電極及び検出電極上の導電性保護膜上に上部保護膜を形成する工程を有する。
【００３４】
さらに本発明にかかる半導体集積回路装置の第４の製造方法は、第３の製造方法において、
（ａ）上部保護膜、導電膜、及び半導体基板のそれぞれの一部をエッチングして除去することにより凹部を形成し、圧電体素子を含む構造体と半導体基板を離間させる工程を有する。
【００３５】
こうした構成によれば、電子回路とＭＥＭＳの一部を構成する圧電体素子を一般的な半導体製造プロセスで比較的容易に一体化することができる。
【００３６】
また、本発明にかかる角速度センサの調整方法は、
（ａ）第１幅広部及び第２幅広部の上方部に設けた堆積膜の一主面上にレーザートリミング用の加工領域を設け、
（ｂ）加工領域にレーザー光を施して角速度センサの離調度を調整する。
【００３７】
該調整方法によれば、あらかじめ幅広部に構成されている上部保護膜の一主面に構成された加工領域を、調整したい離調度の分だけ選択的にレーザー光ＬＬでトリミングすることで、該振動子の離調度を調整することができる。これにより、振動腕の左右の対称性を維持することができるので、振動子の左右非対称によって生じる振動ノイズを抑止することができる。
【００３８】
また、本発明にかかる角速度センサの振動方法は、
（ａ）音叉型振動子の第１幅狭部及び第２幅狭部の両側面に離間し形成された絶縁体からなる振動矯正用の絶縁構造物と、
（ｂ）絶縁構造物の間で第１幅狭部及び第２幅狭部が振動することによって発生する静電気と、
（ｃ）静電気により発生する第１幅狭部及び第２幅狭部と絶縁構造物との間に働く静電力と、
（ｄ）静電力により振動方向を制御するものである。
【００３９】
これによれば、音叉型振動子の製造プロセスのばらつきにより生じる振動腕の左右非対称性により、コリオリ力によって生じる角速度振動ではない角速度振動成分である振動ノイズが生じる不具合を解決できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる音叉型振動子の平面図を示す。
【図２Ａ】図１の切断線２Ａ−２Ａに沿った断面図を示す。
【図２Ｂ】図１の切断線２Ｂ−２Ｂに沿った断面図を示す。
【図３】本発明の第２の実施形態にかかる音叉型振動子の平面図を示す。
【図４】本発明の第１の実施形態及び第２の実施形態において、駆動電極及び下部電極に供給される電圧を示す。
【図５】本発明の第３の実施形態にかかる音叉型振動子の平面図を示す。
【図６Ａ】図５の切断線６Ａ−６Ａに沿った断面図を示す。
【図６Ｂ】図５の切断線６Ｂ−６Ｂに沿った断面図を示す。
【図７Ａ】本発明の第３の実施形態にかかる音叉型振動子に施されたレーザー光の加工位置と横振動周波数との関係を示す。
【図７Ｂ】本発明の第３の実施形態にかかる音叉型振動子に施されたレーザー光の加工位置と縦振動周波数との関係を示す。
【図７Ｃ】本発明の第３の実施形態にかかる音叉型振動子に施されたレーザー光の加工位置と離調度の関係を示す。
【図８Ａ】本発明の第４の実施形態にかかる音叉型振動子の幅狭部の断面図を示す。
【図８Ｂ】本発明の第４の実施形態にかかる音叉型振動子の幅狭部の断面図を示す。
【図９】本発明の第４の実施形態にかかる音叉型振動子の平面図を示す。
【図１０】図９の切断線１０−１０に沿った断面図を示す。
【図１１】本発明の第５の実施形態にかかる音叉型振動子の平面図を示す。
【図１２】図１１の切断線１２−１２に沿った断面図を示す。
【図１３】本発明の第６の実施形態にかかる半導体集積回路装置の断面図を示す。
【図１４】本発明の第６の実施形態にかかる半導体集積回路装置の断面図を示す。
【図１５】本発明の第６の実施形態にかかる半導体集積回路装置の断面図を示す。
【図１６】本発明の第６の実施形態にかかる半導体集積回路装置の断面図を示す。
【図１７】本発明の第６の実施形態にかかる半導体集積回路装置の断面図を示す。
【図１８】本発明の第６の実施形態にかかる半導体集積回路装置の断面図を示す。
【図１９】本発明の第６の実施形態にかかる半導体集積回路装置の断面図を示す。
【図２０】本発明の第６の実施形態にかかる半導体集積回路装置の断面図を示す。
【図２１】本発明の第６の実施形態にかかる半導体集積回路装置の断面図を示す。
【図２２】本発明の第６の実施形態にかかる半導体集積回路装置の断面図を示す。
【図２３】本発明の第６の実施形態にかかる半導体集積回路装置の断面図を示す。
【図２４】本発明の第６の実施形態にかかる半導体集積回路装置の断面図を示す。
【図２５】本発明の第６の実施形態にかかる半導体集積回路装置の断面図を示す。
【図２６】本発明の第６の実施形態にかかる半導体集積回路装置の断面図を示す。
【図２７】本発明の第６の実施形態にかかる半導体集積回路装置の断面図を示す。
【図２８】本発明の第６の実施形態にかかる半導体集積回路装置の断面図を示す。
【図２９】本発明の第６の実施形態にかかる半導体集積回路装置の断面図を示す。
【図３０】本発明の第６の実施形態にかかる半導体集積回路装置の断面図を示す。
【図３１】本発明の第６の実施形態にかかる半導体集積回路装置の断面図を示す。
【図３２】本発明の第６の実施形態にかかる半導体集積回路装置の断面図を示す。
【図３３】本発明の第６の実施形態にかかる半導体集積回路装置の断面図を示す。
【図３４】本発明の第６の実施形態にかかる半導体集積回路装置の断面図を示す。
【図３５】本発明の第６の実施形態にかかる半導体集積回路装置の断面図を示す。
【図３６】本発明の第６の実施形態にかかる半導体集積回路装置の断面図を示す。
【図３７】本発明の第６の実施形態にかかる半導体集積回路装置の断面図を示す。
【図３８】本発明の第６の実施形態にかかる半導体集積回路装置の断面図を示す。
【図３９】本発明の第６の実施形態にかかる半導体集積回路装置の断面図を示す。
【図４０】本発明の第６の実施形態にかかる半導体集積回路装置の断面図を示す。
【図４１】本発明の第６の実施形態にかかる半導体集積回路装置の断面図を示す。
【図４２】本発明の第６の実施形態にかかる半導体集積回路装置の断面図を示す。
【図４３】本発明の第６の実施形態にかかる半導体集積回路装置の断面図を示す。
【図４４】本発明の第６の実施形態にかかる半導体集積回路装置の断面図を示す。
【図４５】本発明の第６の実施形態にかかる半導体集積回路装置の断面図を示す。
【図４６】本発明の第６の実施形態にかかる半導体集積回路装置の断面図を示す。
【図４７】本発明の第６の実施形態にかかる半導体集積回路装置の断面図を示す。
【図４８】本発明の第６の実施形態にかかる音叉型振動子の断面図を示す。
【図４９】本発明の第６の実施形態にかかる製造フローを示す。
【図５０】特許文献２に示された従来の角速度検出器の平面図を示す。
【図５１】特許文献２に示された従来の振動子を含む素子部の斜視図を示す。
【図５２】特許文献４に示された従来の角速度センサの平面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
（第１の実施形態）
本発明にかかるＭＥＭＳとしては角速度センサ、加速度センサ、圧力センサなどを挙げることができる。なお、ＭＥＭＳに関連する用語として「トランスデューサー」及び「アクチュエータ」がある。「トランスデューサー」とは、ある種類のエネルギーを別のエネルギーに変える装置を指すものである。したがって、機械的、物理的なエネルギーを電気エネルギーに変換するもの、また、この逆に電気エネルギーを機械的、物理的エネルギーに変換するものが含まれる。一方、「アクチュエータ」は、入力されたエネルギーを機械的、物理的なエネルギーに変換するための機械的要素を指すものとして解される。したがって、「トランスデューサー」の中にはＭＥＭＳもアクチュエータも含まれると解するのが妥当である。してみれば、本発明にかかるＭＥＭＳはトランスデューサーの１つであると言える。また、本発明にかかるＭＥＭＳはアクチュエータであるとも解することができる。なぜならば、後述から明らかになるように、本発明のＭＥＭＳ、すなわち、角速度センサは機械的要素も有するからである。
【００４２】
図１は本発明にかかる角速度センサに用いる音叉型振動子１００の平面図を示す。図１にはＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向を示す記号が併記される。なお、Ｘ方向及びＹ方向は、音叉型振動子１００のそれぞれ幅方向及び長さ方向に相当する。また、Ｚ方向は音叉型振動子１００の幅方向に対応し紙面の奥側から手前側に向かう方向として示される。
【００４３】
本発明にかかる角速度センサは、音叉型振動子１００の他に、音叉型振動子１００を駆動する自励発振回路、及び音叉型振動子１００からの検出出力に基づいて角速度信号を処理する信号処理回路を備えるが、説明の便宜上これらの回路は図示していない。
【００４４】
音叉型振動子１００は、圧電体１４２が形成されたＴ字状の基部１１０を有する。基部１１０は音叉型振動子１００が作り込まれる図示しない半導体基板の一部で固定される。基部１１０の頂部から第１振動腕１２０と第２振動腕１３０が並行して設けられる。圧電体１４２は、基部１１０だけではなく、第1振動腕１２０、及び第２振動腕１３０の一主面を覆って設けられている。第１振動腕１２０と第２振動腕１３０の形状及び大きさはほぼ同じである。２つの振動腕は中心線Ｃ１−Ｃ１を境にして互いに線対称になるよう形成されている。
【００４５】
第１振動腕１２０は細長いいわゆる短冊状の第１幅広部１４０と、これとほぼ同形状の第１幅狭部１５０を有し、これらはそれぞれの長手方向が連なるように連続して形成される。第１幅広部１４０の一部であって、これと第１幅狭部１５０との境界部１４５の近傍には比較的広い面積の圧電体１４２が露呈している。なお、圧電体１４２は基部１１０、第１振動腕１２０、及び第２振動腕１３０の一主面上に連続して設けられる。すなわち、第１振動腕１２０と第２振動腕１３０は圧電体１４２を共有する。
【００４６】
第２振動腕１３０は第１振動腕１２０とほぼ同形状を成す。すなわち、第２振動腕１３０は、細長いいわゆる短冊状の第２幅広部１６０と、これとほぼ同形状の第２幅狭部１７０とが互いの長手方向が連なるように連続して形成される。第２幅広部１６０の一部であって、これと第２幅狭部１７０との境界部１６５の近傍には比較的広い面積の圧電体１４２が露呈している。
【００４７】
第１振動腕１２０の第１幅広部１４０には、電気信号を入力するための第１駆動電極１４４、第２駆動電極１４６、及び電気信号を出力するための第１検出電極１４８が各別に形成される。第１幅狭部１５０にはモニタ電極１５２、１５４が第１幅広部１４０と第２幅狭部１５０の境界部１４５から第１幅狭部１５０の長手方向に沿って延びるように形成される。なお、モニタ電極１５２、１５４は第１幅狭部１５０の長手方向のほぼ中央部まで設けたものを図示したが、中央部よりもさらに先端側まで延設してもよい。いずれにしてもモニタ電極１５２、１５４の長手方向の長さは、境界部１４５から第１幅狭部１５０の長手方向に沿って随時設定すればよい。また、モニタ電極１５２、１５４は、第１幅狭部１５０に設けるだけでなく、第１幅狭部１５０の一部から境界部１４５を越えて第１幅広部１４０の一部に延設させてもよい。
【００４８】
第２振動腕１３０の第２幅広部１６０には、電気信号を入力するための第３駆動電極１６４、第４駆動電極１６６、及び電気信号を出力するための第２検出電極１６８が各別に形成される。これらの各電極は第１振動腕１２０の第１幅広部１４０に形成された各駆動電極、検出電極のものとほぼ同じ形状であり、かつ、それらの大きさもほぼ同じである。なお、第４駆動電極１６６は基部１１０側第２駆動電極１４６と共通に接続され共通駆動電極１５６を成している。
【００４９】
第２幅狭部１７０にはモニタ電極１７２、１７４が、第２幅広部１６０と第２幅狭部１７０の境界部１６５から第２幅狭部１７０の長手方向に沿って延びるように形成される。なお、モニタ電極１７２、１７４は第２幅狭部１７０の長手方向のほぼ中央部まで設けたものを図示したが、中央部よりもさらに先端側まで延設してもよく、長手方向の中央部までは設けずに境界部１６５から第２幅狭部１７０の長手方向にわずかに延びるように配設してもかまわない。いずれにしてもモニタ電極１７２、１７４の長手方向の長さは、境界部１６５から第２幅狭部１７０の長手方向に沿って随時設定すればよい。また、モニタ電極１７２及びモニタ電極１７４は、第２幅狭部１７０の一部から境界部１６５を越えて第２幅広部１６０の一部に延設させるようにしてもかまわない。
【００５０】
第１幅狭部１５０及び第２幅狭部１７０に設けた各モニタ電極には音叉型振動子１００の振動状態に応じた電気信号が取り出され、該電気信号は図示しない自励発振回路にフィードバックされる。モニタ電極は角速度センサの振動子、すなわち、第１振動腕１２０及び第２振動腕１３０のＸ方向、すなわち幅方向の共振周波数をモニタリングするために用意される。モニタ電極１７２から取り出した電気信号は図示しないバンドパスフィルタを介して増幅され、第４駆動電極１６６に帰還され、モニタ電極１７４から取り出した電気信号は図示しないバンドパスフィルタを介して増幅され、第３駆動電極１６４に帰還される。バンドパスフィルタでは電気信号が最も大きくなる周波数成分が取り出される。仮にモニタ電極を用意しなければ、第１振動腕１２０及び第２振動腕１３０を所期の共振周波数で振動させることが期待できなくなる。また、同様にモニタ電極１５２から取り出した電気信号は図示しないバンドパスフィルタを介して増幅され、第２駆動電極１４６に帰還され、モニタ電極１５４から取り出した電気信号は図示しないバンドパスフィルタを介して増幅され、第１駆動電極１４４に帰還される。なお、第１検出電極１４８、第２検出電極１６８は音叉型振動子１００のコリオリ力による振動変位を検出する。
【００５１】
図１に示した音叉型振動子１００は、幅ｘ１００、長さｙ１００の大きさで示されている。幅ｘ１００の大きさは例えば６０μｍであり、長さｙ１００の大きさは例えば５００μｍ〜６００μｍである。したがって、長さｙ１００は幅ｘ１００のほぼ１０倍の大きさである。また、第１幅広部１４０及び第２幅広部１６０の幅Ｗ１の大きさは、共に等しく例えば２４μｍであり、第１幅狭部１５０及び第２幅狭部１７０の幅Ｗ２の大きさは共に等しく例えば１０μｍにそれぞれ設定される。
【００５２】
第１駆動電極１４４及び第２駆動電極１４６は、第１検出電極１４８を挟んで互いに第１幅広部１４０上に各別に形成される。第１駆動電極１４４は、中心線Ｃ１−Ｃ１から最も離れた部位に、第２駆動電極１４６は中心線Ｃ１−Ｃ１から最も近い部位にそれぞれ形成される。
【００５３】
第３駆動電極１６４及び第４駆動電極１６６は、第２検出電極１６８を挟んで互いに独立して第２幅広部１６０上に形成される。第３駆動電極１６４は、中心線Ｃ１−Ｃ１から最も離れた部位に、第４駆動電極１６６は中心線Ｃ１−Ｃ１から最も近い部位にそれぞれ設けられる。
【００５４】
第１駆動電極１４４と第１検出電極１４８との間、及び第１検出電極１４８と第２駆動電極１４６との間には圧電体１４２の一部が露呈している。また、第３駆動電極１６４と第２検出電極１６８との間、及び第２検出電極１６８と第４駆動電極１６６との間も圧電体１４２の一部が露呈している。
【００５５】
第２幅広部１６０に形成された第４駆動電極１６６は、第１幅広部１４０に形成された第２駆動電極１４６と基部１１０側で電気的に共通接続され共通駆動電極１５６を成している。
【００５６】
モニタ電極１５２及びモニタ電極１５４は第１幅狭部１５０の幅方向の中央部で互いに離間され、かつ、その長手方向に沿って延びるように形成される。モニタ電極１５２は中心線Ｃ1−Ｃ１から最も近い第１幅狭部１５０の部位に、モニタ電極１５４は中心線Ｃ１−Ｃ１から最も離れた第１幅狭部１５０の部位にそれぞれ形成される。モニタ電極１５２、１５４とは露呈した圧電体１４２によって分離されている。
【００５７】
モニタ電極１７２、電極１７４は第２幅狭部１７０の幅方向の中央部で互いに離間され、かつ、その長手方向に延びるように形成される。モニタ電極１７２は中心線Ｃ1−Ｃ１から最も近い部位に、モニタ電極１７４は中心線Ｃ１−Ｃ１に最も離れた第２幅狭部１７０上に形成される。モニタ電極１７２及びモニタ電極１７４とは露呈した圧電体１４２によって分離されている。
【００５８】
第１駆動電極１４４及び第３駆動電極１６４の幅は共に等しく幅ｘ１０２で示される。幅ｘ１０２の大きさは、例えば２μｍである。第２駆動電極１４６及び第４駆動電極１６６の幅は共に等しく幅ｘ１０４で示される。幅ｘ１０４の大きさは、幅ｘ１０２と等しい例えば２μｍである。
【００５９】
第１幅広部１４０に設けられた第１検出電極１４８、及び第２幅広部１６０に設けられた第２検出電極１６８の幅は共に等しく幅ｘ１０６で示される。幅ｘ１０６の大きさは例えば１６μｍである。また第１駆動電極１４４と第１検出電極１４８との離間距離及び、第３駆動電極１６４と第２検出電極１６８との離間距離ｘ１０８は共に等しく例えば１μｍである。また第１検出電極１４８と第２駆動電極１４６との離間距離、及び第２検出電極１６８と第４駆動電極１６６との離間距離ｘ１１０は共に等しく例えば１μｍである。
【００６０】
図１に示したものは振動腕を２つ有するもの、すなわち、音叉型振動子であった。しかし、本発明にかかる技術的思想は振動腕が１つのもの、すなわち、片持ち梁型振動子にも適用することもできる。したがって、本発明にかかる角速度センサを片持ち梁型振動子に適用する場合には第１振動腕１２０又は第２振動腕１３０のいずれか１つの構成要素を用意すれば足りる。
【００６１】
図２Ａは図１示の切断線２Ａ−２Ａに沿った、第２幅広部１６０の断面図を示す。第２幅広部１６０には圧電体１４２が形成される。なお、前に述べたように圧電体１４２は第２幅広部１６０だけではなく、第１幅広部１４０にも一様に設けられている。圧電体１４２の厚みｚ１４２は例えば１．０μｍである。圧電体１４２の第１主面１４２ａには、紙面右側からみて第３駆動電極１６４、第２検出電極１６８、及び第４駆動電極１６６がこの順序で所定の間隔を保って形成される。これらの各電極の厚みは共に等しい。これらの各電極上にはシリコン酸化物であるある例えば二酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）からなる堆積膜３６０が形成される。なお、堆積膜３６０はＳｉＯ２膜を主体として構成されるがたとえばシリコン窒化物を構成の一部に用いてもよい。また堆積膜３６０は単一の層で形成してもよいが本発明の実施形態では複数の層で形成される。堆積膜３６０は後述で明らかになるが、実質的には絶縁膜又は層間絶縁膜と同時に形成される。
【００６２】
圧電体１４２の第２主面１４２ｂには下部電極１９４、下部保護膜１９６がこの順序で形成される。下部電極１９４、圧電体１４２、及び第４駆動電極１６６（第３駆動電極１６４）までの厚みｚ９８は約１．４μｍである。なお、圧電体１４２の第１主面１４２ａに設けられた第３駆動電極１６４、第４駆動電極１６６、及び第２検出電極１６８は共に同じ厚みで形成される。また下部電極１９４の厚みは、第３駆動電極１６４、第４駆動電極１６６、及び第２検出電極１６８のそれらと同じ厚みで形成される。なお第１振動腕１２０に形成される各駆動電極、各検出電極の厚みも第２振動腕１３０側と同じ大きさである。
【００６３】
図２Ｂは図１示の切断線２Ｂ−２Ｂに沿った、第２幅狭部１７０の断面図を示す。第２幅狭部１７０には圧電体１４２が形成される。圧電体１４２の厚みｚ１４２は例えば１．０μｍである。圧電体１４２の第１主面１４２ａにはモニタ電極１７２、１７４が、所定の間隔を保って形成され、両者モニタ電極の間には圧電体１４２が露呈している。なお、モニタ１７２、１７４の厚みは共に等しい。これらの各モニタ電極上には例えばＳｉＯ２膜からなる堆積膜３６０が形成される。
【００６４】
圧電体１４２の第２主面１４２ｂには下部電極１９４、下部保護膜１９６がこの順序で形成される。下部電極１９４、圧電体１４２、及びモニタ電極１７４（モニタ電極１７２）までの厚みｚ９８の大きさは約１．４μｍである。なお、圧電体１４２の第１主面１４２ａに設けられたモニタ電極１７２、モニタ電極１７４の厚みは同じ厚みで形成される。また下部電極１９４はモニタ電極１７２、１７４と同じ厚みで形成される。なお第１振動腕１２０に形成される各モニタ電極の厚みは第２振動腕１３０に形成されるそれらと同じ大きさである。
【００６５】
第１の実施形態では、モニタ電極１５２、１５４、１７２、及びモニタ電極１７４の厚みは共に等しい。また、これらの各モニタ電極の厚みは第1駆動電極１４４、第２駆動電極１４６、第３駆動電極１６４、第４駆動電極１６６、第１検出電極１４８、及び第２検出電極１６８のそれらと等しく設定される。
【００６６】
なお、第１の実施形態では、第１幅狭部１５０にはモニタ電極１５２、１５４の２つのモニタ電極を設け、第２幅狭部１７０にもモニタ電極１７２、１７４の２つのモニタ電極を設ける。しかし、これらのモニタ電極は各幅狭部に１つずつ用意すれば所期の目的は達成することができる。
【００６７】
（第２の実施形態）
図３は各幅狭部に１つずつのモニタ電極を設けた第２の実施形態を示し、図１と同じ箇所には同じ参照符号を用いた。音叉型振動子３００は、第１幅狭部１５０にモニタ電極１５２のみを設け、第２幅狭部１７０にはモニタ電極１７２のみを設けた。すなわち、第２の実施形態では第１の実施形態で示したモニタ電極１５４及びモニタ電極１７４は設けていない。こうした音叉型振動子３００は、図１に示したものとはモニタ電極の数が異なるだけで、他の構成要件はまったく同じである。すなわち、音叉型振動子３００を構成する第１振動腕１２０と第２振動腕１３０は中心線Ｃ２−Ｃ２を境にして線対称になるよう配置される。また、各振動腕に設けられた各駆動電極、各検出電極、及び各モニタ電極も中心線Ｃ２−Ｃ２を境にして線対称に配置される。こうした音叉型振動子３００は図１に示したものとほぼ同様の効果を奏する。
【００６８】
モニタ電極を各幅狭部に１個ずつ設ける場合には、第１幅狭部１５０に設けたモニタ電極１５２によって、第１幅狭部１５０がＸ方向、すなわち、横振動をすることにより発生する電気信号を取り出し、この取り出した電気信号を図示しない自励発振回路を介して第２駆動電極１４６すなわち共通駆動電極１５６に供給し、上記取り出した電気信号を上記自励発信回路及び図示しない反転回路を介して第２駆動電極１４６に供給する電気信号と逆位相の電気信号を第１駆動電極１４４に供給する。
【００６９】
同様に、第２幅狭部１７０に設けたモニタ電極１７２によって、第２幅狭部１７０が横振動をすることにより発生する電気信号を取り出し、この取り出した電気信号を図示しない自励発振回路を介して第４駆動電極１６６すなわち共通駆動電極１５６に供給し、上記取り出した電気信号を上記自励発信回路及び図示しない反転回路を介して第４駆動電極１６６に供給する電気信号と逆位相の電気信号を第３駆動電極１６４に供給する。
【００７０】
上記の信号処理を行うことにより、音叉型振動子３００の共振動作点で効率よく励振させることができる。なお、モニタ電極１５２から取り出される電気信号とモニタ電極１７２から取り出される電気信号を加算した後、図示しない自励発振回路を介して第２駆動電極１４６及び第４駆動電極１６６、すなわち、共通駆動電極１５６に供給するようにしてもよい。なお、第２の実施形態ではモニタ電極１５２の替わりにモニタ電極１５４を、モニタ電極１７２の替わりにモニタ電極１７４をそれぞれ用いてもよい。
【００７１】
図４は、図１及び図３に示した音叉型振動子の各駆動電極に供給する電圧を模式的に示す。供給電圧Ｖ１は、所定の振幅に設定され第１駆動電極１４４及び第３駆動電極１６４に供給する交流電圧を示す。供給電圧Ｖ２は、第２駆動電極１４６及び第４駆動電極１６６、すなわち、共通駆動電極１５６に供給する交流電圧を示す。供給電圧Ｖ１とＶ２の振幅はほぼ等しく、かつ位相は互いに１８０度ずれた、いわゆる位相反転の関係に置かれている。供給電圧Ｖ３は、下部電極１９４に供給される直流電圧を示す。供給電圧Ｖ３は例えば０ボルトに設定される。
【００７２】
ここで再度図２Ａ、図２Ｂに戻る。圧電体１４２であって、第３駆動電極１６４と下部電極１９４とに挟まれる部分には、第３駆動電極１６４に供給される供給電圧Ｖ１と下部電極１９４に供給される供給電圧Ｖ３による電位差が生じる。すなわち、圧電体１４２であって第３駆動電極１６４と下部電極１９４とに挟まれる部分には電位が（Ｖ１−Ｖ３）である電圧Ｖｓ１が印加されることになる。電圧Ｖｓ１が印加される圧電体１４２の該部分は電圧Ｖｓ１により圧縮・伸長変形し、第１伸縮運動を行う。
【００７３】
一方、圧電体１４２であって、第２駆動電極１６６と下部電極１９４とに挟まれる部分には、第２駆動電極１６６に供給される供給電圧Ｖ２と下部電極１９４に供給される供給電圧Ｖ３による電位差が生じる。すなわち、圧電体１４２であって第２駆動電極１６６と下部電極１９４とに挟まれる部分には電位が（Ｖ２−Ｖ３）である電圧Ｖｓ２が印加されることになる。したがって電圧Ｖｓ２が印加される圧電体１４２の該部分は電圧Ｖｓ２により伸長・圧縮変形し、上記第１伸縮運動とは逆位相の第２伸縮運動を行う。
【００７４】
第１伸縮運動及び第２伸縮運動により音叉型振動子１００（３００）の第２幅広部１６０（第１幅広部１４０）はＸ方向に互いに離間及び互いに接近する方向、すなわち、横方向の横振動を行う。
【００７５】
第２幅広部１６０（第１幅広部１４０）が横振動することにより第２幅狭部１７０（第１幅狭部１５０）も該横振動と同周期で振動する。ここで、第２幅狭部１７０（第１幅狭部１５０）に設けられたモニタ電極１７２（モニタ電極１５２）により、第２幅狭部１７０（第１幅狭部１５０）が該横振動をすることにより発生する電気信号を取り出し、図示しない自励発振回路を介して第２駆動電極１４６に供給する。
【００７６】
さらに、第１幅狭部１５０に設けたモニタ電極１５２によって、第１幅狭部１５０がＸ方向、すなわち、横振動をすることにより発生する電気信号を取り出し、この取り出した電気信号を図示しない自励発振回路を介して第２駆動電極１４６すなわち共通駆動電極１５６に供給し、上記取り出した電気信号を上記自励発信回路及び図示しない反転回路を介して第２駆動電極１４６に供給する電気信号と逆位相の電気信号を第１駆動電極１４４に供給する。
【００７７】
同様に、第２幅狭部１７０に設けたモニタ電極１７２によって、第２幅狭部１７０が該横振動をすることにより発生する電気信号を取り出し、この取り出した電気信号を図示しない自励発振回路を介して第４駆動電極１６６すなわち共通駆動電極１５６に供給し、上記取り出した電気信号を上記自励発信回路及び図示しない反転回路を介して第４駆動電極１６６に供給する電気信号と逆位相の電気信号を第３駆動電極１６４に供給する。
【００７８】
上記の信号処理を施すことにより、音叉型振動子３００の共振動作点で効率よく励振させることができる。なお、モニタ電極１５２から取り出される電気信号とモニタ電極１７２から取り出される電気信号を加算した後、図示しない自励発信回路を介して共通駆動電極１５６に供給してもよいし、モニタ電極１５２から取り出される電気信号とモニタ電極１７２から取り出される電気信号を加算した後、図示しない自励発信回路及び図示しない反転回路を介して第１駆動電極１４４及び第３駆動電極１６４に供給するようにしてもよい。
【００７９】
第１又は第２の実施形態では、図示しない自励発振回路は、例えばＡＧＣ回路及び位相調整回路を有し、音叉型振動子１００（３００）のモニタ電極１５２から取り出されるモニタ信号は、圧電体１４２の圧電効果により、下部電極１９４とモニタ電極１５２との間に発生する電位差である。モニタ信号がモニタ電極１５２を介して上記位相調整回路に入力され、該モニタ信号を自励発振が可能なように位相調整され、位相調整された位相調整回路からの出力信号を振幅調整して一定レベルの電圧に調整した後、第３駆動電極１６４に駆動信号を入力する。
【００８０】
（第３の実施形態）
図５は角速度センサの離調度調整に供される音叉型振動子５００を示す。第３の実施形態では角速度センサの離調度の調整方法を説明する。なお、本書において、「離調度」とは音叉型振動子５００の第１振動腕１２０、第２振動腕１３０のＺ方向すなわち振動子５００の厚み方向の振動の周波数と第１振動腕１２０、第２振動腕１３０のＸ方向（横方向）すなわち、音叉型振動子５００の幅方向の周波数との比を表すものとして定義される。すなわち離調度＝横方向の振動周波数（Ｈｚ）／縦方向の振動周波数（Ｈｚ）として表される。ここで、横方向の振動の周波数は第１駆動電極１４４、第２駆動電極１４６、第３駆動電極１６４、及び第４駆動電極１６６に供給される駆動信号の周波数と一致し、縦方向の振動の周波数は第１検出電極１４８及び第２検出電極１６８から検出される検出信号の周波数と一致する。
【００８１】
図５に示す音叉型振動子５００は、図１及び図３に示した音叉型振動子１００、３００とほぼ同じ構造を成す。したがって、これらと同じ箇所には同じ参照符号を用いた。図１、図３は説明の便宜上、各駆動電極、各検出電極、及び各モニタ電極の上部に形成される保護膜は透視するものとして示している。
【００８２】
離調度の調整に供される音叉型振動子５００は、第１振動腕１２０の第１幅広部１４０、及び第２振動腕１３０の第２幅広部１６０の一主面上に堆積膜３６０が形成され、堆積膜３６０上にレーザートリミングに供される複数の加工領域５９４を有する。加工領域５９４は、第１幅広部１４０及び第２幅広部１６０の長手方向に沿って複数設けられる。離調度は各振動腕の質量に依存するので、レーザートリミングによって、堆積膜３６０の一部を削り取ることによって各振動腕の質量を調整する。
【００８３】
図６Ａは図５に示した切断線６Ａ−６Ａに沿った第２幅広部１６０の断面図を示す。図６Ａにおいて、加工領域５９４は第２幅広部１６０の幅方向のほぼ中央部に設けられた第２検出電極１６８上の堆積膜３６０の一部に形成される。図６Ａに示した加工領域５９４は、堆積膜３６０を例えば正方形状にパターニングして凹部を形成し、その凹部に例えばアルミニウムを埋め込んで形成した状態を示す。しかし、堆積膜３６０をエッチングしないで、堆積膜３６０上に例えばアルミニウムを蒸着させてもよい、加工領域５９４と第２検出電極１６８との間の堆積膜３６０には遮蔽金属層５９６が埋設される。遮蔽金属層５９６は加工領域５９４にレーザー光ＬＬが照射されたときに、そのレーザー光ＬＬが第２検出電極１６８まで達しないようにするために形成される。遮蔽金属層５９６は例えば、アルミニウム、銅、タングステン、チタン等の金属で構成され、その厚みは例えば約５０００Åである。加工領域５９４のｘ方向の大きさｘ５２は約１０μｍである。圧電体１４２の一主面１４２ａには第２検出電極１６８、第３駆動電極１６４、及び第４駆動電極１６６が形成される。圧電体１４２の他主面１４２ｂには下部電極１９４、下部保護膜１９６がこの順序で形成される
【００８４】
図６Ｂは図５に示した切断線６Ｂ−６Ｂに沿った第２幅広部１６０の断面図を示す。なお、図６Ａと同じ箇所には同じ参照符号を用いた。加工領域５９４は幅広部１６０の長手方向のほぼ全領域を満たすように堆積膜３６０の一部に形成される。加工領域５９４のｙ方向の大きさｙ５２は約１０μｍであり、Ｘ方向の大きさｘ５２と同じである。加工領域５９４と隣の加工領域５９４との間隔ｙ５０は約１０μｍである。また、その深さｚ５２は約３μｍである。加工領域５９４の下部には遮蔽金属層５９６が堆積膜３６０の内部に埋設される。遮蔽金属層５９６は、第２検出電極１６８の端部を覆うようにして形成される。これはレーザー光ＬＬが加工領域５９４に照射されたときに第２検出電極１６８にレーザー光ＬＬが達しないようにするためである。なお、遮蔽金属層５９６は、第３駆動電極１６４（第１駆動電極１４４）、第４駆動電極１６６（第２駆動電極１４６）、第１検出電極１４８（第２検出電極１６８）に外部からノイズが到来したときの遮蔽効果も奏する。圧電体１４２の一主面１４２ａには第２検出電極１６８が形成され、圧電体１４２の他主面１４２ｂには下部電極１９４、下部保護膜１９６がこの順序で形成される。
【００８５】
上記構成により、第２幅広部１６０及び第１幅広部１４０の堆積膜３６０の一主面上に形成した加工領域５９４にレーザー光ＬＬを照射することにより、堆積膜３６０の一部を削り取って振動特性調整用、すなわち、角速度センサの離調度を調整するための凹部５９８を形成する。凹部５９８は振動子の質量の不均一に起因する振動特性を所定の振動モードに矯正できる位置に選択的に形成されている。
【００８６】
第２幅広部１６０（第１幅広部１４０）に形成した加工領域５９４は、レーザー光ＬＬを照射し易いその長手方向に臨ませ、かつ、堆積膜３６０の最上部に設けるので、角速度センサの振動子が完成された後に、レーザー光ＬＬを照射しながら振動特性の調整を比較的容易に行うことができる。
【００８７】
図６Ｂには、遮蔽金属層５９６は加工領域５９４と第２検出電極１６８との間にＹ方向に伸びる形で設け、第２検出電極１６８の上部に設けたものを示した。しかし、遮蔽金属層５９６は第２検出電極１６８の上部だけではなく、図１に示した第３駆動電極１６４及び第４駆動電極１６６の上部であって、堆積膜３６０の内部に埋設するように設けてもよい。
【００８８】
電気的特性の優れた角速度センサを得るためには、音叉型振動子５００の形状、第1振動腕１２０と第２振動腕１３０との質量の差による縦横の共振周波数の周波数差、共振時の左右出力信号の波形の振幅と位相を一致させる必要がある。このためには、加工領域５９４にレーザー光ＬＬを照射し離調度を調整することが重要となる。
【００８９】
図７Ａは音叉型振動子５００のＸ方向、すなわち横方向の横振動周波数のシミュレーション結果を示す。横軸は第２幅広部１６０（第１幅広部１４０）の根元５０２から加工領域５９４の中心位置までの加工位置を、縦軸は横振動周波数をそれぞれ表す。根元５０２は、基部１１０と第２幅広部１６０（第１幅広部１４０）との境界部にあたる。
【００９０】
いま、第２幅広部１６０（第１幅広部１４０）に設けた第３駆動電極１６４（第１駆動電極１４４）に、例えば、周波数が５２０００Ｈｚの電圧を印加したときに第２検出電極１６８（第１検出電極１４８）から取り出される電気信号の横振動周波数は、図７Ａに示すように加工位置が根元５０２から遠ざかるにつれては若干減少する傾向を示すが、その変化量は小さいことを知見した。
【００９１】
図７Ｂは音叉型振動子５００の縦振動周波数のシミュレーション結果を示す。横軸は根元５０２からの加工領域５９４の中心までの加工位置を、縦軸は縦振動周波数をそれぞれ表す。縦振動周波数とは振動腕１２０（１３０）の縦方向、すなわち、Ｚ方向に振動する振動周波数を表す。
【００９２】
いま、第２幅広部１６０（第１幅広部１４０）に設けた第３駆動電極１６４（第１駆動電極１４４）に、例えば、周波数が５２０００Ｈｚの電圧を印加したときに第２検出電極１６８（第１検出電極１４８）から取り出される縦振動周波数は、図７Ｂに示すように加工位置が根元５０２から遠ざかるにつれて横振動周波数に比べると大きく変化することが分かる。特に根元５０２からの加工位置が２００μｍの領域までは縦振動周波数は非直線的に減少し、加工位置２００μｍに達すると縦振動周波数の変化はほぼ飽和することも分かった。すなわち、本発明の一実施形態での縦振動周波数の調整可能な領域は加工位置が２００μｍであることを示す。なお、本発明の一実施形態では上記のとおりであったが、離調度の調整可能な加工位置は、図６Ａ、図６Ｂに示した加工領域５９４の大きさｘ５２、ｙ５２、深さｚ５２、及び間隔ｙ５０によって調整することができる。
【００９３】
図７Ｃは離調度と加工位置とのシミュレーション結果を示す。横軸は根元５０２から加工領域５９４の中心までの加工位置を、縦軸は離調度を表す。離調度は前に述べたように、離調度＝横振動周波数（Ｈｚ）／縦振動周波数（Ｈｚ）、として表される。言い換えれば、図６Ｂに示した縦振動周波数に対する図６Ａに示した横振動周波数の割合を示す。一般的に離調度が１に近づくほど、すなわち、横振動の周波数と縦振動の周波数の差が小さいほど、安定した共振振動を行う。
【００９４】
すなわち、音叉型振動子５００の第２振動腕１６０（第１振動腕１４０）の横振動の振動周波数と、縦振動の振動周波数が一致するほど高い信頼性を有する音叉型振動子が得られる。図７Ｃに示すように本実施の一形態では加工位置が１０μｍ付近で離調度が１を示すことが分かった。すなわち、根元５０２の近い領域に最適な加工位置があることを示している。通常、加工領域５９４にレーザー光ＬＬを照射するのは根元５０２に近い方から施すので、根元５０２に近いほどレーザー光ＬＬを照射する回数は少なくて済むことになる。しかし、離調度１の位置が根元５０２に近ければ近いほど、離調度１を中心した調整範囲が狭くなるという不具合が生じる。すなわち、振動子の製造上のばらつきを吸収するためには離調度１の加工位置を根元５０２の付近ではなく、調整可能な加工位置のほぼ中心にもってくることが好ましい場合が生じ得る。例えば、本実施の一形態では図７Ｃから明らかなように、加工位置の許容範囲は根元５０２から２００μｍまでであるから、その中間にあたる加工位置１００μｍの付近に離調度１がくるように設定することもできる。そのためには、加工領域５９４の大きさｘ５２、ｙ５２、深さｚ５２、及び間隔ｙ５０などの大きさを適宜設定するとよい。
【００９５】
また、離調度は図７Ｃから明らかなように根元５０２から離れるにつれてその変化勾配は小さくなるので、根元５０２に近いほど加工領域５９４の間隔ｙ５０を大きくするか、又は加工領域５９４の数を根元５０２側では少なくし、根元から遠ざかるにつれて加工領域５９４を多く設けるようにすることもできる。このためには、加工領域５９４と隣の加工領域５９４との間隔ｙ５０をできるだけ狭くし、加工領域５９４の数をできるだけ多く設けるようにするとよい。こうした構成を採用することによって、離調度の微調整が可能となる。
【００９６】
すなわち、離調度調整の度合いはレーザー光ＬＬで加工される加工位置によって決定され、音叉型振動子５００の第１幅広部１４０及び第２幅広部１６０の根元５０２から先端部５０４に向かうにつれて、すなわちＹ方向に向かうにつれて横振動周波数と縦振動周波数との変化量が小さくなる。したがって、第１幅広部１４０（第２幅広部１６０）の根元５０２の近傍を加工することで離調度の粗調整が可能となり、第１幅広部１４０（第２幅広部１６０）の先端部５０４の近傍を加工することによって微調整が可能となるのでこれら両者を組み合わせるならば離調度を正確に調整することができる。
【００９７】
以上述べたように本発明の振動特性、すなわち、離調度の調整は、圧電体１４２及び第１検出電極１４８、第２検出電極１６８が形成される領域から離間された堆積膜３６０の一部に加工領域５９４を設ける。さらに加工領域５９４に凹部５９８を形成して音叉型振動子５００の振動特性を調整することが可能となるので製造上生じ得る角速度センサの振動特性の製造上のばらつきを吸収することができる。
【００９８】
また、振動特性の調整は、振動子の圧電体１４２及び第１検出電極１４８、第２検出電極１６８が形成されている領域と離間された堆積膜３６０に対してレーザー加工を施すので、圧電体１４２を傷つけることなく離調度のばらつきを吸収することができる。
【００９９】
（第４の実施形態）
第４の実施形態は、音叉型振動子１００、３００，５００のいずれかにかかる振動子の振動方法に関する。図８Ａ、図８Ｂ、図９、及び図１０を用いて説明する。なお、説明の対象は一方の幅狭部に限定するが他方の幅狭部についても全く同様のことが言える。
【０１００】
図８Ａは、第２振動腕１３０が安定して振動する状態を模式的に示す。図２Ｂに示した第２幅狭部１７０の断面図の中の圧電体１４２だけを抜き出し、堆積膜３６０、モニタ電極１７２、モニタ電極１７４、下部電極１９４、及び下部保護膜１９６は説明の便宜上省略している。圧電体１４２の左右の側面すなわち、側面１４２ｓ１と側面１４２ｓ２の形状が対称な場合の横振動方向はｘ軸とほぼ平行となり安定した振動を行う。なお、Ｙ方向は紙面の手前側から奥側に向かう方向であることを表す。
【０１０１】
図８Ｂは、第２振動腕１３０の振動が不安定な状態であることを模式的に示す。側面１４２ｓ３と側面１４２ｓ４に示すように両者の側面の形状が非対称となると、音叉型振動子１００の幅狭部１７０の重心位置は左右何れか一方側に偏倚して質量バランスが崩れ、水平方向すなわち、Ｘ方向に振動せずに、質量が小さい側に傾いて斜め方向に振動するという不具合が生じる。すなわち、第３駆動電極１６４及び第４駆動電極１６６に電圧を印加すると、音叉型振動子１００の第２幅狭部１７０は図８Ｂに示すようにＸ方向のみの振動だけでなくＺ方向の振動も加わり、該Ｚ方向の振動がノイズとして発生することになる。該振動のノイズが第２検出電極１６８に出力されることによりノイズ信号として出力されＳＮ比が低下する要因となる。なお、なお、図８Ｂに示した方向を示す記号において、Ｙ方向は紙面の手前側から奥側に向かう方向であることを示している。
【０１０２】
図９は、図８Ｂで生じる不具合を克服するための本発明にかかる第１の振動方法を説明するための図である。なお、図９は第２幅狭部１７０を示すが、第１幅狭部１５０の両側面にも同様の絶縁構造物９１０、９２０が配設されている。絶縁構造物９１０、９２０は、いわゆる振動を矯正するために例えばＳｉＯ２膜から成り第２幅狭部１７０の両側面から数μｍを超えない距離で離間して設けられる。なお、静電力を高めるにはこの距離は小さいほどよく、例えば１μｍ以下に設定する。これによって、第２幅狭部１７０がＸ方向に振動したときに、第２幅狭部１７０と絶縁構造物９１０との間、及び第２幅狭部１７０と絶縁構造物９２０との間に静電気が生じ、この静電気によって、第２幅狭部１７０に生じる振動ノイズを制御することができる。また、絶縁構造物９１０、９２０はＳｉＯ２膜ではなく、圧電体で構成することもできる。絶縁構造物９１０、９２０は静電気を誘発する機械的要素の性格を有する。したがって、絶縁構造物９１０、９２０はアクチュエータとしての機能を有すると言える。
【０１０３】
図１０は図９に示した切断線１０−１０に沿った断面図を示す。なお、図１０に用いた参照符号は、図９と同じ構成要素については同じ参照符号を用いた。なお、図１０に示した方向を表す記号において、Ｙ方向は紙面の手前側から奥側に向かう方向であることを表す。第２幅狭部１７０の側面１４２ｓ３側に絶縁構造物９２０を、側面１４２ｓ４側に絶縁構造物９２０をそれぞれ配設すると、第２幅狭部１７０が振動することよって絶縁体構造物９１０、９２０と第２幅狭部１７０との間に静電気が発生することを知見した。該静電気が発生することにより、絶縁構造物９１０、９２０と第２幅狭部１７０との間に互いに引き合う方向の静電力が働き、Ｚ方向の振動ノイズが絶縁構造物９１０、９２０方向の引力によって抑制される。なお、第１幅狭部１４０についても同様のことが言える。
【０１０４】
（第５の実施形態）
第５の実施形態は、音叉型振動子１００、３００，５００のいずれかにかかる第２の振動方法に関する。説明の対象は一方の幅狭部に限定するが他方の幅狭部についても全く同様のことが言える。第５の実施形態にかかる音叉型振動子１００、４００、５００の振動方法を図１１、及び図１２を用いて説明する。
【０１０５】
図８Ｂの説明から明らかなように、側面１４２ｓ３と側面１４２ｓ４の形状が非対称になると、第２幅狭部１７０（第１幅狭部１５０）の重心位置は左右何れか一方側に偏倚して質量バランスが崩れる。こうした質量バランスが崩れると振動子は水平方向、すなわち、Ｘ方向に正しく振動せずに、質量が小さい側に傾いて斜め方向に振動するという不具合が生じる。こうした不具合が生じると第３駆動電極１６４（第１駆動電極１４４）、第４駆動電極１６６（第２駆動電極１４６）に電圧を印加したときに音叉型振動子１００（３００、５００）の第２幅狭部１７０（第１幅狭部１４０）は、Ｘ方向のみの振動だけではなくＺ方向の振動も加わり、該Ｚ方向の振動がノイズとして発生する。該Ｚ方向の振動ノイズが第２検出電極１６８（第１検出電極１４８）によって出力されることによりノイズ信号として出力されＳＮ比が低下する要因となる。
【０１０６】
図１１は、図８Ｂで生じる不具合を克服するための第２の振動方法を説明するための図である。なお、図１１に示した方向を表す記号において、Ｚ方向は紙面の奥側から手前側に向かう方向であることを表す。すなわち、Ｚ方向は振動子１１００の幅方向を示す。なお、図１１は第２振動腕１３０の第２幅狭部１７０のみを図示したが、第１振動腕１４０の第１幅狭部１５０についても同様のことが言える。図１１は、例えば、ＳｉＯ２膜を主体とした絶縁構造物９１０及び９２０の側面にそれぞれ電極９１２及び９２２を設けた状態を示す。なお、絶縁構造物９１０、９２０はＳｉＯ２膜ではなく、圧電体で構成することもできる。圧電体で構成するならばいわゆる圧電アクチュエータとしての働きを得ることができる。電極９１２、９２２としては例えば、アルミニウム、銅、チタン、タングステン等の金属を用いることができる。なお、電極９１２（９２２）の側面から幅狭部１７０の側面までの距離は１μｍを超えない。また、絶縁構造物９１０及び９２０の厚みｙ９１５は第２幅狭部１７０の厚みとほぼ等しい１０μｍ前後としている。
【０１０７】
絶縁物９１０（９２０）に電極９１２（９２２）を設ける方法としては、絶縁物９１０（９２０）に半導体プロセス技術でよく用いるエッチングによって開口部を設け、この開口部に金属を埋めることによって容易に形成することができる。また、絶縁構造物９１０（９２０）は後述する層間絶縁膜の形成工程を数回繰り返すことによって所望の厚みに設定することができる。電極９１２と電極９２２の間に所定の電圧を印加し、第２幅狭部１７０をＸ方向に横振動させたとき、絶縁構造物９１０、９２０と第２幅狭部１７０との間に互いに引き合う方向の静電力が働き、Ｚ方向の振動ノイズが絶縁構造物９１０、９２０方向の引力によって抑制される。なお、第１幅狭部１４０についても同様のことが言える。
【０１０８】
図１２は図１１にかかる振動子１１００を切断線１２−１２に沿って切断したときの断面図を示す。図１２に示されるように、第２幅狭部１７０（第１幅狭部１５０）の側面１４２ｓ３側に電極９２２を設けた絶縁構造物９２０を、側面１４２ｓ４側に電極９１２を設けた絶縁構造物９１０をそれぞれ配置することにより、振動子１１００のＸ方向の振動を制御する。なお、図１２に示した方向を表す記号において、Ｙ方向は紙面の手前側から奥側に向かう方向であることを示す。
【０１０９】
図１２において、電極９１２、９２２に所定の電圧を印加することにより、第２幅狭部１７０と電極９１２、９２２間に静電力が働く。該静電力が発生することにより、電極９１２、９２２と第２幅狭部１７０との間に互いに引き合う方向の引力が働き、振動ノイズの要因となるＺ方向の振動が電極９１２、９２２方向の引力によって抑制される。なお、こうした挙動は第２振動腕１３０だけではなく第１振動腕１２０の第１幅狭部１５０についても同様のことが言える。
【０１１０】
（第６の実施形態）
図１３〜図４８は本発明にかかるＭＥＭＳの製造方法を説明するための製造工程断面図である。ＭＥＭＳとして、具体的には角速度センサを例として取り上げる。
【０１１１】
第６の実施形態にかかる図１３〜図４８はＭＥＭＳの製造工程を示す。本発明の概念を整理して述べるために次の３つの製造工程群に分けて説明する。
【０１１２】
１つ目の製造工程群は図１３に集約される。図１３に至るまでには一般的な半導体製造プロセスを用いて半導体基板１に電子回路２が作り込まれている。電子回路２は例えば、ＣＭＯＳ回路であったり、ＢｉＣＭＯＳ回路であったりする。こうした電子回路２は半導体集積回路で構成され、半導体集積回路の中には、トランジスタと隣のトランジスタとを電気的に分離するためにＬＯＣＯＳが形成される。また、ＭＯＳトランジスタのソース、ドレイン及びゲートが形成される。また、ＭＯＳトランジスタ、ＭＯＳダイオード等とは別にバイポーラトランジスタ、ダイオード、キャパシタ、抵抗等の半導体素子も形成される。キャパシタにはＰＮ接合を用いるか、絶縁体であるＳｉＯ２膜が誘電体として用いられる。また、抵抗を作るには、例えば、不純物拡散層やポリシリコンを用いる。こうした各種の半導体素子は電子回路２の中にすでに作り込まれている。
【０１１３】
電子回路２は説明の便宜上、１つのみ図示したが、この中には各種の半導体素子が数多く内蔵されていることを理解されたい。本書において、電子回路２は半導体素子、電子素子同士の配線は未完成のままである。したがって、電子回路と称するには必ずしも的確でないが本書では説明の便宜上電子回路と称することにする。この段階で最終の内部配線を施さないのは、電子回路２が作りこまれた後に、ＭＥＭＳを作るために各種の高温処理を施すためであり、内部配線に用いられるアルミニウムや銅等が該高温処理時に溶融又は劣化しないようにするためである。したがって、電子回路２の内部配線は後述するＭＥＭＳを製造する過程で随時行われる。
【０１１４】
２つ目の製造工程群は、図１４〜図３０に示される。この製造工程群はおもにＭＥＭＳの主体構造を製造するために用意されている。なお、ＭＥＭＳの主体構造とは圧電体素子を形成するための工程である。
【０１１５】
３つ目の製造工程群は、図３１〜図４８に示される。この製造工程群はおもに電子回路２の内部配線とＭＥＭＳの一部を形成するために用意される。電子回路２の集積密度が高くなればなるほど一般的に多層の配線層が必要となる。そのためには下部と上部の内部配線を絶縁するための層間絶縁膜が必要となり、合わせて上下の内部配線同士を接続するために層間絶縁膜の中に金属プラグを埋め込むことになる。
【０１１６】
層間絶縁膜は、電子回路２の配線工程だけではなく、ＭＥＭＳを製造するためにも有効に利用される。このことが本発明の１つの特徴である。層間絶縁膜が形成されるとき、この層間絶縁膜はＭＥＭＳの構造体の一部である堆積膜として利用される。すなわち、層間絶縁膜と堆積膜とは実質的には同じものを指すが、層間絶縁膜は下部の電極、配線と上部の電極、配線と電気的に分離する目的で形成され、堆積膜はＭＥＭＳを構成する目的のために利用される。
【０１１７】
以下、３つの製造工程群について説明する。まず、図１３を用いて１つ目の工程群について説明する。図１３は、Ｐ型あるいはＮ型の半導体基板１の一主面１ａ側に電子回路２が既に作り込まれている状態を示す。電子回路２は、半導体基板１の一領域に例えば一般的によく知られたＣＭＯＳプロセスやＢｉ−ＣＭＯＳプロセスで製造される。なお、電子回路２は１つのみ例示したが、２つ、３つという具合に複数設けられることも少なくない。電子回路２としては、例えばＭＥＭＳを制御するための自励発振回路を構成するために各種半導体素子が作り込まれている。
【０１１８】
図１４は導電層４を半導体基板１の一主面１ａに形成した状態を示す。導電層４は、ポリシリコン又は拡散層からなり後述するＭＥＭＳの一部を構成し、電子回路２が形成された半導体基板１の一領域とは離れた半導体基板の他の領域に形成される。導電層４はＭＥＭＳの一部である圧電体の下部電極と接続される。導電層４とは別の導電層を電子回路２の内部に、又はＭＥＭＳと電子回路２との間にまたがるように形成することもできる。また、導電層４は電子回路２の形成時か又は電子回路２を形成した後に形成する。
【０１１９】
図１５は、層間絶縁膜６を半導体基板１の一主面１ａ上に形成した状態を示す。層間絶縁膜６は、電子回路２及び導電層４の一主面を覆うように形成する。層間絶縁膜６は電子回路２の保護膜としての役目を有する。層間絶縁膜６の厚みは例えば９５００Åである。
【０１２０】
以降の説明において、層間絶縁膜６のほかにいくつかの層間絶縁膜を取り上げる。これらの層間絶縁膜は説明の便宜上、シリコン酸化物であるＳｉＯ２膜を主体として形成されるものとして説明する。本書でいうＳｉＯ２膜の中には不純物を含まない、いわゆるノンドプトシリケートガラス（ＮＳＧ）、リンを含むリンシリケートガラス（ＰＳＧ）、ボロンを含むボロンシリケートガラス（ＢＳＧ）、ボロンとリンを含むボロン・リンシリケートガラス（ＢＰＳＧ）などのシリコン酸化物を挙げることができる。また、シリコン酸化物とは別のたとえばシリコン窒化物からなるＳｉ３Ｎ４を用いることもできる。
【０１２１】
また後述する各層間絶縁膜に用いる絶縁膜の性質としては、例えば、プラズマシリコン酸化膜は圧縮応力を有し、オゾン（Ｏ３）とテトラエチルオキシシランの反応を用いたいわゆるＯ３−ＴＥＯＳ膜は引張応力を有するとされているので、こうした圧縮応力と引張応力を有する絶縁膜を組み合わせてもよく、又はいずれか一方の応力を有する単一の絶縁膜を用いることもできる。
【０１２２】
図１６は、ビアホールＨ１を層間絶縁膜６の一主面から導電層４に達するように形成した状態を示す。ビアホールＨ１は半導体基板１内に作り込まれるＭＥＭＳの所定の電極と外部回路を電気的に接続するために用いる金属プラグを形成するために形成する。なお、図示しないがビアホールＨ１とは別のビアホールを電子回路２の一部又は他の領域に形成することもできる。
【０１２３】
図１７は、金属プラグＰ１をビアホールＨ１に形成した状態を示す。金属プラグＰ１に用いる金属は例えばタングステン（Ｗ）やアルミニウム（Ａｌ）を用いる。金属プラグＰ１及び層間絶縁膜６は化学機械研磨、いわゆるＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）によってほぼ平坦化処理が施される。ＣＭＰ処理によって、金属プラグＰ１の厚みは層間絶縁膜６の厚みと等しい例えば９５００Åとなり、導電層４の一部と電気的に接続される。金属プラグＰ１は半導体基板１内に作り込まれるＭＥＭＳの一電極と外部回路とを電気的に接続するためのビアとしての役割を果たす。なお、ビアホールＨ１と同時に電子回路２の近傍に別のビアホールを形成し、該別のビアホールに金属プラグを形成し、該金属プラグを介して電子回路２に例えば電圧や電流を供給するか、あるいは電子回路２から所定の電圧や電流を金属プラグ側に導出するようにしてもよい。
【０１２４】
図１８は、絶縁膜８を層間絶縁膜６と金属プラグＰ１とを覆うように形成した状態を示す。絶縁膜８は所定形状にパターニングされ、該パターニングされた領域、すなわちビアホールＨ２にＭＥＭＳが設けられる。また、絶縁膜８はＭＥＭＳが設けられる領域を除く領域ではエッチングの際の保護マスクとなり、金属プラグＰ１の酸化防止の役割も有する。絶縁膜８の厚みはエッチングの際の処理条件にもよるが例えば２５００Åとしている。なお、絶縁膜８は後工程においてエッチングにより除去される。このため層間絶縁膜とは区別して表現している。
【０１２５】
図１９は、ビアホールＨ２を絶縁膜８及び層間絶縁膜６を異方性エッチングすることにより導電層４の一部が露呈するように形成した状態を示す。ビアホールＨ２の幅ｘ１はＭＥＭＳが振動するのに十分な大きさであればよく、本実施形態では幅ｘ１は例えば１２０μｍとしてみた。
【０１２６】
図２０は、第１電極膜１０を絶縁膜８、導電層４、及びビアホールＨ２の開口部を覆うように形成した状態を示す。第１電極膜１０は、金属又は導電性酸化物よりなる。第１電極膜１０は例えば２層構造からなり、例えば酸化イリジウム（ＩｒＯ２）／白金（Ｐｔ）、イリジウムタンタル（ＩｒＴａ）／白金（Ｐｔ）、又はチタン（Ｔｉ）／白金（Ｐｔ）よりなる導電性酸化物又は金属を、例えばスパッタリング法で形成する。本実施形態では例えばチタン（Ｔｉ）／白金（Ｐｔ）を用い、その厚みは２０ｎｍ／１８０ｎｍとしている。第１電極膜１０は後述する圧電体素子の下部電極を形成するために形成される。
【０１２７】
図２１は、圧電体１２を第１電極膜１０の上部に例えばスパッタリング法で形成した状態を示す。圧電体１２としては例えば、強電体の特性を有するＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）又はチタン酸バリウム（ＢＴＯ））を用いる。このほかに圧電体１２を形成するには、ジルコニウム酸チタン酸ランタン鉛（ＰＬＺＴ）、チタン酸鉛、チタン酸ランタン鉛の中か選ばれた少なくとも１種の圧電材料を用いることができる。ここで、ビアホールＨ２に形成する圧電体１２の厚みｚ１は例えば９００ｎｍ乃至１０００ｎｍである。
【０１２８】
図２２は、第２電極膜１４を、圧電体１２を覆うように例えばスパッタリング法で形成した状態を示す。第２電極膜１４は例えば、ＩｒＯ２（酸化イリジウム）／Ｉｒ（イリジウム）よりなり、その厚みは例えば、５０ｎｍ／１５０ｎｍとしている。第２電極膜１４は、後述する圧電体素子Ｊ１の上部電極、すなわち、後述の第１駆動電極Ｅａ１、第２駆動電極Ｅａ２、及び検出電極Ｅａ３を形成するために用意される。
【０１２９】
図２３は、第１駆動電極Ｅａ１、第２駆動電極Ｅａ２、及び検出電極Ｅａ３を形成した状態を示す。これらの各電極は第２電極膜１４を所定形状にエッチングして、すなわちパターニングすることによって形成される。すなわち、第２電極膜１４はビアホールＨ２の一部を除きすべてエッチングされ除去される。なお、図２３以降において残された第２電極膜１４は参照符号Ｅａ１、Ｅａ２、及びＥａ３で示される。ここで、検出電極Ｅａ３は第１駆動電極Ｅａ１及び第２駆動電極Ｅａ２との間に形成する。なお、第１駆動電極Ｅａ１の端部から、第２駆動電極Ｅａ２の端部までの距離ｘ２は例えば約２０μｍとしてみた。
【０１３０】
図２４は、透明導電膜１６を第１駆動電極Ｅａ１、第２駆動電極Ｅａ２、及び検出電極Ｅａ３と圧電体１２の一主面を覆うように形成した状態を示す。ここで、透明導電膜１６には例えば酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）を用いる。なお、透明導電膜１６は第１駆動電極Ｅａ１、第２駆動電極Ｅａ２、及び検出電極Ｅａ３の保護膜としての役割を果たす。
【０１３１】
図２５は、圧電体素子Ｊ１をビアホールＨ２の内部に形成した状態を示す。図２４までは圧電体１２は半導体基板１の上部全面に設けられていたが、図２５に至り圧電体素子Ｊ１の外形が現れる。このために圧電体１２と圧電体素子Ｊ１とを区別している。圧電体素子Ｊ１の上部には透明導電膜１６が、第１駆動電極Ｅａ１、第２駆動電極Ｅａ２、及び検出電極Ｅａ３を覆うように形成される。層間絶縁膜６の端部から圧電体素子Ｊ１の端部までの距離ｘ３及びｘ４は本実施形態では例えばそれぞれ５０μｍとしている。なお、図２５から明らかなように、金属プラグＰ１及び電子回路２の上部、及びそれらの近傍の圧電体１２及び透明導電膜１６は異方性エッチングによって除去される。
【０１３２】
図２６は、下部電極Ｅｕを形成した状態を示す。下部電極Ｅｕは圧電体素子Ｊ１の１つの電極を成し、第１電極膜１０を例えば塩素（Ｃｌ）とアルゴン（Ａｒ）の混合ガスによりドライエッチングして除去することにより形成される。すなわち、圧電体素子Ｊ１の第１導電膜１０の一部が残され、その残った箇所が下部電極Ｅｕとなる。なお、圧電体素子Ｊ１の上部には透明導電膜１６は残ったままである。
【０１３３】
図２７は、圧電体素子Ｊ１に残った透明導電膜１６を例えば臭化水素（ＨＢｒ）ガスを用いてドライエッチングすることにより除去した状態を示す。これにより、第１駆動電極Ｅａ１、第２駆動電極Ｅａ２、及び検出電極Ｅａ３が露呈する。ここで、圧電体素子Ｊ１の高さ（厚み）ｚ２は、例えば約１４０００Åに形成され、その幅方向の大きさｘ５は例えば約２０μｍに形成されている。
【０１３４】
図２８は、導電性保護膜１８を形成した状態を示す。導電性保護膜１８は、第１駆動電極Ｅａ１、第２駆動電極Ｅａ２、検出電極Ｅａ３、及び絶縁膜８の一主面、層間絶縁膜６の一主面、及び導電層４の一主面を覆うように形成される。導電性保護膜１８として例えば窒化チタン（ＴｉＮ）を用いる。
【０１３５】
図２９は、第１導電性保護膜Ｅｃ１、第２導電性保護膜Ｅｃ２、及び第３導電性保護膜Ｅｃ３をそれぞれ第１駆動電極Ｅａ１、第２駆動電極Ｅａ２、及び検出電極Ｅａ３の上部に形成した状態を示す。これらの各導電性保護膜は圧電体素子Ｊ１の一部にのみ残され、金属プラグＰ１及び電子回路２の上部の導電性保護膜１８及び絶縁膜８はドライエッチングされ除去される。エッチャントとしては、例えばＨＢｒを用いる。
【０１３６】
図３０は、上部保護膜２０を形成した状態を示す。上部保護膜２０は、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）からなり、導電層４の一主面、圧電体素子Ｊ１の表面の一主面、下部電極Ｅｕの側面、層間絶縁膜６の一主面と側面、及び第１導電性保護膜Ｅｃ１、第２導電性保護膜Ｅｃ２、及び第３導電性保護膜Ｅｃ３の一主面と側面を覆うように形成される。上部保護膜２０は圧電体素子Ｊ１の劣化を防ぐためのバリア層として形成される。上部保護膜２０は少なくとも、圧電体素子Ｊ１の周囲に形成されるだけで充分ではあるが、圧電体素子Ｊ１から離れた金属プラグＰ１、電子回路２、及びそれらの周辺にも形成する。これにより金属プラグＰ１及び電子回路２のバリアとしての副次的な効果を奏する。
【０１３７】
次に３つ目の製造工程群について説明する。３つ目の製造工程群とは前に述べたように説明の便宜上分けたものであって図３１〜図４８が該当する。
【０１３８】
図３１は、層間絶縁膜２２が上部保護膜２０を覆うように形成した状態を示す。層間絶縁膜２２はＳｉＯ２膜よりなり、その厚みｚ３は例えば９５００Åである。上部保護膜２０を形成した直後のその凹凸は比較的大きいが、ＣＭＰ処理にとって層間絶縁膜２２はほぼ平坦化される。
【０１３９】
図３２は、ビアホールＨ３、ビアホールＨ４、及びビアホールＨ５を層間絶縁膜２２に形成した状態を示す。これらのビアホールは、それぞれ第１導電層保護膜Ｅｃ１、第２導電層保護膜Ｅｃ２、及び第３導電層保護膜Ｅｃ３に達するように、層間絶縁膜２２及び上部保護膜２０をエッチングすることにより形成される。また、圧電体素子Ｊ１とは別にビアホールＨ６は金属プラグＰ１から電極を取り出すための後述の金属プラグＰ２のために形成される。
【０１４０】
図３３は、図３２に示したビアホールＨ３〜Ｈ６にそれぞれ例えばタングステン（Ｗ）からなる第１駆動電極用プラグＰｓ１、第２駆動電極用プラグＰｓ２、検出電極用プラグＰｓ３、及び金属プラグＰ２を同時に形成した状態を示す。第１駆動電極用プラグＰｓ１、第２駆動電極用プラグＰｓ２、検出電極用プラグＰｓ３はそれぞれ第１導電性保護膜Ｅｃ１、第２導電性保護膜Ｅｃ２、及び第３導電性保護膜Ｅｃ３から各別に電極を取り出すために形成する。
【０１４１】
金属プラグＰ２は金属プラグＰ１の直上に形成され、両者の金属プラグ同士は電気的に接続される。これにより、圧電体素子Ｊ１の下部電極Ｅｕは導電層４を介して、金属プラグＰ１及び金属プラグＰ２まで導き出される。なお、図３２に示した製造工程でビアホールＨ６とは別のビアホールを形成した場合は、その別のビアホールにも他の金属プラグを形成する。
【０１４２】
図３４は、第１層の配線工程を示す。図１に示した音叉型振動子１００の第１駆動電極１４４と第３駆動電極１６４には電気的にほぼ同電位の電圧が供給されるが、その配線工程は図３４に示した第１層の内部配線Ｌｐ１で行われる。なお、作図上、図３４には内部配線Ｌｐ１は、金属プラグＰ２の上部にのみ形成したものを示した。しかし、実態は電子回路２の内部配線や、電子回路２と圧電体素子Ｊ１側との電気的な接続もこの段階で行う。また、内部配線Ｌｐ１を行う配線工程では、第１駆動電極用プラグＰｓ１、第２駆動電極用プラグＰｓ２、及び検出電極用プラグＰｓのそれぞれの上部にそれぞれ第１駆動電極Ｌ１、第２駆動電極Ｌ２、及び検出電極Ｌ３を形成する。
【０１４３】
第１駆動電極Ｌ１は第１駆動電極Ｅａ１に第１駆動電極用プラグＰｓ１及び第１導電性保護膜Ｅｃ１を介して外部から第１電圧Ｖ１を供給するために形成する。第２駆動電極Ｌ２は第２駆動電極Ｌ２に第２駆動電極用プラグＰｓ２及び第２導電性保護膜Ｅｃ２を介して外部から第２電圧Ｖ２を供給するために形成する。検出電極Ｌ３は検出電極Ｅａ３に検出電極用プラグＰｓ３及び第３導電性保護膜Ｅｃ３を介して外部から第１電圧Ｖ１を供給するために形成する。なお、第１層の配線工程で用いる配線材料としてはアルミニウムや銅を用いる。
【０１４４】
図３５は、層間絶縁膜２４を第１駆動電極Ｌ１、第２駆動電極Ｌ２、検出電極Ｌ３、内部配線Ｌｐ１、及び層間絶縁膜２２を覆うように形成した状態を示す。層間絶縁膜２４は例えばＳｉＯ２膜からなり、その厚みｚ４は、例えば９５００Åである。層間絶縁膜２４は、第１駆動電極Ｌ１や内部配線Ｌｐ１と、その上部に形成する図示しない他の電極や配線との間を電気的に絶縁するために形成される。
【０１４５】
図３６は、ビアホールＨ７の形成状態を示す。ビアホールＨ７は、層間絶縁膜２４の所定領域を内部配線Ｌｐ１まで達するように形成される。ビアホールＨ７は、内部配線Ｌｐ１から電極を取り出すために形成するが、あらかじめ用意された他のビアホールの上部やその他の領域に形成してもよい。ビアホールＨ７は、後述の金属プラグＰ３のために形成され、その深さ（厚み）は例えば８０００Åである。なお、ビアホールＨ７とは別のビアホールを例えば、電子回路２側やその他の領域に形成してもよい。
【０１４６】
図３７は、ビアホールＨ７にタングステン（Ｗ）よりなる金属プラグＰ３を形成した状態を示す。金属プラグＰ３は内部配線Ｌｐ１から電極を取り出すために形成し、その深さ（厚み）は例えば８０００Åである。なお、図３６に示す工程でビアホールとは別のビアホールを形成した場合にはそのビアホールに対応する箇所に金属プラグＰ３とは別の金属プラグを形成しなければならない。
【０１４７】
図３８は、第２層の配線工程を示し、作図及び説明の便宜上金属プラグＰ３の上部に内部配線Ｌｐ２のみを示した。すなわち、第１層の配線工程で圧電体素子Ｊ１側の配線はすでに終えているので、第２層の配線工程ではおもに圧電体素子Ｊ１を除いた回路の配線を行うものを示した。第２層の配線工程ではおもに図示しないが、電子回路２側の配線を行う。もちろん、圧電体素子Ｊ１側の配線を行ってもかまわない。
【０１４８】
図３９は、例えばＳｉＯ２膜からなる層間絶縁膜２６を、内部配線Ｌｐ２及び層間絶縁膜２４の一主面を覆うように形成した状態を示す。
【０１４９】
図４０は、ビアホールＨ８を、内部配線Ｌｐ２上の層間絶縁膜２６をエッチングして形成した状態を示す。ビアホールＨ８は内部配線Ｌｐ２に達するよう形成し、その深さ（厚み）は例えば８０００Åである。なお、なお、ビアホールＨ８とは別のビアホールを例えば、電子回路２の近傍やその他の領域に形成してもよい。
【０１５０】
図４１は、ビアホールＨ８に、例えばタングステン（Ｗ）よりなる金属プラグＰ４を形成した状態を示す。金属プラグＰ４は内部配線Ｌｐ２から電極を取り出すために形成され、その深さ（厚み）は例えば８０００Åである。なお、図４０に示す工程でビアホールとは別のビアホールを形成した場合にはそのビアホールにも金属プラグＰ４とは別の金属プラグを同時に形成する。
【０１５１】
図４２は、第３層の配線工程を示す。第３層の配線工程は図３４に示した第１層の配線工程及び図３８に示した第２層の配線工程に続き、配線工程としては３番目のものである。これまでの説明から明らかなように、配線工程は、層間絶縁膜を形成した後、ビアホールを形成し、その後金属プラグを形成した後に施される。配線工程の回数は電子回路２の集積度にも依存する。また、形成される層間絶縁膜の厚みとエッチング精度にも依存する。また、本発明のＭＥＭＳのように集積回路と一体化する場合には、ＭＥＭＳの電気的特性や機械的強度なども考慮して決める。図４２には、図面作成上、説明の都合上、金属プラグＰ４の上部に第３のプラグ用配線Ｌｐ３を形成したものを示した。しかし、第３層の配線工程では第３のプラグ用配線Ｌｐ３とは別の配線も行われる。例えば、電子回路２側の配線も行われる。一般的に第３のプラグ用配線Ｌｐ３にはアルミニウム（Ａｌ）が用いられるが、銅（Ｃｕ）を用いてもかまわない。
【０１５２】
圧電体素子Ｊ１の下部電極Ｅｕは導電層４、金属プラグＰ１、金属プラグＰ２、金属プラグＰ３、及び金属プラグＰ４をこの順序を介し配線Ｌｐ３まで導き出される。
【０１５３】
図４３は、層間絶縁膜２８を第３のプラグ用配線Ｌｐ３及び層間絶縁膜２６上に形成した状態を示す。層間絶縁膜２８は他の層間絶縁膜と同様にＳｉＯ２膜で形成され、その深さ（厚み）は例えば５０００Åである。
【０１５４】
図４４は、第３のプラグ用配線Ｌｐ３上の層間絶縁膜２８の一部に酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）よりなるハードマスクＭ１を金属プラグＰ４の上方部に形成した状態を示す。ハードマスクＭ１は後述のエッチング工程により、第３のプラグ用配線Ｌｐ３にエッチングが及ばないようにするために形成される。すなわち、エッチング工程時に層間絶縁膜２８が過度にエッチングされ第３のプラグ用配線Ｌｐ３が侵食されないようにするためである。なお、ハードマスクＭ１のパターニングはマスクとしてレジストを用いることもできるが、本実施の形態では導電性を有するＩＴＯを用い、エッチャントとして臭化水素（ＨＢｒ）を用いた。この理由はドライエッチングの選択比を所定の大きさに取るためである。なお、図４４には作図の関係でハードマスクＭ１は金属プラグＰ４の上方部のみ形成したが、実態は図示しない他の金属プラグの上方部にも形成される。特にボンディングパッドに接続される他の金属プラグの上方部にはハードマスクＭ１を形成する。
【０１５５】
図４５は、例えば二酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）からなる積み増し層３０を、ハードマスクＭ１及び層間絶縁膜２８に形成した状態を示す。ここで、積み増し層３０は後述のエッチング工程によるハードマスクとしての役割を担うべく形成する。さらに、ここまでの工程で導電層４の半導体基板２側と接する面から積み増し層３０の一主面までの厚みｚ５は１２μｍ程度である。
【０１５６】
図４６は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）よりなるハードマスクＭ２を、積み増し層３０の全面に形成する。ハードマスクＭ２は後述のビアホールＨ９をエッチングにより形成する工程において、積み増し層３０のエッチングが進み過ぎないようにするために形成される。
【０１５７】
図４７は、凹部３２を形成する状態を示す。凹部３２は、ハードマスクＭ２側から半導体基板１の一部までを異方性エッチングすることにより形成される。ハードマスクＭ２、積み増し層３０、層間絶縁膜２８、２６、２４、２２、及び導電層４を除去する。さらに圧電体素子Ｊ１を半導体基板１から離間させるために圧電体素子Ｊ１の下部の半導体基板１を等方性エッチングにより除去し圧電体素子Ｊ１の両側部を貫通させ凹部３２を形成する。凹部３２によって半導体基板１上に所定の大きさをもつ空間部ができる。なお、図４７においては作図の関係で、圧電体素子Ｊ１の下部電極Ｅｕに接続される導電層４と、金属プラグＰ１に接続される導電層４とは電気的に切断されているかのように見える。しかし、実態は、導電層４は位置に関わらず電気的に共通接続されていることを申し添える。又、凹部３２を形成する工程は、たとえば圧力センサやスイッチ
【０１５８】
凹部３２は圧電体素子Ｊ１の振動領域を確保するために形成する。さらに、上記異方性エッチングで凹部３２を形成すると同時に、ハードマスクＭ２及び積み増し層３０を上記異方性エッチングにより除去し、ハードマスクＭ１に達するビアホールＨ９を形成する。ビアホールＨ９は後述のビアホールＨ１０を形成するためのビアホールである。ビアホールＨ１０は後述の外部回路と導電層４及び半導体基板１の内部に設けられた電子回路２の所定の電極部や配線部を電気的に引き出すために形成される。
【０１５９】
圧電体素子Ｊ１の上部に形成された層間絶縁膜２４、２６、２８、及び層間絶縁膜３０は、圧電体素子Ｊ１を含む振動子を保護する保護膜としての役割を果たす。なおエッチングにより層間絶縁膜３０上に形成されたハードマスクＭ２は全て除去される。
【０１６０】
図４８は、ビアホールＨ１０を図４７に示したビアホールＨ９に形成した状態を示す。ビアホールＨ１０は第３のプラグ用配線Ｌｐ３に達するようハードマスクＭ１と層間絶縁膜２８を異方性エッチングすることにより形成される。露呈した第３のプラグ用配線Ｌｐ３には図示しない外部回路に接続するために配線Ｌが接続される。
【０１６１】
また、図４８はＭＥＭＳ３４が完成された状態を示す。ＭＥＭＳ３４は圧電体素子Ｊ１を有するとともに、第１駆動電極Ｌ１、第２駆動電極Ｌ２、及び検出電極Ｌ３の上部には層間絶縁膜２４、２６、２８、及び積み増し層３０を形成するときと同時に形成された堆積膜３６を備えている。堆積膜３６は各層間絶縁膜の集合体ではあるが本発明でのＭＥＭＳ３４の構造体に不可欠な構造体の１つを成す。また、ＭＥＭＳ３４は、凹部３２によって半導体基板１上にできあがった空間部に置かれ、さらにその空間部は層間絶縁膜６、２２、２４、２６、及び層間絶縁膜２８で囲まれる。したがって、ＭＥＭＳ３４は幾つかの層間絶縁膜によって包囲される。
【０１６２】
なお、図４８には示していないが、前に述べた離調度の調整は、堆積膜３６の最上部である層間絶縁膜３０の一主面上に図６Ｂに示した加工領域５９４を形成し、この加工領域５９４にレーザーを照射して行われる。
【０１６３】
以上述べたように図１３〜図４８に示した製造工程によって、角速度センサに用いる振動子が製造される。なお、本発明の実施形態では角速度センサを例示したが、ＰＺＴからなる圧電体は加速度センサ、圧力センサなどにも用いることができ、これらはＭＥＭＳとして半導体集積回路装置と一体化することができる。
【０１６４】
図４９は、図１３から図４７までの主な製造工程を端的に示した製造フローを示す。なお、参照符号１３ｓ、１４ｓ、１５ｓ、１６ｓ、１７ｓ、１８ｓ、１９ｓ、２０ｓ、２１ｓ、２２ｓ、２３ｓ、２４ｓ、２５ｓ、２８ｓ、３０ｓ、及び４７ｓはそれぞれ図１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２８、３０、及び４７に対応した製造工程を示す。すなわち、参照符号を表すアラビア数字２桁はそれぞれ図面の番号に対応させている。
【０１６５】
図４９に示した最後から２番目の工程３０ｓと最後の工程４７ｓまでの間には層間絶縁膜２２、２４、２６、２８、３０、堆積膜３６、金属プラグＰ２、３、４及び内部配線Ｌｐ１、Ｌｐ２等が形成される工程が含まれる。しかし、層間絶縁膜２２、２４、２６、２８、３０、堆積膜３６、金属プラグＰ２、Ｐ３、Ｐ４及び内部配線Ｌｐ１、Ｌｐ２等は図４８に示される音叉型振動子に要求される厚みと電子回路２に要求される配線層の数に応じて適宜形成される設計的事項であるため図４９ではこれらの工程を省いて記載している。
【０１６６】
本発明の実施形態ではＭＥＭＳとして角速度センサを例示した。しかし、本発明にかかるＭＥＭＳとしては特許文献５に開示されるように圧電体を用いた加速度センサに適用することも可能である。また、特許文献７に開示されるように圧電体を用いる圧力センサに適用することも可能である。また、特許文献３に開示されるように、スイッチにも適用することが可能である。また、本発明のＭＥＭＳは電気エネルギーを運動に変換するアクチュエータにも適用することができる。もちろん、電圧を印加することで運動に変換することができるいわゆる圧電アクチュエータに適用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１６７】
本発明は通常用いられる半導体製造プロセスによってＭＥＭＳと電子回路とを比較的容易に一体化することができる半導体集積回路装置を提供することができる。また、ＭＥＭＳを小型化してもＳＮ比の低下を抑止し、さらに振動特性を精度良く調整することができるのでその産業上の利用可能性は極めて高い。
【符号の説明】
【０１６８】
１  半導体基板
２  集積回路
４  導電層
６、２２、２４、２６、２８  層間絶縁膜
８  絶縁膜
１０  第１電極膜
１２、１４２  圧電体
１４  第２電極膜
１６  透明導電層
１８  導電性保護膜
２０  上部保護膜
３０  積み増し層
３２  凹部
３４  微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）
３６、３６０  堆積膜
１００、３００、５００  音叉型振動子
１１０  基部
１２０  第１振動腕
１３０  第２振動腕
１４０  第１幅広部
１４２ａ  圧電体の一主面  
１４２ｂ  圧電体の他主面
１４４  第１駆動電極
１４６  第２駆動電極
１４８  第１検出電極
１５０  第１幅狭部
１５２、１５４、１７２、１７４  モニタ電極
１５６  共通駆動電極
１６０  第２幅広部
１６４  第３駆動電極
１６６  第４駆動電極
１６８  第２検出電極
１７０  第２幅狭部
１９４  下部電極
１９６  下部保護膜
５０２  根元
５０４  先端部
５９４  加工領域
５９６  遮蔽金属層
９１０、９２０  絶縁構造物
９１２、９２２  電極
Ｅａ１、Ｌ１  第１駆動電極
Ｅａ２、Ｌ２  第２駆動電極
Ｅａ３、Ｌ３  検出電極
Ｅｃ１  第１導電性保護膜
Ｅｃ２  第２導電性保護膜
Ｅｃ３  第３導電性保護膜
Ｅｕ  下部電極
Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４、Ｈ５、Ｈ６、Ｈ７、Ｈ８、Ｈ９、Ｈ１０  ビアホール
Ｊ１  圧電体素子
Ｌｐ１、Ｌｐ２  内部配線
Ｍ１、Ｍ２  ハードマスク
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４  金属プラグ
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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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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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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