(57)【要約】【課題】  ＭＥＭＳセンサーを小型化すること。【解決手段】  ＭＥＭＳセンサーは、固定枠部１１０と、弾性変形部１３０を介して固定枠部１１０に連結され、周囲に空洞部が形成された可動錘部１２０と、固定枠部１１０に固定され、容量素子（Ｃ１，Ｃ２）の一方の電極を構成する少なくとも一つの固定電極部１５０と、可動錘部１２０と一体的に移動し、かつ固定電極部１５０と対向して設けられる、容量素子の他方の電極を構成する少なくとも一つの可動電極部１４０と、可動錘部１２０に設けられ、容量素子（Ｃ１，Ｃ２）からの信号を増幅する増幅回路を有する検出回路２４と、を含む。【選択図】      図１
2011047732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定枠部と、
弾性変形部を介して前記固定枠部に連結され、周囲に空洞部が形成された可動錘部と、
前記固定枠部に固定され、容量素子の一方の電極を構成する少なくとも一つの固定電極部と、
前記可動錘部と一体的に移動し、かつ前記固定電極部に対向して設けられる、前記容量素子の他方の電極を構成する少なくとも一つの可動電極部と、
前記可動錘部に設けられ、前記容量素子からの信号を増幅する増幅回路を有する検出回路と、
を含むことを特徴とするＭＥＭＳセンサー。
【請求項２】
請求項１記載のＭＥＭＳセンサーであって、
前記可動錘部は、
不純物層が形成された基板と、
前記基板上に形成された第１積層構造体と、を含み、
前記第１積層構造体は、積層された複数の絶縁層と、電極としての第１導体層および配線としての第２導体層と、を有し、
前記基板に形成されている不純物層と、前記第１積層構造体に形成されている前記第１導体層とによって、前記容量素子からの信号を受ける、前記増幅回路の構成要素としての少なくとも一つの能動素子が形成され、前記能動素子の入力ノードは、前記第２導体層を経由して、前記容量素子の前記一方の電極または他方の電極に接続されている、
ことを特徴とするＭＥＭＳセンサー。
【請求項３】
請求項２記載のＭＥＭＳセンサーであって、
前記固定電極部は、
前記第１積層構造体と同じ製造方法によって形成される、前記固定枠部に連接する第２積層構造体により構成され、前記第２積層構造体は、前記固定枠部から前記空洞部に向けて突出形成されており、前記第２積層構造体に設けられた、複数層の導体層が連結されて形成される壁状の第１導体面をもつ導体層が、前記容量素子の一方の電極を構成し、
前記可動電極部は、
前記第１積層構造体と同じ製造方法によって形成される、前記第１積層構造体に連接する第３積層構造体により構成され、前記第３積層構造体は、前記第１積層構造体から前記空洞部に向けて突出形成されており、前記第３積層構造体に設けられた、複数層の導体層が連結されて形成される壁状の第２導体面をもつ導体層が、前記容量素子の他の電極を構成する、
ことを特徴とするＭＥＭＳセンサー。
【請求項４】
請求項２または請求項３記載のＭＥＭＳセンサーであって、
前記第１積層構造体には、前記可動錘部の質量調整層として機能する、電気的に孤立した孤立導体層が設けられることを特徴とするＭＥＭＳセンサー。
【請求項５】
請求項２または請求項３記載のＭＥＭＳセンサーであって、
前記第１積層構造体には、複数の導体層が連結されて構成され、壁上の断面をもち、かつ、前記可動錘部の質量調整層および電磁遮蔽体として機能する、電気的に孤立した孤立導体層が設けられる、ことを特徴とするＭＥＭＳセンサー。
【請求項６】
固定枠部と、弾性変形部を介して前記固定枠部に連結され、周囲に空洞部が形成された可動錘部と、前記固定枠部に固定され、容量素子の一方の電極を構成する少なくとも一つの固定電極部と、前記可動錘部と一体的に移動し、かつ前記固定電極部と対向して設けられる、前記容量素子の他方の電極を構成する少なくとも一つの可動電極部と、前記可動錘部に設けられ、前記容量素子の容量変動に応じて変化する電圧信号を出力する増幅回路を有する検出回路と、を有するＭＥＭＳセンサーの製造方法であって、
基板上に積層構造体を形成して、前記検出回路、前記容量素子の一方の電極および前記他方の電極、ならびに、前記検出回路の前記増幅回路の入力ノードと前記容量素子の一方の電極または前記他方の電極とを接続する配線が形成された積層構造体を形成する工程と、
前記基板上に形成された前記積層構造体を異方性エッチングによってパターニングして、前記基板の表面が露出する開口部となる第１開口部を形成し、前記第１開口部によって、前記固定枠部と、前記弾性変形部と、前記弾性変形部を介して前記固定枠部に連結された前記可動錘部と、前記可動錘部より前記第１開口部に向けて突出する前記可動電極部と、前記固定枠部より前記第１開口部に向けて突出して前記可動電極部と対向する固定電極部と、を区画する工程と、
前記第１開口部を介してエッチャントを導入し、前記基板を選択的に異方性エッチングして前記第１開口部に連通し、かつ前記基板を貫通する第２開口部を形成して前記第１開口部および前記第２開口部からなる空洞部を形成し、これによって、前記可動錘部および前記可動電極部を、前記固定枠部から分離する工程と、
を含むことを特徴とするＭＥＭＳセンサーの製造方法。
【請求項７】
請求項１〜請求項５のいずれかに記載のＭＥＭＳセンサーを含むことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳセンサー（Micro Electro Mechanical Sensor:マイクロエレクトロメカニカルセンサー）、ＭＥＭＳセンサーの製造方法および電子機器等に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、半導体基板に、静電容量型センサーおよび検出回路（周辺回路）を形成した半導体加速度センサーが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−３０１６４０号公報（図１，図２０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
静電容量型センサーおよび検出回路（周辺回路）を半導体基板に形成すると、検出回路（周辺回路）の分だけチップ面積が増大する。また、静電容量型センサーから検出回路までの配線長が長くなる。静電容量型センサーから出力される検出信号は、微小な電流信号であるため、配線のインピーダンスによって信号が減衰すると、検出回路の検出精度が低下する。
【０００５】
本発明の少なくとも一つの態様によれば、例えば、ＭＥＭＳセンサーの占有面積を低減することができ、また、例えば、ＭＥＭＳセンサーの検出感度の低下を抑制することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明のＭＥＭＳセンサーの一態様は、固定枠部と、弾性変形部を介して前記固定枠部に連結され、周囲に空洞部が形成された可動錘部と、前記固定枠部に固定され、容量素子の一方の電極を構成する少なくとも一つの固定電極部と、前記可動錘部と一体的に移動し、かつ前記固定電極部と対向して設けられる、前記容量素子の他方の電極を構成する少なくとも一つの可動電極部と、前記可動錘部に設けられ、前記容量素子からの信号を増幅する増幅回路を有する検出回路と、を含む。
【０００７】
本態様では、可動錘部に検出回路を設ける。検出回路が設けられる分、可動錘部の質量が大きくなり、加速度等の物理量の検出感度が向上する。
【０００８】
また、可動錘部には可動電極部が一体的に形成されている。可動錘部に検出回路が設けられることから、可動電極部と検出回路の入力ノードとを結ぶ配線長は極めて短くなり、可動電極部からの電流信号（電荷信号）の減衰を低減することができる。検出回路は、少なくとも増幅回路（例えば、初段の電荷／電圧変換回路と、電圧信号を増幅する電圧アンプとを含むことができる）を有しており、可動電極からの信号を効率よく増幅することができる。増幅された信号は、例えば弾性変形部（バネ部）に沿って設けられる配線を経由して固定枠部に導出される。このときの配線インピーダンスによる信号の減衰は、信号の電圧振幅が大きいことから、例えば、実質的に無視することができる。
【０００９】
（２）本発明のＭＥＭＳセンサーの他の態様では、前記可動錘部は、不純物層が形成された基板と、前記基板上に形成された第１積層構造体と、を含み、前記第１積層構造体は、積層された複数の絶縁層と、電極としての第１導体層および配線としての第２導体層と、を有し、前記基板に形成されている不純物層と、前記第１積層構造体に形成されている前記第１導体層とによって、前記容量素子からの信号を受ける、前記増幅回路の構成要素としての少なくとも一つの能動素子が形成され、前記能動素子の入力ノードは、前記第２導体層を経由して、前記容量素子の前記一方の電極または他方の電極に接続されている。
【００１０】
本態様では、可動錘部には、例えば、不純物層が形成された基板と、基板上に形成される第１積層構造体と、が含まれる。第１積層構造体は、例えば半導体製造技術（多層配線形成技術等）を用いて容易に形成することができ、例えば、複数層の絶縁層を含み、かつ、素子（例えば、検出回路を構成する素子）の電極となる第１導体層と、配線層（例えば、異なる素子間を接続するための配線層）となる第２導体層と、を含むことができる。基板に形成された不純物層と、第１積層構造体に設けられる第１導体層とによって、検出回路に含まれる増幅回路（例えば初段増幅回路）の構成要素であって、かつ、容量素子からの信号を受ける少なくとも一つの能動素子（例えば、入力段のＭＯＳトランジスタ）が構成される。その能動素子の入力ノード（能動素子がＭＯＳトランジスタである場合にはゲート）は、配線層としての第２導体層を経由して、容量素子の電極（２つの電極のうちのいずれか一方の電極）に電気的に接続される。
【００１１】
本態様では、基板（例えば、シリコン基板）を錘として利用することができる。したがって、可動錘部の質量を効果的に増大させることができる。したがって、物理量（例えば加速度）の検出感度を向上させることができる。また、基板の厚みを調整することによって、可動錘部の質量を調整することもでき、このようにすれば、ＭＥＭＳセンサーの構造設計を容易化することができる。また、基板上の第１積層構造体自体（検出回路２４を構成する電極層や配線層を含む）が、可動錘部の質量増加に貢献する。
【００１２】
また、可動錘部を構成する第１積層構造体中に設けられる、配線としての第２導体層（同一階層の導体層のみからなる配線であってもよく、異なる階層の導体層間をコンタクトプラグ等によって接続してなる多層配線であってもよい）が、容量素子の出力電極と能動素子の入力ノードとを接続するために使用される。第２導体層による配線の配線長は短くてすむため、配線抵抗が小さくなり、容量素子からの電流信号（電荷信号）の減衰を最小限化することができる。したがって、配線インピーダンスに起因する検出感度の低下を抑制することができる。
【００１３】
（３）本発明のＭＥＭＳセンサーの他の態様では、前記固定電極部は、前記第１積層構造体と同じ製造方法によって形成される、前記固定枠部に連接する第２積層構造体により構成され、前記第２積層構造体は、前記固定枠部から前記空洞部に向けて突出形成されており、前記第２積層構造体に設けられた、複数層の導体層が連結されて形成される壁状の第１導体面をもつ導体層が、前記容量素子の一方の電極を構成し、前記可動電極部は、前記第１積層構造体と同じ製造方法によって形成される、前記第１積層構造体に連接する第３積層構造体により構成され、前記第３積層構造体は、前記第１積層構造体から前記空洞部に向けて突出形成されており、前記第３積層構造体に設けられた、複数層の導体層が連結されて形成される壁状の第２導体面をもつ導体層が、前記容量素子の他の電極を構成する。
【００１４】
本態様では、固定電極部および可動電極部の構造の一例が示される。固定電極部は第２積層構造体により構成され、可動電極部は第３積層構造体により構成される。第２積層構造体および第３積層構造体は、可動錘部を構成する第１積層構造体と同じ製造方法によって製造される。一例をあげれば、基板上に積層構造体を形成し、選択的な異方性エッチングにより積層構造体をエッチングすることによって、可動錘部の第１積層構造体と、固定枠部から空洞部に向けて突出する第２積層構造体と、第１積層構造体から空洞部に向けて突出する第３積層構造体とが、同時に形成される。
【００１５】
第２積層構造体には、第１導体面をもつ導体層が設けられる。その第１導体面をもつ導体層が、固定電極（容量素子の一方の電極）となる。第１導体面は、例えば第２構造体の突出方向に沿って延在する壁状の面であり、コンデンサーの対向面（具体的には、所定間隔で互いに対向して配置された両電極の各々の対向面のうちの一方）である。例えば、第２構造体に設けられる積層された導体層（平面視において所定幅をもつ導体構造物）が第２構造体の突出方向に延在する（配設されている）場合に、その導体構造物の側面部分（つまり所定面積をもつ壁状面）を第１導体面とすることができる。第１導体面は、例えば絶縁膜で覆われている（但し、第１導体面を露出させてもよい）。
【００１６】
すなわち、第１導体面は、上述のとおり、例えば複数層の導体層を連結して構成することができ、例えば、第１層目〜第ｎ層目（ｎは２以上の自然数）までの導体層と、各導体層間を接続する各コンタクトプラグによって連結して一体となった導体層（積層導体層、積層導体構造あるいは導体構造物（導体構造）と言い換えることができる）が構成され、その連結して一体となった導体層（積層導体層、積層導体構造あるいは導体構造物（導体構造））の側壁面を第１導体面として利用することができる。
【００１７】
同様に、第３積層構造体には、壁状の第２導体面を有する導体層が設けられ、その第２導体面が可動電極（容量素子の他方の電極）となる。第２導体面は、例えば第３構造体の突出方向に沿って延在する壁状の面であり、コンデンサーの対向面（具体的には、所定間隔で互いに対向して配置された両電極の各々の対向面のうちの他方）である。例えば、第３構造体に設けられる積層された導体層（平面視において所定幅をもつ導体構造物）が第３構造体の突出方向に延在する（配設されている）場合に、その導体構造物の側面部分（つまり所定面積をもつ壁状面）を第２導体面とすることができる。第２導体面は、例えば絶縁膜で覆われている（但し、第２導体面を露出させてもよい）。
【００１８】
すなわち、この第２導体面は、例えば複数層の導体層を連結して構成することができ、例えば、第１層目〜第ｎ層目（ｎは２以上の自然数）までの導体層と、各導体層間を接続する各コンタクトプラグによって連結して一体となった導体層が構成され、その連結して一体となった導体層の側壁面を第２導体面として利用することができる。
【００１９】
本態様では、多層配線技術を用いて導体層を積層した後、フォトリソグラフィにより加工して、壁状の側面をもつ導体面（つまり容量素子の各電極）を、同時並行的に形成することができ、製造が容易である。
【００２０】
（４）本発明のＭＥＭＳセンサーの他の態様では、前記第１積層構造体には、前記可動錘部の質量調整層として機能する、電気的に孤立した孤立導体層が設けられる。
【００２１】
本態様では、第１積層構造体に、信号の伝達に寄与しない孤立導体層（質量の調整層としてのダミー導体層）を設ける。導体材料（一般には金属）は、絶縁材料に比べて比重が大きい。よって、本態様によれば、可動錘部の質量を効果的に増やすことができ、物理量の検出感度を向上させることができる。
【００２２】
（５）本発明のＭＥＭＳセンサーの他の態様では、前記第１積層構造体には、複数の導体層が連結されて構成され、壁上の断面をもち、かつ、前記可動錘部の質量調整層および電磁遮蔽体として機能する、電気的に孤立した孤立導体層が設けられる。
【００２３】
本態様でも、第１積層構造体に、信号の伝達に寄与しない孤立導体層を設けられる。但し、この孤立導体層は、複数の導体層が連結されて構成され、壁上の断面をもち、かつ、可動錘部の質量調整層および電磁遮蔽体として機能する孤立導体層である。孤立導体層は、可動錘部の質量調整層として機能し、かつ、電磁シールド層としても機能する。例えば、孤立導体層を可動錘部の周辺に沿って配置し、その孤立導体層に囲まれる内側の領域に検出回路を配置する。これによって、検出回路からの電磁波あるいは、検出回路への電磁波を遮蔽する効果（電磁シールド効果）を得ることができる。
【００２４】
（６）本発明のＭＥＭＳセンサーの製造方法の一態様は、固定枠部と、弾性変形部を介して前記固定枠部に連結され、周囲に空洞部が形成された可動錘部と、前記固定枠部に固定され、容量素子の一方の電極を構成する少なくとも一つの固定電極部と、前記可動錘部と一体的に移動し、かつ前記固定電極部と対向して設けられる、前記容量素子の他方の電極を構成する少なくとも一つの可動電極部と、前記可動錘部に設けられ、前記容量素子の容量変動に応じて変化する電圧信号を出力する増幅回路を有する検出回路と、を有するＭＥＭＳセンサーの製造方法であって、基板上に積層構造体を形成して、前記検出回路、前記容量素子の一方の電極および前記他方の電極、ならびに、前記検出回路の前記増幅回路の入力ノードと前記容量素子の一方の電極または前記他方の電極とを接続する配線が形成された積層構造体を形成する工程と、前記基板上に形成された前記積層構造体を異方性エッチングによってパターニングして、前記基板の表面が露出する開口部となる第１開口部を形成し、前記第１開口部によって、前記固定枠部と、前記弾性変形部と、前記弾性変形部を介して前記固定枠部に連結された前記可動錘部と、前記可動錘部より前記第１開口部に向けて突出する前記可動電極部と、前記固定枠部より前記第１開口部に向けて突出して前記可動電極部と対向する固定電極部と、を区画する工程と、前記第１開口部を介してエッチャントを導入し、前記基板を選択的に異方性エッチングして前記第１開口部に連通し、かつ、前記基板を貫通する第２開口部を形成して、前記第１開口部および前記第２開口部からなる空洞部を形成し、これによって、前記可動錘部および前記可動電極部を、前記固定枠部から分離する工程と、を含む。
【００２５】
本態様では、基板上に積層構造体を形成し、積層構造体を異方性エッチングによってパターニングして基板表面を露出する第１開口部を形成する。これによって、積層構造体が固定枠部、弾性変形部、可動錘部、可動電極部および固定電極部の各々に区画される。次に、第１開口部を経由したエッチャント導入によって基板を選択的に異方性エッチングして、第１開口部に連通し、かつ基板を貫通する第２開口部を形成する。これによって、可動錘部および可動電極部が固定枠部から分離される。また、第１開口部および第２開口部によって空洞部が形成される。可動錘部の周囲に空洞部が形成されることから、可動錘部（および可動電極部）は、弾性変形部（バネ部）の変形に対応して変位することが可能となる。
【００２６】
なお、基板を異方性エッチングして第２開口部を形成した状態では、可動錘部、可動電極部、固定電極部ならびに弾性変形部（バネ部）の下にも基板が残存する。可動錘部の基板は、上述のとおり、質量増加に寄与する。また、可動電極部および固定電極部における基板は、各電極部を構成する材料の熱膨張係数の相違等に起因して、各電極部に反り等の変形が生じるのを抑制する働きをする（これによって、容量素子の面積変動が抑制される）。可動錘部の基板はダンピング係数（可動錘部の振動が空気抵抗によって妨げられるダンピングの程度を示す係数）の調整層としての機能をもつ。また、弾性変形部の基板は、弾性変形部が変形するときに、ねじれ、揺れ等の不要な変位が生じることを抑制する効果がある。
【００２７】
但し、例えば、弾性変形部の基板がなくしてもよい場合もあり、この場合には、さらに、所定時間の基板の等方性エッチングを施すことによって、配線幅が狭い弾性変形部の下方に位置する基板を完全に除去することができる（一方、可動錘部の基板の周辺部は等方性エッチングによって除去されるが、可動錘部の中央部の基板は除去されずに残る）。このようなエッチング工程の追加等の変形は、適宜、なし得る。これらの変形例は、すべて本態様に含まれる。
【００２８】
（７）本発明の電子機器は、上記いずれかのＭＥＭＳセンサーを含む。
【００２９】
本態様のＭＥＭＳセンサーは、例えば、検出回路を可動錘部に集積することから小型であり、容量素子の容量変化を近接配置された検出回路で検出することができることから好感度であり、半導体製造プロセスを利用することから製造が容易であり、安価であるといった利点をもつ。よって、このＭＥＭＳセンサーを搭載する電子機器も、同様の効果を享受する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明のＭＥＭＳセンサーの一例（ここでは静電容量型加速度センサー）の構成を示す平面図
【図２】図１に示されるＭＥＭＳセンサー（静電容量型加速度センサー）における検出回路の構成の一例を示す図
【図３】図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、図１に示されるＭＥＭＳセンサー（静電容量型加速度センサー）のサイズと、従来のＭＥＭＳセンサー（静電容量型加速度センサー）のサイズとを対比して示す図
【図４】静電容量型加速度センサーの検出回路の構成例を示すブロック図
【図５】図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、増幅回路の構成と動作について説明するための図
【図６】図６（Ａ）および図６（Ｂ）は、基板上に積層構造体を形成した状態（第１工程）におけるデバイスの平面形状と断面構造を示す図
【図７】図７（Ａ）および図７（Ｂ）は、基板上の積層構造体をパターニングした状態（第２工程）におけるデバイスの平面形状と断面構造を示す図
【図８】基板をパターニングして可動錘部および可動電極部を固定枠部から分離した状態（第３工程）におけるデバイスの平面形状と断面構造を示す図
【図９】ＭＥＭＳセンサー（ＭＥＭＳ加速度センサー）の一例（可動錘部、弾性変形部、可動電極部の各々において基板が残存している構造をもつ例）の平面形状および断面構造を示す図
【図１０】本実施形態のＭＥＭＳ加速度センサーの利点の一例を、まとめて示す図
【図１１】検出軸が２軸であるＭＥＭＳセンサー（ＭＥＭＳ加速度センサー）の平面図
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００３２】
(第１の実施形態)
まず、ＭＥＭＳセンサーの構成例について説明する。
【００３３】
（ＭＥＭＳセンサーの構成）
図１は、本発明のＭＥＭＳセンサーの一例（ここでは静電容量型加速度センサーとする）の構成を示す平面図である。図１のＭＥＭＳセンサー（静電容量型加速度センサー）１００は、半導体製造技術を用いて、基板上に積層構造体を形成し、積層構造体および基板を選択的に加工することによって製造することができる。
【００３４】
静電容量型加速度センサー１００は、固定枠部１１０（例えばシリコン基板）と、弾性変形部（バネ部）１３０と、弾性変形部１３０を介して固定枠部１１０に連結され、その周囲に空洞部１１１および１１３が形成されている可動錘部１２０と、固定枠部１１０に固定され、容量部１４５（容量素子Ｃ１または容量素子Ｃ２を含む）の一方の電極を構成する少なくとも一つの固定電極部１５０と、可動錘部１２０と一体的に移動し、かつ固定電極部１５０に対向して設けられる、容量部１４５（容量素子Ｃ１または容量素子Ｃ２）の他方の電極を構成する少なくとも一つの可動電極部１４０と、可動錘部１２０に設けられる検出回路２４と、を含む。検出回路２４は、容量部１４５（容量素子Ｃ１，Ｃ２）からの信号（つまり、容量素子Ｃ１，Ｃ２の容量変動に応じて変化する電流信号（電荷信号）が入力され、その電流信号（電荷信号）を増幅する増幅回路ＳＡを有する
【００３５】
可動電極部１４０は、可動錘部１２０と一体的に構成されており、可動電極部１４０が加速度による力を受けて振動すると、同様に振動する。これによって、容量部１４５（容量素子Ｃ１，Ｃ２）のギャップ（ｄ）が変化し、容量部１４５（容量素子Ｃ１，Ｃ２）の容量値が変化し、これに伴って電荷の移動が生じる。この電荷の移動によって生じる微小電流を、検出回路２４に含まれる増幅回路ＳＡによって増幅することによって、可動錘部１２０に加わった加速度（物理量）の値を検出することができる。
【００３６】
図１の静電容量型加速度センサー１００では、可動錘部１２０に検出回路２４が設けられる分、可動錘部１２０の質量が大きくなり、加速度等の物理量の検出感度が向上する。また、可動電極部１４０は、可動錘部１２０から空洞部１１１に向けて突出して形成され、また、可動錘部１２０には検出回路２４が形成される。したがって、検出回路は、必然的に可動電極部１４０の近傍に配置される。よって、可動電極部１４０と検出回路２４の入力ノードとを結ぶ配線長は極めて短くなり、可動電極部１４０からの電流信号（電荷信号）の減衰を低減することができる。
【００３７】
検出回路２４は、少なくとも増幅回路ＳＡを有する。増幅回路ＳＡは、例えば、初段の電荷／電圧変換回路と、電圧信号を増幅する電圧アンプと、を有しており、可動電極部１４０からの信号を効率よく増幅することができる。増幅された信号は、例えば弾性変形部（バネ部）１３０に沿って設けられる信号配線（図１では不図示）を経由して固定枠部１１０に導出される。このときの配線インピーダンスによる信号の減衰は、信号の電圧振幅が大きい（つまり、増幅回路ＳＡによって増幅されている）ため、実質的に無視することができる。
【００３８】
（可動錘部に設けられる検出回路および可動錘部の積層構造等について）
図２は、図１に示されるＭＥＭＳセンサー（静電容量型加速度センサー）における検出回路の構成の一例を示す図である。容量部１４５（可変容量素子Ｃ１またはＣ２）の一方の電極ＣＡは基準電位（例えばグランド）に接続され、他方の電極ＣＢから検出信号が出力される（この他方の電極ＣＢが出力電極となる）。容量部１４５（可変容量素子Ｃ１またはＣ２）と検出回路２４とは、信号配線Ｌ１によって電気的に接続される。
【００３９】
検出回路２４における増幅回路ＳＡは、電荷（電流）／電圧変換アンプ（Ｑ／Ｖ変換アンプ）１と、Ｑ／Ｖ変換アンプ１から出力される電気信号（電圧信号）を受ける少なくとも一段のアンプ（電圧アンプ）２と、を含む。
【００４０】
Ｑ／Ｖ変換アンプ１は、例えば、オペアンプとスイッチトキャパシタとを組み合わせたスイッチトキャパシタアンプとして構成することができる。Ｑ／Ｖ変換アンプ１は、信号配線Ｌ１を経由して入力される検出信号を受ける初段の能動素子（ここでは、一例としてＭＯＳトランジスタＭ１とする）を有する。ＭＯＳトランジスタＭ１は、例えば、オペアンプ（差動アンプ）の初段の差動増幅回路の差動対を構成する差動対トランジスタ（のうちの一方のトランジスタ）である（但し、これに限定されるものではない）。
【００４１】
ＭＯＳトランジスタＭ１は、例えば、基板に形成された不純物層（例えば拡散層）で構成されるソース（Ｓ）およびドレイン（Ｄ）と、基板上に設けられた薄いゲート絶縁膜（不図示）上に設けられる、例えばポリシリコンやシリサイド、高融点金属等で構成されるゲート（Ｇ）と、を有する。また、ソース（Ｓ）にはソース電極Ｅ３が接続され、ドレイン（Ｄ）にはドレイン電極Ｅ２が接続され、ゲートＧにはゲート電極Ｅ１が接続される（ゲートＧ自体がゲート電極Ｅ１を兼ねる場合を含む）。不純物層と電極とによってＭＯＳトランジスタＭ１が構成される。
【００４２】
また、信号配線Ｌ１は、容量部１４５（可変容量素子Ｃ１またはＣ２）の他方の電極ＣＢとＭＯＳトランジスタＭ１のゲート（Ｇ）とを電気的に接続する。
【００４３】
なお、検出回路２４は、増幅回路ＳＡの後段に設けられる信号処理回路ＳＰＣを、さらに含むことができる（但し、これに限定されるものではなく、信号処理回路ＳＰＣは固定枠部１１０に設けてもよい）。信号処理回路ＳＰＣは、例えば、フィルタ、温度特性補償用のアナログ校正回路（温度補償回路等）、Ａ／Ｄ変換回路、ＣＰＵ、インターフェース回路Ｉ／Ｆ等を含むことができる。
【００４４】
上述のとおり、図１の静電容量型加速度センサー１００は、半導体製造技術を利用して形成することができる。具体的には、可動錘部１２０は、不純物層が形成された基板と、基板上に、複数の絶縁層が積層されると共に、電極（Ｅ１〜Ｅ３等）としての第１導体層と、配線（信号配線Ｌ１等）としての第２導体層が形成されている第１積層構造体とにより構成することができる（具体的な構造およびその製造方法については、図６〜図８を参照して後述する）。そして、基板に形成されている不純物層と、第１積層構造体に形成されている第１導体層とによって、増幅回路ＳＡを構成すると共に（つまり増幅回路ＳＡの構成要素であり）、容量部１４５（Ｃ１，Ｃ２）からの信号（検出信号）を受ける少なくとも一つの能動素子（初段ＭＯＳトランジスタＭ１）が形成され、能動素子（ＭＯＳトランジスタＭ１）の入力ノード（ゲート電極Ｅ１）は、第２導体層Ｌ１を経由して、容量部１４５（Ｃ１，Ｃ２）のいずれか一方の電極（ここでは電極ＣＢ）に接続されている。
【００４５】
つまり、可動錘部１２０には、例えば、不純物層が形成された基板と、基板上に形成される積層構造体と、が含まれる。また、可動錘部１２０を構成する第１積層構造体は、例えば半導体製造技術（多層配線形成技術等）を用いて容易に形成することができ、例えば、複数層の絶縁層を含み、かつ、素子（例えば、検出回路２４を構成する素子Ｍ１等）の電極（Ｅ１〜Ｅ３）となる第１導体層と、配線層（例えば、異なる素子間を接続するための配線層：例えばＬ１等）となる第２導体層と、を含むことができる。基板に形成された不純物層と、第１積層構造体に設けられる第１導体層とによって、検出回路２４に含まれる増幅回路（例えば初段増幅回路）ＳＡが構成され、かつ、容量部１４５（Ｃ１，Ｃ２）からの検出信号を受ける少なくとも一つの能動素子（例えば、入力段のＭＯＳトランジスタＭ１）が構成される。
【００４６】
その能動素子の入力ノード（能動素子がＭＯＳトランジスタＭ１である場合にはゲート電極Ｅ１）は、配線層Ｌ１としての第２導体層を経由して、容量部１４５（Ｃ１，Ｃ２）の電極（２つの電極のうちのいずれか一方の電極：図２では電極ＣＢ）に電気的に接続される。
【００４７】
なお、上記の説明では、第１積層構造体に含まれる第１導体層が、初段のＭＯＳトランジスタＭ１の電極（Ｅ１〜Ｅ３）として利用される場合について説明したが、これは一例である。増幅回路ＳＡは、一般に、複数の能動素子（トランジスタ）や受動素子（抵抗、ダイオード等）によって構成される。これらの各々の素子の電極を第１導体層により形成し、また、例えば各素子間を電気的に接続する配線を第２導体層により構成することは当然に可能である。また、第１導体層および第２導体層の各々は、多層配線構造のうちの、いずれかの階層に属する１層の導体層であってもよく、階層が異なる複数の導体層をコンタクトプラグ等によって接続してなる多層構造をもつ配線構造体であってもよい。
【００４８】
本実施形態のＭＥＭＳセンサー（静電容量型加速度センサー）１００によれば、基板（例えば、シリコン基板）を錘として利用することができる。したがって、可動錘部の質量を効果的に増大させることができる。したがって、物理量（例えば加速度）の検出感度を向上させることができる。また、基板の厚みを調整することによって、可動錘部の質量を調整するもでき、このようにすれば、ＭＥＭＳセンサーの構造設計を容易化することができる。
【００４９】
また、基板上の第１積層構造体自体（検出回路２４を構成する電極層や配線層を含む）が、可動錘部１２０の質量増加に貢献する。第１積層構造体の厚みを調整することによって、可動錘部の質量を調整することができる（また、併せてダンピング係数の調整も可能である）。
【００５０】
また、可動錘部１２０を構成する第１積層構造体中に設けられる、配線としての第２導体層（上述のとおり、同一階層の導体層のみからなる配線であってもよく、異なる階層の導体層間をコンタクトプラグ等によって接続してなる多層配線であってもよい）は、容量部１４５（可変容量素子Ｃ１，Ｃ２）の出力電極ＣＢと能動素子（ＭＯＳトランジスタＭ１）の入力ノード（Ｅ１）とを接続するために使用することができる。検出回路２４は、可動電極部１４０に近接して配置することが可能であることから、第２導体層による配線Ｌ１の配線長は短くてすむ。よって、容量部１４５（Ｃ１，Ｃ２）からの電荷信号（電流信号）の減衰を最小限化することができ、したがって、配線インピーダンスに起因する検出感度の低下を抑制することができる。
【００５１】
（本実施形態の利点等）
図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、図１に示されるＭＥＭＳセンサー（静電容量型加速度センサー）のサイズと、従来のＭＥＭＳセンサー（静電容量型加速度センサー）のサイズとを対比して示す図である。図３（Ａ）は、本実施形態の静電容量型加速度センサーを示し、図３（Ｂ）は、検出回路（を含む周辺回路）を、センサーの周辺に配置した例（特許文献１の技術を用いた従来例）を示す。図３（Ａ）および図３（Ｂ）では、図１に対応する構成には同じ参照符号を付している。図中、Ｌ１ａ，Ｌ１ｂならびにＬ１ａ’，Ｌ１ｂ’は、容量部１４５（Ｃ１，Ｃ２）と検出回路２４とを結ぶ信号配線であり、また、Ｌ２，Ｌ２’は、検出回路２４の出力信号を導出するための出力配線である。
【００５２】
図３（Ａ）と図３（Ｂ）を対比すると、検出回路２４が可動錘部１２０に設けられる分だけ、図３（Ａ）のセンサーモジュール（センサー部と検出回路部とが一体となったセンサー装置）のサイズ（平面視における占有面積）が縮小されているのは明かである。また、図３（Ａ）において、可動電極部１４０と検出回路２４とを接続する配線Ｌ１ａ，Ｌ１ｂの配線長は極めて短く、配線インピーダンスによる検出信号の減衰を小さく抑えることができる。図３（Ｂ）において、可動電極部１４０と検出回路２４とを接続する配線はＬ１ａ’，Ｌ１ｂ’であり、Ｌ１ａ＜Ｌ１ａ’，Ｌ１ｂ＜Ｌ１ｂ’であることは明かである。容量部１４５（Ｃ１、Ｃ２）の容量変化に伴って発生する電荷信号（電流信号）は極めて微小であり、この微小な検出信号の減衰（ロス）を最小限化して増幅回路ＳＡに入力することは、検出回路２４のＳ／Ｎ向上に貢献する。
【００５３】
（加速度センサーの検出回路の構成例について）
図４は、静電容量型加速度センサーの検出回路の構成例を示すブロック図である。加速度センサー１００は、少なくとも２対の可動・固定電極ペアを有する。図４では、可動電極部１４０Ｑ１、可動電極部１４０Ｑ２、固定電極部１５０Ｑ１及び固定電極部１５０Ｑ２を有する。可動電極部１４０Ｑ１と第１固定電極部１５０Ｑ１によってコンデンサーＣ１が構成される。可動電極部１４０Ｑ２と固定電極部１５０Ｑ２によってコンデンサーＣ２が構成される。コンデンサーＣ１，Ｃ２の各々における一極（例えば、固定電極部）の電位は、基準電位（例えば接地電位）に固定されている。なお、可動電極部の電位を接地電位に固定し、固定電極部から検出信号を得るようにしてもよい。
【００５４】
検出回路（集積回路部）２４は、例えばＣＭＯＳプロセスによって形成される。検出回路（集積回路部）２４は、増幅回路ＳＡと、アナログ校正およびＡ／Ｄ変換回路ユニット２６と、中央演算ユニット（ＣＰＵ）２８及びインターフェース（Ｉ／Ｆ）回路３０と、を含むことができる。但し、この構成は一例であり、この構成に限定されるものではない。例えば、ＣＰＵ２８は制御ロジックに置き換えることができ、また、Ａ／Ｄ変換回路は、増幅回路ＳＡの出力段に設けることも可能である。なお、アナログ／デジタル変換回路、中央演算ユニット、は場合によっては検出回路（集積回路部）２４とは異なる、他の集積回路に設けることもできる。
【００５５】
可動錘部１２０が止まっている状態から可動錘部１２０に加速度が作用すると、可動錘部１２０には加速度による力が作用して、可動・固定電極ペアの各ギャップが変化する。図４の矢印方向に可動錘部１２０が移動したとすると、第１可動電極部１４０Ｑ１と第１固定電極部１５０Ｑ１との間のギャップが大きくなり、第２可動電極部１４０Ｑ２と固定電極部１５０Ｑ２との間のギャップが小さくなる。ギャップと静電容量とは反比例の関係にあるので、可動電極部１４０Ｑ１と固定電極部１５０Ｑ１とで形成されるコンデンサーＣ１の静電容量値Ｃ１は小さくなり、可動電極部１４０Ｑ２と固定電極部１５０Ｑ２とで形成されるコンデンサーＣ２の静電容量値Ｃ２は大きくなる。
【００５６】
コンデンサーＣ１，Ｃ２の容量値の変化に伴って電荷の移動が生じる。増幅回路ＳＡは、例えばスイッチトキャパシタを用いたチャージアンプを有しており、チャージアンプは、サンプリング動作および積分（増幅）動作によって、電荷の移動によって生じる微小な電流信号を電圧信号に変換する。増幅回路ＳＡから出力される電圧信号（すなわち、物理量サンサによって検出された物理量信号）は、アナログ校正およびＡ／Ｄ変換回路ユニット２６によって、キャリブレーション処理（例えば位相や信号振幅の調整等，さらにローパスフィルタ処理が行われてもよい）を受けた後、アナログ信号からデジタル信号に変換される。
【００５７】
ここで、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）を用いて、増幅回路ＳＡの構成と動作の一例について説明する。図５（Ａ）は、スイッチトキャパシタを用いたＱ／Ｖ変換アンプ（チャージアンプ）の基本構成を示す図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示されるＱ／Ｖ変換アンプの各部の電圧波形を示す図である。
【００５８】
図５（Ａ）に示すように、基本的なＣ／Ｖ変換回路は、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２（可変容量Ｃ１（またはＣ２）と共に入力部のスイッチトキャパシタを構成する）と、オペアンプ（ＯＰＡ）１と、帰還容量（積分容量）Ｃｃと、帰還容量Ｃｃをリセットするための第３スイッチＳＷ３と、オペアンプ（ＯＰＡ）１の出力電圧Ｖｃをサンプリングするための第４スイッチＳＷ４と、ホールディング容量Ｃｈと、を有する。
【００５９】
図５（Ｂ）に示すように、第１スイッチＳＷ１および第３スイッチＳＷ３は同相の第１クロックでオン／オフが制御され、第２スイッチＳＷ２は、第１クロックとは逆相の第２クロックでオン／オフが制御される。第４スイッチＳＷ４は、第２スイッチＳＷ２がオンしている期間の最後において短くオンする。第１スイッチＳＷ１がオンすると、可変容量Ｃ１（Ｃ２）の両端には、所定の電圧Ｖｄが印加されて、可変容量Ｃ１（Ｃ２）に電荷が蓄積される。このとき、帰還容量Ｃｃは、第３スイッチがオン状態であることから、リセット状態（両端がショートされた状態）である。次に、第１スイッチＳＷ１および第３スイッチＳＷ３がオフし、第２スイッチＳＷ２がオンすると、可変容量Ｃ１（Ｃ２）の両端は共に接地電位となるため、可変容量Ｃ１（Ｃ２）に蓄積されていた電荷が、オペアンプ（ＯＰＡ）１に向けて移動する。このとき、電荷量が保存されるため、Ｖｄ・Ｃ１（Ｃ２）＝Ｖｃ・Ｃｃが成立し、よって、オペアンプ（ＯＰＡ）１の出力電圧Ｖｃは、（Ｃ１／Ｃｃ）・Ｖｄとなる。すなわち、チャージアンプのゲインは、可変容量Ｃ１（あるいはＣ２)の容量値と帰還容量Ｃｃの容量値との比によって決定される。次に、第４スイッチ（サンプリングスイッチ）ＳＷ４がオンすると、オペアンプ（ＯＰＡ）１の出力電圧Ｖｃが、ホールディング容量Ｃｈによって保持される。保持された電圧がＶｏであり、このＶｏがチャージアンプの出力電圧となる。
【００６０】
図４に示されるとおり、実際の増幅回路ＳＡは、２つのコンデンサーＣ１，Ｃ２の各々からの差動信号を受ける。この場合には、増幅回路ＳＡとして、例えば、図５（Ｃ）に示されるような、差動構成のチャージアンプを使用することができる。図５（Ｃ）に示されるチャージアンプでは、入力段において、可変容量Ｃ１からの信号を増幅するための第１のスイッチトキャパシタアンプ（ＳＷ１ａ，ＳＷ２ａ，ＯＰＡ１ａ，Ｃｃａ，ＳＷ３ａ）と、可変容量Ｃ２からの信号を増幅するための第２のスイッチトキャパシタアンプ（ＳＷ１ｂ，ＳＷ２ｂ，ＯＰＡ１ｂ，Ｃｃｂ，ＳＷ３ｂ）と、が設けられる。そして、オペアンプ（ＯＰＡ）１ａおよび１ｂの各出力信号（差動信号）は、出力段に設けられた差動アンプ（ＯＰＡ２，抵抗Ｒ１〜Ｒ４）に入力される。この結果、増幅された出力信号Ｖｏが、オペアンプ（ＯＰＡ）２から出力される。差動アンプを用いることによりベースノイズ（同相ノイズ）を除去できるという効果が得られる。
【００６１】
なお、以上説明した増幅回路ＳＡの構成例は一例であり、この構成に限定されるものではない。また、図４，図５においては、説明の便宜上、２対の可動・固定電極ペアのみ図示しているが、この形態に限ったものではなく、必要とされる容量値に応じて電極ペアの数は増やすことができる。実際には、例えば、数十から数百の電極ペアが設けられる。また、上記の例では、コンデンサーＣ１，Ｃ２において、電極間のギャップが変化して各コンデンサーの容量が変化しているが、これに限定されるものではなく、一つの基準電極に対する２つの可動電極の各々の対向面積が変化し、２つのコンデンサーＣ１，Ｃ２の容量が変化する構成も採用することができる（この構成は、例えば、Ｚ軸方向（基板に垂直な方向）に作用する加速度を検出する場合に有効である）。
【００６２】
（第２の実施形態）
本実施形態では、容量型ＭＥＭＳ加速度センサーの製造方法の一例について説明する。以下、図５に示す加速度センサーモジュールの製造方法の概略について、図６（Ａ），図６（Ｂ）〜図８を参照して説明する。
【００６３】
（第１工程）
図６（Ａ）および図６（Ｂ）は、基板上に積層構造体を形成した状態（第１工程）におけるデバイスの平面形状と断面構造を示す図である。図６（Ａ）は平面図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）のデバイスのＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【００６４】
第１工程（工程１）では、半導体基板（シリコン基板）ＢＳの裏面を選択的にエッチングしてシリコン基板ＢＳの厚みを調整した後、シリコン基板ＢＳ上にＣＶＤ等により、複数層の導体層および複数層の絶縁層を含む積層構造体を形成する。以下、順を追って、具体的に説明する。以下の説明では、積層構造体に形成されるＣＭＯＳトランジスタの構造や配線構造についても言及する。
【００６５】
図６（Ｂ）に示されるように、まず、シリコン基板ＢＳ単体の状態で、異方性エッチング用エッチャントＥＴによって、シリコン基板ＢＳの裏面を選択的に異方性エッチングする。具体的には、固定枠部１１０となる部分の内側を選択的に異方性エッチングする。異方性エッチング方法としては、ドライエッチングを利用することができ、また、ＫＯＨを用いたアルカリエッチング（ウエットエッチング）を使用することもできる。シリコン基板ＢＳの選択的な異方性エッチングによって、シリコン基板ＢＳの裏面に凹所１０２が形成される。
【００６６】
なお、シリコン基板ＢＳの裏面に形成される凹所１０２は必ずしも必要ではない。シリコン基板ＢＳの厚さが当初から適切な厚みであれば、凹所１０２は不要である。ただし、例えば、加速度センサーの設計値（可動錘部の質量）に応じてシリコン基板ＢＳの厚みを適宜、調整すること好ましく、よって、凹所１０２を設けるのが好ましい。また、凹所１０２が存在すると、凹所１０２の深さの分だけ段差のある脚部を形成することができる。よって、可動錘部１２０が設置面に接触することがない点で好ましい。
【００６７】
次に、シリコン基板ＢＳ上に、半導体製造技術を用いて積層構造体２００を形成する。この積層構造体２００は、積層された、階層が異なる複数の絶縁層ＩＮＳ０〜ＩＮＳ４を含む。すなわち、積層構造体２００は、表面保護膜としての絶縁層ＩＮＳ０と、層間絶縁膜ＩＮＳ１〜ＩＮＳ３と、最終保護膜としての絶縁層ＩＮＳ４と、を含む。各層の絶縁層は、例えば、ＮＳＧ、ＢＰＳＧ，ＳＯＧ、ＴＥＯＳ等の材料をＣＶＤにより１００００〜２００００Åの膜厚で堆積することによって形成することができる。
【００６８】
また、積層構造体２００において、可動錘部１２０に対応する中央部分が第１積層構造体ＹＡであり、固定電極部１５０に対応する部分が第２積層構造体ＹＢであり、可動電極部１４０に対応する部分が第３積層構造体ＹＣである。なお、積層構造体２００は、後にエッチング加工によって、第１積層構造体ＹＡ〜第３積層構造体ＹＣの各々に区画あるいは分離される。
【００６９】
また、第１積層構造体ＹＡには、検出回路２４を構成する能動素子（トランジスタ）および受動素子（抵抗等）の電極（コンタクトプラグを含む）となる第１導体層や、異なる素子間を電気的に接続するための配線となる第２導体層が、多層配線技術を利用して形成される。電極や配線は、例えばＡＬ等の金属材料（あるいは、シリサイドやポリサイド）を堆積し、フォトリソグラフィにより加工することによって形成することができる。また、異なる層の電極層間（あるいは配線層間）を接続するためのコンタクトプラグは、例えば、絶縁層に形成されたスルーホール（埋め込み溝）に、Ｗ、ＴｉＷ、ＴｉＮ等の導電材料をスパッタまたはＣＶＤ等により埋め込み、エッチングバック等により絶縁層上の導電材料を除去することにより形成することができる。
【００７０】
また、図６（Ｂ）の例では、可動錘部１２０の質量を調整する機能をもつ調整層としてのダミー配線層ＤＭ（他の素子との電気的な接続をもたない孤立配線層）が形成されている。ダミー配線層ＤＭを設けることは必須ではないが、ダミー配線層ＤＭを設けることによって、可動錘部１２０の質量を容易に増加させることができるため、例えば加速度センサーの設計が容易となる利点がある。
【００７１】
図６（Ｂ）では、能動素子として、ＭＯＳトランジスタ（ＣＭＯＳトランジスタ）が示されている。すなわち、シリコン基板ＢＳにＰウエルＷＥ１およびＮウエルＷＥ２が形成され、ＰウエルＷＥ１には、Ｎ＋型のソース層Ｓ１およびＮ＋型のドレイン層Ｄ１が形成されており、ＮウエルＷＥ２には、Ｐ＋型のソース層Ｓ２およびＰ＋型のドレイン層Ｄ２が形成されている。また、Ｎ＋型のソース層Ｓ１およびＮ＋型のドレイン層Ｄ１との間のチャネル領域において、シリコン基板ＢＳの表面に薄いゲート酸化膜（符号は省略）が形成され、ゲート酸化膜上にポリシリコンあるいは金属等によるゲート電極Ｅ１ａが形成されており、これらによってゲートＧ１が構成される。同様に、Ｐ＋型のソース層Ｓ２およびＰ＋型のドレイン層Ｓ２との間のチャネル領域において、シリコン基板ＢＳの表面に薄いゲート酸化膜（符号は省略）が形成され、ゲート酸化膜上にポリシリコンあるいは金属等によるゲート電極Ｅ１ｂが形成されており、これらによってゲートＧ２が構成される。
【００７２】
また、多層配線構造を構成する導体層としては、例えば、絶縁層ＩＮＳ０およびＩＮ１を貫通するコンタクトホール内に埋め込まれたコンタクトプラグＭＰ１と、第２層目配線ＭＬ２と、絶縁層ＩＮＳ２を貫通するコンタクトホール（スルーホール）内に埋め込まれたコンタクトプラグＭＰ２と、第３層目配線層ＭＬ３と、絶縁層ＩＮＳ３を貫通するコンタクトホール内に埋め込まれたコンタクトプラグＭＰ３と、第４層目配線層ＭＬ４と、がある。
【００７３】
ゲートＧ１，Ｇ２を構成するゲート電極Ｅ１ａ，Ｅ１ｂ、コンタクトプラグＭＰ１、第２層目配線層ＭＬ２、コンタクトプラグＭＰ２ならびに第３層目配線層ＭＬ３（その一部は、ＭＯＳトランジスタのソース電極Ｅ１およびドレイン電極Ｅ３として機能する）等は、いずれもＭＯＳトランジスタの電極を構成する第１導体層ということができる。
【００７４】
また、図６（Ｂ）に示されるように、可動錘部１２０に隣接して、可動電極部１４０および固定電極部１５０が形成される。可動電極部１４０および固定電極部１５０は各々、壁状の断面（所定面積をもつ壁状面）をもつ導電体構造（導体構造物）により構成される。この導電体構造（導体構造物）は、１層目配線層ＭＬ１と、コンタクトプラグＭＰ１と、２層目配線層層ＭＬ２と、コンタクトプラグＭＰ２と、３層目配線層ＭＬ３と、コンタクトプラグＭＰ３と、４層目配線層ＭＬ４と、が積層されて形成されている。壁状面をもつ可動電極部１４０は、可動錘部１２０の質量を効果的に増大させる効果をもつ。可動電極部１４０は、「可動電極」としての機能および「可動錘」としての機能を併せもつことから、「可動電錘部」ということもできる。
【００７５】
また、図６（Ｂ）では、可動電極部１４０（可動電極）を構成する３層目配線層ＭＬ３が、可動錘部１２０側（ダミー配線層ＤＭ側）に引き出されており、その引き出された配線が、可動電極部１４０と、検出回路２４の増幅回路ＳＡとを接続する信号配線Ｌ１（配線としての第２導体層）となる。図６（Ｂ）では、信号配線（第２導体層）Ｌ１は、増幅回路ＳＡの初段アンプ１における入力段のＮＭＯＳトランジスタのゲートＧ１（電極Ｅ１ａとしての第１導体層）に接続されている。上述のとおり、信号配線Ｌ１の長さが短いため、配線インピーダンスによる検出信号の減衰を低減することができる。
【００７６】
なお、ダミー配線層ＤＭ（孤立導体層）は、第３層目配線ＭＬ３の一部と、コンタクトプラグＭＰ３と、第４層目配線ＭＬ４とによって、が構成される。このダミー配線層ＤＭ（孤立導体層）は、上述のとおり、可動錘部１２０の質量を増加させる効果を有し、また、電磁遮蔽体として機能する場合もあり得る（この点については後述する）。
【００７７】
（第２工程）
図７（Ａ）および図７（Ｂ）は、基板上の積層構造体をパターニングした状態（第２工程）におけるデバイスの平面形状と断面構造を示す図である。図７（Ａ）は平面図であり、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）のデバイスのＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【００７８】
第２工程（工程２）では、積層構造体を構成する絶縁層ＩＮＳ０〜ＩＮＳ４の各々を貫通する第１開口部１１１ａ，１１３ａを形成する。なお、第１開口部１１１ａは、可動電極部１４０および固定電極部１５０の周囲に形成される開口部である。第１開口部１１３ａは、可動錘部１２０を構成する四辺（平面視の場合）のうちの、可動電極部１４０が設けられない辺の周囲に形成される開口部である。説明の便宜上、第１開口部を、その形成場所に応じて開口部１１１ａ、開口部１１３ｂの２つに分けているが、これらは同時に形成される開口部であり、これらは一つの開口部（１１１ａ，１１３ｂのいずれか）として把握することも可能である。
【００７９】
この第１開口部１１１ａ，１１３ａは、絶縁層ＩＮＳ０〜ＩＮＳ４を異方性エッチングによって選択的にパターニングすることによって形成される。このエッチング工程は、例えば、開口径Ｄ（例えば１μｍ）に対するエッチング深さＨ（例えば４〜６μｍ）の比（Ｈ／Ｄ）が高アスペクト比となる絶縁膜異方性エッチングとなる。この異方性エッチングのエッチャントとしては、例えばＣＦ４，ＣＨＦ３等の混合ガスを用いることができる。このエッチングにより、積層構造体を、固定枠部１１０、可動錘部１２０および弾性変形部１３０の各々に区画することができる。但し、下地のシリコン基板ＢＳは加工されていないため、各部は、シリコン基板ＢＳによって固定枠部１１０に接続されている状態である。
【００８０】
（第３工程）
図８は、基板をパターニングして可動錘部および可動電極部を固定枠部から分離した状態（第３工程）におけるデバイスの平面形状と断面構造を示す図である。図８における左上の図は平面図であり、図８における左下の図は、図８の左上に示されるデバイスのＡ−Ａ線に沿う断面図であり、図８における右上の図は、図８の左上に示されるデバイスのＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【００８１】
第３工程（工程３）では、積層構造体に形成された第１開口部１１１ａ，１１３ａを介してエッチャントを導入して、シリコン基板ＢＳを選択に異方性エッチングする。このシリコン基板ＢＳの異方性エッチングによって、シリコン基板ＢＳを貫通する第２開口部１１１ｂ，１１３ｂが形成される。第１開口部１１１ａと第２開口部１１１ｂは連通し、これによって可動錘部１２０の周囲に空洞部１１１が形成される。同様に、第１開口部１１３ａと第２開口部１１３ｂは連通し、これによって可動錘部１２０の周囲に空洞部１１３が形成される。
【００８２】
シリコン基板ＢＳの異方性エッチング方法としては、例えば、側壁保護膜を形成しながらエッチングを行う方法を用いることができる。一例として、特表２００３−５０５８６９のＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘導結合プラズマ）を用いたエッチング方法を採用することができる。この方法では、パッシブ化ステップ（側壁保護膜形成）とエッチングステップとが繰り返し実施され、エッチングにより形成された孔の側壁に保護膜を形成し、保護膜により等方性エッチングを防止しながら深さ方向にのみ異方性エッチングするものである。パッシブ化ステップでのエッチング条件としては、５μ〜２０μbarのプロセス圧と、３００〜１０００Ｗの平均入力結合プラズマ電力下にて、エッチングガスとしてＣ４Ｆ８またはＣ３Ｆ６等を用いると良い。エッチングステップでのエッチング条件としては、３０μ〜５０μbarのプロセス圧と、１０００〜５０００Ｗの平均入力結合プラズマ電力下にて、エッチングガスとしてＳＦ６またはＣｌＦ３等を用いると良い。この他、側壁保護膜の形成を行うＲＩＥ（Reactive Ion Etching）を用いることもできる。
【００８３】
空洞部１１１，１１３が形成されることによって、可動錘部１２０および可動電極部１４０が、固定枠部１１０から分離される。可動錘部１２０は、空洞部（１１１および１１３）に囲まれており、かつ、弾性変形部１３０によって４隅が固定枠部に接続されている。つまり、可動錘部１２０は、空中において、振動（変動）自在の状態で、弾性変形部１３０によって固定枠部１１０に支持されていることになる。すなわち、可動錘部１２０（および可動電極部１４０）は、弾性変形部１３０の変形に伴い位置が変化し、したがって、例えば加速度が加わる方向に沿って、振動することができる。
【００８４】
空洞部１１１において、可動電極部１４０および固定電極部１５０が対向配置される。つまり、可動電極部１４０は、平面視において、可動錘部１２０から空洞部１１１に向けて突出して形成されている。同様に、固定電極部１５０は、固定枠部１１０から空洞部１１１に向けて突出して形成されている。
【００８５】
図８においては、可動錘部１２０および可動電極部１４０が、固定枠部１１０から分離され、可動錘部１２０と、固定電極部１５０と、可動電極部１４０と、弾性変形部１３０と、を区別することが可能である。つまり、図６に示される第１工程において基板ＢＳ上に形成された積層構造体は、パターニングによって加工され、各部を構成する積層構造体に区分されたことになる。説明の便宜上、ここでは、可動錘部１２０を構成する積層構造体を第１積層構造体とし、固定電極部１５０を構成する積層構造体を第２積層構造体とし、可動電極部１４０を構成する積層構造体を第３積層構造体とし、弾性変形部１３０を構成する積層構造体を第４積層構造体とする。
【００８６】
つまり、可動錘部１２０は、不純物層（ＷＥ１，ＷＥ２，Ｓ１，Ｄ１，Ｓ２、Ｄ２等）が形成された基板ＢＳと、第１積層構造体により構成される。この第１積層構造体は、例えば、基板ＢＳ上に積層形成された、複数の絶縁層（ＩＮＳ０〜ＩＮＳ４）を含み、かつ、電極（Ｅ１ａ，Ｅ２，Ｅ３等）としての第１導体層（ＭＰ１，ＭＬ２，ＭＰ２，ＭＬ３等）と、配線（信号配線Ｌ１やその他の配線）としての第２導体層（可動電極部１４０から引き出された３層目配線ＭＬ３等）と、を含む。基板ＢＳに形成されている不純物層（ＷＥ１，ＷＥ２，Ｓ１，Ｄ１，Ｓ２、Ｄ２等）と、第１積層構造体に形成されている第１導体層（ＷＥ１，ＷＥ２，Ｓ１，Ｄ１，Ｓ２、Ｄ２等）等とによって、増幅回路ＳＡを構成すると共に、容量素子Ｃ１（Ｃ２）からの検出信号を受ける少なくとも一つの能動素子（ここではＭＯＳトランジスタ）が形成され、能動素子（ＭＯＳトランジスタ）の入力ノード（ゲートＧ１）は、信号配線Ｌ１等を構成する第２導体層を経由して、容量素子Ｃ１（Ｃ２）の一方の電極（ＣＡ：図２参照）または他方の電極（ＣＢ:図２参照）に接続されていることになる。
【００８７】
また、上述のとおり、固定電極部１５０を構成する第２積層構造体は、固定枠部１１０から空洞部１１１に向けて突出して形成されており、壁状の第１導体面をもつ導体層（導体構造物）が設けられる。壁状の第１導体面ＡＫ１（図８の右下の点線で囲んで示される部分を参照）が、容量素子（ここではＣ２）の一方の電極（固定電極ＣＡ）を構成する。第１導体面ＡＫ１は、例えば第２構造体の突出方向に沿って延在する壁状の面であり、コンデンサーの対向面（具体的には、所定間隔ＧＰで互いに対向して配置された両電極ＣＡ，ＣＢの各々の対向面のうちの一方：ここでは固定電極ＣＡ）である。例えば、第２積層構造体に設けられる積層された導体層（平面視において所定幅Ｗをもつ導体構造物）が第２構造体の突出方向に延在する（配設されている）場合に、その導体構造物の側面部分（つまり所定面積をもつ壁状面）を第１導体面ＡＫ１とすることができる。第１導体面ＡＫ１は、例えば薄い絶縁膜で覆われている（ただし、これは一例である）。
【００８８】
すなわち、第１導体面ＡＫ１は、上述のとおり、例えば複数層の導体層を連結して構成することができ、例えば、第１層目〜第ｎ層目（ｎは２以上の自然数）までの導体層（図６〜図８の例では、ＭＬ１〜ＭＬ４）と、各導体層間を接続する各コンタクトプラグ（ＭＰ１〜ＭＰ３）によって連結して一体となった導体層（導体構造物）が構成され、その連結して一体となった導体層（積層導体層、積層導体構造、積層導体構造物あるいは導体構造物と言い換えることができる）の側壁面を、コンデンサーの対向面（電極面）の一方である第１導体面ＡＫ１として利用することができる。
【００８９】
また、可動電極部１４０は、可動錘部１２０を構成する第１積層構造体（ならびに固定電極部１５０を構成する第２構造体）と同じ製造方法によって同時並行的に形成され、かつ、第１積層構造体に連接する（つまり、一体的に接続されて形成された）第３積層構造体により構成される。この第３積層構造体は、可動錘部１２０を構成する第１積層構造体から空洞部１１１に向けて突出して形成されている。
【００９０】
第３積層構造体には、壁状の第２導体面を有する導体層（導体構造物）が設けられる。壁状の第２導体面ＡＫ２（図８の左下に点線で囲んで示される部分を参照）が、容量素子（図８では容量Ｃ１に対応するが、ここでは、固定電極として容量Ｃ２を想定して説明しているため、ここでは容量Ｃ１として説明する）の他の電極（可動電極）ＣＢを構成する。容量Ｃ２（Ｃ１）の対向面積は、壁状の第１導体面ＡＫ１および第２導体面ＡＫ２の対向面積により決定される。
【００９１】
第２導体面ＡＫ２は、例えば第３構造体の突出方向に沿って延在する壁状の面であり、コンデンサーの対向面（具体的には、所定間隔ＧＰで互いに対向して配置された両電極の各々の対向面のうちの他方：ここでは可動電極）である。例えば、第３構造体に設けられる積層された導体層（平面視において所定幅Ｗをもつ導体構造物）が第３構造体の突出方向に延在する（配設されている）場合に、その導体構造物の側面部分（つまり所定面積をもつ壁状面）を第２導体面とすることができる。第２導体面ＡＫ２の表面は、例えば薄い絶縁層で覆われている（但し、これに限定されるものではない）。
【００９２】
すなわち、この第２導体面ＡＫ２は、例えば複数層の導体層を連結して構成することができ、例えば、第１層目〜第ｎ層目（ｎは２以上の自然数）までの導体層（図６〜図８の例では、ＭＬ１〜ＭＬ４）と、各導体層間を接続する各コンタクトプラグ（ＭＰ１〜ＭＰ３）によって連結して一体となった導体層が構成され、その連結して一体となった導体層の側壁面を、コンデンサーの対向面（電極面）の他方である第２導体面ＡＫ２として利用することができる。
【００９３】
可動電極部１４０および固定電極部１５０の対向部分の長さ（電極長さ）Ｘ１は、例えば１５０μｍであり、電極幅Ｗ１は例えば３μｍであり、各電極間のギャップＧＰは例えば１．５μｍであり、可動錘部１２０の横幅Ｘ２は例えば７００μｍであり、空洞部１１１および１１３に接した１辺の長さＸ３は例えば１０００μｍである。また、シリコン基板ＢＳの厚みｈ１は例えば１０μｍであり、シリコン基板ＢＳ上に形成される積層構造体の高さｈ２は例えば５μｍである。
【００９４】
上述のとおり、可動錘部１２０には検出回路２４（少なくとも増幅回路ＳＡを含む）が形成されており、この検出回路から出力される信号は、弾性変形部１３０に沿って配線される出力配線層Ｌ２を介して、固定枠部１１０に設けられる回路（不図示）へと導出される。図８の右上の図では、出力配線層Ｌ２は、例えば第４層配線（最上層配線）により構成される（但し、この例に限定されるものではなく、他の層の配線を利用してもよく、また，配線の断面積を大きくするために多層配線を使用することもできる）。
【００９５】
（第３実施形態）
上述の製造方法によって製造される、静電容量型ＭＥＭＳセンサーは、可動錘部１２０、弾性変形部１３０、可動電極部１４０（および固定電極部１５０）の各々において、基板ＢＳが残存している。上述のとおり、可動錘部１２０にシリコン基板ＢＳが設けられることによって、検出回路２４の構成要素である能動素子の一部（不純物層等）を形成することが可能である。但し、基板ＢＳがもたらす効果は、これに留まらない。つまり、基板ＢＳは、ＭＥＭＳセンサーの特性調整のための調整層としての機能を有していることから、高性能のＭＥＭＳセンサーの製造が容易化されるという効果も併せて得られる。以下、各部において残存している基板ＢＳの効果等について、総合的に考察する。
【００９６】
図９は、ＭＥＭＳセンサー（ＭＥＭＳ加速度センサー）の一例（可動錘部、弾性変形部、可動電極部の各々において基板が残存している構造をもつ例）の平面形状および断面構造を示す図である。
【００９７】
図９に示されるＭＥＭＳ加速度センサーは、例えば、第２実施形態で説明した半導体製造方法によって製造される。可動錘部１２０には、検出回路２４を構成するＭＯＳトランジスタの構成要素（ゲート酸化膜およびゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、信号配線等）が形成されており、さらに、孤立した導体層であるダミー配線（ＤＭ，ＤＭ１〜ＤＭ４）が形成されている。ここで、ダミー配線ＤＭは先に説明したとおり、可動錘部１２０の質量を効果的に増大させる等の目的で設けられている。
【００９８】
また、ダミー配線ＤＭ１〜ＤＭ４の各々は、可動錘部１２０（平面視で４角形の形状をもつ）の４辺の各々に略平行に延在し、壁状の壁面（壁状の断面）をもつ、孤立した導体層（階層が異なる複数の導体層をプラグで連結した多層配線構造をもつ導体層）により構成される。このダミー配線ＤＭ１〜ＤＭ４の各々は、可動錘部１２０の質量を効果的に増大するのに寄与し、さらに、可動錘部１２０に設けられた検出回路２４の少なくとも一部の回路から放射される電磁ノイズを遮蔽し、ならびに、外部からその回路に到来する電磁波を遮蔽する電磁シールドとしての効果を併せもつ。これによって、検出回路２４（の少なくとも一部の回路）の電磁ノイズ対策が強化され、回路の信頼性が向上するという効果が得られる。
【００９９】
図９の下側には、図９の上側に示されるＭＥＭＳ加速度センサーの、主要な領域の各々に対応した断面構造が示されている。この断面構造において、説明の便宜上、積層構造体により構成される部分には「第１」という序数を付加し、基板ＢＳで構成される部分には、「第２」という序数を付加する。
【０１００】
図中、Ｚ１は可動錘部領域であり、Ｚ２ａは可動容量電極部領域であり、Ｚ２ｂは固定容量電極部領域であり、Ｚ３は弾性変形部領域であり、Ｚ４は固定枠部領域である。
【０１０１】
可動錘部領域Ｚ１において、積層構造体の下側には、同じ高さ（ｈ２０）のシリコン基板ＢＳの一部からなる部材が存在する。すなわち、第２可動錘部１２０Ｂ（質量調整部）が設けられていることになる。上述のとおり、下地のシリコン基板ＢＳからなる第２可動錘部１２０Ｂは、可動錘部１２０の質量を効果的に増大させ、加速度センサーの感度を向上させることに寄与する。
【０１０２】
同様に、可動容量電極部領域Ｚ２ａでは、シリコン基板ＢＳの一部からなる第２可動電極部１４０Ｂ（ダンピング係数調整部）が設けられている。第２可動電極部１４０Ｂ（ダンピング係数調整部：高さｈ２０）が設けられることによって、可動電極部１４０の全体の高さ（ｈ１０+ｈ２０）を調整することができ、よって、可動電極部１４０のダンピング係数Ｄを適切な範囲に調整することが容易化される。なお、ダンピング係数Ｄの意義については後述する（「ＭＥＭＳセンサーの特性に関係するパラメーターの説明」を参照）。また、第２可動電極部１４０Ｂが設けられることによって、積層構造体の材料間の熱膨張係数の差に起因する可動電極の反りが抑制される。このことは、一対の容量電極間の対向面積の変動を低減するのに役立つ。なお、固定容量電極部領域Ｚ２ｂにも、シリコン基板ＢＳの一部からなる第２固定電極部１５０Ｂが設けられている。
【０１０３】
また、弾性変形部領域Ｚ３においては、シリコン基板ＢＳの一部からなる第２弾性変形部（バネ特性調整部）１３０Ｂが設けられている。弾性変形部（バネ部）１３０においては、第２弾性変形部（バネ部）１３０Ｂによって、ねじれのような不要な動きを規制することができ、また、機械的バネ定数を、電気的バネ定数（容量部の静電引力に起因して生じるバネ定数）に比べて十分に大きくして、所望の線形のバネ特性を実現することができる。
【０１０４】
また、本実施形態では、積層構造体は、層が異なる複数の導電層と、積層された絶縁層（ＩＮ０〜ＩＮＳ４）と、ダミー配線（ＤＭ，ＤＭ１〜ＤＭ４）としての導電体層を含む。これにより、導電材料および絶縁材料を含む多層の、密構造をもつ積層構造体が形成される。よって、可動錘部１２０の質量（Ｍ）を効果的に増大させることができる。また、上述のとおり、積層構造体中に、所定の対向面積をもつ、コンデンサーの電極部を確保することもできる。さらに、この積層構造体は、半導体装置の製造プロセス（例えば、ＣＭＯＳプロセスやバイポーラＣＭＯＳ混在ＩＣプロセス等）にて形成できるので、同一基板上にてＭＥＭＳセンサーを検出回路（集積回路部）２４と共存させることが容易である。
【０１０５】
また、上述のとおり、基板ＢＳの裏面には、予め凹所１０２を設けて、基板の厚みを調整することができる。この場合、凹所の深さを調整することによって、基板部分の厚みを予め調整することができる。上述のとおり、凹所１０２を形成しておくことで、基板には段差ができるので、可動錘部の下方に空間を確保でき、可動錘部が設置面に接触することを防止することもできる。
【０１０６】
図１０は、本実施形態のＭＥＭＳ加速度センサーの利点の一例を、まとめて示す図である。図示されるように、可動錘部１２０に設けられる検出回路部（集積回路部）２４は、可動錘部１２０全体の質量を増大させる錘としての効果をもつ。すなわち、集積回路自体の自重が錘として機能し、また、可動錘部における基板ＢＳ（第２可動錘部１２０Ｂ）の自重が錘として機能する。さらに、必要に応じて、ダミー配線層（ＤＭ，ＤＭ１〜ＤＭ４）を設けることによって、可動錘部１２０の質量をさらに増大させることもできる。
【０１０７】
また、容量部１４５における基板ＢＳ（第２可動電極部１４０Ｂ）は、ダンピング係数Ｄ（すなわち、空気抵抗による可動錘部１２０の振動を抑制しようとする作用の大きさを示す係数）を、適切な範囲に設定することができる。また、基板ＢＳと積層構造体とは密着性がよいことから、周囲温度が変動したときに、積層構造体の構成要素間の熱膨張係数の差に起因して反りが生じることが防止される。（図１０の右下の図において、反りが生じた場合の可動電極を、太い点線で囲んで示している）。このことは、容量部１４５の容量値のバラツキの低減に貢献する。
【０１０８】
また、図１０の右上に示すように、弾性変形部１３０における基板ＢＳ（第２弾性変形部１３０Ｂ）は、機械的バネ定数を、電気的バネ定数（容量部の静電引力に起因して生じるバネ定数）よりも十分に大きくしてバネの線形性を確保することに貢献する。また、加速度が加わった際に、弾性変形部１３０にねじれ等が生じるのを抑制する。図１０の右上の図では、弾性変形部（バネ部）１３０が蛇行した状態（好ましくない状態）を、太い点線で示している。基板ＢＳが存在することによって、このような弾性変形部（バネ部）１３０の蛇行等が生じる可能性が低減される。
【０１０９】
（第４実施形態）
本実施形態では、検出軸が２軸であるＭＥＭＳセンサー（ここではＭＥＭＳ加速度センサー）について説明する。図１１は、検出軸が２軸であるＭＥＭＳセンサー（ＭＥＭＳ加速度センサー）の平面図である。
【０１１０】
図１１のＭＥＭＳ加速度センサー１００では、可動錘部１２０は弾性変形部１３０によって、固定枠部１１０の四隅に接続されており、したがって、Ｘ軸およびＹ軸の各々に沿って振動することができる。容量素子Ｃ１，Ｃ２は、Ｘ軸方向の加速度を検出するために使用され、容量素子Ｃ３，Ｃ４は、Ｙ軸方向の加速度を検出するために使用される。検出軸が２軸のＭＥＭＳ加速度センサーを使用することによって、各軸毎にセンサーを設ける必要がない。したがって、例えば、センサーモジュール（センサーや集積回路を搭載した基板等）のサイズをより小型化することができる。よって、そのセンサーモジュールを搭載する電子機器のサイズも小型化することができる。
【０１１１】
（ＭＥＭＳセンサーの特性に関係するパラメーターの説明）
以上説明したいくつかの実施形態によれば、設計の自由度が向上し、物理量の検出感度も向上する。以下、ＭＥＭＳセンサーの特性に関係するパラメーターについて、具体的に説明する。ＭＥＭＳセンサーの感度Ｓは、電極コンデンサーの全容量をＣ０、弾性変形部１３０のばね定数をＫ、電極間ギャップをｄ０とすると、Ｓ＝Ｃ０／ｄ０・（Ｍ／Ｋ）［Ｆ／（ｍ／ｓｅｃ２）］となる。つまり、可動錘部１２０の質量が大きければ感度は向上する。
【０１１２】
また、相対向する可動電極部と固定電極部の高さをｈ、横方向の長さをｒ、電極間ギャップをｄ０とする。このとき、可動電極部が動くことによって、容量のギャップ（可動電極部と固定電極部との間の距離）が変化するとき、電極間の気体が上下に動き、その際に、気体（空気）の粘性によって可動電極部の移動に関してダンピング（可動電極部の振動を止めようとする働き）が生じる。ダンピングの大きさを示すダンピング係数（Ｄ）は、電極ペア数をｎ、気体の粘性係数をμとすると、Ｄ＝ｎ・μ・ｒ（ｈ／ｄ０）３［Ｎ・ｓｅｃ／ｍ］となる。つまり、ダンピング係数Ｄは、電極部の高さ（ｈ）の３乗に比例して増大する。気体のブラウン運動によって可動電極部に力が働き、それが加速度透過ブラウンノイズとなる。このブラウンノイズ（ＢＮＥＡ）は、ＢＮＥＡ＝（√（４ｋＢＴＤ））／Ｍ［（ｍ／ｓｅｃ２）／√Ｈｚ］となり、この式の分子は可動電極部の高さ（ｈ）の三乗に比例するダンピング係数（Ｄ）の平方根に比例する。
【０１１３】
また、容量型ＭＥＭＳセンサーは、粘性減衰のある自由振動の運動方程式（例えば、下記（１）式参照）で表現される構造体であるため、構造体のＱ値および共振周波数（固有振動数）は、好ましい値に設計される必要がある。粘性減衰のある自由振動を行う構造体の共振周波数（固有振動数）ωは、可動錘部の質量Ｍと、可動錘部を支持するバネ（弾性変形部）のバネ定数Ｋから一義的に決まり（例えば、下記（２）式参照）、また、共振の鋭さを表すＱ値は、さらにダンピング定数Ｄを加えた計算式から決まる(例えば、下記（３）式参照)。なお、（３）式において、ξは臨界減衰係数である。
【数１】
2011047732.tif 000003
（３）式から明らかなように、可動錘部の質量Ｍを大きくすればＱ値が大きくなり、また、ダンピング係数Ｄが増大すれば、Ｑ値が小さくなる。質量Ｍを大きくするために、積層構造体の高さ（つまり、可動電極部の高さ）を単調に増大させると、可動電極部の高さの３乗でダンピング係数Ｄが増大するため、Ｑ値を所望の値に保つことが困難となる。但し、上述の本発明の実施形態によれば、基板ＢＳの厚みを、可動錘部１２０と可動電極部１４０とで異ならせる等の変形が可能である。よって、可動錘部の質量Ｍと、可動電極部におけるダンピング係数Ｄとを切り離して、独立に制御することも可能である。よって、Ｑ値を適正な値に保ちつつ、可動電極部のダンピング係数Ｄも適正値に設定することが容易に行える。
【０１１４】
また、基板材料からなる第２弾性変形部を形成することによって、積層構造体からなる第１弾性変形部の、不要な方向（例えば縦方向）の動きが規制され、よって、ねじれ等の不要な動きが生じる可能性が低減される。弾性変形部（バネ部）における不要な変形が抑制されることによって、ＭＥＭＳセンサーの検出感度がさらに向上する。
【０１１５】
また、振動部における所望の共振特性を確保するためには、弾性変形部（バネ部）におけるバネ定数の値を適正な範囲に収める必要があるが、実効的なバネ定数は、弾性変形部（バネ部）の機械的なバネ定数だけで定まるのではなく、容量電極部における固定電極と可動電極との間に作用する静電気力（クーロン力）に起因する電気的なバネ定数も考慮して総合的に決定される。すなわち、実効的なバネ定数は、（機械的バネ定数−電気的バネ定数）によって決定される。よって、電気的バネ定数が、機械的バネ定数に比べて十分に小さくなるように設計しないと、Ｆ＝ｋＸ（Ｆは力、ｋはバネ定数、Ｘは変位量）で表わされる線形のバネ特性の式が成立しなくなり、この点が、設計上の制約になる。
【０１１６】
これに対して、本発明の構造（シリコン基板材料を積極的に利用して、各部の特性を最適化する構造）を採用すると、電極部の横幅(横方向の長さ)の値を、例えば、１３０μｍ程度に抑えることができ、実現可能な長さ（一般的な設計で使用できる適切な範囲内）に収まる。また、同時に、第２弾性変形部１３０Ｂ（図９参照）の剛性によって、電気的バネ特性＜＜機械的バネ特性の関係を満たすことができ、電気的バネ特性の影響は無視することが可能である。
【０１１７】
以上、本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるものである。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。
【０１１８】
例えば、本発明に係るＭＥＭＳセンサーは、必ずしも静電容量型加速度センサーに適用されるものに限らず、ピエゾ抵抗型の加速度センサーにも適用することが可能である。また、可動錘部の移動により静電容量の変化を検出する物理センサーであれば適用が可能である。たとえばジャイロセンサー、シリコンダイヤフラム型の圧力センサー等に適用が可能である。例えば、キャビティ（中空室）の空気圧によってシリコンダイヤフラムを変形させ、その変形による静電容量の変化（あるいはピエゾ抵抗の抵抗値の変化等）を検出する圧力センサーにおいて、シリコンダイヤフラムに検出回路の少なくとも一部を設ければ、検出感度を向上させることができる。
【０１１９】
また、本発明の一態様に係るＭＥＭＳセンサーでは、距離が可変である対向電極とすることで、少なくとも物理量の大きさを検出できる。ただし、一つの容量では、物理量が作用する方向は検出できない。そこで、少なくとも一つの固定電極部と、可動錘部と一体で少なくとも一軸方向に移動して、少なくとも一つの固定電極部との間の距離が増減する複数の可動電極部とを有することが好ましい。少なくとも一つの固定電極部に対して、可動錘部と共に複数の可動電極部が移動した時、２つの電極間距離の一方が増大し他方が減少することで、電極間距離に依存した静電容量の大きさと増減の関係から、物理量の大きさと向きが検出できるからである。また、物理量の検出軸は上述した一軸や二軸に限らず、三軸以上の多軸とすることができる。また、コンデンサーの電極間の対向面積の変化によって、物理量を検出する方法を採用することもできる。
【符号の説明】
【０１２０】
１  初段アンプ（Ｑ／Ｖ変換回路）、２  アンプ（例えば差動増幅回路）、
２４  検出回路（検出回路の少なくとも一部）、ＳＡ  増幅回路、
１００  ＭＥＭＳセンサー（例えばＭＥＭＳ加速度センサー）、１１０  固定枠部、
１１１  空洞部、１１３  空洞部、１２０  可動錘部、
１３０  弾性変形部（バネ部）、１４０  可動電極部、１４５  容量部、
１５０  固定電極部、Ｃ１〜Ｃ４  容量素子、ＳＰＣ  信号処理回路
【図１】
2011047732.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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