專利名稱：Mems傳感器、電子設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種MEMS傳感器(Micro Electro Mechanical Sensor 微機(jī)電傳感 器)、電子設(shè)備等。
背景技術(shù)：
例如，將此種MEMS傳感器作為CMOS集成電路一體型硅MEMS加速度傳感器，正在 積極地推進(jìn)小型 低成本化。MEMS傳感器的應(yīng)用申請(qǐng)和市場(chǎng)正在擴(kuò)大。成為主流的器件方 式大部分是用晶片工藝以后的安裝工藝使將物理量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行輸出處理的IC芯片 成為1個(gè)封裝。在最終的小型化·低成本化中，要求一種用晶片工藝一體形成傳感器芯片 和IC芯片的技術(shù)(參照專利文獻(xiàn)1)。在專利文獻(xiàn)1中，可動(dòng)電極部在相對(duì)基板垂直的方向即Z方向上改變位置，根據(jù) 其與固定電極部的電極間距離的變化所引起的電容變化，檢測(cè)加速度等物理量(參照段落 0044)。相對(duì)于此，已知有設(shè)置使與在Z方向上改變位置的可動(dòng)電極部的對(duì)置面積變化的 第一、第二固定電極部(專利文獻(xiàn)2)。專利文獻(xiàn)1 JP特開2006-263902號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 JP特開2004-286535號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
在此種MEMS傳感器中，存在設(shè)置可動(dòng)電極部的可動(dòng)錘部的質(zhì)量越大、靈明度越好 這樣的特性。為了加大可動(dòng)錘部的質(zhì)量，在專利文獻(xiàn)1中用由與LSI的多層布線層同時(shí)形 成的多層布線構(gòu)成的一體結(jié)構(gòu)形成可動(dòng)錘部(段落0089，圖25)。雖然可動(dòng)錘部?jī)H由布線層形成，但由于層間絕緣層被全部去除了，所以不能利用 暫時(shí)形成的層間絕緣層作為錘。此點(diǎn)在專利文獻(xiàn)2中也是完全相同的，在硅基板上交替形 成硅氧化膜和構(gòu)圖過(guò)的多晶硅層各2層，合計(jì)4層，之后，通過(guò)蝕刻完全去除2層硅氧化膜， 形成可動(dòng)錘部(段落0027)。在本發(fā)明的幾種方式中，可提供一種能有效地增大可在相對(duì)基板垂直的方向上移 動(dòng)的可動(dòng)錘部的質(zhì)量的MEMS傳感器(例如靜電電容型加速度傳感器)，或者例如能提供可 以高精度檢測(cè)加速度等物理量的MEMS傳感器，或者例如可提供采用使用多層布線的CMOS 工藝而自由且容易地制造的MEMS傳感器。本發(fā)明的一方式涉及一種MEMS傳感器，其具有包含可動(dòng)電極部的可動(dòng)錘部；隔著第一空隙部配置在上述可動(dòng)錘部的周圍的支持部；具有隔著上述第一空隙部與上述可動(dòng)電極部的可動(dòng)電極面相對(duì)置的對(duì)置電極面 的固定電極部；以及相對(duì)上述支持部聯(lián)結(jié)支持上述可 錘部，并且能使上述對(duì)置電極面和上述可動(dòng)電極面的對(duì)置面積變化的能夠發(fā)生彈性變形的聯(lián)結(jié)部，其中，上述可動(dòng)錘部具有包含多個(gè)導(dǎo)電層、多個(gè)層間絕緣層、和插塞的疊層結(jié)構(gòu) 體，上述多個(gè)層間絕緣層被配置在上述多個(gè)導(dǎo)電層間，上述插塞被填充在貫通上述多個(gè)層間絕緣層的各層而形成的埋置槽圖形中，比重 比上述層間絕緣膜更大，在上述各層中形成的插塞含有沿與上述多個(gè)層間絕緣層平行的二維平面的至少 一軸方向形成為壁狀的壁部，上述可動(dòng)錘部在上述疊層結(jié)構(gòu)體中在上述各層層疊的Z方向上移動(dòng)。此外，在某一實(shí)施方式中，其特征在于，具有支持部；可動(dòng)錘部；聯(lián)結(jié)上述支持部 和上述可動(dòng)錘部，并且能夠發(fā)生彈性變形的聯(lián)結(jié)部；從上述支持部突出出來(lái)的第一固定電 極部；以及從上述可動(dòng)錘部突出出來(lái)，并且與上述第一固定電極部對(duì)置配置的第一可動(dòng)電 極部；在第一方向上層疊導(dǎo)電層和絕緣層來(lái)形成上述可動(dòng)錘部；將比重比上述絕緣層更大 的插塞埋入上述絕緣層；上述導(dǎo)電層與上述第一可動(dòng)電極部連接；上述第一固定電極部和 上述第一可動(dòng)電極部的一個(gè)，在上述第一方向上具有第一電極部和第二電極部。此外，在某一實(shí)施方式中，其特征在于，包括支持部；可動(dòng)錘部；聯(lián)結(jié)上述支持部 和上述可動(dòng)錘部，并且能夠發(fā)生彈性變形的聯(lián)結(jié)部；從上述支持部突出出來(lái)的第一固定電 極部；以及從上述可動(dòng)錘部突出出來(lái)，并且與上述第一固定電極部對(duì)置配置的第一可動(dòng)電 極部；在第一方向上層疊導(dǎo)電層和絕緣層來(lái)形成上述可動(dòng)錘部；將比重比上述絕緣層更大 的插塞埋入上述絕緣層；上述導(dǎo)電層與上述第一可動(dòng)電極部連接；上述第一固定電極部和 上述第一可動(dòng)電極部具有電極相互對(duì)置的對(duì)置區(qū)域、和電極不相互對(duì)置的非對(duì)置區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明的一方式，通過(guò)聯(lián)結(jié)部對(duì)支持部聯(lián)結(jié)支持的可動(dòng)錘部包含可動(dòng)電極 部，根據(jù)可動(dòng)電極部的可動(dòng)電極面和固定電極部的對(duì)置電極面的對(duì)置面積變化，基于取決 于對(duì)置面積的靜電電容的大小的關(guān)系，就能檢測(cè)垂直于對(duì)置電極面的Z方向的物理量的大 小和方向。此時(shí)，能形成質(zhì)量越大越能增大靈敏度的可動(dòng)錘部，以作為具有多個(gè)導(dǎo)電層、多 個(gè)層間絕緣層、形成在層間絕緣層中的插塞的疊層結(jié)構(gòu)體。特別地，由于上述插塞使用比重 比層間絕緣層更重的部件，所以大大地有助于可動(dòng)錘部的質(zhì)量增大。由于能用常規(guī)的CMOS工藝形成其構(gòu)成可動(dòng)錘部的疊層結(jié)構(gòu)體，所以在同一基板 上MEMS傳感器與集成電路共存就變?nèi)菀?。此外，由于?dǎo)電層的多層化是比較容易的，所以 可提高設(shè)計(jì)自由度，例如針對(duì)加速度傳感器的高靈敏度化的要求，通過(guò)增加層數(shù)，加大可動(dòng) 錘部的質(zhì)量，就能進(jìn)行對(duì)應(yīng)。此外，由于在疊層結(jié)構(gòu)體中使用在Z方向上疊層的多個(gè)導(dǎo)電 層和連接它們的各層的插塞的一部分或全部就能夠形成可動(dòng)電極部，所以不需要特別的工 序。在本發(fā)明的一方式中，上述固定電極部還能含有與上述疊層結(jié)構(gòu)體的至少一部分 相同的剖面結(jié)構(gòu)。此外，本發(fā)明的特征在于，使用上述導(dǎo)電層和上述絕緣層來(lái)形成上述第一 固定電極部和上述第一可動(dòng)電極部。此外，本發(fā)明的特征在于，在上述第一方向上將上述插 塞埋入上述絕緣層，上述插塞是導(dǎo)電性部件。也就是說(shuō)，由于在疊層結(jié)構(gòu)體中還能使用在Z 方向上疊層的多個(gè)導(dǎo)電層和連接它們的各層的插塞的一部分或全部來(lái)形成固定電極部，所 以不需要特別的工序。
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在本發(fā)明的一方式中，上述固定電極部和上述可動(dòng)電極部的一個(gè)能夠含有在上述 Z方向上電絕緣的第一、第二電極部。由此，基于第一、第二電極部的一個(gè)的對(duì)置面積變化、 或第一、第二電極部的雙方的對(duì)置面積的增加 減少的關(guān)系，也能檢測(cè)可動(dòng)錘部的變位的方 向。在本發(fā)明的一方式中，通過(guò)上述多個(gè)層間絕緣層的一個(gè)而使上述第一、第二電極 部在上述Z方向上電絕緣，為此，在上述一個(gè)層間絕緣層中只要不在上述第一、第二電極部 之間形成插塞即可。由此，就可容易地使第一、第二電極部在上述Z方向上被隔離。此外，在某一實(shí)施方式中，其特征在于，上述可動(dòng)錘部具有以上述第一方向?yàn)榉ň€ 的第一面；相對(duì)平行于上述第一面的第二方向、和平行于上述第一面且與該第二方向正交 的第三方向這兩個(gè)方向，線對(duì)稱地形成上述插塞。通過(guò)構(gòu)成此種結(jié)構(gòu)，就能在從外部受力時(shí) 保持可動(dòng)錘部的可動(dòng)平衡，能進(jìn)一步地提高檢測(cè)靈敏度。此外，在本發(fā)明的一方式中，可構(gòu)成為在上述可動(dòng)錘部在上述Z方向上改變位置 時(shí)，使上述第一、第二電極部之一的上述對(duì)置面積增加，使上述第一、第二電極部的另一個(gè) 的上述對(duì)置面積減少。為此，在可動(dòng)錘部靜止時(shí)，只要僅第一、第二電極部的電極面的一部 分對(duì)對(duì)置面積有貢獻(xiàn)即可。更具體地，例如只要使第一電極部的上端比對(duì)置電極部(固定 電極部及可動(dòng)電極部的另一個(gè))的上端更向上方突出，使第二電極部的下端比對(duì)置電極部 的下端更向下方突出即可。在本發(fā)明的一方式中，也可以構(gòu)成為上述固定電極部和上述可動(dòng)電極部之一包含與上述固定電極部和上述可動(dòng)電極部的另一個(gè)的一面相對(duì)置，并且在上述Z方向 上電絕緣的第一、第二電極部；以及與上述固定電極部和上述可動(dòng)電極部的另一個(gè)的另一面相對(duì)置，并且在上述Z方 向上電絕緣的第三、第四電極部，使用上述多個(gè)導(dǎo)電層和上述各層的插塞的一部分來(lái)形成上述第一、第三電極部，使用上述多個(gè)導(dǎo)電層和上述各層的插塞的另一部分來(lái)形成上述第二、第四電極 部，上述第一、第四電極部彼此電連接，上述第二、第三電極部彼此電連接。像這樣，即使多個(gè)導(dǎo)電層、多個(gè)層間絕緣層的厚度不同，也能在可動(dòng)錘部靜止時(shí)， 使彼此連接的第一、第四電極部的總的對(duì)置面積與彼此連接的第二、第三電極部的總的對(duì) 置面積相等。在本發(fā)明的一方式中，還具有形成上述疊層結(jié)構(gòu)體的基板、和形成在上述基板上 的集成電路；使用上述集成電路部的制造工藝能制造上述疊層結(jié)構(gòu)體的上述多個(gè)導(dǎo)電層、 上述多個(gè)層間絕緣層及上述各層的插塞。此外，其特征在于，與上述支持部相鄰而形成集成 電路部，使用上述導(dǎo)電層和上述絕緣層形成上述集成電路部。按照上述方式，由于可動(dòng)錘部的疊層結(jié)構(gòu)體適合于CMOS工藝，所以能在同一基板 上與集成電路部一起搭載MEMS傳感器。這樣一來(lái)，與用不同工藝分別制造進(jìn)行組合的情 形相比，能削減制造成本。并且，通過(guò)將CMOS集成電路部和MEMS結(jié)構(gòu)體構(gòu)成為單片電路 (monolithic)，就能縮短布線距離。由此，能期待布線的圍繞所引起的損耗成分的降低和耐 外來(lái)噪聲性提高。
在本發(fā)明的一方式中，上述多個(gè)導(dǎo)電層可含有與形成在上述集成電路部的晶體管 的柵電極的同一層。這樣一來(lái)，就能有效地增大可動(dòng)錘部的質(zhì)量。再有，可動(dòng)電極部中的 第二可動(dòng)電極部含有由柵電極材料(例如多晶硅層)構(gòu)成的導(dǎo)電層，如果第一可動(dòng)電極部 僅由與柵電極材料厚度不同的由金屬布線層構(gòu)成的導(dǎo)電層形成的話，則有時(shí)在可動(dòng)錘部靜 止時(shí)，會(huì)使第一、第二電極部的各對(duì)置面積不相等。此情況下，按照上述方式，進(jìn)一步設(shè)置第 三、第四電極部就能消除不適合。再有，由于如果由比形成在上述集成電路部中的晶體管的 柵電極更上層的金屬布線層來(lái)形成上述多個(gè)導(dǎo)電層的話，就能使金屬布線層的厚度相等， 所以，在可動(dòng)錘部靜止時(shí)，能使第一、第二電極部的各對(duì)置面積相等。但是，由于不使用柵電 極層作為電極部，所以能適用于金屬布線層是4層以上等的多層的情形。在本發(fā)明的一方式中，上述聯(lián)結(jié)部除在與平行于上述基板的二維平面正交的上 述Z方向外，在上述二維平面上的正交二軸X、Y的至少一方向上也以能移動(dòng)的方式支持上 述可動(dòng)錘部，上述可動(dòng)錘部的上述疊層結(jié)構(gòu)體含有向上述至少一方向突出的突出可動(dòng)電極 部，上述支持部可具有與上述突出可動(dòng)電極部相對(duì)置的突出固定電極部。這樣一來(lái)，除Z方 向外，還能檢測(cè)X、Y方向的一方或雙方的物理量。在本發(fā)明的一方式中，還能包括固定在上述基板上的固定部；相對(duì)上述固定部 通過(guò)第一聯(lián)結(jié)部可動(dòng)的第一可動(dòng)錘部；和相對(duì)上述第一可動(dòng)錘部通過(guò)第二聯(lián)結(jié)部可動(dòng)的第 二可動(dòng)錘部。此外，其特征在于，具有1對(duì)電極對(duì)，該電極對(duì)具有以下電極部作為1對(duì)即， 從上述支持部突出出來(lái)的第二固定電極部、和從上述可動(dòng)錘部突出出來(lái)并且與上述第二固 定電極部對(duì)置配置的第二可動(dòng)電極部；上述可動(dòng)錘部是具有以上述第一方向?yàn)榉ň€的第一 面及第二面、和與上述第一面及上述第二面聯(lián)結(jié)的第一 第四側(cè)面的長(zhǎng)方體形狀；上述電 極對(duì)，在上述第一側(cè)面上至少形成2個(gè)，或者，在上述第一側(cè)面和與上述第一側(cè)面對(duì)置的上 述第二側(cè)面這兩方上至少各形成1個(gè)；根據(jù)2個(gè)上述電容形成部的靜電電容之差，檢測(cè)與 上述第一側(cè)面及上述第二側(cè)面平行的方向的力。此外，其特征在于，上述電極對(duì)，在與上述 第一側(cè)面正交的上述第三側(cè)面上至少形成2個(gè)，或者，在上述第三側(cè)面和與該第三側(cè)面對(duì) 置的第四側(cè)面這兩方上至少各形成1個(gè)；根據(jù)2個(gè)上述電容形成部的靜電電容之差，檢測(cè) 與上述第三側(cè)面及上述第四側(cè)面平行的方向的力。此情況下，以上述第一可動(dòng)錘部及上述 第二可動(dòng)錘部的任何一個(gè)為上述可動(dòng)錘部，以上述第一聯(lián)結(jié)部及上述第二聯(lián)結(jié)部的任何一 個(gè)為上述聯(lián)結(jié)部，以上述固定部及上述第一可動(dòng)錘部的任何一個(gè)為上述支持部，如果使上 述第一聯(lián)結(jié)部及上述第二聯(lián)結(jié)部的任何一個(gè)在與平行于上述基板的二維平面正交的上述Z 方向上變形的話，就能檢測(cè)Z方向的物理量。除此之外，使上述第一聯(lián)結(jié)部及上述第二聯(lián)結(jié) 部的任何的另一個(gè)在上述二維平面上的正交二軸X、Y至少一方向上變形。而且，如果上述 第一可動(dòng)錘部及上述第二可動(dòng)錘部的任何的另一個(gè)包含向上述二維平面上的正交二軸X、Y 至少一方向突出的突出可動(dòng)電極部，上述固定部及上述第一可動(dòng)錘部的任何的另一個(gè)具有 與上述突出可動(dòng)電極部對(duì)置的突出固定電極部的話，則除Z方向外，還能檢測(cè)Χ、Υ方向的一 方或雙方的物理量。也就是說(shuō)，在第二可動(dòng)錘部成為相對(duì)第一可動(dòng)錘部(支持部)在Z方向上改變位 置的可動(dòng)錘部的情況下，第二聯(lián)結(jié)部作為在Z方向上彈性變形的聯(lián)結(jié)部起作用。此時(shí)，第一 可動(dòng)錘部相對(duì)固定部通過(guò)第一聯(lián)結(jié)部在x、Y方向的一方或雙方上改變位置，有助于檢測(cè)X、 Y方向的一方或雙方的物理量。與此相反，在第一可動(dòng)錘部成為相對(duì)固定部(支持部)在Z方向上改變位置的可動(dòng)錘部的情況下，第一聯(lián)結(jié)部作為在Z方向上彈性變形的聯(lián)結(jié)部起作 用。此時(shí)，第二可動(dòng)錘部相對(duì)第一可動(dòng)錘部通過(guò)第二聯(lián)結(jié)部在X、Y方向的一方或雙方上改 變位置，有助于檢測(cè)X、Y方向的一方或雙方的物理量。此外，在某一實(shí)施方式中，也可作為裝載上述MEMS傳感器的電子設(shè)備。如果在電 子設(shè)備中裝載本申請(qǐng)發(fā)明的MEMS傳感器，則能提供一種Z方向的檢測(cè)靈敏度優(yōu)良的電子設(shè)備。


圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的加速度傳感器模塊的示意性圖。圖2是與圖1基本結(jié)構(gòu)相同、形狀不同的傳感器模塊的平面圖。圖3是圖2的I-I剖面圖。圖4是設(shè)置在可動(dòng)錘部的插塞的橫剖面圖。圖5是加速度傳感器模塊的方框圖。圖6(A)及圖6(B)是用于說(shuō)明C/V轉(zhuǎn)換電路(電荷靈敏放大器charge sensitive amplifier)的結(jié)構(gòu)及其工作的圖。圖7(A) 圖7(D)是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的加速度傳感器模塊的制造工藝 的概況的圖。圖8是本發(fā)明的第二實(shí)施方式的加速度傳感器模塊的示意性圖。圖9是本發(fā)明的第三實(shí)施方式的加速度傳感器模塊的示意性圖。圖10是表示圖9所示的固定 可動(dòng)電極部的剖面結(jié)構(gòu)的圖。圖11是適用于本發(fā)明的第三實(shí)施方式的C/V轉(zhuǎn)換電路的電路圖。圖12是表示在三軸XYZ方向的加速度傳感器中應(yīng)用本發(fā)明的第四實(shí)施方式的圖。圖13是表示在三軸XYZ方向的加速度傳感器中應(yīng)用本發(fā)明的第五實(shí)施方式的圖。圖14是表示在三軸XYZ方向的加速度傳感器中應(yīng)用本發(fā)明的第六實(shí)施方式的圖。符號(hào)說(shuō)明10A加速度傳感器模塊，20A集成電路部，24A、24B、24C CV轉(zhuǎn)換電路，26模擬-數(shù) 字轉(zhuǎn)換電路，28CPU，30接口電路，40阱(雜質(zhì)層)，41柵氧化膜，42熱氧化膜，100A 100E 加速度傳感器(MEMS傳感器)，101基板，110固定框架部(支持部)，111第一空隙部，112 第二空隙部，120A 120E 可動(dòng)錘部，121A 121E 導(dǎo)電層，122A 122C、122E層間絕緣 層，122D保護(hù)層，123A 123C插塞，123-X沿X方向形成為壁狀的插塞，123-Y沿Y方向形成 為壁狀的插塞，126貫通孔，130A 130F2聯(lián)結(jié)部(彈簧部)，130D1第一聯(lián)結(jié)部，130D2第二 聯(lián)結(jié)部，140A 140F可動(dòng)電極部，140DX 140FX、140DY 140FY第二可動(dòng)電極部，150A 150DZ 固定電極部，150DX 150FX、150DY 150FY第二固定電極部，200絕緣層，201導(dǎo)電 層，202插塞
具體實(shí)施例方式下面，詳細(xì)地說(shuō)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。再有，以下說(shuō)明的本實(shí)施方式不是用來(lái)不 恰當(dāng)?shù)叵薅?quán)利要求范圍所述的本發(fā)明的內(nèi)容的，本實(shí)施方式中說(shuō)明的結(jié)構(gòu)的全部作為本 發(fā)明的解決手段不限于是必需的。
1、第一實(shí)施方式此第一實(shí)施方式適用于作為基板的垂直方向的Z方向的加速度傳感器模塊，利用 晶片工藝一體形成傳感器芯片和IC芯片。1.1、MEMS 傳感器圖1是搭載了應(yīng)用本發(fā)明的MEMS傳感器的第一實(shí)施方式的MEMS部100A的加速 度傳感器模塊IOA的示意性圖。第一實(shí)施方式的MEMS傳感器100A，例如包括包含可動(dòng)電 極部(第一可動(dòng)電極部)140A的可動(dòng)錘部120A ；隔著第一空隙部111配置在可動(dòng)錘部120A 的周圍的支持部(也稱為固定框架部)110;具有隔著第一空隙部111與可動(dòng)電極部140A的 可動(dòng)電極面相對(duì)置的對(duì)置電極面的固定電極部(第一固定電極部)150A;以及相對(duì)支持部 110聯(lián)結(jié)支持可動(dòng)錘部120A，并且能使對(duì)置電極面和可動(dòng)電極面的對(duì)置面積變化的能夠發(fā) 生彈性變形的聯(lián)結(jié)部130A。在本實(shí)施方式中，可動(dòng)錘部120A的移動(dòng)方向是與圖1的二維坐 標(biāo)的XY平面正交的Z方向。1. 2、可動(dòng)錘部圖2是裝載了應(yīng)用本發(fā)明的MEMS傳感器的第一實(shí)施方式的MEMS部100A的加速度 傳感器模塊IOA的示意性平面圖，雖然可動(dòng)錘部120A、可動(dòng)電極部140A及固定電極部150A 等形狀與圖1不同，但基本結(jié)構(gòu)與圖1相同。圖3是圖2的I-I剖面圖。在此加速度傳感器 模塊IOA中與MEMS部100A —起裝載集成電路部(CMOS電路部)20A，兼用集成電路部(也 稱為CMOS集成電路部)20A的制造工藝工序能形成MEMS部100A。MEMS部100A在固定框架部(廣義地講支持部)110的內(nèi)側(cè)的第一空隙部111內(nèi)具 有通過(guò)聯(lián)結(jié)部130A在Z方向上以能移動(dòng)的方式被支持的可動(dòng)錘部120A。此可動(dòng)錘部120A 具有規(guī)定的質(zhì)量，例如如果從可動(dòng)錘部120A停止的狀態(tài)在Z方向上對(duì)可動(dòng)錘部120A作用 加速度，則對(duì)可動(dòng)錘部120A作用與加速度相反方向的力，使可動(dòng)錘部120A移動(dòng)。在此，在說(shuō)明可動(dòng)錘部120A的結(jié)構(gòu)之前，參照?qǐng)D7(A)說(shuō)明集成電路部20A。圖 7(A)表示完成CMOS集成電路部20A的制造，MEMS部100A的制造中途的工藝。在圖7㈧ 中，在基板例如P型半導(dǎo)體基板101中形成雜質(zhì)層例如N型阱(well) 40，在阱40內(nèi)形成源 S、漏D及溝道C。在溝道C上隔著柵氧化膜41形成柵電極G(也稱為導(dǎo)電層121A)。再有， 在用于元件隔離的場(chǎng)區(qū)域(包含MEMS部100A)中形成熱氧化膜42作為場(chǎng)氧化膜。如此這 樣，在硅基板101上形成晶體管T，通過(guò)對(duì)此晶體管T進(jìn)行布線，完成CMOS集成電路部20A。 再有，在圖7(A)中，通過(guò)形成在層間絕緣層122A 122C間的導(dǎo)電層121B 121D及插塞 123A 123C，對(duì)晶體管T的源S、漏D及柵G進(jìn)行布線。再有，在最上層形成保護(hù)層122D。 此外，總稱MEMS部100A的柵氧化膜41和熱氧化膜42也稱為絕緣膜124。如圖3所示，可動(dòng)錘部120A結(jié)構(gòu)為可包括多個(gè)導(dǎo)電層121A 121D ；配置在多個(gè) 導(dǎo)電層121A 121D間的多個(gè)層間絕緣層122A 122C ；以及填充在貫通多個(gè)層間絕緣層 122A 122C的各層而形成的槽圖形中的插塞123A 123C。為了增加可動(dòng)錘部120A的質(zhì) 量的目的，可動(dòng)電極部140A既可以在導(dǎo)電層121A的下層存在絕緣層124A，也可以在最上層 具有保護(hù)層122D。貫通多個(gè)層間絕緣層122A 122C的各層而形成的槽圖形，例如是格子狀圖形，以 格子狀形成插塞123B 123C。此外，作為插塞123A 123C的材質(zhì)，比層間絕緣層122A 122C比重更大是必要條件，如果兼用于使插塞123B 123C導(dǎo)通的話，則使用導(dǎo)電材料。
在本實(shí)施方式中，基板101上的最下層的導(dǎo)電層121A是形成在圖7的集成電路部 20A的硅基板101上的絕緣膜124上的例如多晶硅層，其它三層的導(dǎo)電層121B 121D是金 屬層，例如是A1層。此外，插塞123A 123C是金屬，例如用鎢形成。在此，在層間絕緣層122A 122C的圖中Z方向上連續(xù)地形成在可動(dòng)錘部120A的 各層中形成的插塞123A 123C。圖4表示可動(dòng)錘部120A的橫剖面。設(shè)二維平面的正交二 軸為X方向和Y方向時(shí)，在本實(shí)施方式中，在各層中形成的插塞123A 123C，包含沿X方向 以壁狀延伸的插塞123-X、和沿Y方向以壁狀延伸的插塞123-Y，且被形成為格子狀。如此，由于本實(shí)施方式的可動(dòng)錘部120A的結(jié)構(gòu)，與普通的IC剖面相同，包含多個(gè) 導(dǎo)電層121A 121D、層間絕緣層122A 122C、和插塞123A 123C，所以能兼用集成電路 部20A的制造工序形成。而且，利用兼用集成電路部20A的制造工序形成的部件，有助于可 動(dòng)錘部120A的重量增加。特別地，設(shè)計(jì)兼用IC制造工序形成的可動(dòng)錘部120A，以使得在各層中形成的插 塞123A 123C可提高可動(dòng)錘部120A的質(zhì)量。按照上述方式，由于在各層中形成的插塞 123A 123C含有2種插塞123-X和插塞123-Y，所以能通過(guò)各插塞123X、插塞123-Y的壁 狀部分增大重量。在本實(shí)施方式中，為了進(jìn)一步增加可動(dòng)錘部120A的重量，形成覆蓋最上層的導(dǎo)電 層121D的保護(hù)層122D。為了使可動(dòng)錘部120A能夠在與基板101垂直的Z方向上移動(dòng)，可動(dòng)錘部120A不 僅需要其側(cè)方的空隙部111，在下側(cè)也需要形成空間。為此，在可動(dòng)錘部120A的最下層即導(dǎo) 電層121A或絕緣層124的下方，蝕刻去除硅基板101，形成第二空隙部112 (參照?qǐng)D3)。再有，可動(dòng)錘部120A在不形成插塞123A 123C的區(qū)域中具有上下貫通的一個(gè)或 多個(gè)貫通孔126 (參照?qǐng)D1及圖2)。形成此貫通孔126作為用于通過(guò)蝕刻工藝形成空隙部 112的氣體通路?？蓜?dòng)錘部120A由于減輕僅形成貫通孔126部分的重量，所以能在可執(zhí)行 蝕刻工藝的范圍內(nèi)決定貫通孔126的孔徑和數(shù)量。1.3、聯(lián)結(jié)部按照上述方式，為了在在側(cè)方形成第一空隙部111、在下方形成第二空隙部112的 區(qū)域中以能移動(dòng)的方式支持可動(dòng)錘部120A，而設(shè)置聯(lián)結(jié)部130A。介于固定框架部110和可 動(dòng)錘部120A之間配置此聯(lián)結(jié)部130A。聯(lián)結(jié)部130A是能夠彈性變形的，以便允許可動(dòng)錘部120A在圖3的錘可動(dòng)方向(Z 方向)上移動(dòng)。聯(lián)結(jié)部130A也和可動(dòng)錘部120A相同，兼用集成電路部20A的形成工藝來(lái) 形成。在本實(shí)施方式中，聯(lián)結(jié)部130A，除絕緣層122A 122D之外，作為例如具有最上層的 導(dǎo)電層121D的剖面結(jié)構(gòu)(即不存在導(dǎo)電層121A 121C和插塞123A 123C)，確保彈性。1.4、可動(dòng)電極部和固定電極部本實(shí)施方式是靜電電容型加速度傳感器，如圖1 圖3所示，具有通過(guò)加速度的作 用使對(duì)置電極間的面積變化的可動(dòng)電極部140A及固定電極部150A(150A1、150A2)?？蓜?dòng) 電極部140A與可動(dòng)錘部120A —體化，例如比可動(dòng)錘部120A突出地形成可動(dòng)電極部140A。 固定電極部150A被一體化在支持固定框架部110的基板110上。固定電極部150A也與可動(dòng)錘部120A相同，兼用集成電路部20A的形成工藝來(lái)形 成。
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在本實(shí)施方式中，如圖1及3所示，在Z方向上設(shè)置2個(gè)固定電極部150A，將它們 稱為第一電極部150A1和第二電極部150A2。如圖3所示，第一電極部150A1和第二電極部 150A2由層間絕緣層122B來(lái)絕緣。在本實(shí)施方式中，由于在層間絕緣層122B中沒(méi)有形成插 塞123B，所以第一電極部150A1和第二電極部150A2由層間絕緣層122B來(lái)絕緣。此外，如 果進(jìn)行另一種考慮，則可以說(shuō)可動(dòng)電極部140A和固定電極部150A具有插塞彼此對(duì)置的對(duì) 置區(qū)域、和插塞彼此不對(duì)置的非對(duì)置區(qū)域。再有，在第一實(shí)施方式中，相對(duì)一個(gè)可動(dòng)電極部140A設(shè)置第一及第二電極部 150A1、150A2，能夠以含有可動(dòng)電極部140A的可動(dòng)錘部120A為基準(zhǔn)電位(例如接地電位)。 與此相反，也可以相對(duì)一個(gè)固定電極部，在可動(dòng)電極部上設(shè)置第一及第二電極部。此情況 下，可動(dòng)錘部120A必須與第一電極部的通電路徑和第二電極部的通電路徑絕緣隔離。1. 5、加速度傳感器的檢測(cè)原理圖5是本實(shí)施方式的加速度傳感器模塊IOA的方框圖。MEMS部100A由可動(dòng)電極 部140A和固定電極部150A構(gòu)成可變電容器C。電容器C的一極(例如可動(dòng)電極部)的電 位是基準(zhǔn)電位(例如接地電位)。集成電路部20A例如包括C/V轉(zhuǎn)換電路24、模擬校正及A/D轉(zhuǎn)換電路單元26、中 央運(yùn)算單元(CPU) 28及接口(I/F)電路30。但是，此結(jié)構(gòu)是一個(gè)例子，并不限于此結(jié)構(gòu)。例 如，CPU28能被替換成控制邏輯，此外，A/D轉(zhuǎn)換電路也可以設(shè)置在C/V轉(zhuǎn)換電路24的輸出級(jí)。如果從可動(dòng)錘部120A停止的狀態(tài)對(duì)可動(dòng)錘部120A作用加速度，則會(huì)對(duì)可動(dòng)錘部 120A作用與加速度相反方向的力，可動(dòng) 固定電極對(duì)的各對(duì)置電極面積變化。例如，如果可 動(dòng)錘部120A向圖3的上方移動(dòng)的話，則雖然可動(dòng)電極部140A和第一電極部150A1的對(duì)置 電極面積沒(méi)有變化，但可動(dòng)電極部140A和第二電極部150A2的對(duì)置電極面積變小。由于對(duì) 置電極面積和靜電電容處于比例的關(guān)系，所以由可動(dòng)電極部140A和第二電極部150A2形成 的電容器C2的靜電電容值變小。相反，如果可動(dòng)錘部120A向圖3的下方移動(dòng)的話，則雖然 可動(dòng)電極部140A和第二電極部150A2的對(duì)置電極面積沒(méi)有變化，但可動(dòng)電極部140A和第 一電極部150A1的對(duì)置電極面積變小。由此，電容器Cl的靜電電容變小。如此，如果相對(duì) 一個(gè)可動(dòng)電極部140A設(shè)置2個(gè)固定電極部150A1、150A2，則通過(guò)使任何一個(gè)固定電極部的 靜電電容變化，也能檢測(cè)加速度的方向。毫無(wú)疑問(wèn)，按照僅進(jìn)行Z方向的上或下的一方向的 檢測(cè)的方式，通過(guò)相對(duì)一個(gè)可動(dòng)電極部設(shè)置一個(gè)固定電極部，就能夠檢測(cè)物理量。如上所述，如果電容器Cl、C2的電容值變化，依據(jù)Q = CV就會(huì)產(chǎn)生電荷的移動(dòng)。 C/V轉(zhuǎn)換電路24，例如具有使用開關(guān)電容器的電荷靈敏放大器，電荷靈敏放大器通過(guò)取樣 工作及積分(放大)工作，將因電荷的移動(dòng)而產(chǎn)生的微小的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。從 C/V轉(zhuǎn)換電路24輸出的電壓信號(hào)(S卩，由物理量傳感器檢測(cè)出的物理量信號(hào))，通過(guò)模擬校 正及A/D轉(zhuǎn)換電路單元26接受校準(zhǔn)處理(例如相位和信號(hào)振幅的調(diào)整等，還可以進(jìn)行低通 濾波處理)后，從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。如圖1所示，在電容Cl和電容C2上分別連接C/V轉(zhuǎn)換電路24A、24B，能在各C/V 轉(zhuǎn)換電路24A、24B的后級(jí)設(shè)計(jì)差動(dòng)信號(hào)生成部15。此差動(dòng)信號(hào)生成部25在對(duì)應(yīng)電容Cl及 C2的電壓分別為VA、VB時(shí)，由VA-VB、VB-VA的各運(yùn)算生成差動(dòng)信號(hào)。當(dāng)可動(dòng)電極部140A 改變位置時(shí)，使如此得到的差動(dòng)信號(hào)VA-VB、VB-VA雙方變化。在圖1中，通過(guò)進(jìn)一步差動(dòng)放大此差動(dòng)信號(hào)，來(lái)生成對(duì)應(yīng)加速度的大小和方向的電壓。在此，使用圖6 (A)及圖6⑶說(shuō)明C/V轉(zhuǎn)換電路24 (還包含24A、24B)的結(jié)構(gòu)和工 作。圖6(A)是表示使用開關(guān)電容器的電荷靈敏放大器的基本結(jié)構(gòu)的圖，圖6(B)是表示圖 6(A)所示的電荷靈敏放大器的各部的電壓波形的圖。如圖6(A)所示，C/V轉(zhuǎn)換電路具有第一開關(guān)SW1及第二開關(guān)SW2(與可變電容C 一起構(gòu)成輸入部的開關(guān)電容器)，運(yùn)算放大器(0PA) 1，反饋電容(積分電容)Cc，用于復(fù)位反 饋電容Cc的第三開關(guān)SW3，用于取樣運(yùn)算放大器(0PA) 1的輸出電壓Vc的第四開關(guān)SW4，和 保持電容Ch。如圖6 (B)所示，第一開關(guān)SW1及第三開關(guān)SW3由同相的第一時(shí)鐘控制接通/斷開， 第二開關(guān)SW2由與第一塊時(shí)鐘反相的第二時(shí)鐘控制接通/斷開。第四開關(guān)SW4在第二開關(guān) SW2接通期間的最后短暫接通。第一開關(guān)SW1 —旦接通，就會(huì)在可變電容C的兩端施加規(guī) 定的電壓Vd,電荷會(huì)貯存在可變電容C中。此時(shí)，由于第三開關(guān)SW3是接通狀態(tài)，所以反饋 電容Cc是復(fù)位狀態(tài)(兩端短路的狀態(tài))。接著，斷開第一開關(guān)SW1及第三開關(guān)SW3，并接通 第二開關(guān)SW2時(shí)，由于可變電容C的兩端同時(shí)變?yōu)榻拥仉娢唬再A存在可變電容C中的電 荷就會(huì)向運(yùn)算放大器(0PA)1移動(dòng)。此時(shí)，為了保存電荷量，使Vd = Vc *Cc成立，因此， 運(yùn)算放大器(0PA)1的輸出電壓Vc變?yōu)?C/Cc) Vd。即，電荷靈敏放大器的增益由可變電 容C的電容值和反饋電容Cc的電容值之比決定。接著，當(dāng)使第四開關(guān)(取樣開關(guān))SW4接 通時(shí)，則運(yùn)算放大器(0PA)1的輸出電壓Vc由保持電容Ch來(lái)保持。保持的電壓是Vo，此Vo 為電荷靈敏放大器的輸出電壓。再有，以上說(shuō)明的C/V轉(zhuǎn)換電路的結(jié)構(gòu)例是一個(gè)例子，并不限于此結(jié)構(gòu)。此外，在 圖1中，雖然為了便于說(shuō)明，僅圖示1對(duì)可動(dòng) 固定電極對(duì)，但并不限于此方式，可以按照如 圖2所示的所需的電容值增加電極對(duì)的數(shù)。1.6、制造方法參照?qǐng)D7㈧ 圖7(D)，說(shuō)明圖1所示的加速度傳感器模塊10A的制造方法的概況。1. 6. 1、導(dǎo)電層、插塞、絕緣層的形成工序圖7 (A)表示完成CMOS集成電路部200A，加速度傳感器100A未完成狀態(tài)。通過(guò)公 知的工藝制造圖7㈧所示的CMOS集成電路部20A。在圖7㈧中，首先，對(duì)基板例如P型硅半導(dǎo)體基板101進(jìn)行表面氧化后，以通過(guò)光 刻工序構(gòu)圖的氮化膜等為掩模，熱氧化場(chǎng)區(qū)域，形成L0C0S42。接著，形成與基板101不同 極性的例如N型阱(雜質(zhì)層)40。接著，熱氧化基板101的整面，形成成為柵氧化膜的絕緣 層(例如3102膜)41。并且，在絕緣層41上沉積第一導(dǎo)電層的材料例如多晶硅，使用通過(guò) 光刻工序構(gòu)圖的抗蝕劑膜進(jìn)行蝕刻，形成第一導(dǎo)電層121A。此第一導(dǎo)電層121A與柵電極G 的形成工序同時(shí)實(shí)施。在本實(shí)施方式中，通過(guò)CVD (Chemical Vapor Deposition)以100 5000A (埃angstrom，以下相同)的膜厚形成多晶硅層(Poly-Si)，通過(guò)光刻工序進(jìn)行構(gòu)圖 蝕刻，形成第一導(dǎo)電層121A。第一導(dǎo)電層121A，除多晶硅外，還可用硅化物、高熔點(diǎn)金屬等 來(lái)形成。接著，在阱40內(nèi)通過(guò)雜質(zhì)注入形成源S、漏D，在它們之間形成溝道C。像這樣，在 集成電路部20A中形成N型及P型晶體管T。接著，在對(duì)此晶體管T進(jìn)行布線的同時(shí)，使用此布線層，在MEMS部100A中也形成布線層。首先，在整面沉積氧化膜后，形成具有使用通過(guò)光刻工序來(lái)進(jìn)行構(gòu)圖的抗蝕劑膜 而形成的接觸孔的層間絕緣層122A。在此層間絕緣層122A的接觸孔中形成第一層插塞 123A，并且在層間絕緣層122A上形成與插塞123A連接的第二層導(dǎo)電層(本實(shí)施方式中為 第一金屬層)121B。在本實(shí)施方式中，通過(guò)利用CVD以10000 20000A的膜厚形成例如NSG、BPSG、 SOG、TEOS等材料，來(lái)形成第一層間絕緣層122A。此后，使用光刻工序構(gòu)圖蝕刻第一層間絕 緣層122A，形成埋入形成第一插塞123A的埋置槽圖形。然后，利用濺射或CVD等在此埋置 槽圖形中埋入W、TiW、TiN等材料。此后，通過(guò)使用回蝕法(etching back)等去除第一層間 絕緣層122A上的導(dǎo)電層材料，完成第一插塞123A。也可以進(jìn)行CMP (Chemical Mechanical Polishing)工序?qū)Υ说谝徊迦?23A進(jìn)行平坦化。再有，例如可以順序?yàn)R射阻擋鍍層、高熔 點(diǎn)金屬例如鎢及覆蓋金屬(capmetal)，來(lái)形成此插塞123A。由此，可向晶體管T的柵G、源 S及漏D連接。第二導(dǎo)電層121B可構(gòu)成為使用Ti、TiN、TiW、TaN、WN、VN、&N、NbN等作為阻擋 層，使用Al、Cu、Al合金、Mo、Ti、Pt等作為金屬層，使用TiN、Ti、非晶硅Si等作為防反射層 的多層結(jié)構(gòu)。再有，關(guān)于第三、四導(dǎo)電層121C、121D的形成材料，也能與第二導(dǎo)電層121B相 同。可通過(guò)濺射以100 1000A的膜厚形成阻擋層，可通過(guò)濺射、真空蒸鍍或CVD以5000 10000A的膜厚形成金屬層，可通過(guò)濺射或CVD以100 1000A的膜厚形成防反射層。接著，形成第二層間絕緣層122B、第二插塞123B及第三導(dǎo)電層121C。與第一層 間絕緣層122A相同，在形成第二層間絕緣層122B后，使用光刻工序構(gòu)圖蝕刻第二層間絕 緣層122B，形成埋入形成第二插塞123B的埋置槽圖形。然后，通過(guò)濺射或CVD等在此埋置 槽圖形中埋入與第一插塞123A相同的材料。此后，通過(guò)利用回蝕法等去除第二層間絕緣 層122B上的導(dǎo)電層材料，完成第二插塞123B。此外，也可以進(jìn)行CMP (ChemicalMechanical Polishing)工序進(jìn)行平坦化。此后，形成第三導(dǎo)電層121C。此第三導(dǎo)電層121C與集成電 路部20A的第二金屬布線層的形成工序同時(shí)實(shí)施。第三導(dǎo)電層121C的形成圖形，在對(duì)應(yīng)可 動(dòng)錘部120A的區(qū)域中，實(shí)質(zhì)上與第二導(dǎo)電層121B的形成圖形是相同的。接著，形成第三層間絕緣層122C、第三插塞123C、第四導(dǎo)電層121D及保護(hù)層122D。 與第一、第二層間絕緣層122A、122B相同，在形成第三層間絕緣層122C后，使用光刻工序構(gòu) 圖蝕刻第三層間絕緣層122C，形成埋入形成第三插塞123C的埋置槽圖形。然后，通過(guò)濺射 或CVD等在此埋置槽圖形中埋入與第一、第二插塞123A、123B相同的材料。此后，通過(guò)利用 回蝕法等去除第三層間絕緣層122C上的導(dǎo)電層材料，完成第三插塞123C。此外，也可以進(jìn) 行CMP(Chemical Mechanical Polishing)工序進(jìn)行平坦化。此第三插塞123C的平面圖形， 實(shí)質(zhì)上與第二插塞123B的平面圖形是相同的。第四導(dǎo)電層121D與集成電路部20A的第三金屬布線層的形成工序同時(shí)實(shí)施。第四 導(dǎo)電層121D的形成圖形在對(duì)應(yīng)可動(dòng)錘部120A的區(qū)域中，實(shí)質(zhì)上與第二、第三導(dǎo)電層121B、 121C的形成圖形是相同的。在本實(shí)施方式中，如圖3所示，第四導(dǎo)電層121D從對(duì)應(yīng)聯(lián)結(jié)部 130A的區(qū)域引出到對(duì)應(yīng)固定框架部110的區(qū)域上，能夠作為用于在集成電路部20A側(cè)進(jìn)行 布線連接的布線圖形利用。由此，可動(dòng)電極部140A就能通過(guò)可動(dòng)錘部120A及聯(lián)結(jié)部130A 的導(dǎo)電層與集成電路部120A連接。如此，如果是MEMS單片電路的結(jié)構(gòu)的話，則不需要用導(dǎo)線鍵合(wire bonding)進(jìn)行連接，由于能通過(guò)布線層的圍繞進(jìn)行最短地連接，所以能縮短 布線距離，減少布線電容，能提高感應(yīng)精度(耐噪聲性)。例如通過(guò)CVD粘貼5000 20000A 的膜厚的PSiN、SiN、Si02等形成保護(hù)層122D。如此，能夠使用CMOS集成電路部20A的形成所需的多個(gè)導(dǎo)電層121A 121D、多個(gè) 層間絕緣層122A 122C、多個(gè)插塞123A 123C、和絕緣層124及保護(hù)層122D的一部分或 全部，形成MEMS部100A。在此，最下層的導(dǎo)電層(例如多晶硅層等)121A的下層的絕緣層 124是對(duì)應(yīng)柵氧化膜41和熱氧化膜42的層。此外，在圖7㈧的階段中，由第一 第四導(dǎo)電層121A 121D和連接在其間的各 層的插塞123A 123C形成可動(dòng)電極部140A。此外，由第三、四導(dǎo)電層121C、121D和插塞 123C形成第二固定電極部150A2，由第一、第二導(dǎo)電層121A、121B和插塞123A形成第二固 定電極部150A2。在使第一、第二固定電極部150A1、150A2電絕緣的層間絕緣層122B中不 形成插塞123B。1.6. 2、各向異性蝕刻工序圖7(B)表示第一空隙部111及貫通孔126的形成工序。在圖7(B)的工序中，形 成從保護(hù)層122D表面到達(dá)硅基板101的表面的孔(第一空隙部111及貫通孔126)。為此， 蝕刻層間絕緣層122A 122C、絕緣層124及保護(hù)層122D。此蝕刻工序?yàn)槲g刻深度(例如 4 6iim)相對(duì)孔徑D(例如liim)之比(H/D)為高尺寸比(aspect)的絕緣膜各向異性蝕 刻。通過(guò)此蝕刻，能分離出固定框架部110、可動(dòng)錘部120A及聯(lián)結(jié)部130A。優(yōu)選使用常規(guī)的蝕刻CMOS布線層間的層間絕緣膜的條件進(jìn)行此各向異性蝕刻。 例如，通過(guò)使用CF4、CHF3等混合氣體進(jìn)行干式蝕刻就能加工。1.6. 3、各向同性蝕刻工序圖7(C)表示形成第二空隙部112的硅各向同性蝕刻工序。圖7(D)表示經(jīng)過(guò)圖 7(C)的蝕刻工序完成的加速度傳感器100A。圖7(C)的蝕刻工序，利用由圖7(B)所示的蝕 刻工序形成的空隙部111及貫通孔126作為開口部，蝕刻處于可動(dòng)錘部120A、聯(lián)結(jié)部130A、 可動(dòng)電極部140A及固定電極部150A(150A1、150A2)下方的硅基板101，形成第二空隙部 112。作為此硅蝕刻方法，具有向配置在蝕刻室內(nèi)的晶片導(dǎo)入蝕刻氣體方法。此蝕刻 氣體不需要進(jìn)行等離子體激勵(lì)，就能進(jìn)行氣體蝕刻。例如，按照特開2002-1137004評(píng)2可進(jìn) 行壓力5kPa的蝕刻處理。此外，XeF2在蒸汽壓為4Torr左右，在蒸汽壓以下可進(jìn)行蝕刻處 理，作為蝕刻速度可期待3 4 y m/min。此外，還能使用ICP蝕刻。例如，使用SF6和02的 混合氣體，室內(nèi)壓力為1 lOOPa，如果提供約RF功率100W的話，則幾分鐘完成2 3 y m 的蝕刻。2、第二實(shí)施方式圖8是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式的剖面圖，示出與第一實(shí)施方式的圖3不同的 電極面結(jié)構(gòu)。在圖3中，第一電極部150A1由導(dǎo)電層121C、121D和連接在其間的插塞123C 構(gòu)成，第二電極部150A2由導(dǎo)電層121A、121B和連接在其間的插塞123A構(gòu)成。導(dǎo)電層121A 是與其它的導(dǎo)電層121B 121D材質(zhì)不同的多晶硅層，由于厚度不同，所以如果在第二電極 部150A2側(cè)含有導(dǎo)電層121A的話，則即使第一、第二電極部150A1、150A2分別等于例如導(dǎo) 電層的數(shù)，在Z方向中的長(zhǎng)度也容易產(chǎn)生差異。在第二實(shí)施方式中，多晶硅層即第一導(dǎo)電層121A不作為固定電極部150B1、150B2
14起作用。即，在圖8中，第一電極部150B 1由導(dǎo)電層121D、121E和連接在其間的插塞123D 構(gòu)成，第二電極部150B2由導(dǎo)電層121B、121C和連接在其間的插塞123B構(gòu)成。于是，雖然追 加第五導(dǎo)電層121E、第四插塞123D及層間絕緣層122E，也容易使第一、第二電極部150B1、 150B2的Z方向長(zhǎng)度相等。再有，在第二實(shí)施方式中，也可以相對(duì)一個(gè)固定電極部設(shè)置第一、 第二可動(dòng)電極部。3、第三實(shí)施方式圖9表示本發(fā)明的第三實(shí)施方式。在圖9中對(duì)于具有與圖1相同功能的部件付與 相同符號(hào)。此模塊IOC的可動(dòng)錘部120C、聯(lián)結(jié)部130C、可動(dòng)電極部140C、固定電極部150C 具有與圖1不同的剖面結(jié)構(gòu)。作為剖面結(jié)構(gòu)不同的結(jié)果，可動(dòng)電極部140C的上端處于比第 一電極部150C的上端更下方，可動(dòng)電極部140C的下端處于比第二電極部150C2的下端更上方。這樣的可動(dòng)電極部140C、第一電極部150C1、第二電極部150C2，如圖10所示，通過(guò) 選擇地設(shè)置形成在各層的絕緣層200上的導(dǎo)電層201及或形成在絕緣層200內(nèi)的插塞202 就能實(shí)現(xiàn)。但是，在可動(dòng)錘部，優(yōu)選在所有的層中形成導(dǎo)電層及插塞，使其質(zhì)量增大。如此， 可動(dòng)錘部、可動(dòng)電極部、固定電極部可不必是相同剖面結(jié)構(gòu)，只要是能使用形成可動(dòng)錘部的 疊層結(jié)構(gòu)體的結(jié)構(gòu)的一部分或全部即可。在圖9中，與圖1不同，當(dāng)可動(dòng)電極部140C位置變化時(shí)，電容Cl、C2相應(yīng)地變化。 即，如果可動(dòng)電極部140C向圖9的Z方向的上方移動(dòng)的話，則可動(dòng)電極部140C和第一電極 部150C1的對(duì)置電極面積變小，另一方面，可動(dòng)電極部140C和第二電極部150C2的對(duì)置電 極面積變大。因此，電容Cl變小，相反地電容C2變大。相反地，如果可動(dòng)電極部140C向圖 9的Z方向的下方移動(dòng)的話，則可動(dòng)電極部140C和第一電極部150C1的對(duì)置電極面積變大， 另一方面，可動(dòng)電極部140C和第二電極部150C2的對(duì)置電極面積變小。因此，電容Cl變大， 相反地電容C2變小。此情況下，不需要圖1的差動(dòng)信號(hào)生成部25，圖9的C/V轉(zhuǎn)換電路24C，可使用圖11 所示的差動(dòng)結(jié)構(gòu)的電荷靈敏放大器。在圖11所示的電荷靈敏放大器中，在輸入級(jí)設(shè)置用 于放大來(lái)自可變電容Cl的信號(hào)的第一開關(guān)電容放大器(switched capacitor amplifier) (Sffla, Sff2a, OPAla、Cca、SW3a)、和用于放大來(lái)自可變電容C2的信號(hào)的第二開關(guān)電容放大 器(SWlb、Sff2b, OPAlb, Ccb, SW3b)。而且，將運(yùn)算放大器(OPA) Ia及Ib的各輸出信號(hào)(差 動(dòng)信號(hào))輸入到設(shè)置在輸出級(jí)的差動(dòng)放大器(0PA2、電阻Rl R4)。其結(jié)果，從運(yùn)算放大器 (OPA) 2輸出放大了的輸出信號(hào)Vo。通過(guò)使用差動(dòng)放大器能得到可去除基底噪聲這樣的效^ ο4、第四實(shí)施方式接著，參照?qǐng)D12，說(shuō)明本發(fā)明的第四實(shí)施方式。再有，在以下的說(shuō)明中僅說(shuō)明第四 實(shí)施方式與第三實(shí)施方式不同的點(diǎn)。第四實(shí)施方式的加速度傳感器模塊IOD適用于3軸 XYZ方向的加速度傳感器模塊，與第一實(shí)施方式相同，利用晶片工藝可一體形成傳感器芯片 和IC芯片。在第四實(shí)施方式中，加速度傳感器100D具有可動(dòng)錘部120D。此可動(dòng)錘部120D除在與平行于基板的二維平面正交的Z方向上外，還在二維平面 上的正交二軸Χ、γ的至少一方向上能彈性變形地由聯(lián)結(jié)部130D支持。在本實(shí)施方式中，聯(lián) 結(jié)部130D沿可動(dòng)錘部120D的平面上的第一、第二對(duì)角線方向a、b具有4根Z方向彈性變形部130DZ。此Z方向彈性變形部130DZ僅在Z方向上彈性變形。在沿對(duì)角線方向a的2個(gè) Z方向彈性變形部130DZ的中途，設(shè)置具有空心部130F的環(huán)狀的a方向彈性變形部130Da。 在沿對(duì)角線方向b的2個(gè)Z方向彈性變形部130DZ的中途，同樣設(shè)置具有空心部130G的環(huán) 狀的b方向彈性變形部130Db。這些a、b方向彈性變形部130Da、130Db，通過(guò)改變空心部 130F的輪廓形狀，在a方向、b方向上變形，能使可動(dòng)錘部120D在X、Y方向上移動(dòng)。此可動(dòng)錘部120D具有向Y方向突出的第二可動(dòng)電極部140DX、和向X方向突出 的第二可動(dòng)電極部140DY。此外，在支持部110(圖12中省略)中具有與第二可動(dòng)電極部 140DX、140DY相對(duì)置的第二固定電極部150DX、150DY。此外，在此可動(dòng)錘部120D中，與第三 實(shí)施方式的第一、第二電極部150C1、150C2相對(duì)置配置與第三實(shí)施方式同樣地形成的可動(dòng) 電極部140C。當(dāng)可動(dòng)錘部120DX在X方向上移動(dòng)時(shí)，第二固定電極150DX和第二可動(dòng)電極140DX 的對(duì)置間距變化，電容變化。此外，當(dāng)可動(dòng)錘部120D在Y方向上移動(dòng)時(shí)，一個(gè)第二固定電極 150DY和第二可動(dòng)電極140DY的對(duì)置間距增大，與此對(duì)置配置的另一個(gè)第二固定電極150DY 和第二可動(dòng)電極140DY的對(duì)置間距減少，兩者的電容產(chǎn)生差異。由于靜電電容與電極間距 離成反比，所以對(duì)應(yīng)電極間距離的變化，靜電電容變化，因此與在Z方向上具有靈敏度的可 動(dòng)電極部140C和固定電極部150C1、150C2同樣，能檢測(cè)X、Y方向的加速度。再有，在圖12中，由于固定電極部(第一固定電極部)150DZ、第二固定電極部 150DXU50DY都是相同電位(接地電位)，所以可動(dòng)錘部120D能將對(duì)應(yīng)X、Y、Z的3個(gè)電位 輸出給各個(gè)C/V轉(zhuǎn)換器24。與此相反，設(shè)可動(dòng)錘部120D為固定電位，也能分別由形成在固 定電極部中的第一及第二電極部150C1、150C2和第二固定電極部150DX、150DY檢測(cè)對(duì)應(yīng)X、 Y、Z的3個(gè)電位。再有，第二固定電極部140DX及第二可動(dòng)電極部150DX，雖然在圖示中僅形 成了 一對(duì)，但也可以在相對(duì)置的邊上再形成一對(duì)電極對(duì)。此外，可動(dòng)錘部是具有以Z方向?yàn)?法線的第一面及第二面、和聯(lián)結(jié)到第一面及第二面的第一 第四側(cè)面的長(zhǎng)方體形狀，在圖 12中，以第二固定電極和第二可動(dòng)電極為一對(duì)的電極對(duì)，雖然至少在第一側(cè)面、和與第一側(cè) 面相對(duì)置的上述第二側(cè)面上這兩方各形成1個(gè)，但也可以在第一側(cè)面上并列形成2個(gè)電極 對(duì)。再有，在此第四實(shí)施方式中，使用第一 第三實(shí)施方式的任何一個(gè)都能實(shí)施Z方 向檢測(cè)。5、第五實(shí)施方式圖13示出與圖12聯(lián)結(jié)部不同的加速度傳感器100E。支持此加速度傳感器100E 的可動(dòng)錘部120E的聯(lián)結(jié)部沿X、Y具有4根Z方向彈性變形部130EZ。在沿X方向的2個(gè) Z方向彈性變形部130EZ的中途，設(shè)置具有空心部130F的環(huán)狀的X方向彈性變形部130EX。 在沿Y方向的2個(gè)Z方向彈性變形部130EZ的中途，同樣設(shè)置具有空心部130G的環(huán)狀的Y 方向彈性變形部130EY。此情況下也與圖12同樣，能檢測(cè)X、Y、Z方向的加速度。6、第六實(shí)施方式圖14示出具有可動(dòng)錘部120F的加速度傳感器100F。此可動(dòng)錘部120F被分割成 外側(cè)的第一可動(dòng)錘部120F1和內(nèi)側(cè)的第二可動(dòng)錘部120F2。第一可動(dòng)錘部120F1相對(duì)支持 部110 (在圖14中省略)通過(guò)第一聯(lián)結(jié)部130F1例如能在X、Y方向上移動(dòng)。第二可動(dòng)錘部 120F2相對(duì)第一可動(dòng)錘部120F1通過(guò)第二聯(lián)結(jié)部130F2例如能在Z方向上移動(dòng)。與此相反，可以設(shè)外側(cè)的第一可動(dòng)錘部120F1能在Z方向上移動(dòng)，設(shè)內(nèi)側(cè)的第二可動(dòng)錘部120F2能在 X、Y方向上移動(dòng)。第一聯(lián)結(jié)部130F1，沿X、Y方向各具有各2根合計(jì)4根的剛體130F。X方向彈性 變形部130FX在沿X方向的2個(gè)剛體130F的中途，具有空心部130G。Y方向彈性變形部 130FY在沿Y方向的2個(gè)剛體130F的中途，具有空心部130G。由僅在Z方向能彈性變形的 例如2個(gè)Z方向彈性變形部130FZ形成第二聯(lián)結(jié)部130F2。在第一可動(dòng)錘部120F1中，具有向Y方向突出的第一突出可動(dòng)電極部140FX、和向 X方向突出的第二突出可動(dòng)電極部140FY。此外，支持部110(在圖14中省略)中具有與第 一、第二突出可動(dòng)電極部140FX、140FY相對(duì)置的第一、第二突出固定電極部150FX、150FY。 與設(shè)置在第一可動(dòng)錘部120F1中的固定電極部150相對(duì)置地配置設(shè)置在第二可動(dòng)錘部 120F2中的第一、第二可動(dòng)電極部140F1、140F2。與此相反，也可以與設(shè)置在第二可動(dòng)錘部 120F1中的可動(dòng)電極部相對(duì)置地配置設(shè)置在第一可動(dòng)錘部120F2中的第一、第二電極部。此 情況下，也與圖12及圖13同樣，能檢測(cè)X、Y、Z方向的加速度。再有，在圖12 圖14中，也能接受多對(duì)X方向及Y方向的固定電極部和可動(dòng)電極 部的配對(duì)。7、變化例再有，雖然如上所述詳細(xì)地說(shuō)明了本實(shí)施方式，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該能容 易理解可進(jìn)行實(shí)體上未脫離本發(fā)明的新規(guī)事項(xiàng)及效果的多種變形。因此，這樣的變化例應(yīng) 該全部包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如在說(shuō)明書或附圖中，至少一次與更廣義或同義的不同 術(shù)語(yǔ)同時(shí)記載的術(shù)語(yǔ)，在說(shuō)明書或附圖的任何部位，都能替換為此不同的術(shù)語(yǔ)。例如，本發(fā)明的MEMS傳感器不必僅限于適用于靜電電容型加速度傳感器，也能適 用于壓電電阻型的加速度傳感器。此外，如果是通過(guò)可動(dòng)錘部的移動(dòng)檢測(cè)靜電電容的變化 的物理傳感器，就能適用。例如，可適用于陀螺傳感器、壓力傳感器等。此外，不限于上述 實(shí)施例，本申請(qǐng)發(fā)明的MEMS傳感器還可適用于數(shù)字照相機(jī)、汽車導(dǎo)航系統(tǒng)、移動(dòng)電話、移動(dòng) PC、及游戲控制器等電子設(shè)備中。如果使用本申請(qǐng)發(fā)明的MEMS傳感器，特別地能獲得Z方 向的檢測(cè)靈敏度好的電子設(shè)備。
1權(quán)利要求
一種MEMS傳感器，具有支持部；可動(dòng)錘部；聯(lián)結(jié)部，聯(lián)結(jié)上述支持部和上述可動(dòng)錘部，并且能夠發(fā)生彈性變形；第一固定電極部，從上述支持部突出出來(lái)；以及第一可動(dòng)電極部，從上述可動(dòng)錘部突出出來(lái)，并且與上述第一固定電極部對(duì)置配置，在第一方向上層疊導(dǎo)電層和絕緣層來(lái)形成上述可動(dòng)錘部，將比重比上述絕緣層大的插塞埋入上述絕緣層，上述導(dǎo)電層與上述第一可動(dòng)電極部連接，上述第一固定電極部和上述第一可動(dòng)電極部之一在上述第一方向上具有第一電極部和第二電極部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS傳感器，其特征在于， 上述第一電極部和上述第二電極部彼此電隔離。
3.一種MEMS傳感器，具有 支持部；可動(dòng)錘部；聯(lián)結(jié)部，聯(lián)結(jié)上述支持部和上述可動(dòng)錘部，并且能夠發(fā)生彈性變形； 第一固定電極部，從上述支持部突出出來(lái)；以及第一可動(dòng)電極部，從上述可動(dòng)錘部突出出來(lái)，并且與上述第一固定電極部對(duì)置配置， 在第一方向上層疊導(dǎo)電層和絕緣層來(lái)形成上述可動(dòng)錘部， 將比重比上述絕緣層大的插塞埋入上述絕緣層， 上述導(dǎo)電層與上述第一可動(dòng)電極部連接，上述第一固定電極部和上述第一可動(dòng)電極部具有電極相互對(duì)置的對(duì)置區(qū)域和電極不 相互對(duì)置的非對(duì)置區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的MEMS傳感器，其特征在于，使用上述導(dǎo)電層和上述絕緣層來(lái)形成上述第一固定電極部和上述第一可動(dòng)電極部。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的MEMS傳感器，其特征在于， 在上述第一方向上將上述插塞埋入上述絕緣層， 上述插塞是導(dǎo)電性部件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的MEMS傳感器，其特征在于， 上述可動(dòng)錘部具有以上述第一方向?yàn)榉ň€的第一面，相對(duì)平行于上述第一面的第二方向、和平行于上述第一面且與該第二方向正交的第三 方向這兩個(gè)方向，線對(duì)稱地形成上述插塞。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的MEMS傳感器，其特征在于， 與上述支持部相鄰地形成集成電路部，使用上述導(dǎo)電層和上述絕緣層來(lái)形成上述集成電路部。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的MEMS傳感器，其特征在于，該MEMS傳感器具有以第二固定電極部和第二可動(dòng)電極部為1對(duì)的電極對(duì)，其中， 上述第二固定電極部從上述支持部突出出來(lái)，上述第二可動(dòng)電極部從上述可動(dòng)錘部突出出來(lái)，并且與上述第二固定電極部對(duì)置配置，上述可動(dòng)錘部是具有以上述第一方向?yàn)榉ň€的第一面及第二面、和與上述第一面及上 述第二面聯(lián)結(jié)的第一 第四側(cè)面的長(zhǎng)方體形狀，在上述第一側(cè)面上至少形成2個(gè)上述電極對(duì)，或者，在上述第一側(cè)面和與上述第一側(cè) 面對(duì)置的上述第二側(cè)面這兩個(gè)側(cè)面上至少各形成1個(gè)上述電極對(duì)，根據(jù)2個(gè)上述電容形成部的靜電電容之差，檢測(cè)與上述第一側(cè)面及上述第二側(cè)面平行 的方向的力。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的MEMS傳感器，其特征在于，在與上述第一側(cè)面正交的上述第三側(cè)面上至少形成2個(gè)上述電極對(duì)，或者，在上述第 三側(cè)面和與該第三側(cè)面對(duì)置的第四側(cè)面這兩個(gè)側(cè)面上至少各形成1個(gè)上述電極對(duì)，根據(jù)2個(gè)上述電容形成部的靜電電容之差，檢測(cè)與上述第三側(cè)面及上述第四側(cè)面平行 的方向的力。
10.一種電子設(shè)備，裝載了權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的MEMS傳感器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能增大在與基板垂直的方向上改變位置的可動(dòng)錘部的質(zhì)量，可使用CMOS工藝自由且易于制造的MEMS傳感器。一種MEMS傳感器(100A)，具有通過(guò)聯(lián)結(jié)部(130A)聯(lián)結(jié)在支持部(110)上且在Z方向上移動(dòng)的可動(dòng)錘部(120A)，其中，可動(dòng)錘部具有疊層結(jié)構(gòu)體，其包含多個(gè)導(dǎo)電層、在多個(gè)導(dǎo)電層間配置的多個(gè)層間絕緣層、及填充在貫通多個(gè)層間絕緣層的各層而形成的埋置槽圖形中且比重比層間絕緣膜更大的插塞，在各層中形成的插塞含有沿與層間絕緣層平行的二維平面的至少一軸方向形成為壁狀的壁部。可動(dòng)電極部(140A)由疊層結(jié)構(gòu)體形成，按照可動(dòng)錘部的Z方向變位而使可動(dòng)電極部(140A)和與其對(duì)置的固定電極部(150A)之間的對(duì)置面積發(fā)生改變。
文檔編號(hào)B81B7/02GK101885465SQ201010180708
公開日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2010年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月15日
發(fā)明者高木成和 申請(qǐng)人:精工愛普生株式會(huì)社