惯性力传感器的制造方法

惯性力传感器的制造方法
【专利摘要】本发明的惯性力传感器具备：基部；连接用电极，其设置于基部；可挠部，其由基部支撑；驱动部，其设置于可挠部的上表面；检测部，其设置于可挠部的上表面；层间绝缘层，其配置于驱动部与检测部中的一方的上表面；和布线，其经由层间绝缘层的上表面将驱动部与检测部中的另一方与连接用电极电连接。该惯性力传感器能够提高灵敏度，并且小型。
【专利说明】惯性力传感器

【技术领域】
[0001]本发明涉及用于飞机、汽车、机器人、船舶、车辆等的移动体的姿势控制或导航等各种电子设备中的检测惯性力的惯性力传感器。

【背景技术】
[0002]图23是现有的惯性力传感器101的俯视图。惯性力传感器101具备:基部102 ;悬架于基部102的纵梁部103 ;由纵梁部103支撑的横梁部104 ;由横梁部104支撑的臂105、106、107、108 ;与臂 105、106、107、108 的每一个连接的锤 109 ;对臂 105、106、107、108 进行驱动的驱动部110 ;对臂105、106、107、108的位移进行检测的检测部111、112、113 ;分别从驱动部110、检测部111、112、113引出的布线；和经由这些布线分别与驱动部110、检测部
111、112、113电连接的连接用电极114。
[0003]在相互正交的X轴、Y轴、Z轴中，横梁部104沿X轴方向延伸。臂105、106、107、108各自的一端被横梁部104支撑并沿Y轴方向延伸出去。驱动部110在XY平面内对臂105、106、107、108 进行驱动。检测部 111、112、113 对臂 105、106、107、108 的 X 轴、Y 轴或 Z轴方向的位移进行检测。
[0004]图24是图23所示的惯性力传感器101的臂105的放大图。从驱动部110引出的布线115在臂105上与检测部111并列设置，在横梁部104上与检测部112并列设置。此夕卜，从检测部111引出的布线116在横梁部104上与检测部112并列设置。另外，臂106、107,108上的布线也是与臂105相同的构成。
[0005]图25是图24所示的惯性力传感器101的臂105的沿线25-25的剖面图。在惯性力传感器101中，布线115由层叠结构形成，该层叠结构由上部电极层119、压电层117、下部电极层118构成。
[0006]另外，与惯性力传感器101相类似的现有的惯性力传感器记载于例如专利文献I中。
[0007]在先技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1:国际公开第2011/093077号


【发明内容】

[0010]惯性力传感器具备:基部；连接用电极，其设置于基部；可挠部，其由基部支撑；驱动部，其设置于可挠部的上表面；检测部，其设置于可挠部的上表面；层间绝缘层，其配置于驱动部与检测部中的一方的上表面；和布线，其经由层间绝缘层的上表面将驱动部与检测部中的另一方与连接用电极电连接。
[0011]该惯性力传感器能够提高灵敏度，并且小型。

【专利附图】

【附图说明】
[0012]图1是实施方式I中的惯性力传感器的俯视图。
[0013]图2是实施方式I中的惯性力传感器的放大俯视图。
[0014]图3是图2所示的惯性力传感器的沿线3-3的剖面图。
[0015]图4是表示实施方式I中的惯性力传感器的温度特性的图。
[0016]图5是表示实施方式I中的惯性力传感器的热疲劳特性的图。
[0017]图6是实施方式I中的其他的惯性力传感器的剖面图。
[0018]图7A是图2所示的惯性力传感器的沿线7A-7A的剖面图。
[0019]图7B是实施方式I中的又一惯性力传感器的剖面图。
[0020]图8A是实施方式I中的又一惯性力传感器的剖面图。
[0021]图SB是实施方式I中的又一惯性力传感器的剖面图。
[0022]图8C是实施方式I中的又一惯性力传感器的剖面图。
[0023]图9是图2所示的惯性力传感器的沿线9-9的剖面图。
[0024]图1OA是图2所示的惯性力传感器的沿线10A-10A的剖面图。
[0025]图1OB是实施方式I中的又一惯性力传感器的剖面图。
[0026]图1OC是实施方式I中的又一惯性力传感器的剖面图。
[0027]图11是实施方式I中的又一惯性力传感器的俯视图。
[0028]图12A是表示实施方式I中的惯性力传感器的动作的示意图。
[0029]图12B是表示实施方式I中的惯性力传感器的动作的示意图。
[0030]图13A是表示实施方式I中的惯性力传感器的制造工序的图。
[0031]图13B是表示比较例I的惯性力传感器的制造工序的图。
[0032]图14A是表示实施方式I中的惯性力传感器的制造工序的俯视图。
[0033]图14B是表示实施方式I中的惯性力传感器的制造工序的俯视图。
[0034]图14C是表示实施方式I中的惯性力传感器的制造工序的俯视图。
[0035]图14D是表示实施方式I中的惯性力传感器的制造工序的俯视图。
[0036]图14E是表示实施方式I中的惯性力传感器的制造工序的俯视图。
[0037]图14F是表示实施方式I中的惯性力传感器的制造工序的俯视图。
[0038]图15是表不实施方式I中的又一惯性力传感器的俯视图。
[0039]图16A是实施方式I中的又一惯性力传感器的俯视图。
[0040]图16B是实施方式I中的又一惯性力传感器的俯视图。
[0041]图17是实施方式2中的惯性力传感器的俯视图。
[0042]图18A是实施方式3中的惯性力传感器的俯视图。
[0043]图18B是图18A所示的惯性力传感器的沿线18B-18B的剖面图。
[0044]图19是图18A所示的惯性力传感器的沿线19_19的剖面图。
[0045]图20是图18A所示的惯性力传感器的沿线20_20的剖面图。
[0046]图21A是表示实施方式3中的惯性力传感器的制造工序的图。
[0047]图21B是表示比较例2的惯性力传感器的制造工序的图。
[0048]图22是实施方式4中的惯性力传感器的俯视图。
[0049]图23是现有的惯性力传感器的俯视图。
[0050]图24是现有的惯性力传感器的臂的俯视图。
[0051]图25是图24所示的惯性力传感器的臂的沿线25-25的剖面图。

【具体实施方式】
[0052](实施方式I)
[0053]图1是实施方式I中的惯性力传感器201的俯视图。惯性力传感器201是检测角速度的惯性力传感器。在图1中，定义相互正交的X轴、Y轴、Z轴。进而，定义包含X轴与Y轴的XY平面。惯性力传感器201具备:基部202 ;梁部205，其与基部202连接；臂206、207、208、209，一端由梁部205支撑；锤210，其分别与臂206、207、208、209连接；驱动部211，其分别设置于臂206、207、208、209上的锤210侧；检测部212，其设置于臂206的梁部
205(基部202)侧；检测部213，其设置在梁部205上；检测部214，其设置在梁部205上；和连接用电极215，其分别与驱动部211、检测部212、213、214电连接。驱动部211分别对臂206、207、208、209在与XY平面平行的方向上进行驱动并使其振动。检测部212用于检测基于施加给惯性力传感器201的绕Z轴的角速度而产生的惯性力。检测部213用于检测基于施加给惯性力传感器201的绕Y轴的角速度而产生的惯性力。检测部214用于检测基于施加给惯性力传感器201的绕X轴的角速度而产生的惯性力。惯性力传感器201还具备:层间绝缘层，其覆盖驱动部211、检测部212、213、214的至少一部分；和布线，其分别从驱动部211、检测部212、213、214引出。这些布线设置在层间绝缘层上。连接用电极215经由这些布线分别与驱动部211、检测部212、213、214电连接。梁部205和臂206?209构成可以弯曲的可挠部251。
[0054]图2是惯性力传感器201的臂206的放大俯视图。上述布线包含从驱动部211引出的布线216、和从检测部212引出的布线217。
[0055]图3是图2所示的惯性力传感器201的沿线3_3的剖面图，表示臂206的剖面。在臂206的上表面设置有检测部212。在检测部212的上表面设置有层间绝缘层218。驱动用布线216配置于层间绝缘层218的上表面。根据该构成，因为将驱动用布线216形成在层间绝缘层218上，所以与在臂206的上表面以及梁部205的上表面在同一平面上并排设置有驱动用布线216与检测部的惯性力传感器相比，能够增大检测部212、213、214的面积，能够实现惯性力传感器201的高灵敏度化。此外，因为能够提高臂206上以及梁部205上的驱动部211、检测部212、213、214的面积比率，所以能够得到小型的惯性力传感器201。同时，通过在相对介电常数小的层间绝缘层218上布置布线，从而能够降低布线电容。因此，能够抑制起因于布线而产生的无用信号的出现，结果，能够提高惯性力传感器201的S/N比。此外，通过降低布线电容，能够降低惯性力传感器201的噪声级而良化。关于这一点详细进行说明。
[0056]驱动部211、检测部212、213、214分别由下部电极层228、压电层220和上部电极层227构成，其中所述下部电极层228设置于可挠部251 (梁部205或臂206)的上表面，所述压电层220设置于下部电极层228的上表面，所述上部电极层227设置于压电层220的上表面。上部电极层227的上表面构成驱动部211、检测部212、213、214的上表面。驱动部211、检测部212、213、214的面积越大，越能够有效利用压电效应以及逆压电效应，因此能够提高作为惯性力传感器201的驱动效率以及/或者检测灵敏度。
[0057]下部电极层228由例如铜、银、金、钛、钨、钼、铬、钥中的至少一种所构成的单体金属、或以它们为主要成分的合金、或层叠这些金属而成的结构形成。优选为，用包含Ti或T1x的钼(Pt)来形成下部电极层228，由此能够得到高导电度与高温氧化气氛中的高稳定性。另外，也可以在下部电极层228的上表面，形成例如由钛酸盐(PbT13)构成的取向控制层等其他层。在实施方式I中，下部电极层228的厚度为10nm?500nm。
[0058]压电层220由例如氧化锌、钽酸锂、铌酸锂或铌酸钾等的压电材料构成。优选为，用锆酸钛酸铅(Pb(Zr，Ti)03)来形成压电层220，由此能够实现压电特性良好的惯性力传感器201。另外，也可以在压电层220的上表面形成由钛(Ti)构成的密接层等其他层。
[0059]上部电极层227由例如铜、银、金、钛、钨、钼、铬、钥中的至少一种所构成的单体金属、或以它们为主要成分的合金、或层叠这些金属而成的结构形成。优选为，用金(Au)来形成上部电极层227，由此能够非常耐热、湿气、氧等大部分的化学的腐蚀。在实施方式I中，上部电极层227的厚度为10nm?2000nm。
[0060]图4是表示惯性力传感器201的温度特性PTl的特性图，并一起表示现有的惯性力传感器101的温度特性PT2。在图4中，横轴表示惯性力传感器的周围的环境温度，纵轴表示未施加惯性力(角速度)时也就是处于静止的惯性力传感器的输出即零点输出的变动量。对使环境温度从_40°C到80°C进行变化时的惯性力传感器的静止状态下的输出进行了测量。
[0061]如图4所示，对于现有的惯性力传感器101的温度特性PT2，根据环境温度的变化，惯性力传感器101的零点输出变动较大。另一方面，对于实施方式I中的惯性力传感器201的温度特性PT1，零点输出的变动受到了大幅抑制。这可以认为是:因为通过设置层间绝缘层218，从而能够降低驱动用布线216与检测部之间的电容耦合。即，对于现有的布线结构可以认为是，由于压电层117的相对介电常数大，因而布线115与检测部之间的电容耦合大，而该驱动部与检测部之间的电容耦合因温度变化而发生变动，因此零点的变动大。相对于此，对于惯性力传感器201，可以认为是，由于在层间绝缘层218上布置布线，因而驱动用布线216与检测部之间的电容耦合小，结果，这之间的电容耦合伴随温度变化而变动的变化量也小，由此大幅抑制了零点输出的变动。
[0062]图5是表示惯性力传感器201的热疲劳特性PHl的特性图，并一起表示现有的惯性力传感器101的热疲劳特性PH2。在图5中，横轴表示提供给惯性力传感器的热循环的次数，纵轴表示未施加惯性力(角速度)时也就是处于静止的惯性力传感器的输出即零点输出的变动量。对惯性力传感器，提供多次使温度从_40°C到150°C进行变化的热循环，对所提供的热循环的次数与静止状态下的惯性力传感器201的输出的关系进行了测量。
[0063]如图5所示，对于现有的惯性力传感器101，零点输出根据热循环数的增加而发生了变动。另一方面，对于实施方式I中的惯性力传感器201，即使在热循环后也大幅抑制了零点输出的变动。这可以认为是:因为通过设置层间绝缘层218，从而能够降低电容耦合的变化。即，对于现有的布线结构，导致压电层117的特性由于热循环的影响而发生变动，因而电容耦合也随之变动。结果，可以认为在热循环后零点输出发生变动。相对于此，对于惯性力传感器201，即使层间绝缘层218的特性由于热循环的影响而发生变动，也因为层间绝缘层的介电常数与压电材料相比小很多，所以电容耦合的变化也很小。结果，可以认为热循环后的零点输出的变动受到抑制。
[0064]而且，在惯性力传感器201中布线216、217隔着层间绝缘层218配置在检测部212的上方，所以能够提高驱动部211以及检测部212的强度，能够提高惯性力传感器201的可靠性。若进一步具体地进行说明，则对于现有的惯性力传感器101，存在由于臂206进行振动而产生的应力在驱动部211、检测部212引起裂纹或小丘等缺陷、引起可靠性下降的情况。但是，对于惯性力传感器201，因为层间绝缘层218以及布线216、217对驱动部211、检测部212进行保护，所以能够提高驱动部211、检测部212的可靠性。结果，能够提高惯性力传感器201的可靠性。该构成对于图2所示的区域Pl等的应力集中的部分尤其有效。
[0065]驱动用布线216以及检测用布线217从上部电极层227与下部电极层228引出，形成为能够利用压电层220的压电效应以及逆压电效应。其中，在驱动用布线216以及检测用布线217中，可以在可能的范围内对下部电极层228进行通用化。
[0066]在层间绝缘层218的上表面环绕布线216、217的路径，最好设置为能够消除布线216,217间的电容耦合。对于具体的一例进行说明。
[0067]图6是实施方式I中的其他的惯性力传感器201a的剖面图。在图6中，对于与图1至图3所示的惯性力传感器201相同的部分标注相同的参照编号。
[0068]图6所示的惯性力传感器201a还具备设置在层间绝缘层218内的金属层231 (接地层)。更详细来说，层间绝缘层218由层间绝缘层218a、218b构成，惯性力传感器201a具备:层间绝缘层218a，其配置于检测部212的上表面；金属层231，其配置于层间绝缘层218a的上表面；和层间绝缘层218b,其配置于金属层231的上表面,驱动用布线216配置于层间绝缘层218b的上表面。金属层231经由布线与接地电位等的基准电位连接。
[0069]对于图6所示的惯性力传感器201a，除了具有图3所示的惯性力传感器201所取得的效果以外，还能够消除布线间的电容耦合，所以能够进一步提高惯性力传感器201a的S/N 比。
[0070]图7A是图2所示的惯性力传感器201的沿线7A-7A的剖面图。驱动用布线216以及检测用布线217配置于层间绝缘层218的上表面。而且，驱动用布线216以及检测用布线217彼此交替地配置，即，互为反相位的信号流动的布线交替地配置。根据该构成，除了具有图3中所说明的效果以外，还能够进一步提高惯性力传感器的S/N比。这是由于能够消除布线间的电容耦合。
[0071]图7B是实施方式I中的又一惯性力传感器201b的剖面图。在图7B中，对于与图1至图3或图7A所示的惯性力传感器201相同的部分标注相同的参照编号。在图7B所示的惯性力传感器201b中，层间绝缘层218由层间绝缘层218a和层间绝缘层218b构成，其中所述层间绝缘层218a配置于检测部213的上表面，所述层间绝缘层218b配置于层间绝缘层218a的上表面。驱动用布线216配置于层间绝缘层218a的上表面。层间绝缘层218b配置于驱动用布线216的上表面。检测用布线217配置于层间绝缘层218b的上表面。根据该构成，除了具有图7A所示的惯性力传感器201所取得的效果以外，还能够进一步降低电容耦合。这是由于，与图7A所示的惯性力传感器201相比较，在图7B所示的惯性力传感器201b中能够增大驱动用布线216与检测用布线217之间的距离。
[0072]图8A是实施方式I中的又一惯性力传感器201c的剖面图。在图8A中，对于与图1至图3或图7A所示的惯性力传感器201相同的部分标注相同的参照编号。惯性力传感器201c还具备设置在层间绝缘层218内的金属层231 (接地层)。更详细来说，层间绝缘层218由层间绝缘层218a和层间绝缘层218b构成，其中所述层间绝缘层218a配置于检测部213的上表面，所述层间绝缘层218b配置于金属层231的上表面。金属层231配置于层间绝缘层218a的上表面。驱动用布线216与检测用布线217配置于层间绝缘层218b的上表面。金属层231经由布线与接地电位等的基准电位连接。
[0073]对于惯性力传感器201c，除了具有图7A所示的惯性力传感器201所取得的效果以夕卜，还能够进一步降低电容耦合。这是由于，检测用布线217以及驱动用布线216的每一个与检测部213之间的电容耦合被金属层231降低。
[0074]图8B是实施方式I中的又一惯性力传感器201d的剖面图。在图8B中，对于与图1至图3或图7A所示的惯性力传感器201相同的部分标注相同的参照编号。惯性力传感器201d还具备设置在层间绝缘层218内的金属层231 (接地层)。更详细来说，层间绝缘层218由层间绝缘层218a、层间绝缘层218b和层间绝缘层218c构成，其中所述层间绝缘层218a配置于检测部213的上表面，所述层间绝缘层218b配置于金属层231的上表面，所述层间绝缘层218c配置于层间绝缘层218b的上表面。金属层231配置于层间绝缘层218a的上表面。驱动用布线216配置于层间绝缘层218b的上表面。层间绝缘层218c配置于驱动用布线216的上表面。检测用布线217配置于层间绝缘层218c的上表面。金属层231经由布线与接地等的基准电位连接。
[0075]对于惯性力传感器201d，除了具有图7B所示的惯性力传感器201a所取得的效果以外，还能够进一步降低检测用布线217以及驱动用布线216各自与检测部213之间的电容耦合。
[0076]图8C是实施方式I中的又一惯性力传感器201e的剖面图。在图8C中，对于与图1至图3或图7A所示的惯性力传感器201相同的部分标注相同的参照编号。惯性力传感器201e还具备设置在层间绝缘层218内的多个金属层231a、231b (接地层)。更详细来说，层间绝缘层218由层间绝缘层218a、层间绝缘层218b、层间绝缘层218c和层间绝缘层218d构成，其中所述层间绝缘层218a配置于检测部213的上表面，所述层间绝缘层218b配置于金属层231a的上表面，所述层间绝缘层218c配置于层间绝缘层218b的上表面，所述层间绝缘层218d配置于金属层231b的上表面。金属层231a配置于层间绝缘层218a的上表面。驱动用布线216配置于层间绝缘层218b的上表面。层间绝缘层218c配置于驱动用布线216的上表面。金属层231b配置于层间绝缘层218c的上表面。检测用布线217配置于层间绝缘层218d的上表面。金属层231a、231b中的至少一方经由布线与接地电位等的基准电位连接。
[0077]另外，在图7B以及图8B所示的惯性力传感器201b、201d中，在驱动用布线216的上方配置了检测用布线217，但也可以将检测用布线217与驱动用布线216互换，在检测用布线217的上方来配置驱动用布线216。在驱动用布线216的上方配置了检测用布线217的情况下，能够进一步降低电容。这是由于，通过检测用布线217暴露于具有比层间绝缘层218更小的介电常数的空气或者真空中，从而能够进一步降低电容耦合。
[0078]优选的是，在设置有连接用电极215的基部202、与作为可挠部251 (臂206、梁部205)的上表面且未设置检测部212、驱动部211的区域不设置压电层220，层间绝缘层218设置于基部202或可挠部251 (臂206、梁部205)的上表面。布线216、217设置于层间绝缘层218的上表面。根据该构成，因为布线216、217或连接用电极215不通过压电层220的上方，所以能够抑制由惯性力传感器201的布线以及连接用电极215产生的无用信号成分(噪声)，从而能够提高惯性力传感器201的灵敏度。
[0079]图9是图2所示的惯性力传感器201的沿线9_9的剖面图。层间绝缘层218设置于臂206的上表面,在层间绝缘层218的上表面设置有布线216、217。根据该构成,布线216以及217不通过压电层220的上方，所以能够抑制惯性力传感器201的驱动时的泄漏振动所引起的无用信号成分(噪声)。因此，能够提高惯性力传感器201的灵敏度。
[0080]此外，检测部212的布线即检测用布线217布置在层间绝缘层218上，该层间绝缘层218设置在检测部213、检测部214上。根据该构成，与在纵梁部203、横梁部204上并排设置检测部212与各检测部的情况相比，能够增大检测部213、检测部214的面积，从而能够实现惯性力传感器201的高灵敏度化。此外，因为能够提高臂206上以及梁部205上的驱动部211、检测部212、213、214的面积比率，所以能够得到小型的惯性力传感器201。
[0081]此外，对于从检测部213以及检测部214引出的布线，通过以用与检测部212相同的配置来进行布置，也能够较大地取得各检测部的面积，从而能够实现惯性力传感器201的高灵敏度化。此外，因为能够提高臂206上以及梁部205上的驱动部211、检测部212、213、214的面积比率，所以能够得到小型的惯性力传感器201。
[0082]以下，对各构成要素进行说明。
[0083]梁部205由与Y轴平行地悬架于基部202的一对纵梁部203、和悬架于一对纵梁部203的横梁部204构成。
[0084]一对纵梁部203与Y轴平行地延伸，通过两端与基部202连接而悬架于基部202。由此,纵梁部203能够在Z轴方向上弯曲。此外,一对纵梁部203相对于通过惯性力传感器201的中心并且与Y轴平行的轴是彼此对称的。由此，对于提供给惯性力传感器201的角速度,一对纵梁部203的每一个所产生的弯曲实质上相同。
[0085]横梁部204与X轴平行地延伸，两端与一对纵梁部203的每一个的实际上的中点连接。由此，横梁部204能够在Z轴方向上弯曲。另外，也可以在基部202、纵梁部203、横梁部204的表面，形成有例如由硅氧化膜(S12)构成的阻挡层或由钛(Ti)构成的密接层等其他层。
[0086]臂206、207、208、209能够在X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向上弯曲，臂206与臂207相对于与Y轴平行的轴而言彼此对称。臂208与臂209相对于与Y轴平行的轴而言彼此对称。臂206与臂209相对于与X轴平行的轴而言彼此对称。臂207与臂208相对于与X轴平行的轴而言彼此对称。根据该结构，对于提供给惯性力传感器201的角速度，臂206?209以实际上相同的的振幅进行弯曲。
[0087]梁部205、锤210以及臂206?209使用例如金刚石、熔融石英、氧化铝、不锈钢、聚合物或GaAs等的非压电材料来形成。尤其是通过将硅用于梁部205、锤210以及臂206?209，能够利用微细加工技术形成非常小型的惯性力传感器201，并且还能够与构成电路的集成电路(IC) 一体地形成。
[0088]驱动部211与XY平面平行地驱动臂来使其振动。检测部212用于检测基于绕Z轴的角速度而产生的惯性力。检测部213用于检测基于绕Y轴的角速度而产生的惯性力。检测部214用于检测基于绕X轴的角速度而产生的惯性力。
[0089]连接用电极215设置于基部202的外缘部。连接用电极215通过驱动用布线216以及检测用布线217，而与驱动部211以及检测部212、213、214电连接。
[0090]层间绝缘层218在上部电极层227、下部电极层228以及压电层220、Si上利用CVD (Chemical Vapor Deposit1n,化学气相沉积)法、PVD (Physical Vapor Deposit1n,物理气相沉积)法、CSD (Chemical Solut1n Deposit1n,化学溶液沉积)法等，由SiN、Si0N、Si02、Al203等形成。优选为，利用ALD法(Atomic Layer Deposit1n,原子层沉积)来形成由Al2O3构成的层，由此能够形成与各电极层的密接性、覆盖性优异的层间绝缘层218。此外，在形成利用了 ALD法的Al2O3的膜的工序中，因为没有成为强还原气氛，所以能够将对压电层220的损伤抑制在最小限度。
[0091]另外，也可以如图3所示，在压电层220的侧面也延伸有层间绝缘层218。根据该构成，能够防止因压电层220的侧面暴露于大气中而引起的劣化例如氧的浸入所引起的压电特性的变化，能够防止惯性力传感器201的经时变化。
[0092]图10A是图2所示的惯性力传感器201的沿线10A-10A的剖面图。在层间绝缘层218形成有从其上表面贯通至下表面的接触孔229。在接触孔229的内壁面，设置有通孔导体229a，该通孔导体229a将设置于层间绝缘层218的上表面的布线217与设置于层间绝缘层218的下表面的检测部212连接。同样地，设置于层间绝缘层218的上表面的布线216、217通过通孔导体229a与检测部213、214、驱动部211连接，其中该通孔导体229a设置于将层间绝缘层218贯通的接触孔229的内壁面。较为理想的是，层间绝缘层218在可以将布线电连接的范围内尽可能形成得较厚。根据该构成，能够降低上部电极层228与布线216、217的电容耦合，因而能够提高惯性力传感器201的灵敏度。
[0093]另外，也可以不在锤210的上表面延伸地设置层间绝缘层218。根据该构成，能够利用激光等容易地进行对锤210切削加工的微调，以便降低因臂206?209的不必要的振动而引起的无用信号的偏置及其温度漂移。
[0094]图10B是实施方式I中的又一惯性力传感器201f的剖面图。在图10B中，对于与图3所示的惯性力传感器201相同的部分标注相同的参照编号。在图10B所示的惯性力传感器201f的层间绝缘层218，设置有使检测部212的上部电极层227从层间绝缘层218露出的孔218p。也可以在层间绝缘层218，设置有使其他的检测部213、214或驱动部211的上部电极从层间绝缘层218露出的与孔218p相同的孔。驱动部211、检测部212?214分别具有在上部电极层227与下部电极层228之间形成的静电电容。在臂206?209设置有驱动部211的情况下，若在设置于臂206?209的驱动部211静电电容很大不同，则存在即使将相同驱动信号供给到驱动部211也不能使臂206?209彼此同步地振动的情况。此外，若在可挠部251的各种各样的位置设置的检测部212?214的静电电容彼此很大不同，则存在从检测部212?214输出的信号的振幅或相位不一致的情况。因此，通过对驱动部211、检测部212?214的上部电极层227进行切削来进行微调，能够独立地对这些静电电容进行调整，降低该偏差。对于惯性力传感器201f，能够在驱动部211、检测部212?214的上部电极层227的切削时防止对层间绝缘层218进行切削，从而能够防止因切削而飞散的层间绝缘层218的残渣的产生。例如若层间绝缘层218的残渣附着于电极215，则存在引起电极215的接触不良的情况。能够防止会使惯性力传感器201f的可靠性下降的接触不良等问题的发生。
[0095]图10C是实施方式I中的又一惯性力传感器201g的剖面图。在图10C中，对于与图3所示的惯性力传感器201相同的部分标注相同的参照编号。在惯性力传感器201g中，层间绝缘层218具有由下层218m和上层218η构成的层叠结构，其中所述下层218m设置于可挠部251、驱动部211、检测部212?214的上表面，并由Al2O3构成，所述上层218η设置于下层218m的上表面,并由SiN、S1N、S12中的至少I种构成。根据该构成，能够形成兼具各个材料的特性的层间绝缘层218，所以能够得到耐药品性以及耐湿性等的耐久性优异的层间绝缘层218。
[0096]另外，臂206上的驱动部211与检测部212的配置也可以相反。即，也可以沿着臂
206(可挠部251)与检测部212相比而将驱动部211设置于横梁部204的附近，与驱动部211相比而将检测部212设置于锤210的附近。在此情况下，从检测部212引出的检测用布线217在驱动部211、检测部213、检测部214的上方通过层间绝缘层218的上表面。根据该构成，由于与在臂206上并排设置检测用布线217与驱动部211的情况相比能够较大地取得驱动部211的面积，能够提高惯性力传感器201g的驱动效率，因此能够得到小型的惯性力传感器20lg。
[0097]图11是实施方式I中的又一惯性力传感器201h的俯视图。在图11中，对于与图2所示的惯性力传感器201相同的部分标注相同的参照编号。在惯性力传感器201h中，驱动部211在与臂206延伸的方向Dl呈直角的宽度方向D2上被分割成2个。如图11所示，驱动部211由彼此分开排列在宽度方向D2上的驱动部219、221构成。驱动部219、221经由驱动用布线216对压电层220施加电压。根据该构成，通过对上下配置的驱动部219、221施加互相反相的驱动信号，能够更高效地使臂在XY平面内驱动，能够实现惯性力传感器20 Ih的高灵敏度化。
[0098]对于检测部212?214，在检测与XY平面平行的方向的可挠部251的位移的情况下，也通过将每一个检测部分割成在与可挠部251 (臂206，梁部205)延伸的方向呈直角的宽度方向上排列的2个检测部，能够更高效地检测可挠部251的与XY平面平行的方向的位移(应变)，能够实现惯性力传感器201h的高灵敏度化。
[0099]另外，也可以在臂206上设置监视器部，监视器部用于对臂206的与XY平面平行的方向的位移进行检测，并输出与该位移相应的监视器信号。在此情况下，从臂206上的驱动部以及/或者检测部引出的布线也可以通过设置于监视器部的上表面的层间绝缘层218上。监视器部与检测部212同样地，具有下部电极层、压电层和上部电极层，其中所述下部电极层设置于臂206的上表面，所述压电层设置于下部电极层的上表面，所述上部电极层设置于压电层的上表面。根据该构成，与在臂206上同时设置布线与驱动部(或检测部)的情况相比，能够以更大面积来形成监视器部，因而能够提高惯性力传感器的灵敏度。此外，能够得到小型的惯性力传感器。
[0100]另外，也可以设为如下构成:从监视器部的上部电极层与下部电极层引出的布线在驱动部以及/或者检测部上的层间绝缘层218上通过。根据该构成，与同时设置布线与驱动部(或检测部)的情况相比，能够以更大面积来形成驱动部(或检测部)。结果，能够提高惯性力传感器的灵敏度。此外，能够得到小型的传感器。
[0101]另外，也可以在用于检测角速度的驱动/检测信号的特性没有问题的范围内，使布线成为同一布线。作为具体的一例，可以根据实施蚀刻的位置、形状、来自驱动部以及检测部的布线的引出方法，将从驱动部219、221的各自的下部电极层引出的布线通用化而成为同一布线，将从检测部212、213、214的各自的下部电极层引出的布线通用化而成为同一布线。根据该构成，能够将形成于基部202的连接用电极215的数量限制在所需最小限度，能够实现惯性力传感器201的小型化。
[0102]另外，也可以使用水晶、LiTaO3或LiNbO3等的压电材料来形成梁部205、锤210以及臂206?209。在该情况下，能够通过将电极层设置在由这些压电材料构成的基部202、纵梁部203、横梁部204、锤210以及臂206?209上，来构成驱动部211、检测部212、213、214，其中所述电极层由例如铜、银、金、钛、鹤、钼、铬、钥中的至少一种所构成的单体金属、或以它们为主要成分的合金、或层叠这些金属而成的结构构成。根据该构成，与在可挠部251 (臂206、梁部205)上将驱动用布线与各检测部并排设置在同一平面上的情况相比，能够较大地取得检测部212、213、214的面积，能够实现惯性力传感器201的高灵敏度化。此夕卜，因为能够提高可挠部251 (臂206、梁部205)上的驱动部211、检测部212、213、214的面积比率，所以能够得到小型的惯性力传感器201。而且，因为布线隔着层间绝缘层218配设在检测部212的上方，所以能够提高驱动部211以及检测部212的强度，能够提高惯性力传感器201的可靠性。若进一步具体地进行说明，则对于图23至图25所示的现有的惯性力传感器101，存在由于臂206进行振动而产生的应力在驱动部211、检测部212引起裂纹或小丘等缺陷的情况，会引起可靠性下降。但是，对于实施方式I中的惯性力传感器201，因为层间绝缘层218以及布线216、217具有保护驱动部211、检测部212的功能，所以能够提高驱动部211、检测部212的可靠性，结果，能够提高惯性力传感器201的可靠性。该构成对于图2所示的区域Pl等的应力集中的部分尤其有效。
[0103]另外，在到这里的说明中对臂206进行了说明，其他的臂207?209也可以设为相同的构成。
[0104]以下，对实施方式I中的惯性力传感器201的角速度的检测原理进行说明。
[0105]图12A是表示对绕Z轴的角速度222进行检测的动作的惯性力传感器201的示意俯视图。通过从驱动电路对驱动部211提供驱动信号，从而锤210在XY平面内发生驱动振动223。若对惯性力传感器201提供绕Z轴的角速度222，则在Y轴方向上产生惯性力(科里奥利力)，在锤210发生检测振动224。通过检测振动224从检测部212输出的检测信号与驱动振动223为相同的频率，并且具有依存于角速度222的振幅。因此，通过测量该检测信号的大小，就能够检测角速度222的大小。
[0106]图12B是表示对绕Y轴的角速度225进行检测的动作的惯性力传感器201的示意俯视图。若输入绕Y轴的角速度225，则由于惯性力从而在锤210发生Z轴方向的检测振动226。通过检测振动226从检测部213输出的检测信号与驱动振动223为相同的频率，并且具有依存于角速度225的振幅。因此，通过测量该检测信号的大小，就能够检测角速度225的大小。另外，绕X轴的角速度也能够与绕Y轴的检测原理同样地进行检测。
[0107]实施方式I中的惯性力传感器201能够与角速度一起检测加速度。在该情况下，在臂206、207、208、209设置有用于检测加速度的加速度检测部。加速度检测部由应变电阻元件构成，该应变电阻元件例如设置在臂206、207、208、209上，并且其电阻值因应变而发生变化。应变电阻元件通过检测加速度所引起的臂206、207、208、209的应变，来检测加速度。具体来说，例如，若在X轴方向产生加速度，则锤向X轴方向位移，臂206、207、208、209发生应变,应变电阻元件通过检测该应变而能够检测加速度。
[0108]在图23至图25所示的现有的惯性力传感器101中，在臂105、106、107、108的上表面，从驱动部I1引出的布线115与检测部111同时设置在同一平面上。因此，存在由于设置检测部111的面积受到制约而导致惯性力传感器101的灵敏度下降的情况。或者，惯性力传感器101大型化。
[0109]而且，在惯性力传感器101的布线结构中，因为电极电容大，所以惯性力传感器101的噪声级变大,而且增大与惯性力传感器101相连接的电路部的消耗功率。
[0110]此外，在现有的惯性力传感器101中，布线115由上部电极层119、压电层117、下部电极层118所构成的层叠结构形成，所以布线长度越大电容越大。在此，所说的布线具有电容即是，起因于施加给惯性力传感器101的惯性力，从而在布线产生不需要的电荷(无用信号)，结果，惯性力传感器101的S/N比发生恶化。此外，电容是检测电路中产生噪声的原因，因此，惯性力传感器101的噪声由于布线所具有的电容而恶化。
[0111]以下，对实施方式I中的惯性力传感器201的制造工序进行说明。图13A表示实施方式I中的惯性力传感器201的制造工序。图13B表示图23至图25所示的比较例I即现有的惯性力传感器101的制造工序。图14A至图14D是表示惯性力传感器201的制造工序的俯视图。
[0112]对实施方式I中的惯性力传感器201的制造工序进行说明。准备成为基部202、可挠部251的基材1201。在基材1201的上表面形成下部电极层228 (步骤S201)。接着，在下部电极层228的上表面形成压电层220 (步骤S202)。接着，在压电层220的上表面形成上部电极层227(步骤S203)。接着对连接用电极215进行加工(步骤S204)。接着，形成布线216、217(步骤S205)。接着，对压电层220的压电材料进行极化(步骤S206)。接着，对基材1201进行图案形成(步骤S207)。接着，对图案形成后的基材1201进行加工，来形成基部202与可挠部251 (臂206?207、梁部205)(步骤S208)。接着，对基材1201的下表面进行研磨(背面研磨，步骤S209)。接着，对基材1201进行切割，从而得到惯性力传感器201 (步骤S210)。接着，检查所得到的惯性力传感器201的特性(步骤S211)。
[0113]对比较例I的现有的惯性力传感器101的制造工序进行说明。在图13B中，对于与图13A所示的实施方式I中的惯性力传感器201的制造工序相同的部分标注相同的参照编号。图13B所示的比较例I的惯性力传感器101的制造工序并不包含图13A所示的形成布线的工序。
[0114]如图13A所示，形成布线216、217的工序(步骤S205)在加工电极的工序(步骤S204)与对压电层220进行极化的工序(步骤S206)之间进行。在形成布线的工序(步骤S205)中，首先，引出下部电极层228(步骤S2051)。接着，形成层间绝缘层218 (步骤S2052)。接着，形成接触孔229 (步骤S2053)。接着，形成布线层(步骤S2054)。接着，对布线216、217进行加工(步骤S2055)。
[0115]以下详细叙述形成布线216、217的工序(步骤S205)。在步骤S2051中，如图14A所示，在上部电极层227以及压电层228实施蚀刻，使下部电极层228的一部分露出。
[0116]在步骤S2052中，如图14B所示，在上部电极层227以及下部电极层228上通过CVD或PVD、蒸镀等而形成层间绝缘层218。
[0117]在步骤S2053中，如图14C所示，在层间绝缘层218实施蚀刻，来形成使上部电极层227的一部分以及下部电极层228的一部分露出的接触孔229。
[0118]在步骤S2054中，如图14D所示，在具有图14C所示的接触孔229的层间绝缘层218的整个上表面，利用PVD等来形成导体层230。此时，在接触孔229的内壁面也形成导体层230。
[0119]在步骤S2505中，如图14E所示，在导体层230实施蚀刻，形成具有从接触孔229起延伸的规定形状的布线216、217。在接触孔229的内壁面形成有由蚀刻后的导体层230构成的通孔导体229a。
[0120]接着，如图14F所示，对压电层220进行极化(步骤S206)，将基材1201图案形成为规定形状(步骤S207)，并通过加工(步骤S208)来形成臂206。
[0121]另外，在接触孔229的形成后，利用CVD法、PVD法等在接触孔229的内壁面形成由例如铜、银、金、钛、钨、钼、铬、钥中的至少一种所构成的单体金属、或以它们为主要成分的合金、或层叠这些金属而成的结构构成的金属层，在其上进一步利用CVD法、PVD法、蒸镀法等来形成层间绝缘层218，由此能够形成具有多层结构的层间绝缘层218。
[0122]图15是实施方式I中的又一惯性力传感器201 j的俯视图。在图15中，对于与图1至图3所示的惯性力传感器201相同的部分标注相同的参照编号。以下，对于实施方式I所涉及的惯性力传感器201的其他形态进行说明。在图1至图3所示的惯性力传感器201中，可挠部251具有梁部205和4个臂206?209。图15所示的惯性力传感器20 Ij具有2支臂206、207和连结臂206、207的基部202。另外，在图15中，省略了从各驱动部的下部电极层以及各检测部的下部电极层引出的布线。通过设为从配置在臂206、207上的驱动部211引出的驱动用布线216在配置在检测部212之上的层间绝缘层218上通过，从而能够获得和具备与梁部205相连接的4支臂206?209的惯性力传感器201同样的效果。
[0123]另外，在图15所示的惯性力传感器201 j中，设为了从配置在臂206、207上的驱动部211引出的驱动用布线216通过检测部212的上方的构成，但也可以沿着臂206、207反过来配置驱动部211与检测部212。在该情况下，也可以设为从配置在臂206、207上的检测部引出的布线通过驱动部211的上方的构成。根据该构成，能够较大地取得驱动部211的面积，能够提高惯性力传感器201 j的灵敏度。
[0124]图16A是实施方式I中的又一惯性力传感器201k的俯视图。在图16A中，对于与图1至图3所示的惯性力传感器201相同的部分标注相同的参照编号。图16A所示的惯性力传感器201k还具备从基部202延伸的臂280，共计具有3支臂。
[0125]图16B是实施方式I中的又一惯性力传感器201m的俯视图。在图16B中，对于与图1至图3所示的惯性力传感器201相同的部分标注相同的参照编号。在图16B所示的惯性力传感器201m中，还以基部202为中心对称地配置有一对的2支臂281，共计具有4支臂。由此，能够抑制惯性力传感器201m的驱动时的泄漏振动，能够提高惯性力传感器201m的S/N比。
[0126](实施方式2)
[0127]图17是实施方式2中的惯性力传感器301的俯视图。惯性力传感器301是用于检测加速度的惯性力传感器。在图17中，定义相互正交的X轴、Y轴、Z轴。进而，定义包含X轴与Y轴的XY平面。惯性力传感器301具备基部302、锤304、中央支撑梁部309以及梁部303。中央支撑梁部309将基部302与锤304连结。中央支撑梁部309与梁部303构成能够弯曲变形的可挠部351。在梁部303的上表面，设置有驱动部305、检测部306、层间绝缘层218和连接用电极308。层间绝缘层218设置于驱动部305与检测部306的上表面。在层间绝缘层218的上表面，设置有将驱动部305以及检测部306与连接用电极308电连接的布线307。
[0128]驱动部305、检测部306分别具有:下部电极层，其设置于可挠部251的上表面；压电层，其设置于下部电极层的上表面；和上部电极层，其设置于压电层的上表面。
[0129]布线307从检测部306的上部电极层以及下部电极层引出，并布置于在驱动部305的上表面设置的层间绝缘层218的上表面。根据该构成，与在梁部303上并排设置布线307与驱动部305的情况相比能够较大地取得驱动部305的面积，能够提高惯性力传感器301的灵敏度，并能够得到小型的惯性力传感器301。
[0130]对实施方式2中的惯性力传感器301的动作进行说明。
[0131]在惯性力传感器301中，通过向驱动部305提供驱动信号，从而梁部303在Z轴方向或X轴方向上进行振动。在该状态下，若在X轴方向上施加一个加速度则在锤304产生惯性力，在对于中央支撑梁部309彼此配置于相反侧的梁部303施加有拉伸应力与压缩应力，随之梁部303的共振频率发生变化。通过由配置于梁部303的检测部306对共振频率的变化进行探测，就能够探测加速度。
[0132]另外，沿着梁部303与检测部306相比将驱动部305设置于基部302的附近，沿着梁部303与驱动部305相比将检测部306设置于锤304的附近。从检测部306引出的布线307在设置在驱动部305上的层间绝缘层218之上通过。
[0133]也可以沿着梁部303与上述相反地对驱动部305与检测部306进行配置。S卩，沿着梁部303与驱动部305相比将检测部306设置于基部302的附近，沿着梁部303与检测部306相比将驱动部305设置于锤304的附近。在此情况下，从驱动部305引出的布线307在设置在检测部306上的层间绝缘层218之上通过。
[0134]根据该构成，与在梁部303上并排设置布线307与检测部306的情况相比能够较大地取得检测部306的面积，能够提高惯性力传感器301的灵敏度。此外，能够得到小型的惯性力传感器301。
[0135]在实施方式1、2中的惯性力传感器201、301中，层间绝缘层218的设置在驱动部211与检测部212?214的上表面的部分彼此相连。层间绝缘层218的驱动部211与检测部212?214的上表面的部分中的至少I个部分也可以不与其他部分连结而彼此分离，具有同样的效果。
[0136]实施方式1、2中的惯性力传感器201、301是用于检测角速度、加速度的角速度传感器或者加速度传感器，但也可以是压力传感器等其他的惯性力传感器。因为能够利用层间绝缘层218来降低电极电容，所以能够提高惯性力传感器的灵敏度，并且能够实现惯性力传感器的小型化。
[0137](实施方式3)
[0138]图18A是实施方式3中的惯性力传感器401的俯视图。图18B是图18A所示的惯性力传感器401的沿线18B-18B的剖面图。图19是图18A所示的惯性力传感器401的沿线19-19的剖面图。图20是图18A所示的惯性力传感器401的沿线20-20的剖面图。实施方式3中的惯性力传感器401是用于检测角速度的角速度传感器。
[0139]如图18A所示，惯性力传感器401具备:基部402 ;可挠部409，其与基部402连接；驱动部411，其对可挠部409进行激振；检测部412、413，其设置于可挠部409 ;和连接用电极415a、415b，其设置于基部402。检测部412、413对可挠部409的位移进行检测。连接用电极415a、415b分别与检测部412、413电连接。连接用电极415a具有压电层、和配置于压电层的上表面的电极层。连接用电极415b具有:压电层；绝缘层，其覆盖压电层的至少一部分；和电极层，其配置于绝缘层的上表面。
[0140]在实施方式3中，连接用电极415b具有对压电层的至少一部分进行覆盖的绝缘层，连接用电极415a由压电层和电极层构成，但并不限定于此。即，可以是连接用电极415a、415b中的任意一者具有压电层、覆盖压电层的至少一部分的绝缘层、和配置在绝缘层上的电极层。根据该构成，能够使检测部412、413的电容成为大致相同，所以能够降低各检测轴间的噪声级的差异。同时在连接用电极产生的电容被绝缘层降低，所以能够降低噪声级。
[0141]基部402由例如金刚石、熔融石英、氧化铝、不锈钢、聚合物或GaAs等的非压电材料构成。尤其是通过将硅用于基部402，能够利用微细加工技术来形成非常小型的惯性力传感器201，并且还能够与构成电路的集成电路(IC) 一体地形成。
[0142]可挠部409与基部402连接，并设置有驱动部411以及检测部412、413。通过从驱动电路向驱动部411提供驱动信号，从而可挠部409的至少一部分进行振动。在该状态下，若对惯性力传感器401施加角速度，则由于角速度所引起的科里奥利力，在可挠部409发生弯曲(位移)，在检测部412、413产生与该弯曲相应的电荷。通过将在检测部412、413产生的电荷所形成的电流经由布线以及连接用电极415a、415b输入到检测电路，从而能够对角速度进行检测。更详细来说，可挠部409具有:纵梁部403，其悬架于基部402 ;横梁部404，其与纵梁部403连接；和臂405?408，其与横梁部404连接。驱动部411设置于臂405。纵梁部403、404构成梁部451。检测部412设置于臂405，检测部413设置于横梁部404。通过从驱动电路向驱动部411提供驱动信号，从而臂405在包含X轴与Y轴的XY平面内进行振动。在该状态下，若施加绕Y轴的角速度，则由于该角速度所引起的科里奥利力，从而横梁部404在Z轴方向上弯曲，从检测部413产生电荷。通过将在第2检测部413产生的电荷所形成的电流经由布线以及连接用电极415a输入到检测电路，从而能够对绕Y轴的角速度进行检测。同样地，通过将因绕Z轴的角速度而发生的臂405的弯曲作为在检测部412产生的电荷所形成的电流而取出，从而能够检测该角速度。
[0143]实施方式3中的惯性力传感器401具备2个检测部412、413，但并不限定于此。即，惯性力传感器401也可以还具备检测部414。检测部414设置于纵梁部403。通过将因绕X轴的角速度而引起的纵梁部403的弯曲作为在检测部414产生的电荷所形成的电流而取出，从而能够检测该角速度。
[0144]实施方式3中的惯性力传感器401的可挠部409具有4支臂405?408，但并不限定于此。即，可挠部409也可以具有臂405、406而不具有臂407、408。
[0145]锤410与可挠部409连接。更详细来说，锤410分别与可挠部409的臂405、406、407、408各自的一端连接。
[0146]驱动部411和检测部412、413分别具有下部电极层、压电层和上部电极层。
[0147]图19示出检测部412的剖面。检测部412具有由下部电极层420、压电层421和上部电极层422构成的层叠结构，其中所述下部电极层420设置于可挠部409的上表面，所述压电层421设置于下部电极层420的上表面，所述上部电极层422设置于压电层421的上表面。驱动部411、检测部413、检测部414也都具有与检测部412相同的结构。下部电极层420以及上部电极层422由例如铜、银、金、钛、钨、钼、铬、钥中的至少一种所构成的单体金属、或以它们为主要成分的合金、或层叠这些金属而成的结构构成。优选为，用包含Ti或T1x的钼(Pt)来，由此能够得到高传导度、且高温氧化气氛中的稳定性优异的电极层。另外，也可以在下部电极层420的上表面，形成有例如由钛酸盐(PbT13)构成的取向控制层等其他层。此外，在实施方式3中下部电极层420的厚度为10nm?500nm。
[0148]压电层421由例如氧化锌、钽酸锂、铌酸锂或铌酸钾等的压电材料构成。优选为，用锆酸钛酸铅(Pb(Zr，Ti)03)形成压电层421，由此能够实现压电特性良好的惯性力传感器401。另外，也可以在压电层421的上表面形成有由钛(Ti)构成的密接层等其他层。在实施方式3中压电层421的厚度为100nm?4000nm。
[0149]另外，基部402、可挠部409、锤410也可以使用水晶、LiTaO3或LiNbO3等的压电材料来形成。在该情况下，通过将由例如铜、银、金、钛、钨、钼、铬、钥中的至少一种构成的单体金属、或以它们为主要成分的合金、或层叠这些金属而成的结构构成的电极层，设置在由这些压电材料构成的基部402、可挠部409、锤410上，从而能够构成驱动部411与检测部412、413。也可以在可挠部251设置对可挠部251的振动进行检测的监视器部。由驱动部411以及监视器部和驱动电路构成驱动回路，从该驱动电路经由连接用电极以及布线向驱动部411提供驱动信号，由此臂405在XY平面内进行振动。若在该状态下施加角速度，则在检测部412、413中的至少一方产生电荷。通过将该电荷所形成的电流经由布线以及连接用电极415a、415b输入到检测电路，从而能够检测该角速度。
[0150]参照图20、图18B对连接用电极415a、415b进行说明。
[0151]图20示出连接用电极415a的剖面。连接用电极415a设置于基部402的上表面，具有:下部电极层420，其设置于基部402的上表面；压电层421，其设置于下部电极层420的上表面；和上部电极层422，其配置于压电层421的上表面。连接用电极415a通过布线与检测部412电连接，但也可以并非检测部412而与其他的检测部电连接。
[0152]图18B示出连接用电极415b的剖面。连接用电极415b设置于基部402的上表面，具有:下部电极层420，其设置于基部402的上表面；压电层421，其设置于下部电极层420的上表面；绝缘层423，其配置于压电层421的上表面的至少一部分；和上部电极层422，其配置于压电层421的上表面以及绝缘层423的上表面。连接用电极415b通过布线与检测部413电连接，但也可以并非检测部413而与其他的检测部电连接。连接用电极415b划分成2个区域Rl、R2。在区域Rl中，在压电层421的上表面并未设置绝缘层423，在压电层421的上表面设置有上部电极层422。在区域R2中，在压电层421的上表面设置有绝缘层423，在绝缘层423的上表面设置有上部电极层422。
[0153]通过调整绝缘层423的面积、厚度，能够使检测部412、检测部413的电容成为大致相同，所以能够降低各检测轴间的噪声级的差异。同时在连接用电极415b产生的电容被绝缘层423降低，所以能够降低噪声级。关于这一点详细进行说明。
[0154]连接用电极415a的电容C1利用压电层421的相对介电常数ε 、压电层的膜厚dp (μ m)、上部电极层422的面积S1 (μ m2)、介电常数ε 0(F/m)通过以下的式I来表示。
[0155]C1=SrlXe0XS1Alp-(Sl)
[0156]连接用电极415b的电容C2为将没有绝缘层423的区域Rl的电容C2a与有绝缘层423的区域R2的电容C2b合成而得到的合成电容。
[0157]电容C2a利用区域Rl中的电极层的面积S2A(ym2)、压电层421的相对介电常数L1、压电层421的膜厚(1Ρ(μπι)、真空的介电常数^(F/m)通过以下的式2来表示。
[0158]C2a = ε rl X ε ο X S2A/dP...(式 2)
[0159]绝缘层423的相对介电常数与压电层421的相对介电常数ε rl相比较小到可以忽略不计。因此，即使绝缘层423与压电层421的膜厚多少存在一些差异，有绝缘层423的区域R2的电容C2b也能够近似于在绝缘层423形成的电容值。因此，电容C2b可以利用绝缘层423的相对介电常数、区域R2的电极层的面积S2B(ym2)通过以下的式3来表示。
[0160]
C2B’=.εΓ2χε0XS2B / dP...(式 3)
[0161]在连接用电极415a、415b的面积相同(SI = S2A+S2B)的情况下,连接用电极415a的电容C1与连接用电极415b的电容C2的差Λ C通过以下的式4来表示。
[0162]AC = C1-C2
[0163]= C1- (C2A+C2B)
[0164]= ( ε rlX ε ^S1Zdp)-( ε rlX ε 0XS2A/dP+ ε r2X ε 0XS2B/dP)
[0165]= ( ε rl- ε r2) X ε 0XS2B/dP...(式 4)
[0166]如上所述，通过使绝缘层423介于电极层420、422之间，能够使连接用电极415b的电容C2与连接用电极415a的电容C1相比更小。此外，通过适当调整设置绝缘层423的区域R2的面积S2b从而能够任意地调整电容的差AC。检测部412?414的电容互不相同的情况很多。具体来说，设置有检测部412?414的位置上的可挠部409的刚性根据那部分的形状而不同，即，在受到惯性力的情况下所发生的弯曲(位移)根据可挠部409的位置不同而不同。为了使检测部412?414的灵敏度彼此相等，即，使在检测部412?414针对相同大小的惯性力而产生的电荷量相等，需要根据配置检测部412?414的位置上的可挠部409的刚性，来调整检测部412?414的面积等的大小。检测部412?414的电容因检测部412?414的大小不同而不同。另外,若检测部412?414的灵敏度以及电容不同，则由检测部412?414检测出的信号中会发生相位偏移，而招致检测电路中的抖动噪声的增大。或者，需要在检波的前级的电路处理部中设置纠正前述的检测信号的相位偏移的移相器而招致电路的大型化。在实施方式3中的惯性力传感器401中，因为能够在使检测部412?414的灵敏度相等的状态下，任意地调整连接用电极415a的电容C1与连接用电极415b的电容C2的差AC，所以能够使检测部412?414的电容差相抵。结果，能够抑制检测信号间的相位偏移所引起的抖动噪声的产生，能够降低惯性力传感器401的噪声级。或者，检测电路中的移相器已不需要，能够达成惯性力传感器401的小型化。更进一步，当调整检测部412?414的电容时，能够按照与电容最小的检测部一致的方式来调整其他检测部的电容，所以能够一边使检测部412?414的电容差相抵，一边降低检测部412?414的电容。在对来自检测部412?414的信号进行放大时所产生的噪声主要是放大器所产生的噪声，且与电极电容成比例地增大。在实施方式3中的惯性力传感器401中，能够降低在对来自检测部412?414的信号进行放大时所产生的这种噪声，能够降低惯性力传感器401的噪声级。
[0167]在图23所示的现有的惯性力传感器101中，检测部111、112、113具有电极材料与压电材料，通过将起因于惯性力而在臂105?108、纵梁部103、横梁部104产生的应变利用压电效应作为电荷来取出，并对该电荷所形成的电流实施规定电路处理，由此检测惯性力。
[0168]在现有的惯性力传感器101中，因为臂105?108、纵梁部103、横梁部104形状各不相同，所以针对从外部施加的惯性力它们所产生的应变大小并不均匀。如上所述，惯性力传感器101将惯性力所引起的臂105?108、纵梁部103、横梁部104的应变，利用设置在它们之上的检测部111、112、113的压电效应作为电荷来取出，所以若臂105?108、纵梁部103、横梁部104的应变情况不同，则针对相同大小的惯性力而各检测部所产生的电荷量(以下为信号电平)也会不同。更具体来说，对于配置在难以发生应变的构件上的检测部，信号电平会下降。因此，在现有的惯性力传感器101中，为了使各检测部的信号电平成为一定以上，构成为增大配置在难以发生应变的构件之上的检测部的面积，从而利用压电效应而得到的电荷量增多。
[0169]若像这样根据构件的应变情况来改变检测部各自的面积，则各检测部间的电容也会不同。结果，在检测部之间(即检测轴之间)噪声级也会不同。
[0170]图21A示出实施方式3中的惯性力传感器401的制造工序。准备成为基部402、可挠部409的基材。在基材的上表面形成下部电极层420 (步骤S401)。接着，在下部电极层420的上表面形成压电层421 (步骤S402)。接着，在压电层421的上表面的至少一部分形成绝缘层423(步骤S4021、S4022、S4023)。接着，形成上部电极层422 (步骤S403)。接着对连接用电极415a、415b进行加工(步骤S404)。接着，对压电层421的压电材料进行极化(步骤S405)。接着，对基材进行图案形成(步骤S406)。接着，对图案形成后的基材进行加工，形成基部402与可挠部251 (步骤S407)。接着，对基材的下表面进行研磨(背面研磨，步骤S408)。接着，对基材进行切割，从而得到惯性力传感器401 (步骤S409)。接着，检查所得到的惯性力传感器401的特性(步骤S410)。
[0171]在形成绝缘层423的工序中，首先将绝缘层423的材料即聚酰亚胺涂敷在压电层421的上表面的至少一部分(步骤S4021)。接着对涂敷后的聚酰亚胺进行图案形成(步骤S4022)。接着使图案形成后的聚酰亚胺固化(步骤S4023)。
[0172]图21B示出比较例2的惯性力传感器的制造工序。在图21B中，对于与图21A所示的实施方式3中的惯性力传感器401的制造工序相同的部分标注相同的参照编号。在图21B所示的比较例2的惯性力传感器的制造工序中，没有进行图21A所示的实施方式3中的惯性力传感器401的制造工序中的形成绝缘层423的工序。
[0173]在实施方式3中，绝缘层423使用以重氮萘醌(DNQ, diazonaphthoquinone)为感光剂的感光性聚酰亚胺即碱显影型感光性聚酰亚胺。作为感光剂的重氮萘醌广泛用于正型抗蚀感光剂，能够进行碱显影。在碱显影型感光性聚酰亚胺的曝光/显影工序中，由于曝光所发生的光化学反应(光聚合反应)，作为感光体的重氮萘醌经由茚烯酮(indene ketene)而变化成茚羧酸。该茚羧酸对于碱溶液具有高溶解性，因而光照射到的部分溶解，未曝光部的聚合物部分残存。此外重氮萘醌也作为聚合物部的溶解抑制剂而发挥作用。此外通过对实施图案形成后的碱显影型感光性聚酰亚胺实施被称作固化处理的热处理，从而作为聚酰亚胺前体的聚酰胺酸(polyamic-acid)的亚胺化反应(脱水闭环)前进，得到聚酰亚胺。在此，聚酰胺酸对有机溶剂溶解，若成为聚酰亚胺则不再对有机溶剂溶解，因而图案形成前，在使包含感光剂的有机溶剂与聚酰胺酸结合而成的溶液状态下进行涂敷，对该溶液进行干燥(预烘干)，通过曝光/显影工序形成所希望的图案后，进行被称作固化处理的热处理，由此能在所希望的位置形成绝缘层423 (聚酰亚胺)的图案。
[0174]在实施方式3中用有机材料来形成绝缘层423，但并不限定于此。S卩，能够对SiN、S12等的无机材料进行图案形成来形成绝缘层423。
[0175]另外，实施方式3中的连接用电极415a具有由下部电极层420、压电层421和上部电极层422构成的层叠结构，但并不限定于该构成。此外，在设置连接用电极415b的区域中，也可以为如下构成:与压电层421排列，在设置于基部402上或者下部电极层420上的绝缘层423上设置成为上部电极层422的金属层。
[0176]另外，在实施方式3中，连接用电极415a、415b中的任意一者具有压电层421、和覆盖压电层421的上表面的至少一部分的绝缘层423，但并不限定于该构成。也可以设为连接用电极415a、415b都具有压电层421、和覆盖压电层421的上表面的至少一部分的绝缘层423。而且，连接用电极415a、415b中的任意一者也可以设为绝缘层423覆盖压电层421的整个上表面的构成。无论是哪种构成，都能够在使检测部412?413的灵敏度成为相等的状态下，任意地调整连接用电极415a的电容C1与连接用电极415b的电容C2的差Λ C，所以能够使检测部412?414的电容差相抵。
[0177](实施方式4)
[0178]图22是实施方式4中的惯性力传感器501的俯视图。惯性力传感器501是用于检测加速度的加速度传感器。在图22中，定义相互正交的X轴、Y轴、Z轴。
[0179]惯性力传感器501具备基部502、锤504、连结基部502与锤504的中央支撑梁部509、和梁部503a、503b。惯性力传感器501具备驱动部505、检测部506a、506b、连接用电极508a、508b、和布线507a、507b。驱动部505设置于梁部503a、503b。检测部506a、506b分别设置于梁部503a、503b。连接用电极508a、508b设置于基部502。布线507a将检测部506a与连接用电极508a电连接。布线507b将检测部506b与连接用电极508b电连接。在此，连接用电极508a是与图20所示的实施方式3中的连接用电极415a相同的构成。此外，连接用电极508b是与图18B所示的实施方式3中的连接用电极415b相同的构成。即，连接用电极508b的电容比连接用电极508a的电容小。
[0180]根据该构成，能够使检测部506a、506b的电容相抵从而使连接用电极508a、508b中的电容相同，因此能够降低噪声级的差。同时在连接用电极508b产生的电容被绝缘层423降低，所以能够降低噪声级。关于这一点详细进行说明。
[0181]在惯性力传感器501中，为了设为梁部503a、503b的共振频率仅相差规定的失谐频率，梁部503a、503b形成为相对于Y轴彼此不对称。因此，梁部503a与梁部503b的弯曲情况不同。结果，检测部506a、506b会形成为相对于Y轴彼此不对称，从而检测部506a、506b的电容彼此不同。在惯性力传感器501中，能够通过设置绝缘层423来调整(降低)连接用电极508b的电容，并能够使检测部506a、506b的电容差相抵从而使连接用电极508a、508b中的电容相同，所以能够降低噪声级的差。结果，能够降低检测部间的噪声级的差。
[0182]以下，对惯性力传感器501的各构成进行说明。
[0183]中央支撑梁部509与梁部503a、503b互相平行地从基部502延伸出来，中央支撑梁部509设置于梁部503a、503b之间。
[0184]锤504与中央支撑梁部509和梁部503a、503b各自的一端连接。由此，能够通过施加给锤504的加速度(惯性力)而使梁部503a、503b弯曲。
[0185]基部502、中央支撑梁部509和梁部503a、503b、锤504使用例如金刚石、熔融石英、氧化铝、不锈钢、聚合物或GaAs等的非压电材料来形成。尤其是通过将硅用于上述构成部件，能够利用微细加工技术形成非常小型的惯性力传感器501，并且能够与构成电路的集成电路(IC) 一体地形成。另外，也可以在基部502、中央支撑梁部509和梁部503a、梁部503b、锤504的表面，形成有例如由硅氧化膜(S12)构成的阻挡层、由钛(Ti)构成的密接层等其他层。
[0186]驱动部505和检测部506a、506b分别具有上部电极层、下部电极层、和介于上部电极层与下部电极层之间的压电层。
[0187]以下，对惯性力传感器501的动作进行说明。
[0188]在惯性力传感器501中，通过向驱动部505提供驱动信号，从而梁部503a、503b在Z轴方向或X轴方向上进行振动。在该状态下，若在X轴方向上施加加速度则在锤504产生惯性力，对相对于中央支撑梁部509相互配置于相反侧的梁部503a与梁部503b中的一方施加拉伸应力，对另一方施加压缩应力。随之梁部503a、503b的驱动共振频率发生变化，由配置于梁部503a、503b的检测部506a、506b对该变化进行探测，由此探测加速度。
[0189]另外，实施方式3、4中的惯性力传感器401、501是角速度传感器以及加速度传感器，但通过将本发明应用在压力传感器等其他的惯性力传感器中，也能够降低电极电容，所以能够提高惯性力传感器的灵敏度，并且能够实现惯性力传感器的小型化。
[0190]此外，实施方式1、2中的惯性力传感器201、301的连接用电极215也可以具有与实施方式3、4中的惯性力传感器401、501的连接用电极415a、415b的结构相同的结构，能够获得同样的效果。
[0191]在实施方式I?4中，“上表面”、“上方”等表示方向的用语表示仅依存于臂、驱动部、检测部、层间绝缘层等惯性力传感器的构成部件的相对位置关系的相对方向，并非表示铅直方向等绝对方向。
[0192]工业实用性
[0193]本发明的惯性力传感器具有高灵敏度并且小型，因此作为用在飞机、汽车、机器人、船舶、车辆等的移动体的姿势控制、导航等各种电子设备等中的惯性力传感器非常有用。
[0194]符号说明
[0195]201惯性力传感器
[0196]202 基部
[0197]205 梁部
[0198]211驱动部
[0199]212、213、214 检测部
[0200]215连接用电极(第I连接用电极、第2连接用电极)
[0201]216 布线
[0202]217 布线
[0203]218层间绝缘层(第I层间绝缘层、第2层间绝缘层、第3层间绝缘层)
[0204]218a层间绝缘层(第I层间绝缘层)
[0205]218b层间绝缘层(第2层间绝缘层)
[0206]220 压电层
[0207]227上部电极层
[0208]228下部电极层
[0209]231金属层
[0210]251可挠部
[0211]401惯性力传感器
[0212]402 基部
[0213]409可挠部
[0214]411驱动部
[0215]412、413、414 检测部
[0216]415a连接用电极
[0217]415b连接用电极
[0218]420下部电极层
[0219]421压电层
[0220]422上部电极层
[0221]423绝缘层
【权利要求】
1.一种惯性力传感器，其具备: 基部; 第I连接用电极，其设置于所述基部； 可挠部，其由所述基部支撑； 驱动部，其设置于所述可挠部的上表面，对所述可挠部进行激振； 第I检测部，其设置于所述可挠部的所述上表面，对所述可挠部的位移进行探测； 第I层间绝缘层，其配置于所述驱动部与所述第I检测部中的一方的上表面；和第I布线，其经由所述第I层间绝缘层的上表面，将所述驱动部与所述第I检测部中的另一方电连接至所述第I连接用电极。
2.根据权利要求1所述的惯性力传感器，其中， 所述驱动部与所述第I检测部中的所述一方，沿着所述可挠部而位于所述驱动部与所述第I检测部中的所述另一方和所述基部之间。
3.根据权利要求1所述的惯性力传感器，其中， 所述惯性力传感器还具备: 第2检测部，其设置于所述可挠部的所述上表面，对所述可挠部的位移进行探测；和 第2层间绝缘层，其配置于所述第2检测部的上表面， 所述第I布线经由所述第2层间绝缘层的上表面将所述第I检测部与所述驱动部中的所述另一方电连接至所述第I连接用电极。
4.根据权利要求3所述的惯性力传感器，其中， 所述惯性力传感器还具备: 第2连接用电极，其设置于所述基部；和 第2布线，其经由所述第2层间绝缘层的所述上表面，将所述第I检测部与所述驱动部中的所述一方电连接至所述第2连接用电极。
5.根据权利要求4所述的惯性力传感器，其中， 所述惯性力传感器还具备: 第3检测部，其设置于所述可挠部的所述上表面，对所述可挠部的位移进行探测； 第3层间绝缘层，其配置于所述第3检测部的上表面； 第3连接用电极，其设置于所述基部；和 第3布线，其经由所述第3层间绝缘层的所述上表面，将所述第2检测部与所述第3连接用电极电连接。
6.根据权利要求5所述的惯性力传感器，其中， 所述第I布线经由所述第I层间绝缘层的所述上表面、所述第2层间绝缘层的所述上表面、与所述第3层间绝缘层的所述上表面，将所述第I检测部与所述驱动部中的所述另一方电连接至所述第I连接用电极， 所述第2布线经由所述第2层间绝缘层的所述上表面、与所述第3层间绝缘层的所述上表面，将所述第I检测部与所述驱动部中的所述一方电连接至所述第2连接用电极。
7.根据权利要求5或6所述的惯性力传感器，其中， 所述第I层间绝缘层、所述第2层间绝缘层与所述第3层间绝缘层相连。
8.根据权利要求4所述的惯性力传感器，其中， 所述第I连接用电极与所述第2连接用电极的至少一方具有: 第I压电层； 绝缘层，其覆盖所述第I压电层的一部分；和 电极层，其配置在所述绝缘层上。
9.根据权利要求8所述的惯性力传感器，其中， 所述第I检测部与所述第2检测部彼此大小不同。
10.根据权利要求8所述的惯性力传感器，其中， 所述第I检测部与所述第2检测部分别具有: 第2压电层；和 电极层，其配置在所述第2压电层上。
11.根据权利要求8所述的惯性力传感器，其中， 所述惯性力传感器还具备: 第3检测部，其设置于所述可挠部，对所述可挠部的位移进行检测；和 第3连接用电极，其设置于所述基部，与所述第3检测部电连接。
12.根据权利要求8所述的惯性力传感器，其中， 所述可挠部具有: 梁部；和 与所述梁部连接的臂。
13.根据权利要求3所述的惯性力传感器，其中， 所述惯性力传感器还具备: 第2连接用电极，其设置于所述基部； 第3层间绝缘层，其配置于所述第I布线的上表面；和 第2布线，其经由所述第3层间绝缘层的所述上表面，将所述第I检测部与所述驱动部中的所述一方电连接至所述第2连接用电极。
14.根据权利要求13所述的惯性力传感器，其中， 所述惯性力传感器还具备设置在所述第3层间绝缘层内的金属层。
15.根据权利要求14所述的惯性力传感器，其中， 所述金属层与基准电位连接。
16.根据权利要求1所述的惯性力传感器，其中， 在所述第I层间绝缘层，设置有使所述第I检测部与所述驱动部中的所述一方从所述第I层间绝缘层露出的孔。
17.根据权利要求3?16中任一项所述的惯性力传感器，其中， 所述第2层间绝缘层与所述第I层间绝缘层相连。
18.根据权利要求1所述的惯性力传感器，其中， 所述驱动部与所述第I检测部分别具有: 下部电极，其设置于所述可挠部的所述上表面； 压电层，其设置于所述下部电极的上表面；和 上部电极，其设置于所述压电层的上表面。
19.根据权利要求18所述的惯性力传感器，其中，所述压电层的侧面被所述第I层间绝缘层覆盖。
20.根据权利要求1所述的惯性力传感器，其中，所述惯性力传感器还具备与所述可挠部相连接的锤。
21.根据权利要求20所述的惯性力传感器，其中，所述第I层间绝缘层未延伸到所述锤上。
22.根据权利要求1所述的惯性力传感器，其中，所述第I层间绝缘层包含由Al2O3构成的层。
23.根据权利要求1所述的惯性力传感器，其中，所述第I层间绝缘层利用ALD法来形成。
24.根据权利要求1所述的惯性力传感器，其中，所述第I层间绝缘层包含由SiN、Si0N、Si02中的任意一者构成的层。
25.根据权利要求1所述的惯性力传感器，其中，所述惯性力传感器还具备设置在所述第I层间绝缘层内的金属层。
26.根据权利要求25所述的惯性力传感器，其中，所述金属层与基准电位连接。
【文档编号】G01P15/10GK104185773SQ201380012802
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2013年3月5日 优先权日:2012年3月9日
【发明者】石田贵巳, 山本贤作 申请人:松下电器产业株式会社