ＭＥＭＳセンサ
【課題】製造コストの増加を抑制しながら、互いに絶縁すべき複数の配線を交差させることができ、しかも物理量検出を良好に維持することができるＭＥＭＳセンサを提供する。
【解決手段】表面２１に一対のＸ−検出素子ＤＸが設けられたＳＯＩ基板２上の第２層間膜２０上に、これらＸ−検出素子ＤＸ間を接続する素子間配線４３を敷設する。一方、第２層間膜２０上において、素子間配線４３を横切る方向にＸ−ブリッジ配線３１の主配線３６およびＺ−検出上部電極配線３３の主配線３６が敷設されている。これらの主配線３６との接触を避けるために、Ｘ−検出素子ＤＸの下部電極２５と同一層に中継配線４５を形成し、この中継配線４５を利用して素子間配線４３が構成する回路を第２層間膜２０内に迂回させる。
【解決手段】表面２１に一対のＸ−検出素子ＤＸが設けられたＳＯＩ基板２上の第２層間膜２０上に、これらＸ−検出素子ＤＸ間を接続する素子間配線４３を敷設する。一方、第２層間膜２０上において、素子間配線４３を横切る方向にＸ−ブリッジ配線３１の主配線３６およびＺ−検出上部電極配線３３の主配線３６が敷設されている。これらの主配線３６との接触を避けるために、Ｘ−検出素子ＤＸの下部電極２５と同一層に中継配線４５を形成し、この中継配線４５を利用して素子間配線４３が構成する回路を第２層間膜２０内に迂回させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems：微小電気機械システム）センサは、外力の作用により変化する「構造」を利用することにより、物体に生じる加速度、角速度、圧力などを検出する。
たとえば、特許文献１の図１に開示されたモーションセンサ（１）は、枠形の支持部（Ｓ）と、支持部（Ｓ）の内側に十文字形に配置された４つの梁（Ｆ）と、当該４つの梁（Ｆ）のそれぞれに結合した柱形の連結部（Ｃ）と、連結部（Ｃ）に結合した錘（Ｍ）と、４つの梁（Ｆ）のそれぞれに設けられたピエゾ抵抗素子（１３１）・検出圧電素子（３０ｂ）と、４つの梁（Ｆ）のそれぞれに設けられ４つの梁（Ｆ）を撓ませることにより錘（Ｍ）を駆動する駆動圧電素子（３０ａ）と、各圧電素子（３０ａ・３０ｂ）を被覆するように支持部（Ｓ）および梁（Ｆ）上に積層された絶縁層（４０）と、この絶縁層（４０）上に形成され、各圧電素子（３０ａ・３０ｂ）に接続された表面配線層（５０）とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１４５２５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
たとえば、特許文献１のモーションセンサのようなＭＥＭＳセンサにおいて、圧電素子などの容量素子間を配線で接続する場合がある。そのとき、配線を敷設可能なスペースに対して配線の数が多いと、或る回路を形成する配線を引き回すにあたって、他の回路を形成する配線を横切らなければならない箇所が生じる。
そのような場合、いわゆる多層配線構造を採用し、一方の回路を形成する配線を上位の配線層に迂回させれば、当該配線同士を互いに接触しないように交差させることができる。特許文献１のモーションセンサにおいては、たとえば、絶縁層（４０）の上にさらに絶縁層を積層し、駆動圧電素子（３０ａ）に接続された表面配線層（５０）を当該絶縁層上に迂回させれば、駆動圧電素子（３０ａ）に接続された表面配線層（５０）と、検出圧電素子（３０ｂ）に接続された表面配線層（５０）とを接触しないように交差させることができると考えられる。
【０００５】
しかしながら、絶縁層を積層する工程、当該絶縁層に迂回させるための配線を形成する工程などの工程を追加しなければならず、全体としての工程数が増えてしまう。この工程数の増加に伴い、製造コストが嵩むという不具合を生じる。また、繊細な構造を有する梁（Ｆ）などの可動部に多層配線構造が形成されると、繊細な梁（Ｆ）に余計なストレスが加わり、物理量の検出に悪影響を及ぼすおそれもある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、製造コストの増加を抑制しながら、互いに絶縁すべき複数の配線を交差させることができ、しかも物理量検出を良好に維持することができるＭＥＭＳセンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するための請求項１に記載のＭＥＭＳセンサは、半導体基板と、前記半導体基板上に設けられ、誘電体と、この誘電体を挟んで対向する下部電極および上部電極とを有する容量素子と、前記半導体基板上に積層され、前記容量素子を被覆する絶縁層と、前記絶縁層上に形成され、第１配線および当該絶縁層上において前記第１配線により分断された第２配線を含む主配線と、前記下部電極または前記上部電極と同一層に形成され、当該層において前記下部電極または前記上部電極の表面に沿う横方向に沿って前記第１配線を横切るように延びる中継配線とを含み、前記絶縁層上において分断された前記第２配線は、前記中継配線を介して互いに電気的に接続されている。
【０００８】
この構成によれば、絶縁層上で分断された第２配線が、絶縁層内部において第１配線を横切る中継配線を介して互いに電気的に接続されている。これにより、第１配線に接触しないように第２配線の導通を図ることができる。しかも、容量素子の上部電極または下部電極の形成時に、第２配線の迂回路を形成する配線（中継配線）を同時に形成することができる。そのため、工程数の増加を防止することができるので、製造コストの増加を抑制することができる。
【０００９】
また、半導体基板は、請求項２に記載のように、外力により変形可能な薄膜部および当該薄膜部を支持するフレームを有していてもよい。その場合、前記第１配線、前記第２配線および前記中継配線は、前記薄膜部上に敷設されていてもよい。薄膜部上に配線が敷設される場合でも、本発明の構成によれば、第１配線と交差する中継配線のベースを形成するために、主配線のベースとなる絶縁層上に絶縁層をさらに積層する必要がない。そのため、薄膜部に余計なストレスが加わることを抑制することができる。
【００１０】
また、請求項３に記載のように、前記容量素子が、前記薄膜部上に配置され、それぞれ前記誘電体が圧電体である第１圧電素子および第２圧電素子を含み、前記薄膜部上の前記第２配線が、前記第１圧電素子と前記第２圧電素子とを電気的に接続する素子間配線と、当該素子間配線に電気的に接続されたパッド配線とを含んでいてもよい。
その場合、請求項４に記載のように、素子間配線が、絶縁層上で第１配線により分断されていてもよい。素子間配線が分断される構成では、請求項４に記載のように、前記中継配線が、前記第１圧電素子の前記下部電極および前記第２圧電素子の前記下部電極と同一層においてそれら下部電極のいずれからも分離され、前記横方向に沿って前記第１配線を横切るように形成された下部金属層からなり、当該下部金属層と、分断された各前記素子間配線とを接続するプラグをさらに含むことが好ましい。
【００１１】
この構成では、中継配線が第１および第２圧電素子の各下部電極のいずれからも分離されているので、第１および第２圧電素子の各電極（上部電極および下部電極）から中継配線を電気的に絶縁することができる。そのため、素子間配線における中継配線との接続側とは反対側の接続対象を適宜設定することにより、第１圧電素子と第２圧電素子とを直列に接続することもできるし、並列に接続することもできる。
【００１２】
たとえば、分断された一方および他方の素子間配線の接続対象が、同種の電極である場合（つまり、接続対象が、第１圧電素子の上部電極および第２圧電素子の上部電極である場合、または第１圧電素子の下部電極および第２圧電素子の下部電極である場合）には、第１および第２圧電素子の並列接続を達成することができる。また、分断された一方および他方の素子間配線の接続対象が、異種の電極である場合（つまり、接続対象が、第１圧電素子の上部電極および第２圧電素子の下部電極である場合、または第１圧電素子の下部電極および第２圧電素子の上部電極である場合）には、第１および第２圧電素子の直列接続を達成することができる。
【００１３】
また、請求項５に記載のように、素子間配線がアルミニウムからなり、下部金属層が白金からなる場合には、第１圧電素子と第２圧電素子とを接続する回路を構成する配線のうち、アルミニウムよりも電気伝導率が低い配線（白金配線）を下部金属層の部分に留めることができる。そのため、第１圧電素子と第２圧電素子との距離が遠い場合でも、第１配線の近傍まで素子間配線を利用すれば、第１圧電素子と第２圧電素子との間の平均電気伝導率の低下を抑制することができる。なお、白金配線は、Ｐｔのみからなる配線に限らず、たとえば、Ｐｔ／ＴｉのようにＰｔを主として含む配線を含む概念である。
【００１４】
また、請求項６に記載のように、前記ＭＥＭＳセンサは、前記下部金属層上に形成され、前記第１圧電素子および前記第２圧電素子の前記圧電体と同一材料からなるダミー圧電体をさらに含んでいてもよい。
この構成では、第１および第２圧電素子の圧電体を圧電材料のエッチングにより形成する際に、当該圧電材料における圧電体を形成すべき領域と同様に、ダミー圧電体を形成すべき領域もマスクで覆われる。これにより、エッチング中、下部金属層（中継配線）におけるダミー圧電体直下の部分をエッチングガス等のエッチング媒体から保護することができる。この保護により、下部金属層へのダメージを抑制し、下部電極層の厚さを維持することができる。その結果、下部金属層の内部抵抗の上昇を抑制することができる。
【００１５】
また、ダミー圧電体が形成される場合、前記プラグは、請求項７に記載のように、前記ダミー圧電体を厚さ方向に貫通して前記下部金属層に接続されていてもよい。また、請求項８に記載のように、前記ダミー圧電体から前記下部金属層が露出していれば、前記プラグは、前記ダミー圧電体を避けて前記下部金属層の前記露出した部分に接続されていてもよい。
【００１６】
また、第２配線がパッド配線と素子間配線とを含む場合、請求項９に記載のように、パッド配線と素子間配線とが、絶縁層上で第１配線により分断されていてもよい。パッド配線と素子間配線との間が分断される構成では、請求項９に記載ように、前記中継配線が、前記第１圧電素子の前記下部電極から前記第１配線を横切るように前記横方向に一体的に引き出された電極引出部を含み、前記パッド配線と前記第１圧電素子の前記上部電極とを接続する第１プラグと、前記素子間配線と前記電極引出部とを接続する第２プラグとをさらに含むことが好ましい。
【００１７】
この構成では、中継配線と第１圧電素子の下部電極とが一体的に形成されているので、中継配線と当該下部電極とを簡単かつ確実な構造で接続することができる。
また、請求項１０に記載のように、前記ＭＥＭＳセンサは、前記第１圧電素子の前記圧電体から前記電極引出部の表面に沿って一体的に引き出された圧電体引出部をさらに含んでいてもよい。
【００１８】
この構成では、第１および第２圧電素子の圧電体を圧電材料のエッチングにより形成する際に、当該圧電材料における圧電体を形成すべき領域と同様に、圧電体引出部を形成すべき領域もマスクで覆われる。これにより、エッチング中、電極引出部（中継配線）における圧電体引出部直下の部分をエッチングガス等のエッチング媒体から保護することができる。この保護により、電極引出部へのダメージを抑制し、電極引出部の厚さを維持することができる。その結果、電極引出部の内部抵抗の上昇を抑制することができる。
【００１９】
また、前記圧電体引出部が形成される場合、前記第２プラグは、請求項１１に記載のように、前記圧電体引出部を厚さ方向に貫通して前記電極引出部に接続されていてもよい。また、請求項１２に記載のように、前記圧電体引出部から前記電極引出部が露出していれば、前記第２プラグは、前記圧電体引出部を避けて前記電極引出部の前記露出した部分に接続されていてもよい。
【００２０】
また、前記素子間配線が、絶縁層上で第１配線により分断されている場合、請求項１３に記載のように、前記中継配線が、前記第１圧電素子の前記上部電極および前記第２圧電素子の前記上部電極と同一層においてそれら上部電極のいずれからも分離され、前記横方向に沿って前記第１配線を横切るように形成された上部金属層からなり、当該上部金属層と、分断された各前記素子間配線とを接続するプラグをさらに含んでいてもよい。
【００２１】
この構成によれば、請求項４と同様に、中継配線が第１および第２圧電素子の各上部電極のいずれからも分離されているので、第１および第２圧電素子の各電極（上部電極および下部電極）から中継配線を電気的に絶縁することができる。そのため、素子間配線における中継配線との接続側とは反対側の接続対象を適宜設定することにより、第１圧電素子と第２圧電素子とを直列に接続することもできるし、並列に接続することもできる。
【００２２】
また、請求項１４に記載のように、素子間配線がアルミニウムからなり、上部金属層がイリジウムからなる場合には、第１圧電素子と第２圧電素子とを接続する回路を構成する配線のうち、アルミニウムよりも電気伝導率が低い配線（イリジウム配線）を上部金属層の部分に留めることができる。そのため、第１圧電素子と第２圧電素子との距離が遠い場合でも、第１配線の近傍まで素子間配線を利用すれば、第１圧電素子と第２圧電素子との間の平均電気伝導率の低下を抑制することができる。なお、イリジウム配線は、Ｉｒのみからなる配線に限らず、たとえば、Ｉｒ／ＩｒＯ２-のようにＩｒを主として含む配線を含む概念である。
【００２３】
また、請求項１５に記載のように、前記第１圧電素子および前記第２圧電素子は、前記薄膜部の変形を検出するために配置された検出用素子であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係るモーションセンサの模式的な平面図である。
【図２】図１に示すモーションセンサの模式的な斜視図であって、一部を断面で表した図である。
【図３】図１に示すビームの要部拡大図である。
【図４】図１に示すビームの要部拡大図であって、図３のピエゾ抵抗素子およびピエゾ抵抗素子と同一層に形成された要素のみを表している。
【図５】図１に示すビームの要部拡大図であって、図３の下部電極および圧電体ならびにそれらと同一層に形成された要素のみを表している。
【図６】図１に示すビームの要部拡大図であって、図３の上部電極および上部電極と同一層に形成された要素のみを表している。
【図７】図３に示すビームの切断面Ａ−Ａを表す断面図である。
【図８】図３に示すビームの切断面Ｂ−Ｂを表す断面図である。
【図９Ａ】図１に示すモーションセンサの製造工程の一部を示す模式的な断面図であって、図８と同じ断面を表している。
【図９Ｂ】図９Ａの次の工程を示す図である。
【図９Ｃ】図９Ｂの次の工程を示す図である。
【図９Ｄ】図９Ｃの次の工程を示す図である。
【図１０】図７に示すビームの第１変形例を示す図である。
【図１１】図７に示すビームの第２変形例を示す図である。
【図１２】図７に示すビームの第３変形例を示す図である。
【図１３】図７に示すビームの第４変形例を示す図である。
【図１４】図７に示すビームの第５変形例を示す図である。
【図１５】図７に示すビームの第６変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
＜モーションセンサ１の全体構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係るモーションセンサ１の模式的な平面図である。図２は、図１に示すモーションセンサ１の模式的な斜視図であって、一部を断面で表した図である。
【００２６】
モーションセンサ１は、三次元空間において直交する３軸（Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸）に沿って作用する３軸加速度および３軸まわりに作用する３軸角速度を検出する６軸モーションセンサである。
このモーションセンサ１は、表面２１および裏面２２を有する半導体基板としての平面視矩形状のＳＯＩ（Silicon On Insulator)基板２を備えている。ＳＯＩ基板２の表面２１は、たとえば、検出素子や検出回路などが形成される素子形成面であり、裏面２２は、たとえば、支持基板（たとえば、ガラス基板などの封止基板）が接合される実装面である。
【００２７】
説明の便宜上、以下では、ＳＯＩ基板２の１対の対向辺に平行な方向をＸ方向とし、ＳＯＩ基板２の他対の対向辺に平行な方向をＹ方向とし、ＳＯＩ基板２の厚さ方向に平行な方向をＺ方向として本実施形態を説明する。ＳＯＩ基板２を水平面に置いたとき、Ｘ方向およびＹ方向は互いに直交する２つの水平な直線（Ｘ軸およびＹ軸）に沿う２つの水平方向（第１水平方向および第２水平方向）となり、Ｚ方向は鉛直な直線（Ｚ軸）に沿う鉛直方向（高さ方向）となる。なお、Ｚ方向については、ＳＯＩ基板２の裏面２２が下側に配置されるモーションセンサ１の基本姿勢を基準として、上下方向ということがある。
【００２８】
ＳＯＩ基板２は、その裏面２２側から表面２１側へ向かって順に、シリコン基板３と、酸化シリコンからなる絶縁層４と、シリコンからなる活性層５とが積層された構造を有している。ＳＯＩ基板２の総厚さは、たとえば、５５７．５μｍ程度であり、各層の厚さは、たとえば、シリコン基板３が５５０μｍ程度、絶縁層４が１．５μｍ程度、活性層５が６μｍ程度である。
【００２９】
ＳＯＩ基板２は、フレーム６と、錘７と、薄膜部としてのビーム８とを有している。この実施形態では、フレーム６および錘７は、ＳＯＩ基板２のシリコン基板３、絶縁層４および活性層５からなる積層構造で構成され、ビーム８は、ＳＯＩ基板２の活性層５で構成されている。
フレーム６は、平面視四角環状（枠状）に形成されている。このフレーム６上には、ＳＯＩ基板２上に形成された各種配線２９〜３５（後述）に接続される電極パッド９が複数設けられている。複数の電極パッド９は、フレーム６の各辺に複数個同数ずつ（この実施形態では、１０個ずつ）設けられ、各辺において互いに等しい間隔を空けて配置されている。
【００３０】
錘７は、フレーム６によって取り囲まれる領域に、フレーム６との間に間隔を空けて配置されている。錘７は、四角柱状の中央柱状部１０と、その周囲の４つの四角柱状の周囲柱状部１１とからなる。中央柱状部１０および各周囲柱状部１１は、いずれもフレーム６と同じ厚さ（高さ）を有している。中央柱状部１０は、フレーム６によって囲まれる領域の中央部に、外周縁がフレーム６の内周縁（内面）と平行をなすように配置されている。周囲柱状部１１は、中央柱状部１０の上面の各対角線の両側への延長線上に１つずつ配置されている。そして、中央柱状部１０の側面の各角部に対して、周囲柱状部１１の側面の１つの角部が接続されている。これにより、中央柱状部１０および４つの周囲柱状部１１は、一体をなして、フレーム６と同じ厚さを有する錘７を構成している。
【００３１】
ビーム８は、この実施形態では４本設けられ、互いに隣り合う周囲柱状部１１の各間において、それらの周囲柱状部１１の側面に対して間隔を空けて平行に延びている。ビーム８の長手方向（以下、この方向を「ビーム８の縦断方向」ということがある。）一端は、フレーム６に接続され、その他端は、中央柱状部１０に接続されている。また、ビーム８は、ＳＯＩ基板２の活性層５で構成されていることにより、捩れ変形および撓み変形が可能である。これにより、４本のビーム８は、錘７をフレーム６に対して揺振可能に支持している。
【００３２】
各ビーム８には、容量素子としての駆動圧電素子１２および検出圧電素子１３、ならびにピエゾ抵抗素子１４が設けられている。
駆動圧電素子１２は、各ビーム８とフレーム６との境界に１個ずつ合計４個設けられ、ビーム８とフレーム６との間に跨るように配置されている。駆動圧電素子１２には、錘７をフレーム６の周方向に沿って周回運動させるための交流電圧が印加される。
【００３３】
検出圧電素子１３は、各ビーム８と中央柱状部１０との境界に複数個同数ずつ（この実施形態では、３個ずつ）設けられており、センサに作用する角速度成分を検出する。各境界に設けられた複数個の素子は、互いに間隔を空けてビーム８の長手方向に直交する幅方向（以下、この方向を「ビーム８の横断方向」ということがある。）に沿って並べられ、それぞれがビーム８と中央柱状部１０との間に跨るように配置されている。
【００３４】
ピエゾ抵抗素子１４は、各ビーム８に複数個ずつ設けられている。複数のピエゾ抵抗素子１４は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸それぞれに作用する加速度の検出回路として、たとえば４個のピエゾ抵抗素子１４からなる３つのブリッジ回路を構成している。たとえば、Ｘ軸に対応するブリッジ回路は、Ｘ方向に沿って延びるビーム８上の４個のピエゾ抵抗素子１４で構成され、Ｙ軸に対応するブリッジ回路は、Ｙ方向に沿って延びるビーム８上の４個のピエゾ抵抗素子１４で構成されている。また、Ｚ軸に対応するブリッジ回路は、４つのビーム８それぞれから１個ずつ選ばれた合計４個のピエゾ抵抗素子１４で構成されている。なお、図１および図２では、複数のピエゾ抵抗素子１４の一部のみを表している。
【００３５】
このモーションセンサ１では、駆動圧電素子１２に交流の駆動電圧を印加することにより、ビーム８が３次元振動して、錘７がフレーム６の周方向に沿って周回運動する。そして、モーションセンサ１に角速度が作用し、作用した角速度と錘７の速度とに応じたコリオリ力が錘７に発生すると、ビーム８に歪みが生じる。ビーム８の歪みにより、ビーム８上の検出圧電素子１３に応力が作用し、その応力が検出圧電素子１３で電圧に変換される。そのため、検出圧電素子１３で発生した電圧を信号として取り出せば、モーションセンサ１に作用した３軸角速度を検出することができる。
【００３６】
また、モーションセンサ１に加速度が作用して錘７が振れると、錘７に慣性力が作用してビーム８に歪みが生じる。このビーム８の歪みにより、ビーム８上のピエゾ抵抗素子１４に応力が作用し、ピエゾ抵抗素子１４の抵抗率が変化する。そのため、各ピエゾ抵抗素子１４の抵抗率の変化量を信号として取り出せば、その信号に基づいて、モーションセンサ１に作用した３軸加速度を検出することができる。
＜ピエゾ抵抗素子１４、駆動圧電素子１２および検出圧電素子１３のビーム８上における配置形態＞
図３〜図６は、図１に示すビーム８の要部拡大図である。なお、図４は、図３のピエゾ抵抗素子１４およびピエゾ抵抗素子１４と同一層に形成された要素のみを表している。また、図５は、図３の下部電極および圧電体ならびにそれらと同一層に形成された要素のみを表している。また、図６は、図３の上部電極および上部電極と同一層に形成された要素のみを表している。また、図７は、図３に示すビーム８の切断面Ａ−Ａを表す断面図である。図８は、図３に示すビーム８の切断面Ｂ−Ｂを表す断面図である。
【００３７】
まず図３〜図４、図７〜図８を参照して、歪みゲージとしてのピエゾ抵抗素子１４は、ビーム８の表層部にその一部として形成されている。ピエゾ抵抗素子１４は、たとえば、ｎ−型の活性層５へのｐ型不純物の拡散により導電性が付与されて形成された素子であり、一様なｐ型不純物濃度を有している。
ピエゾ抵抗素子１４は、この実施形態では、たとえば、第１のブリッジ回路としてのＸ方向検出用のブリッジ回路（つまり、Ｘ方向の加速度を検出するためのブリッジ回路）を構成する第１抵抗としてのＸ−抵抗素子ＲＸと、Ｘ方向検出用のブリッジ回路とは異なる第２のブリッジ回路としてのＺ方向検出用のブリッジ回路（つまり、Ｚ方向の加速度を検出するためのブリッジ回路）を構成する第２抵抗としてのＺ−抵抗素子ＲＺとを含んでいる。
【００３８】
なお、Ｘ方向およびＺ方向検出用の抵抗として例示された第１および第２抵抗は、たとえば、最終製品の特性に合わせて、Ｘ方向検出用、Ｙ方向検出用およびＺ方向検出用として設計することができる。
Ｘ−抵抗素子ＲＸおよびＺ−抵抗素子ＲＺは、それぞれビーム８の長手方向に沿う長尺状に形成されており、ビーム８の幅方向中央において、ビーム８の長手方向に沿って配置されている。具体的には、ビーム８とフレーム６との間に跨るように、かつ、平面視で駆動圧電素子１２と重なるようにＺ−抵抗素子ＲＺが配置され、このＸ−抵抗素子ＲＸからフレーム６から離れる方向へ向かってＸ−抵抗素子ＲＸ、Ｘ−抵抗素子ＲＸおよびＺ−抵抗素子ＲＺという順に配置されている。
【００３９】
次に、図３および図５、図７〜図８を参照して、ＳＯＩ基板２の表面２１には、ＳｉＯ２膜１５（厚さ１２５Å程度）およびＮＳＧ（Nondoped Silicate Glass）からなる第１層間膜１６（厚さ２５００Å程度）が順に積層されている。
駆動圧電素子１２および検出圧電素子１３は、この第１層間膜１６上に設けられている。
【００４０】
駆動圧電素子１２は、ビーム８とフレーム６との境界に配置されたＺ−抵抗素子ＲＺおよび当該Ｚ−抵抗素子ＲＺに隣接するＸ−抵抗素子ＲＸからなる１組のピエゾ抵抗素子１４を覆うように配置されている。
駆動圧電素子１２は、誘電体としての圧電体１７と（たとえば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛））、当該圧電体１７を上下方向両側から挟む１組の上部電極１８（たとえば、Ｐｔ／Ｔｉ）および下部電極１９（たとえば、Ｉｒ／ＩｒＯ２）を有している。
【００４１】
検出圧電素子１３は、駆動圧電素子１２に対してフレーム６に遠い側に間隔を空けて設けられている。
検出圧電素子１３は、この実施形態では、第１の方向としてのＸ方向まわりの角速度を検出するためのＸ−検出素子ＤＸと、Ｘ方向とは異なる第２の方向としてのＺ方向まわりの角速度を検出するためのＺ−検出素子ＤＺとを含んでいる。
【００４２】
Ｚ−検出素子ＤＺは、ビーム８の幅方向中央に配置され、当該Ｚ−検出素子ＤＺに対してビーム８の幅方向両側にＸ−検出素子ＤＸが配置されている。
なお、Ｘ方向およびＺ方向検出用の素子として例示された第１および第２の検出用素子は、たとえば、最終製品の特性に合わせて、Ｘ方向検出用、Ｙ方向検出用およびＺ方向検出用として設計することができる。
【００４３】
Ｘ−検出素子ＤＸおよびＺ−検出素子ＤＺは、誘電体としての圧電体２３と（たとえば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛））、当該圧電体２３を上下方向両側から挟む上部電極２４Ｘ，２４Ｚ（たとえば、Ｐｔ／Ｔｉ）および下部電極２５（たとえば、Ｉｒ／ＩｒＯ２）を有している。
検出圧電素子１３では、圧電体２３および下部電極２５は、Ｘ−検出素子ＤＸおよびＺ−検出素子ＤＺ間で共有されている。圧電体２３および下部電極２５は、駆動圧電素子１２により覆われた１組のピエゾ抵抗素子１４とは異なる、Ｘ−抵抗素子ＲＸおよび当該Ｘ−抵抗素子ＲＸに隣接するＺ−抵抗素子ＲＺからなる他の１組のピエゾ抵抗素子１４を覆うように配置されている。
【００４４】
つまり、この実施形態では、ビーム８の幅方向中央部に、下部電極２５、圧電体２３および上部電極２４Ｚが順に積層された積層構造を有するＺ−検出素子ＤＺが形成されている。このＺ−検出素子ＤＺを構成する下部電極２５および圧電体２３は、ビーム８の幅方向両側にほぼ同じ長さ分引き出された引出部を有している。Ｘ−検出素子ＤＸは、当該下部電極２５の引出部および圧電体２３の引出部、さらに圧電体２３の引出部上において、Ｚ−検出素子ＤＺの上部電極２４Ｚのビーム８の幅方向両側に当該上部電極２４Ｚに対して間隔を空けて一つずつ形成された上部電極２４Ｘによって構成されている。この実施形態では、Ｚ−検出素子ＤＺに対してビーム８の幅方向一方側（図３および図５の紙面上側）のＸ−検出素子ＤＸが、本発明の第１圧電素子の一例であり、他方側（図３および図５の紙面下側）のＸ−検出素子ＤＸが、本発明の第２圧電素子の一例である。
【００４５】
そして、第１層間膜１６上には、駆動圧電素子１２および検出圧電素子１３を被覆するＳｉＯ２からなる第２層間膜２０（厚さ５０００Å程度）が積層されている。絶縁層としての第２層間膜２０上には、電極パッド９が形成されている。
第２層間膜２０上には、ＰＳＧ（Phosphorus Silicate Glass）膜２６（厚さ７５０Å程度）およびＳｉＮ膜２７（厚さ７０００Å程度）が順に積層されている。これらＰＳＧ膜２６およびＳｉＮ膜２７には、電極パッド９を露出させるパッド開口２８が形成されている。
＜ビーム８上の配線構造＞
次に、図３〜図８を参照して、ＳＯＩ基板２上には、電極パッド９から、駆動圧電素子１２、検出圧電素子１３およびピエゾ抵抗素子１４などの各種素子に電力を供給する配線２９〜３５が敷設されている。
【００４６】
当該配線２９〜３５は、駆動圧電素子１２の上部電極１８に電力を供給する駆動上部電極配線２９、駆動圧電素子１２の下部電極１９に電力を供給する駆動下部電極配線３０、Ｘ−抵抗素子ＲＸに電力を供給するＸ−ブリッジ配線３１、Ｚ−抵抗素子ＲＺに電力を供給するＺ−ブリッジ配線３２、Ｘ−検出素子ＤＸの上部電極２４Ｘに電力を供給するＸ−検出上部電極配線３４、Ｚ−検出素子ＤＺの上部電極２４Ｚに電力を供給するＺ−検出上部電極配線３３、およびＸ−検出素子ＤＸおよびＺ−検出素子ＤＺで共有される下部電極２５に電力を供給する検出下部電極配線３５を含んでいる。
【００４７】
これらの配線２９〜３５は、電極パッド９と同一層（具体的には、第２層間膜２０上）に形成された主配線３６と、当該主配線３６よりも下層に形成された副配線３７Ｄ，３７Ｍとを含んでいる。
電極パッド９から各種素子に至る配線は、本来的には、その始端（電極パッド９）から終端に至るまで、内部抵抗などを考慮して選択された材料を用いて、電極パッド９と同一層に敷設された主配線３６であることが好ましい。しかしながら、ＳＯＩ基板２上の配線スペースには制限があり、当該スペースに対して配線数が多いと、異なる回路を構成する配線同士が接触するおそれがある。そこで、この実施形態では、電極パッド９の同一層の主配線３６と、ピエゾ抵抗素子１４と同一層（具体的には、ＳＯＩ基板２の活性層５の表層部）の下層拡散配線３７Ｄ（図４に表された配線）、各下部電極１９，２５と同一層（具体的には、第１層間膜１６上）の下層金属配線３７Ｍ（図５に表された配線）などの副配線とを組み合わせて配線２９〜３５を形成することにより、配線間接触の問題を回避する。なお、配線によっては、主配線３６のみで構成されるものがある。
【００４８】
主配線３６は、この実施形態では、Ａｌからなる配線である。下層拡散配線３７Ｄ（副配線）は、ピエゾ抵抗素子１４と同様に、不純物の拡散により活性層５に部分的に導電性が付与されて形成された配線である。下層金属配線３７Ｍ（副配線）は、各下部電極１９，２５と同一材料（この実施形態では、Ｉｒ／ＩｒＯ２）からなる配線である。この下層金属配線３７Ｍの上には、駆動圧電素子１２の圧電体１７および検出圧電素子１３の圧電体２３と同一材料（たとえば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛））からなる、ダミー圧電体３８が形成されている。
【００４９】
駆動上部電極配線２９は、主配線３６のみで構成されており、駆動圧電素子１２の上部電極１８に対して電気的に接続されている。また、駆動下部電極配線３０も同様に、主配線３６のみで構成されており、駆動圧電素子１２の下部電極１９に対して電気的に接続されている。
Ｘ−ブリッジ配線３１は、ビーム８を縦断するようにビーム８上に敷設され、複数のＸ−抵抗素子ＲＸを直列に接続している。このＸ−ブリッジ配線３１は、主配線３６および下層拡散配線３７Ｄ（副配線）の組み合わせからなる。副配線としての下層拡散配線３７Ｄは、ビーム８の縦断にあたって、平面視で駆動圧電素子１２および検出圧電素子１３（Ｚ−検出素子ＤＺ）に重なる部分に敷設されている。また、ビーム８の縦断方向（長手方向）に沿って延びるＸ−ブリッジ配線３１（主配線３６）は、駆動圧電素子１２と検出圧電素子１３との間の領域において分岐している。分岐された主配線３６（分岐配線３９）は、ビーム８の横断方向（幅方向）に沿ってビーム８の周縁部へ延び、当該ビーム８の周縁部をビーム８の縦断方向に沿って敷設されている。
【００５０】
Ｚ−ブリッジ配線３２は、ビーム８を縦断するようにビーム８上に敷設され、複数のＺ−抵抗素子ＲＺを直列に接続している。このＺ−ブリッジ配線３２は、主配線３６および下層拡散配線３７Ｄ（副配線）の組み合わせからなる。副配線としての下層拡散配線３７Ｄは、ビーム８の縦断にあたって、平面視で駆動圧電素子１２および検出圧電素子１３（Ｚ−検出素子ＤＺ）に重なる部分に敷設されている。また、ビーム８の縦断方向（長手方向）に沿って延びるＺ−ブリッジ配線３２（主配線３６）は、駆動圧電素子１２と検出圧電素子１３との間の領域において分岐している。分岐された主配線３６（分岐配線４０）は、ビーム８の横断方向（幅方向）に沿って、Ｘ−ブリッジ配線３１が引き回されたビーム８の周縁部とは反対側のビーム８の周縁部へ延び、当該ビーム８の周縁部をビーム８の縦断方向に沿って敷設されている。
【００５１】
Ｚ−検出上部電極配線３３は、ビーム８の周縁部においてＺ−ブリッジ配線３２の分岐配線４０に並んで敷設されている。そして、Ｘ−検出素子ＤＸにおけるフレーム６に遠い側の端部を取り囲むように、当該端部付近でフレーム６に近い側へ平面視Ｕ字状に転回し、Ｚ−検出素子ＤＺの上部電極２４Ｚに電気的に接続されている。
この場合、ビーム８の縦断方向に沿って延びるＺ−検出上部電極配線３３（主配線３６）は、駆動圧電素子１２と検出圧電素子１３との間の領域において、ビーム８の横断方向に延びるＺ−ブリッジ配線３２の分岐配線４０（主配線３６）により分断されている。つまり、Ｚ−検出上部電極配線３３とＺ−ブリッジ配線３２との関係において、Ｚ−ブリッジ配線３２の分岐配線４０が、本発明の第１配線の一例であり、この分岐配線４０により分断されたＺ−検出上部電極配線３３が、本発明の第２配線の一例である。
【００５２】
そこで、この実施形態では、Ｚ−検出上部電極配線３３の主配線３６に、ビーム８の縦断方向に沿ってＺ−ブリッジ配線３２（分岐配線４０）を横切るように延びる、本発明の下部金属層の一例としての中継配線４１を組み合わせている。中継配線４１は、主配線３６よりも下層の下層金属配線３７Ｍにより構成されている。これにより、Ｚ−検出上部電極配線３３とＺ−ブリッジ配線３２（分岐配線４０）との接触を防止することができる。
【００５３】
当該中継配線４１（下層金属配線３７Ｍ）は、駆動圧電素子１２の下部電極１９および検出圧電素子１３の下部電極２５のいずれからも分離されており、その上には、中継配線４１の長さ方向両端部を露出させるようにダミー圧電体３８が設けられている。そして、Ｚ−検出上部電極配線３３の主配線３６と、Ｚ−検出上部電極配線３３の中継配線４１（下層金属配線３７Ｍ）とは、第２層間膜２０を厚さ方向に貫通するプラグ４２により接続されている。当該プラグ４２は、ダミー圧電体３８を避けて中継配線４１の両端部に接続されている。
【００５４】
Ｘ−検出上部電極配線３４は、ビーム８の幅方向にＺ−検出素子ＤＺを挟んで互いに対向する、Ｚ−検出素子ＤＺに対して一方側のＸ−検出素子ＤＸの上部電極２４Ｘと他方側のＸ−検出素子ＤＸの上部電極２４Ｘとを電気的に接続する素子間配線４３と、当該素子間配線４３と電極パッド９とを電気的に接続するパッド配線４４とを含んでいる。
素子間配線４３は、ビーム８の幅方向に一方側および他方側のＸ−検出素子ＤＸに跨るように敷設されている。
【００５５】
この場合、ビーム８の幅方向に跨るＸ−検出上部電極配線３４の素子間配線４３（主配線３６）は、Ｚ−検出素子ＤＺにおけるフレーム６に遠い側端部付近において、ビーム８の縦断方向に沿って延びるＸ−ブリッジ配線３１（主配線３６）およびビーム８の周縁部からフレーム６に近い側へ平面視Ｕ字状に転回してＺ−検出素子ＤＺの上部電極２４Ｚに接続されるＺ−検出上部電極配線３３（主配線３６）により分断されている。つまり、Ｘ−検出上部電極配線３４（素子間配線４３）と、Ｘ−ブリッジ配線３１およびＺ−検出上部電極配線３３との関係においては、Ｘ−ブリッジ配線３１およびＺ−検出上部電極配線３３が、本発明の第１配線の一例であり、これらＸ−ブリッジ配線３１およびＺ−検出上部電極配線３３により分断された素子間配線４３の主配線３６が、本発明の第２配線の一例である。
【００５６】
そこで、この実施形態では、素子間配線４３の主配線３６に、ビーム８の横断方向に沿ってＸ−ブリッジ配線３１およびＺ−検出上部電極配線３３を横切るように延びる、本発明の下部金属層の一例としての中継配線４５を組み合わせている。中継配線４５は、主配線３６よりも下層の下層金属配線３７Ｍにより構成されている。これにより、Ｘ−検出上部電極配線３４と、Ｘ−ブリッジ配線３１およびＺ−検出上部電極配線３３との接触を防止することができる。
【００５７】
当該中継配線４５（下層金属配線３７Ｍ）は、駆動圧電素子１２の下部電極１９および検出圧電素子１３の下部電極２５のいずれからも分離されており、その上には、中継配線４５の長さ方向両端部を露出させるようにダミー圧電体３８が設けられている。そして、Ｘ−検出上部電極配線３４の主配線３６と、Ｘ−検出上部電極配線３４の中継配線４５（下層金属配線３７Ｍ）とは、第２層間膜２０を厚さ方向に貫通するプラグ４６により接続されている。当該プラグ４６は、ダミー圧電体３８を避けて中継配線４５の両端部に接続されている。
【００５８】
パッド配線４４は、ビーム８の周縁部においてＸ−ブリッジ配線３１の分岐配線３９に並んで敷設されている。そして、一方側のＸ−検出素子ＤＸにおけるフレーム６に遠い側の端部に沿って屈曲し、素子間配線４３に電気的に接続されている。
この場合、ビーム８の縦断方向に沿って延びるパッド配線４４（主配線３６）は、駆動圧電素子１２と検出圧電素子１３との間の領域において、ビーム８の横断方向に延びるＸ−ブリッジ配線３１の分岐配線３９により分断されている。つまり、Ｘ−検出上部電極配線３４（パッド配線４４）と、Ｘ−ブリッジ配線３１との関係においては、Ｘ−ブリッジ配線３１の分岐配線３９が、本発明の第１配線の一例であり、この分岐配線３９により分断されたパッド配線４４の主配線３６が、本発明の第２配線の一例である。
【００５９】
そこで、この実施形態では、パッド配線４４の主配線３６に、ビーム８の縦断方向に沿ってＸ−ブリッジ配線３１を横切り、電極パッド９の直下にまで延びる、本発明の下部金属層の一例としての中継配線４７を組み合わせている。中継配線４７は、主配線３６よりも下層の下層金属配線３７Ｍにより構成されている。これにより、Ｘ−検出上部電極配線３４（パッド配線４４）と、Ｘ−ブリッジ配線３１との接触を防止することができる。電極パッド９と、Ｘ−検出上部電極配線３４の中継配線４７とは、第２層間膜２０を厚さ方向に貫通するプラグ４８により接続されている。
【００６０】
検出下部電極配線３５は、Ｘ−検出素子ＤＸおよびＺ−検出素子ＤＺで共有される下部電極２５に一体的に接続されている。検出下部電極配線３５は、図３では、下層金属配線３７Ｍ（副配線）のみが表されている。
＜モーションセンサ１の製造方法＞
図９Ａ〜図９Ｄは、図１に示すモーションセンサ１の製造工程を工程順に示す模式的な断面図であって、図８と同じ断面を表している。
【００６１】
モーションセンサ１を製造するには、まず、図９Ａに示すように、シリコン基板３、絶縁層４および活性層５を含むＳＯＩ基板２の活性層５に、ｐ型不純物をドーピングすることにより、ピエゾ抵抗素子１４および下層拡散配線３７Ｄが形成される。次いで、ＳＯＩ基板２上に、たとえば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によりＳｉＯ２膜１５および第１層間膜１６が順に形成される。
【００６２】
次いで、図９Ｂに示すように、公知のスパッタ技術により、第１層間膜１６上に、Ｉｒ／ＩｒＯ２からなる金属材料、ＰＺＴからなる圧電材料およびＰｔ／Ｔｉからなる金属材料が順に積層される。その後、公知のパターニング技術により、Ｉｒ／ＩｒＯ２が選択的にエッチングされ、さらに、ＰＴＺが選択的にエッチングされる。当該圧電材料のエッチングにより、駆動圧電素子１２の圧電体１７、検出圧電素子１３の圧電体２３、およびダミー圧電体３８が同時に形成される。続いて、Ｐｔ／Ｔｉが選択的にエッチングされることにより、駆動圧電素子１２の下部電極１９、検出圧電素子１３の下部電極２５、下層金属配線３７Ｍ（中継配線４１，４５，４７を含む）が同時に形成される。
【００６３】
次いで、図９Ｃに示すように、第１層間膜１６上に、駆動圧電素子１２および検出圧電素子１３を覆うように第２層間膜２０が積層される。次いで、第２層間膜２０が選択的にエッチングされることにより、中継配線４１，４５，４７を構成する下層金属配線３７Ｍに対してコンタクトをとるためのコンタクトホールが形成される。次いで、電極パッド９および主配線３６用の金属材料（たとえば、Ａｌ）がスパッタされ、この金属材料がパターニングされることにより、電極パッド９、各種配線の主配線３６およびプラグ４２，４６，４８が同時に形成される。
【００６４】
次いで、図９Ｄに示すように、第２層間膜２０上に、ＰＳＧ膜２６およびＳｉＮ膜２７が順に積層される。そして、公知のエッチング技術により、これらＰＳＧ膜２６およびＳｉＮ膜２７を貫通するように、パッド開口２８が形成される。続いて、シリコン基板３が裏面２２から研削される。研削後、公知のパターニング技術により、錘７およびフレーム６を形成すべき領域上に、フォトレジストからなるマスク（図示せず）が形成される。このマスクを介して、ＳＯＩ基板２が裏面２２側からシリコン基板３の途中までドライエッチングされる。これにより、錘７とフレーム６の形状が成形され、同時に、錘７とフレーム６とを隔てる溝が形成される。この後、溝内にエッチング液が供給されることにより、溝内の絶縁層４がウェットエッチングにより除去され、同時に活性層５からなるビーム８が形成される。以上の工程を経て、図１〜図８に示すモーションセンサ１が得られる。
＜本実施形態による作用効果＞
以上のように、このモーションセンサ１によれば、図８に示すように、第２層間膜２０上において、Ｚ−ブリッジ配線３２の分岐配線４０により分断されたＺ−検出上部電極配線３３（主配線３６）が、駆動圧電素子１２の下部電極１９および検出圧電素子１３の下部電極２５と同一層に形成された中継配線４１を介して互いに電気的に接続されている。これにより、Ｚ−ブリッジ配線３２に接触しないようにＺ−検出上部電極配線３３（主配線３６）の導通を図ることができる。
【００６５】
しかも、図９Ｂに示すように、駆動圧電素子１２の下部電極１９および検出圧電素子１３の下部電極２５の形成時に、Ｚ−検出上部電極配線３３（主配線３６）の迂回路を形成する配線（中継配線４１）を同時に形成することができる。そのため、工程数の増加を防止することができるので、製造コストの増加を抑制することができる。
とりわけ、このモーションセンサ１のように、薄膜状のビーム８に各種配線２９〜３５が敷設される場合でも、Ｚ−ブリッジ配線３２と交差する中継配線４１のベースを形成するために、Ｚ−検出上部電極配線３３（主配線３６）のベースとなる第２層間膜２０上に層間膜をさらに積層する必要がない。そのため、ビーム８に余計なストレスが加わることを抑制することができる。その結果、モーションセンサ１による加速度および角速度の検出を精度よく行うことができる。
【００６６】
また、中継配線４１が、駆動圧電素子１２の下部電極１９および検出圧電素子１３の下部電極２５から分離されて形成されている。そのため、Ｚ−検出上部電極配線３３の大部分をＡｌ配線（主配線３６）で形成し、Ａｌよりも電気伝導率が低いＰｔ配線（下層金属配線３７Ｍ）を中継配線４１の部分に留めることができる。その結果、Ｚ−検出上部電極配線３３の平均電気伝導率の低下を抑制することができる。
【００６７】
また、中継配線４１上にダミー圧電体３８が形成されている。そのため、図９Ｂに示す工程において圧電材料をエッチングするときに、中継配線４１におけるダミー圧電体３８直下の部分をエッチングガスから保護することができる。この保護により、中継配線４１へのダメージを抑制し、中継配線４１の厚さを維持することができる。その結果、中継配線４１の内部抵抗の上昇を抑制することができる。
【００６８】
また、図７に示すように、第２層間膜２０上において、Ｘ−ブリッジ配線３１およびＺ−検出上部電極配線３３により分断されたＸ−検出上部電極配線３４の素子間配線４３（主配線３６）が、駆動圧電素子１２および検出圧電素子１３の下部電極１９，２５と同一層に形成された中継配線４５を介して互いに電気的に接続されている。これにより、Ｘ−ブリッジ配線３１およびＺ−検出上部電極配線３３に接触しないようにＸ−検出上部電極配線３４の素子間配線４３（主配線３６）の導通を図ることができる。
【００６９】
この場合にも、前述した製造コストの抑制、検出精度の向上、配線の平均電気伝導率の低下抑制、中継配線４５の内部抵抗の上昇抑制といった効果を発現することができる。
とりわけ、中継配線４５が、駆動圧電素子１２の下部電極１９および検出圧電素子１３の下部電極２５から分離されて形成されている。そのため、当該中継配線４５を、検出圧電素子１３の下部電極２５から電気的に絶縁することができる。したがって、この実施形態のように、素子間配線４３の接続対象を２つのＸ−検出素子ＤＸの上部電極２４Ｘとすることにより、２つのＸ−検出素子ＤＸ間を並列に接続することができる。
【００７０】
また、図３に示すように、第２層間膜２０上において、Ｘ−ブリッジ配線３１の分岐配線３９により分断されたＸ−検出上部電極配線３４のパッド配線４４（主配線３６）についても同様に、駆動圧電素子１２および検出圧電素子１３の下部電極１９，２５と同一層に形成された中継配線４７を介して互いに電気的に接続されている。これにより、Ｘ−ブリッジ配線３１の分岐配線３９に接触しないようにＸ−検出上部電極配線３４のパッド配線４４（主配線３６）の導通を図ることができる。
【００７１】
この場合にも、前述した製造コストの抑制、検出精度の向上、配線の平均電気伝導率の低下抑制、中継配線４７の内部抵抗の上昇抑制といった効果を発現することができる。
＜中継配線の変形例＞
図１０〜図１５は、それぞれ図７に示すビーム８の第１〜第６変形例を示す図である。
或る回路を形成する主配線３６の中継配線は、前述の実施形態で説明した形態に限らず、他の形態でも構成することができる。なお、図１０〜図１５では、図１〜図８に示した符号のうち、変形例の説明に必要な符号のみを表している。
【００７２】
図１０に示すように、Ｘ−検出上部電極配線３４の素子間配線４３（主配線３６）を迂回させる中継配線４５の上に設けられたダミー圧電体３８は、中継配線４５のほぼ全面を覆っていてもよい。この場合、プラグ４６は、ダミー圧電体３８を貫通して中継配線４５に接続されていてもよい。
また、図１１に示すように、当該中継配線４５上のダミー圧電体３８が省略されていてもよい。
【００７３】
図１２は、Ｘ−検出上部電極配線３４のパッド配線４４と素子間配線４３とが、Ｘ−ブリッジ配線３１の主配線３６に分断される態様を表している。
図１２に示すように、中継配線は、Ｚ−検出素子ＤＺに対してビーム８の幅方向一方側のＸ−検出素子ＤＸの下部電極２５からＸ−ブリッジ配線３１の主配線３６を横切るように一体的に引き出された電極引出部４９であってもよい。また、ダミー圧電体３８は、Ｘ−検出素子ＤＸの圧電体から当該電極引出部４９の表面に沿って一体的に引き出された圧電体引出部５０であってもよい。
【００７４】
この構成では、中継配線（電極引出部４９）とＸ−検出素子ＤＸの下部電極２５とが一体的に形成されているので、中継配線（電極引出部４９）と当該下部電極２５とを簡単かつ確実な構造で接続することができる。
また、パッド配線４４と一方側のＸ−検出素子ＤＸの上部電極２４Ｘとを、第１プラグとしてのプラグ５１を用いて接続し、素子間配線４３と電極引出部４９とを、第２プラグとしてのプラグ５２を、圧電体引出部５０を貫通させて接続し、さらに、素子間配線４３のプラグ５２とは反対側の端部の接続対象を他方側のＸ−検出素子ＤＸの上部電極２４Ｘとすることにより、電極パッド９に対して、一方側および他方側のＸ−検出素子ＤＸ間を直列に接続することができる。
【００７５】
また、図１３に示すように、圧電体引出部５０は、電極引出部４９の端部を露出するように引き出されてよく、その場合、プラグ５２は、当該圧電体引出部５０を避けて電極引出部４９に接続される。また、図１４に示すように、電極引出部４９上の圧電体引出部５０が省略されていてもよい。
また、図１５に示すように、Ｘ−検出上部電極配線３４の素子間配線４３（主配線３６）を迂回させる中継配線は、駆動圧電素子１２の上部電極１８および検出圧電素子１３の上部電極２４Ｘ，２４Ｚと同一層に形成され、かつ、これら上部電極１８，２４Ｘ，２４Ｚから分離されて形成された上部金属層５３により構成されていてもよい。この場合、素子間配線４３と上部金属層５３とは、プラグ５４により接続されている。
【００７６】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することもできる。
たとえば、前述の実施形態では、ＭＥＭＳセンサの一例として、ジャイロセンサを取り上げたが、本発明は、ジャイロセンサに限らず、ＭＥＭＳ技術により作製される加速度センサ、圧力センサなどの各種デバイスに適用することができる。
【００７７】
また、前述の実施形態で説明した中継配線を採用した配線構造は、ビーム８に敷設された配線に限らず、フレーム１０に敷設された配線に適用することもできる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１ モーションセンサ
２ ＳＯＩ基板
６ フレーム
７ 錘
８ ビーム
９ 電極パッド
１０ 中央柱状部
１１ 周囲柱状部
１２ 駆動圧電素子
１３ 検出圧電素子
１７ （駆動圧電素子の）圧電体
１８ （駆動圧電素子の）上部電極
１９ （駆動圧電素子の）下部電極
２０ 第２層間膜
２１ （ＳＯＩ基板の）表面
２２ （ＳＯＩ基板の）裏面
２３ （検出圧電素子の）圧電体
２４Ｘ （Ｘ−検出素子の）上部電極
２４Ｚ （Ｚ−検出素子の）上部電極
２５ （検出圧電素子の）下部電極
３１ Ｘ−ブリッジ配線
３２ Ｚ−ブリッジ配線
３３ Ｚ−検出上部電極配線
３４ Ｘ−検出上部電極配線
３６ 主配線
３７Ｄ 下層拡散配線
３７Ｍ 下層金属配線
３８ ダミー圧電体
３９ （Ｘ−ブリッジ配線の）分岐配線
４０ （Ｚ−ブリッジ配線の）分岐配線
４１ （Ｚ−検出上部電極配線の）中継電極
４２ プラグ
４３ （Ｘ−検出上部電極配線の）素子間配線
４４ （Ｘ−検出上部電極配線の）パッド配線
４５ （素子間配線の）中継電極
４６ プラグ
４７ （パッド配線の）中継電極
４８ プラグ
４９ 電極引出部
５０ 圧電体引出部
５１ プラグ
５２ プラグ
５３ 上部金属層
５４ プラグ
ＲＸ Ｘ−抵抗素子
ＲＺ Ｚ−抵抗素子
ＤＸ Ｘ−検出素子
ＤＺ Ｚ−検出素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems：微小電気機械システム）センサは、外力の作用により変化する「構造」を利用することにより、物体に生じる加速度、角速度、圧力などを検出する。
たとえば、特許文献１の図１に開示されたモーションセンサ（１）は、枠形の支持部（Ｓ）と、支持部（Ｓ）の内側に十文字形に配置された４つの梁（Ｆ）と、当該４つの梁（Ｆ）のそれぞれに結合した柱形の連結部（Ｃ）と、連結部（Ｃ）に結合した錘（Ｍ）と、４つの梁（Ｆ）のそれぞれに設けられたピエゾ抵抗素子（１３１）・検出圧電素子（３０ｂ）と、４つの梁（Ｆ）のそれぞれに設けられ４つの梁（Ｆ）を撓ませることにより錘（Ｍ）を駆動する駆動圧電素子（３０ａ）と、各圧電素子（３０ａ・３０ｂ）を被覆するように支持部（Ｓ）および梁（Ｆ）上に積層された絶縁層（４０）と、この絶縁層（４０）上に形成され、各圧電素子（３０ａ・３０ｂ）に接続された表面配線層（５０）とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１４５２５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
たとえば、特許文献１のモーションセンサのようなＭＥＭＳセンサにおいて、圧電素子などの容量素子間を配線で接続する場合がある。そのとき、配線を敷設可能なスペースに対して配線の数が多いと、或る回路を形成する配線を引き回すにあたって、他の回路を形成する配線を横切らなければならない箇所が生じる。
そのような場合、いわゆる多層配線構造を採用し、一方の回路を形成する配線を上位の配線層に迂回させれば、当該配線同士を互いに接触しないように交差させることができる。特許文献１のモーションセンサにおいては、たとえば、絶縁層（４０）の上にさらに絶縁層を積層し、駆動圧電素子（３０ａ）に接続された表面配線層（５０）を当該絶縁層上に迂回させれば、駆動圧電素子（３０ａ）に接続された表面配線層（５０）と、検出圧電素子（３０ｂ）に接続された表面配線層（５０）とを接触しないように交差させることができると考えられる。
【０００５】
しかしながら、絶縁層を積層する工程、当該絶縁層に迂回させるための配線を形成する工程などの工程を追加しなければならず、全体としての工程数が増えてしまう。この工程数の増加に伴い、製造コストが嵩むという不具合を生じる。また、繊細な構造を有する梁（Ｆ）などの可動部に多層配線構造が形成されると、繊細な梁（Ｆ）に余計なストレスが加わり、物理量の検出に悪影響を及ぼすおそれもある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、製造コストの増加を抑制しながら、互いに絶縁すべき複数の配線を交差させることができ、しかも物理量検出を良好に維持することができるＭＥＭＳセンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するための請求項１に記載のＭＥＭＳセンサは、半導体基板と、前記半導体基板上に設けられ、誘電体と、この誘電体を挟んで対向する下部電極および上部電極とを有する容量素子と、前記半導体基板上に積層され、前記容量素子を被覆する絶縁層と、前記絶縁層上に形成され、第１配線および当該絶縁層上において前記第１配線により分断された第２配線を含む主配線と、前記下部電極または前記上部電極と同一層に形成され、当該層において前記下部電極または前記上部電極の表面に沿う横方向に沿って前記第１配線を横切るように延びる中継配線とを含み、前記絶縁層上において分断された前記第２配線は、前記中継配線を介して互いに電気的に接続されている。
【０００８】
この構成によれば、絶縁層上で分断された第２配線が、絶縁層内部において第１配線を横切る中継配線を介して互いに電気的に接続されている。これにより、第１配線に接触しないように第２配線の導通を図ることができる。しかも、容量素子の上部電極または下部電極の形成時に、第２配線の迂回路を形成する配線（中継配線）を同時に形成することができる。そのため、工程数の増加を防止することができるので、製造コストの増加を抑制することができる。
【０００９】
また、半導体基板は、請求項２に記載のように、外力により変形可能な薄膜部および当該薄膜部を支持するフレームを有していてもよい。その場合、前記第１配線、前記第２配線および前記中継配線は、前記薄膜部上に敷設されていてもよい。薄膜部上に配線が敷設される場合でも、本発明の構成によれば、第１配線と交差する中継配線のベースを形成するために、主配線のベースとなる絶縁層上に絶縁層をさらに積層する必要がない。そのため、薄膜部に余計なストレスが加わることを抑制することができる。
【００１０】
また、請求項３に記載のように、前記容量素子が、前記薄膜部上に配置され、それぞれ前記誘電体が圧電体である第１圧電素子および第２圧電素子を含み、前記薄膜部上の前記第２配線が、前記第１圧電素子と前記第２圧電素子とを電気的に接続する素子間配線と、当該素子間配線に電気的に接続されたパッド配線とを含んでいてもよい。
その場合、請求項４に記載のように、素子間配線が、絶縁層上で第１配線により分断されていてもよい。素子間配線が分断される構成では、請求項４に記載のように、前記中継配線が、前記第１圧電素子の前記下部電極および前記第２圧電素子の前記下部電極と同一層においてそれら下部電極のいずれからも分離され、前記横方向に沿って前記第１配線を横切るように形成された下部金属層からなり、当該下部金属層と、分断された各前記素子間配線とを接続するプラグをさらに含むことが好ましい。
【００１１】
この構成では、中継配線が第１および第２圧電素子の各下部電極のいずれからも分離されているので、第１および第２圧電素子の各電極（上部電極および下部電極）から中継配線を電気的に絶縁することができる。そのため、素子間配線における中継配線との接続側とは反対側の接続対象を適宜設定することにより、第１圧電素子と第２圧電素子とを直列に接続することもできるし、並列に接続することもできる。
【００１２】
たとえば、分断された一方および他方の素子間配線の接続対象が、同種の電極である場合（つまり、接続対象が、第１圧電素子の上部電極および第２圧電素子の上部電極である場合、または第１圧電素子の下部電極および第２圧電素子の下部電極である場合）には、第１および第２圧電素子の並列接続を達成することができる。また、分断された一方および他方の素子間配線の接続対象が、異種の電極である場合（つまり、接続対象が、第１圧電素子の上部電極および第２圧電素子の下部電極である場合、または第１圧電素子の下部電極および第２圧電素子の上部電極である場合）には、第１および第２圧電素子の直列接続を達成することができる。
【００１３】
また、請求項５に記載のように、素子間配線がアルミニウムからなり、下部金属層が白金からなる場合には、第１圧電素子と第２圧電素子とを接続する回路を構成する配線のうち、アルミニウムよりも電気伝導率が低い配線（白金配線）を下部金属層の部分に留めることができる。そのため、第１圧電素子と第２圧電素子との距離が遠い場合でも、第１配線の近傍まで素子間配線を利用すれば、第１圧電素子と第２圧電素子との間の平均電気伝導率の低下を抑制することができる。なお、白金配線は、Ｐｔのみからなる配線に限らず、たとえば、Ｐｔ／ＴｉのようにＰｔを主として含む配線を含む概念である。
【００１４】
また、請求項６に記載のように、前記ＭＥＭＳセンサは、前記下部金属層上に形成され、前記第１圧電素子および前記第２圧電素子の前記圧電体と同一材料からなるダミー圧電体をさらに含んでいてもよい。
この構成では、第１および第２圧電素子の圧電体を圧電材料のエッチングにより形成する際に、当該圧電材料における圧電体を形成すべき領域と同様に、ダミー圧電体を形成すべき領域もマスクで覆われる。これにより、エッチング中、下部金属層（中継配線）におけるダミー圧電体直下の部分をエッチングガス等のエッチング媒体から保護することができる。この保護により、下部金属層へのダメージを抑制し、下部電極層の厚さを維持することができる。その結果、下部金属層の内部抵抗の上昇を抑制することができる。
【００１５】
また、ダミー圧電体が形成される場合、前記プラグは、請求項７に記載のように、前記ダミー圧電体を厚さ方向に貫通して前記下部金属層に接続されていてもよい。また、請求項８に記載のように、前記ダミー圧電体から前記下部金属層が露出していれば、前記プラグは、前記ダミー圧電体を避けて前記下部金属層の前記露出した部分に接続されていてもよい。
【００１６】
また、第２配線がパッド配線と素子間配線とを含む場合、請求項９に記載のように、パッド配線と素子間配線とが、絶縁層上で第１配線により分断されていてもよい。パッド配線と素子間配線との間が分断される構成では、請求項９に記載ように、前記中継配線が、前記第１圧電素子の前記下部電極から前記第１配線を横切るように前記横方向に一体的に引き出された電極引出部を含み、前記パッド配線と前記第１圧電素子の前記上部電極とを接続する第１プラグと、前記素子間配線と前記電極引出部とを接続する第２プラグとをさらに含むことが好ましい。
【００１７】
この構成では、中継配線と第１圧電素子の下部電極とが一体的に形成されているので、中継配線と当該下部電極とを簡単かつ確実な構造で接続することができる。
また、請求項１０に記載のように、前記ＭＥＭＳセンサは、前記第１圧電素子の前記圧電体から前記電極引出部の表面に沿って一体的に引き出された圧電体引出部をさらに含んでいてもよい。
【００１８】
この構成では、第１および第２圧電素子の圧電体を圧電材料のエッチングにより形成する際に、当該圧電材料における圧電体を形成すべき領域と同様に、圧電体引出部を形成すべき領域もマスクで覆われる。これにより、エッチング中、電極引出部（中継配線）における圧電体引出部直下の部分をエッチングガス等のエッチング媒体から保護することができる。この保護により、電極引出部へのダメージを抑制し、電極引出部の厚さを維持することができる。その結果、電極引出部の内部抵抗の上昇を抑制することができる。
【００１９】
また、前記圧電体引出部が形成される場合、前記第２プラグは、請求項１１に記載のように、前記圧電体引出部を厚さ方向に貫通して前記電極引出部に接続されていてもよい。また、請求項１２に記載のように、前記圧電体引出部から前記電極引出部が露出していれば、前記第２プラグは、前記圧電体引出部を避けて前記電極引出部の前記露出した部分に接続されていてもよい。
【００２０】
また、前記素子間配線が、絶縁層上で第１配線により分断されている場合、請求項１３に記載のように、前記中継配線が、前記第１圧電素子の前記上部電極および前記第２圧電素子の前記上部電極と同一層においてそれら上部電極のいずれからも分離され、前記横方向に沿って前記第１配線を横切るように形成された上部金属層からなり、当該上部金属層と、分断された各前記素子間配線とを接続するプラグをさらに含んでいてもよい。
【００２１】
この構成によれば、請求項４と同様に、中継配線が第１および第２圧電素子の各上部電極のいずれからも分離されているので、第１および第２圧電素子の各電極（上部電極および下部電極）から中継配線を電気的に絶縁することができる。そのため、素子間配線における中継配線との接続側とは反対側の接続対象を適宜設定することにより、第１圧電素子と第２圧電素子とを直列に接続することもできるし、並列に接続することもできる。
【００２２】
また、請求項１４に記載のように、素子間配線がアルミニウムからなり、上部金属層がイリジウムからなる場合には、第１圧電素子と第２圧電素子とを接続する回路を構成する配線のうち、アルミニウムよりも電気伝導率が低い配線（イリジウム配線）を上部金属層の部分に留めることができる。そのため、第１圧電素子と第２圧電素子との距離が遠い場合でも、第１配線の近傍まで素子間配線を利用すれば、第１圧電素子と第２圧電素子との間の平均電気伝導率の低下を抑制することができる。なお、イリジウム配線は、Ｉｒのみからなる配線に限らず、たとえば、Ｉｒ／ＩｒＯ２-のようにＩｒを主として含む配線を含む概念である。
【００２３】
また、請求項１５に記載のように、前記第１圧電素子および前記第２圧電素子は、前記薄膜部の変形を検出するために配置された検出用素子であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係るモーションセンサの模式的な平面図である。
【図２】図１に示すモーションセンサの模式的な斜視図であって、一部を断面で表した図である。
【図３】図１に示すビームの要部拡大図である。
【図４】図１に示すビームの要部拡大図であって、図３のピエゾ抵抗素子およびピエゾ抵抗素子と同一層に形成された要素のみを表している。
【図５】図１に示すビームの要部拡大図であって、図３の下部電極および圧電体ならびにそれらと同一層に形成された要素のみを表している。
【図６】図１に示すビームの要部拡大図であって、図３の上部電極および上部電極と同一層に形成された要素のみを表している。
【図７】図３に示すビームの切断面Ａ−Ａを表す断面図である。
【図８】図３に示すビームの切断面Ｂ−Ｂを表す断面図である。
【図９Ａ】図１に示すモーションセンサの製造工程の一部を示す模式的な断面図であって、図８と同じ断面を表している。
【図９Ｂ】図９Ａの次の工程を示す図である。
【図９Ｃ】図９Ｂの次の工程を示す図である。
【図９Ｄ】図９Ｃの次の工程を示す図である。
【図１０】図７に示すビームの第１変形例を示す図である。
【図１１】図７に示すビームの第２変形例を示す図である。
【図１２】図７に示すビームの第３変形例を示す図である。
【図１３】図７に示すビームの第４変形例を示す図である。
【図１４】図７に示すビームの第５変形例を示す図である。
【図１５】図７に示すビームの第６変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
＜モーションセンサ１の全体構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係るモーションセンサ１の模式的な平面図である。図２は、図１に示すモーションセンサ１の模式的な斜視図であって、一部を断面で表した図である。
【００２６】
モーションセンサ１は、三次元空間において直交する３軸（Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸）に沿って作用する３軸加速度および３軸まわりに作用する３軸角速度を検出する６軸モーションセンサである。
このモーションセンサ１は、表面２１および裏面２２を有する半導体基板としての平面視矩形状のＳＯＩ（Silicon On Insulator)基板２を備えている。ＳＯＩ基板２の表面２１は、たとえば、検出素子や検出回路などが形成される素子形成面であり、裏面２２は、たとえば、支持基板（たとえば、ガラス基板などの封止基板）が接合される実装面である。
【００２７】
説明の便宜上、以下では、ＳＯＩ基板２の１対の対向辺に平行な方向をＸ方向とし、ＳＯＩ基板２の他対の対向辺に平行な方向をＹ方向とし、ＳＯＩ基板２の厚さ方向に平行な方向をＺ方向として本実施形態を説明する。ＳＯＩ基板２を水平面に置いたとき、Ｘ方向およびＹ方向は互いに直交する２つの水平な直線（Ｘ軸およびＹ軸）に沿う２つの水平方向（第１水平方向および第２水平方向）となり、Ｚ方向は鉛直な直線（Ｚ軸）に沿う鉛直方向（高さ方向）となる。なお、Ｚ方向については、ＳＯＩ基板２の裏面２２が下側に配置されるモーションセンサ１の基本姿勢を基準として、上下方向ということがある。
【００２８】
ＳＯＩ基板２は、その裏面２２側から表面２１側へ向かって順に、シリコン基板３と、酸化シリコンからなる絶縁層４と、シリコンからなる活性層５とが積層された構造を有している。ＳＯＩ基板２の総厚さは、たとえば、５５７．５μｍ程度であり、各層の厚さは、たとえば、シリコン基板３が５５０μｍ程度、絶縁層４が１．５μｍ程度、活性層５が６μｍ程度である。
【００２９】
ＳＯＩ基板２は、フレーム６と、錘７と、薄膜部としてのビーム８とを有している。この実施形態では、フレーム６および錘７は、ＳＯＩ基板２のシリコン基板３、絶縁層４および活性層５からなる積層構造で構成され、ビーム８は、ＳＯＩ基板２の活性層５で構成されている。
フレーム６は、平面視四角環状（枠状）に形成されている。このフレーム６上には、ＳＯＩ基板２上に形成された各種配線２９〜３５（後述）に接続される電極パッド９が複数設けられている。複数の電極パッド９は、フレーム６の各辺に複数個同数ずつ（この実施形態では、１０個ずつ）設けられ、各辺において互いに等しい間隔を空けて配置されている。
【００３０】
錘７は、フレーム６によって取り囲まれる領域に、フレーム６との間に間隔を空けて配置されている。錘７は、四角柱状の中央柱状部１０と、その周囲の４つの四角柱状の周囲柱状部１１とからなる。中央柱状部１０および各周囲柱状部１１は、いずれもフレーム６と同じ厚さ（高さ）を有している。中央柱状部１０は、フレーム６によって囲まれる領域の中央部に、外周縁がフレーム６の内周縁（内面）と平行をなすように配置されている。周囲柱状部１１は、中央柱状部１０の上面の各対角線の両側への延長線上に１つずつ配置されている。そして、中央柱状部１０の側面の各角部に対して、周囲柱状部１１の側面の１つの角部が接続されている。これにより、中央柱状部１０および４つの周囲柱状部１１は、一体をなして、フレーム６と同じ厚さを有する錘７を構成している。
【００３１】
ビーム８は、この実施形態では４本設けられ、互いに隣り合う周囲柱状部１１の各間において、それらの周囲柱状部１１の側面に対して間隔を空けて平行に延びている。ビーム８の長手方向（以下、この方向を「ビーム８の縦断方向」ということがある。）一端は、フレーム６に接続され、その他端は、中央柱状部１０に接続されている。また、ビーム８は、ＳＯＩ基板２の活性層５で構成されていることにより、捩れ変形および撓み変形が可能である。これにより、４本のビーム８は、錘７をフレーム６に対して揺振可能に支持している。
【００３２】
各ビーム８には、容量素子としての駆動圧電素子１２および検出圧電素子１３、ならびにピエゾ抵抗素子１４が設けられている。
駆動圧電素子１２は、各ビーム８とフレーム６との境界に１個ずつ合計４個設けられ、ビーム８とフレーム６との間に跨るように配置されている。駆動圧電素子１２には、錘７をフレーム６の周方向に沿って周回運動させるための交流電圧が印加される。
【００３３】
検出圧電素子１３は、各ビーム８と中央柱状部１０との境界に複数個同数ずつ（この実施形態では、３個ずつ）設けられており、センサに作用する角速度成分を検出する。各境界に設けられた複数個の素子は、互いに間隔を空けてビーム８の長手方向に直交する幅方向（以下、この方向を「ビーム８の横断方向」ということがある。）に沿って並べられ、それぞれがビーム８と中央柱状部１０との間に跨るように配置されている。
【００３４】
ピエゾ抵抗素子１４は、各ビーム８に複数個ずつ設けられている。複数のピエゾ抵抗素子１４は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸それぞれに作用する加速度の検出回路として、たとえば４個のピエゾ抵抗素子１４からなる３つのブリッジ回路を構成している。たとえば、Ｘ軸に対応するブリッジ回路は、Ｘ方向に沿って延びるビーム８上の４個のピエゾ抵抗素子１４で構成され、Ｙ軸に対応するブリッジ回路は、Ｙ方向に沿って延びるビーム８上の４個のピエゾ抵抗素子１４で構成されている。また、Ｚ軸に対応するブリッジ回路は、４つのビーム８それぞれから１個ずつ選ばれた合計４個のピエゾ抵抗素子１４で構成されている。なお、図１および図２では、複数のピエゾ抵抗素子１４の一部のみを表している。
【００３５】
このモーションセンサ１では、駆動圧電素子１２に交流の駆動電圧を印加することにより、ビーム８が３次元振動して、錘７がフレーム６の周方向に沿って周回運動する。そして、モーションセンサ１に角速度が作用し、作用した角速度と錘７の速度とに応じたコリオリ力が錘７に発生すると、ビーム８に歪みが生じる。ビーム８の歪みにより、ビーム８上の検出圧電素子１３に応力が作用し、その応力が検出圧電素子１３で電圧に変換される。そのため、検出圧電素子１３で発生した電圧を信号として取り出せば、モーションセンサ１に作用した３軸角速度を検出することができる。
【００３６】
また、モーションセンサ１に加速度が作用して錘７が振れると、錘７に慣性力が作用してビーム８に歪みが生じる。このビーム８の歪みにより、ビーム８上のピエゾ抵抗素子１４に応力が作用し、ピエゾ抵抗素子１４の抵抗率が変化する。そのため、各ピエゾ抵抗素子１４の抵抗率の変化量を信号として取り出せば、その信号に基づいて、モーションセンサ１に作用した３軸加速度を検出することができる。
＜ピエゾ抵抗素子１４、駆動圧電素子１２および検出圧電素子１３のビーム８上における配置形態＞
図３〜図６は、図１に示すビーム８の要部拡大図である。なお、図４は、図３のピエゾ抵抗素子１４およびピエゾ抵抗素子１４と同一層に形成された要素のみを表している。また、図５は、図３の下部電極および圧電体ならびにそれらと同一層に形成された要素のみを表している。また、図６は、図３の上部電極および上部電極と同一層に形成された要素のみを表している。また、図７は、図３に示すビーム８の切断面Ａ−Ａを表す断面図である。図８は、図３に示すビーム８の切断面Ｂ−Ｂを表す断面図である。
【００３７】
まず図３〜図４、図７〜図８を参照して、歪みゲージとしてのピエゾ抵抗素子１４は、ビーム８の表層部にその一部として形成されている。ピエゾ抵抗素子１４は、たとえば、ｎ−型の活性層５へのｐ型不純物の拡散により導電性が付与されて形成された素子であり、一様なｐ型不純物濃度を有している。
ピエゾ抵抗素子１４は、この実施形態では、たとえば、第１のブリッジ回路としてのＸ方向検出用のブリッジ回路（つまり、Ｘ方向の加速度を検出するためのブリッジ回路）を構成する第１抵抗としてのＸ−抵抗素子ＲＸと、Ｘ方向検出用のブリッジ回路とは異なる第２のブリッジ回路としてのＺ方向検出用のブリッジ回路（つまり、Ｚ方向の加速度を検出するためのブリッジ回路）を構成する第２抵抗としてのＺ−抵抗素子ＲＺとを含んでいる。
【００３８】
なお、Ｘ方向およびＺ方向検出用の抵抗として例示された第１および第２抵抗は、たとえば、最終製品の特性に合わせて、Ｘ方向検出用、Ｙ方向検出用およびＺ方向検出用として設計することができる。
Ｘ−抵抗素子ＲＸおよびＺ−抵抗素子ＲＺは、それぞれビーム８の長手方向に沿う長尺状に形成されており、ビーム８の幅方向中央において、ビーム８の長手方向に沿って配置されている。具体的には、ビーム８とフレーム６との間に跨るように、かつ、平面視で駆動圧電素子１２と重なるようにＺ−抵抗素子ＲＺが配置され、このＸ−抵抗素子ＲＸからフレーム６から離れる方向へ向かってＸ−抵抗素子ＲＸ、Ｘ−抵抗素子ＲＸおよびＺ−抵抗素子ＲＺという順に配置されている。
【００３９】
次に、図３および図５、図７〜図８を参照して、ＳＯＩ基板２の表面２１には、ＳｉＯ２膜１５（厚さ１２５Å程度）およびＮＳＧ（Nondoped Silicate Glass）からなる第１層間膜１６（厚さ２５００Å程度）が順に積層されている。
駆動圧電素子１２および検出圧電素子１３は、この第１層間膜１６上に設けられている。
【００４０】
駆動圧電素子１２は、ビーム８とフレーム６との境界に配置されたＺ−抵抗素子ＲＺおよび当該Ｚ−抵抗素子ＲＺに隣接するＸ−抵抗素子ＲＸからなる１組のピエゾ抵抗素子１４を覆うように配置されている。
駆動圧電素子１２は、誘電体としての圧電体１７と（たとえば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛））、当該圧電体１７を上下方向両側から挟む１組の上部電極１８（たとえば、Ｐｔ／Ｔｉ）および下部電極１９（たとえば、Ｉｒ／ＩｒＯ２）を有している。
【００４１】
検出圧電素子１３は、駆動圧電素子１２に対してフレーム６に遠い側に間隔を空けて設けられている。
検出圧電素子１３は、この実施形態では、第１の方向としてのＸ方向まわりの角速度を検出するためのＸ−検出素子ＤＸと、Ｘ方向とは異なる第２の方向としてのＺ方向まわりの角速度を検出するためのＺ−検出素子ＤＺとを含んでいる。
【００４２】
Ｚ−検出素子ＤＺは、ビーム８の幅方向中央に配置され、当該Ｚ−検出素子ＤＺに対してビーム８の幅方向両側にＸ−検出素子ＤＸが配置されている。
なお、Ｘ方向およびＺ方向検出用の素子として例示された第１および第２の検出用素子は、たとえば、最終製品の特性に合わせて、Ｘ方向検出用、Ｙ方向検出用およびＺ方向検出用として設計することができる。
【００４３】
Ｘ−検出素子ＤＸおよびＺ−検出素子ＤＺは、誘電体としての圧電体２３と（たとえば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛））、当該圧電体２３を上下方向両側から挟む上部電極２４Ｘ，２４Ｚ（たとえば、Ｐｔ／Ｔｉ）および下部電極２５（たとえば、Ｉｒ／ＩｒＯ２）を有している。
検出圧電素子１３では、圧電体２３および下部電極２５は、Ｘ−検出素子ＤＸおよびＺ−検出素子ＤＺ間で共有されている。圧電体２３および下部電極２５は、駆動圧電素子１２により覆われた１組のピエゾ抵抗素子１４とは異なる、Ｘ−抵抗素子ＲＸおよび当該Ｘ−抵抗素子ＲＸに隣接するＺ−抵抗素子ＲＺからなる他の１組のピエゾ抵抗素子１４を覆うように配置されている。
【００４４】
つまり、この実施形態では、ビーム８の幅方向中央部に、下部電極２５、圧電体２３および上部電極２４Ｚが順に積層された積層構造を有するＺ−検出素子ＤＺが形成されている。このＺ−検出素子ＤＺを構成する下部電極２５および圧電体２３は、ビーム８の幅方向両側にほぼ同じ長さ分引き出された引出部を有している。Ｘ−検出素子ＤＸは、当該下部電極２５の引出部および圧電体２３の引出部、さらに圧電体２３の引出部上において、Ｚ−検出素子ＤＺの上部電極２４Ｚのビーム８の幅方向両側に当該上部電極２４Ｚに対して間隔を空けて一つずつ形成された上部電極２４Ｘによって構成されている。この実施形態では、Ｚ−検出素子ＤＺに対してビーム８の幅方向一方側（図３および図５の紙面上側）のＸ−検出素子ＤＸが、本発明の第１圧電素子の一例であり、他方側（図３および図５の紙面下側）のＸ−検出素子ＤＸが、本発明の第２圧電素子の一例である。
【００４５】
そして、第１層間膜１６上には、駆動圧電素子１２および検出圧電素子１３を被覆するＳｉＯ２からなる第２層間膜２０（厚さ５０００Å程度）が積層されている。絶縁層としての第２層間膜２０上には、電極パッド９が形成されている。
第２層間膜２０上には、ＰＳＧ（Phosphorus Silicate Glass）膜２６（厚さ７５０Å程度）およびＳｉＮ膜２７（厚さ７０００Å程度）が順に積層されている。これらＰＳＧ膜２６およびＳｉＮ膜２７には、電極パッド９を露出させるパッド開口２８が形成されている。
＜ビーム８上の配線構造＞
次に、図３〜図８を参照して、ＳＯＩ基板２上には、電極パッド９から、駆動圧電素子１２、検出圧電素子１３およびピエゾ抵抗素子１４などの各種素子に電力を供給する配線２９〜３５が敷設されている。
【００４６】
当該配線２９〜３５は、駆動圧電素子１２の上部電極１８に電力を供給する駆動上部電極配線２９、駆動圧電素子１２の下部電極１９に電力を供給する駆動下部電極配線３０、Ｘ−抵抗素子ＲＸに電力を供給するＸ−ブリッジ配線３１、Ｚ−抵抗素子ＲＺに電力を供給するＺ−ブリッジ配線３２、Ｘ−検出素子ＤＸの上部電極２４Ｘに電力を供給するＸ−検出上部電極配線３４、Ｚ−検出素子ＤＺの上部電極２４Ｚに電力を供給するＺ−検出上部電極配線３３、およびＸ−検出素子ＤＸおよびＺ−検出素子ＤＺで共有される下部電極２５に電力を供給する検出下部電極配線３５を含んでいる。
【００４７】
これらの配線２９〜３５は、電極パッド９と同一層（具体的には、第２層間膜２０上）に形成された主配線３６と、当該主配線３６よりも下層に形成された副配線３７Ｄ，３７Ｍとを含んでいる。
電極パッド９から各種素子に至る配線は、本来的には、その始端（電極パッド９）から終端に至るまで、内部抵抗などを考慮して選択された材料を用いて、電極パッド９と同一層に敷設された主配線３６であることが好ましい。しかしながら、ＳＯＩ基板２上の配線スペースには制限があり、当該スペースに対して配線数が多いと、異なる回路を構成する配線同士が接触するおそれがある。そこで、この実施形態では、電極パッド９の同一層の主配線３６と、ピエゾ抵抗素子１４と同一層（具体的には、ＳＯＩ基板２の活性層５の表層部）の下層拡散配線３７Ｄ（図４に表された配線）、各下部電極１９，２５と同一層（具体的には、第１層間膜１６上）の下層金属配線３７Ｍ（図５に表された配線）などの副配線とを組み合わせて配線２９〜３５を形成することにより、配線間接触の問題を回避する。なお、配線によっては、主配線３６のみで構成されるものがある。
【００４８】
主配線３６は、この実施形態では、Ａｌからなる配線である。下層拡散配線３７Ｄ（副配線）は、ピエゾ抵抗素子１４と同様に、不純物の拡散により活性層５に部分的に導電性が付与されて形成された配線である。下層金属配線３７Ｍ（副配線）は、各下部電極１９，２５と同一材料（この実施形態では、Ｉｒ／ＩｒＯ２）からなる配線である。この下層金属配線３７Ｍの上には、駆動圧電素子１２の圧電体１７および検出圧電素子１３の圧電体２３と同一材料（たとえば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛））からなる、ダミー圧電体３８が形成されている。
【００４９】
駆動上部電極配線２９は、主配線３６のみで構成されており、駆動圧電素子１２の上部電極１８に対して電気的に接続されている。また、駆動下部電極配線３０も同様に、主配線３６のみで構成されており、駆動圧電素子１２の下部電極１９に対して電気的に接続されている。
Ｘ−ブリッジ配線３１は、ビーム８を縦断するようにビーム８上に敷設され、複数のＸ−抵抗素子ＲＸを直列に接続している。このＸ−ブリッジ配線３１は、主配線３６および下層拡散配線３７Ｄ（副配線）の組み合わせからなる。副配線としての下層拡散配線３７Ｄは、ビーム８の縦断にあたって、平面視で駆動圧電素子１２および検出圧電素子１３（Ｚ−検出素子ＤＺ）に重なる部分に敷設されている。また、ビーム８の縦断方向（長手方向）に沿って延びるＸ−ブリッジ配線３１（主配線３６）は、駆動圧電素子１２と検出圧電素子１３との間の領域において分岐している。分岐された主配線３６（分岐配線３９）は、ビーム８の横断方向（幅方向）に沿ってビーム８の周縁部へ延び、当該ビーム８の周縁部をビーム８の縦断方向に沿って敷設されている。
【００５０】
Ｚ−ブリッジ配線３２は、ビーム８を縦断するようにビーム８上に敷設され、複数のＺ−抵抗素子ＲＺを直列に接続している。このＺ−ブリッジ配線３２は、主配線３６および下層拡散配線３７Ｄ（副配線）の組み合わせからなる。副配線としての下層拡散配線３７Ｄは、ビーム８の縦断にあたって、平面視で駆動圧電素子１２および検出圧電素子１３（Ｚ−検出素子ＤＺ）に重なる部分に敷設されている。また、ビーム８の縦断方向（長手方向）に沿って延びるＺ−ブリッジ配線３２（主配線３６）は、駆動圧電素子１２と検出圧電素子１３との間の領域において分岐している。分岐された主配線３６（分岐配線４０）は、ビーム８の横断方向（幅方向）に沿って、Ｘ−ブリッジ配線３１が引き回されたビーム８の周縁部とは反対側のビーム８の周縁部へ延び、当該ビーム８の周縁部をビーム８の縦断方向に沿って敷設されている。
【００５１】
Ｚ−検出上部電極配線３３は、ビーム８の周縁部においてＺ−ブリッジ配線３２の分岐配線４０に並んで敷設されている。そして、Ｘ−検出素子ＤＸにおけるフレーム６に遠い側の端部を取り囲むように、当該端部付近でフレーム６に近い側へ平面視Ｕ字状に転回し、Ｚ−検出素子ＤＺの上部電極２４Ｚに電気的に接続されている。
この場合、ビーム８の縦断方向に沿って延びるＺ−検出上部電極配線３３（主配線３６）は、駆動圧電素子１２と検出圧電素子１３との間の領域において、ビーム８の横断方向に延びるＺ−ブリッジ配線３２の分岐配線４０（主配線３６）により分断されている。つまり、Ｚ−検出上部電極配線３３とＺ−ブリッジ配線３２との関係において、Ｚ−ブリッジ配線３２の分岐配線４０が、本発明の第１配線の一例であり、この分岐配線４０により分断されたＺ−検出上部電極配線３３が、本発明の第２配線の一例である。
【００５２】
そこで、この実施形態では、Ｚ−検出上部電極配線３３の主配線３６に、ビーム８の縦断方向に沿ってＺ−ブリッジ配線３２（分岐配線４０）を横切るように延びる、本発明の下部金属層の一例としての中継配線４１を組み合わせている。中継配線４１は、主配線３６よりも下層の下層金属配線３７Ｍにより構成されている。これにより、Ｚ−検出上部電極配線３３とＺ−ブリッジ配線３２（分岐配線４０）との接触を防止することができる。
【００５３】
当該中継配線４１（下層金属配線３７Ｍ）は、駆動圧電素子１２の下部電極１９および検出圧電素子１３の下部電極２５のいずれからも分離されており、その上には、中継配線４１の長さ方向両端部を露出させるようにダミー圧電体３８が設けられている。そして、Ｚ−検出上部電極配線３３の主配線３６と、Ｚ−検出上部電極配線３３の中継配線４１（下層金属配線３７Ｍ）とは、第２層間膜２０を厚さ方向に貫通するプラグ４２により接続されている。当該プラグ４２は、ダミー圧電体３８を避けて中継配線４１の両端部に接続されている。
【００５４】
Ｘ−検出上部電極配線３４は、ビーム８の幅方向にＺ−検出素子ＤＺを挟んで互いに対向する、Ｚ−検出素子ＤＺに対して一方側のＸ−検出素子ＤＸの上部電極２４Ｘと他方側のＸ−検出素子ＤＸの上部電極２４Ｘとを電気的に接続する素子間配線４３と、当該素子間配線４３と電極パッド９とを電気的に接続するパッド配線４４とを含んでいる。
素子間配線４３は、ビーム８の幅方向に一方側および他方側のＸ−検出素子ＤＸに跨るように敷設されている。
【００５５】
この場合、ビーム８の幅方向に跨るＸ−検出上部電極配線３４の素子間配線４３（主配線３６）は、Ｚ−検出素子ＤＺにおけるフレーム６に遠い側端部付近において、ビーム８の縦断方向に沿って延びるＸ−ブリッジ配線３１（主配線３６）およびビーム８の周縁部からフレーム６に近い側へ平面視Ｕ字状に転回してＺ−検出素子ＤＺの上部電極２４Ｚに接続されるＺ−検出上部電極配線３３（主配線３６）により分断されている。つまり、Ｘ−検出上部電極配線３４（素子間配線４３）と、Ｘ−ブリッジ配線３１およびＺ−検出上部電極配線３３との関係においては、Ｘ−ブリッジ配線３１およびＺ−検出上部電極配線３３が、本発明の第１配線の一例であり、これらＸ−ブリッジ配線３１およびＺ−検出上部電極配線３３により分断された素子間配線４３の主配線３６が、本発明の第２配線の一例である。
【００５６】
そこで、この実施形態では、素子間配線４３の主配線３６に、ビーム８の横断方向に沿ってＸ−ブリッジ配線３１およびＺ−検出上部電極配線３３を横切るように延びる、本発明の下部金属層の一例としての中継配線４５を組み合わせている。中継配線４５は、主配線３６よりも下層の下層金属配線３７Ｍにより構成されている。これにより、Ｘ−検出上部電極配線３４と、Ｘ−ブリッジ配線３１およびＺ−検出上部電極配線３３との接触を防止することができる。
【００５７】
当該中継配線４５（下層金属配線３７Ｍ）は、駆動圧電素子１２の下部電極１９および検出圧電素子１３の下部電極２５のいずれからも分離されており、その上には、中継配線４５の長さ方向両端部を露出させるようにダミー圧電体３８が設けられている。そして、Ｘ−検出上部電極配線３４の主配線３６と、Ｘ−検出上部電極配線３４の中継配線４５（下層金属配線３７Ｍ）とは、第２層間膜２０を厚さ方向に貫通するプラグ４６により接続されている。当該プラグ４６は、ダミー圧電体３８を避けて中継配線４５の両端部に接続されている。
【００５８】
パッド配線４４は、ビーム８の周縁部においてＸ−ブリッジ配線３１の分岐配線３９に並んで敷設されている。そして、一方側のＸ−検出素子ＤＸにおけるフレーム６に遠い側の端部に沿って屈曲し、素子間配線４３に電気的に接続されている。
この場合、ビーム８の縦断方向に沿って延びるパッド配線４４（主配線３６）は、駆動圧電素子１２と検出圧電素子１３との間の領域において、ビーム８の横断方向に延びるＸ−ブリッジ配線３１の分岐配線３９により分断されている。つまり、Ｘ−検出上部電極配線３４（パッド配線４４）と、Ｘ−ブリッジ配線３１との関係においては、Ｘ−ブリッジ配線３１の分岐配線３９が、本発明の第１配線の一例であり、この分岐配線３９により分断されたパッド配線４４の主配線３６が、本発明の第２配線の一例である。
【００５９】
そこで、この実施形態では、パッド配線４４の主配線３６に、ビーム８の縦断方向に沿ってＸ−ブリッジ配線３１を横切り、電極パッド９の直下にまで延びる、本発明の下部金属層の一例としての中継配線４７を組み合わせている。中継配線４７は、主配線３６よりも下層の下層金属配線３７Ｍにより構成されている。これにより、Ｘ−検出上部電極配線３４（パッド配線４４）と、Ｘ−ブリッジ配線３１との接触を防止することができる。電極パッド９と、Ｘ−検出上部電極配線３４の中継配線４７とは、第２層間膜２０を厚さ方向に貫通するプラグ４８により接続されている。
【００６０】
検出下部電極配線３５は、Ｘ−検出素子ＤＸおよびＺ−検出素子ＤＺで共有される下部電極２５に一体的に接続されている。検出下部電極配線３５は、図３では、下層金属配線３７Ｍ（副配線）のみが表されている。
＜モーションセンサ１の製造方法＞
図９Ａ〜図９Ｄは、図１に示すモーションセンサ１の製造工程を工程順に示す模式的な断面図であって、図８と同じ断面を表している。
【００６１】
モーションセンサ１を製造するには、まず、図９Ａに示すように、シリコン基板３、絶縁層４および活性層５を含むＳＯＩ基板２の活性層５に、ｐ型不純物をドーピングすることにより、ピエゾ抵抗素子１４および下層拡散配線３７Ｄが形成される。次いで、ＳＯＩ基板２上に、たとえば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によりＳｉＯ２膜１５および第１層間膜１６が順に形成される。
【００６２】
次いで、図９Ｂに示すように、公知のスパッタ技術により、第１層間膜１６上に、Ｉｒ／ＩｒＯ２からなる金属材料、ＰＺＴからなる圧電材料およびＰｔ／Ｔｉからなる金属材料が順に積層される。その後、公知のパターニング技術により、Ｉｒ／ＩｒＯ２が選択的にエッチングされ、さらに、ＰＴＺが選択的にエッチングされる。当該圧電材料のエッチングにより、駆動圧電素子１２の圧電体１７、検出圧電素子１３の圧電体２３、およびダミー圧電体３８が同時に形成される。続いて、Ｐｔ／Ｔｉが選択的にエッチングされることにより、駆動圧電素子１２の下部電極１９、検出圧電素子１３の下部電極２５、下層金属配線３７Ｍ（中継配線４１，４５，４７を含む）が同時に形成される。
【００６３】
次いで、図９Ｃに示すように、第１層間膜１６上に、駆動圧電素子１２および検出圧電素子１３を覆うように第２層間膜２０が積層される。次いで、第２層間膜２０が選択的にエッチングされることにより、中継配線４１，４５，４７を構成する下層金属配線３７Ｍに対してコンタクトをとるためのコンタクトホールが形成される。次いで、電極パッド９および主配線３６用の金属材料（たとえば、Ａｌ）がスパッタされ、この金属材料がパターニングされることにより、電極パッド９、各種配線の主配線３６およびプラグ４２，４６，４８が同時に形成される。
【００６４】
次いで、図９Ｄに示すように、第２層間膜２０上に、ＰＳＧ膜２６およびＳｉＮ膜２７が順に積層される。そして、公知のエッチング技術により、これらＰＳＧ膜２６およびＳｉＮ膜２７を貫通するように、パッド開口２８が形成される。続いて、シリコン基板３が裏面２２から研削される。研削後、公知のパターニング技術により、錘７およびフレーム６を形成すべき領域上に、フォトレジストからなるマスク（図示せず）が形成される。このマスクを介して、ＳＯＩ基板２が裏面２２側からシリコン基板３の途中までドライエッチングされる。これにより、錘７とフレーム６の形状が成形され、同時に、錘７とフレーム６とを隔てる溝が形成される。この後、溝内にエッチング液が供給されることにより、溝内の絶縁層４がウェットエッチングにより除去され、同時に活性層５からなるビーム８が形成される。以上の工程を経て、図１〜図８に示すモーションセンサ１が得られる。
＜本実施形態による作用効果＞
以上のように、このモーションセンサ１によれば、図８に示すように、第２層間膜２０上において、Ｚ−ブリッジ配線３２の分岐配線４０により分断されたＺ−検出上部電極配線３３（主配線３６）が、駆動圧電素子１２の下部電極１９および検出圧電素子１３の下部電極２５と同一層に形成された中継配線４１を介して互いに電気的に接続されている。これにより、Ｚ−ブリッジ配線３２に接触しないようにＺ−検出上部電極配線３３（主配線３６）の導通を図ることができる。
【００６５】
しかも、図９Ｂに示すように、駆動圧電素子１２の下部電極１９および検出圧電素子１３の下部電極２５の形成時に、Ｚ−検出上部電極配線３３（主配線３６）の迂回路を形成する配線（中継配線４１）を同時に形成することができる。そのため、工程数の増加を防止することができるので、製造コストの増加を抑制することができる。
とりわけ、このモーションセンサ１のように、薄膜状のビーム８に各種配線２９〜３５が敷設される場合でも、Ｚ−ブリッジ配線３２と交差する中継配線４１のベースを形成するために、Ｚ−検出上部電極配線３３（主配線３６）のベースとなる第２層間膜２０上に層間膜をさらに積層する必要がない。そのため、ビーム８に余計なストレスが加わることを抑制することができる。その結果、モーションセンサ１による加速度および角速度の検出を精度よく行うことができる。
【００６６】
また、中継配線４１が、駆動圧電素子１２の下部電極１９および検出圧電素子１３の下部電極２５から分離されて形成されている。そのため、Ｚ−検出上部電極配線３３の大部分をＡｌ配線（主配線３６）で形成し、Ａｌよりも電気伝導率が低いＰｔ配線（下層金属配線３７Ｍ）を中継配線４１の部分に留めることができる。その結果、Ｚ−検出上部電極配線３３の平均電気伝導率の低下を抑制することができる。
【００６７】
また、中継配線４１上にダミー圧電体３８が形成されている。そのため、図９Ｂに示す工程において圧電材料をエッチングするときに、中継配線４１におけるダミー圧電体３８直下の部分をエッチングガスから保護することができる。この保護により、中継配線４１へのダメージを抑制し、中継配線４１の厚さを維持することができる。その結果、中継配線４１の内部抵抗の上昇を抑制することができる。
【００６８】
また、図７に示すように、第２層間膜２０上において、Ｘ−ブリッジ配線３１およびＺ−検出上部電極配線３３により分断されたＸ−検出上部電極配線３４の素子間配線４３（主配線３６）が、駆動圧電素子１２および検出圧電素子１３の下部電極１９，２５と同一層に形成された中継配線４５を介して互いに電気的に接続されている。これにより、Ｘ−ブリッジ配線３１およびＺ−検出上部電極配線３３に接触しないようにＸ−検出上部電極配線３４の素子間配線４３（主配線３６）の導通を図ることができる。
【００６９】
この場合にも、前述した製造コストの抑制、検出精度の向上、配線の平均電気伝導率の低下抑制、中継配線４５の内部抵抗の上昇抑制といった効果を発現することができる。
とりわけ、中継配線４５が、駆動圧電素子１２の下部電極１９および検出圧電素子１３の下部電極２５から分離されて形成されている。そのため、当該中継配線４５を、検出圧電素子１３の下部電極２５から電気的に絶縁することができる。したがって、この実施形態のように、素子間配線４３の接続対象を２つのＸ−検出素子ＤＸの上部電極２４Ｘとすることにより、２つのＸ−検出素子ＤＸ間を並列に接続することができる。
【００７０】
また、図３に示すように、第２層間膜２０上において、Ｘ−ブリッジ配線３１の分岐配線３９により分断されたＸ−検出上部電極配線３４のパッド配線４４（主配線３６）についても同様に、駆動圧電素子１２および検出圧電素子１３の下部電極１９，２５と同一層に形成された中継配線４７を介して互いに電気的に接続されている。これにより、Ｘ−ブリッジ配線３１の分岐配線３９に接触しないようにＸ−検出上部電極配線３４のパッド配線４４（主配線３６）の導通を図ることができる。
【００７１】
この場合にも、前述した製造コストの抑制、検出精度の向上、配線の平均電気伝導率の低下抑制、中継配線４７の内部抵抗の上昇抑制といった効果を発現することができる。
＜中継配線の変形例＞
図１０〜図１５は、それぞれ図７に示すビーム８の第１〜第６変形例を示す図である。
或る回路を形成する主配線３６の中継配線は、前述の実施形態で説明した形態に限らず、他の形態でも構成することができる。なお、図１０〜図１５では、図１〜図８に示した符号のうち、変形例の説明に必要な符号のみを表している。
【００７２】
図１０に示すように、Ｘ−検出上部電極配線３４の素子間配線４３（主配線３６）を迂回させる中継配線４５の上に設けられたダミー圧電体３８は、中継配線４５のほぼ全面を覆っていてもよい。この場合、プラグ４６は、ダミー圧電体３８を貫通して中継配線４５に接続されていてもよい。
また、図１１に示すように、当該中継配線４５上のダミー圧電体３８が省略されていてもよい。
【００７３】
図１２は、Ｘ−検出上部電極配線３４のパッド配線４４と素子間配線４３とが、Ｘ−ブリッジ配線３１の主配線３６に分断される態様を表している。
図１２に示すように、中継配線は、Ｚ−検出素子ＤＺに対してビーム８の幅方向一方側のＸ−検出素子ＤＸの下部電極２５からＸ−ブリッジ配線３１の主配線３６を横切るように一体的に引き出された電極引出部４９であってもよい。また、ダミー圧電体３８は、Ｘ−検出素子ＤＸの圧電体から当該電極引出部４９の表面に沿って一体的に引き出された圧電体引出部５０であってもよい。
【００７４】
この構成では、中継配線（電極引出部４９）とＸ−検出素子ＤＸの下部電極２５とが一体的に形成されているので、中継配線（電極引出部４９）と当該下部電極２５とを簡単かつ確実な構造で接続することができる。
また、パッド配線４４と一方側のＸ−検出素子ＤＸの上部電極２４Ｘとを、第１プラグとしてのプラグ５１を用いて接続し、素子間配線４３と電極引出部４９とを、第２プラグとしてのプラグ５２を、圧電体引出部５０を貫通させて接続し、さらに、素子間配線４３のプラグ５２とは反対側の端部の接続対象を他方側のＸ−検出素子ＤＸの上部電極２４Ｘとすることにより、電極パッド９に対して、一方側および他方側のＸ−検出素子ＤＸ間を直列に接続することができる。
【００７５】
また、図１３に示すように、圧電体引出部５０は、電極引出部４９の端部を露出するように引き出されてよく、その場合、プラグ５２は、当該圧電体引出部５０を避けて電極引出部４９に接続される。また、図１４に示すように、電極引出部４９上の圧電体引出部５０が省略されていてもよい。
また、図１５に示すように、Ｘ−検出上部電極配線３４の素子間配線４３（主配線３６）を迂回させる中継配線は、駆動圧電素子１２の上部電極１８および検出圧電素子１３の上部電極２４Ｘ，２４Ｚと同一層に形成され、かつ、これら上部電極１８，２４Ｘ，２４Ｚから分離されて形成された上部金属層５３により構成されていてもよい。この場合、素子間配線４３と上部金属層５３とは、プラグ５４により接続されている。
【００７６】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することもできる。
たとえば、前述の実施形態では、ＭＥＭＳセンサの一例として、ジャイロセンサを取り上げたが、本発明は、ジャイロセンサに限らず、ＭＥＭＳ技術により作製される加速度センサ、圧力センサなどの各種デバイスに適用することができる。
【００７７】
また、前述の実施形態で説明した中継配線を採用した配線構造は、ビーム８に敷設された配線に限らず、フレーム１０に敷設された配線に適用することもできる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１ モーションセンサ
２ ＳＯＩ基板
６ フレーム
７ 錘
８ ビーム
９ 電極パッド
１０ 中央柱状部
１１ 周囲柱状部
１２ 駆動圧電素子
１３ 検出圧電素子
１７ （駆動圧電素子の）圧電体
１８ （駆動圧電素子の）上部電極
１９ （駆動圧電素子の）下部電極
２０ 第２層間膜
２１ （ＳＯＩ基板の）表面
２２ （ＳＯＩ基板の）裏面
２３ （検出圧電素子の）圧電体
２４Ｘ （Ｘ−検出素子の）上部電極
２４Ｚ （Ｚ−検出素子の）上部電極
２５ （検出圧電素子の）下部電極
３１ Ｘ−ブリッジ配線
３２ Ｚ−ブリッジ配線
３３ Ｚ−検出上部電極配線
３４ Ｘ−検出上部電極配線
３６ 主配線
３７Ｄ 下層拡散配線
３７Ｍ 下層金属配線
３８ ダミー圧電体
３９ （Ｘ−ブリッジ配線の）分岐配線
４０ （Ｚ−ブリッジ配線の）分岐配線
４１ （Ｚ−検出上部電極配線の）中継電極
４２ プラグ
４３ （Ｘ−検出上部電極配線の）素子間配線
４４ （Ｘ−検出上部電極配線の）パッド配線
４５ （素子間配線の）中継電極
４６ プラグ
４７ （パッド配線の）中継電極
４８ プラグ
４９ 電極引出部
５０ 圧電体引出部
５１ プラグ
５２ プラグ
５３ 上部金属層
５４ プラグ
ＲＸ Ｘ−抵抗素子
ＲＺ Ｚ−抵抗素子
ＤＸ Ｘ−検出素子
ＤＺ Ｚ−検出素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられ、誘電体と、この誘電体を挟んで対向する下部電極および上部電極とを有する容量素子と、
前記半導体基板上に積層され、前記容量素子を被覆する絶縁層と、
前記絶縁層上に形成され、第１配線および当該絶縁層上において前記第１配線により分断された第２配線を含む主配線と、
前記下部電極または前記上部電極と同一層に形成され、当該層において前記下部電極または前記上部電極の表面に沿う横方向に沿って前記第１配線を横切るように延びる中継配線とを含み、
前記絶縁層上において分断された前記第２配線は、前記中継配線を介して互いに電気的に接続されている、ＭＥＭＳセンサ。
【請求項２】
前記半導体基板は、外力により変形可能な薄膜部および当該薄膜部を支持するフレームを有しており、
前記第１配線、前記第２配線および前記中継配線は、前記薄膜部上に敷設されている、請求項１に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項３】
前記容量素子は、前記薄膜部上に配置され、それぞれ前記誘電体が圧電体である第１圧電素子および第２圧電素子を含み、
前記薄膜部上の前記第２配線は、前記第１圧電素子と前記第２圧電素子とを電気的に接続する素子間配線と、当該素子間配線に電気的に接続されたパッド配線とを含む、請求項２に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項４】
前記素子間配線が、前記絶縁層上において前記第１配線により分断されており、
前記中継配線が、前記第１圧電素子の前記下部電極および前記第２圧電素子の前記下部電極と同一層においてそれら下部電極のいずれからも分離され、前記横方向に沿って前記第１配線を横切るように形成された下部金属層からなり、
当該下部金属層と、分断された各前記素子間配線とを接続するプラグをさらに含む、請求項３に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項５】
前記素子間配線がアルミニウムからなり、
前記下部金属層が白金からなる、請求項４に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項６】
前記下部金属層上に形成され、前記第１圧電素子および前記第２圧電素子の前記圧電体と同一材料からなるダミー圧電体をさらに含む、請求項４または５に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項７】
前記プラグが、前記ダミー圧電体を厚さ方向に貫通して前記下部金属層に接続されている、請求項６に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項８】
前記ダミー圧電体から前記下部金属層が露出しており、
前記プラグが、前記ダミー圧電体を避けて前記下部金属層の前記露出した部分に接続されている、請求項６に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項９】
前記パッド配線と前記素子間配線との間が、前記絶縁層上において前記第１配線により分断されており、
前記中継配線は、前記第１圧電素子の前記下部電極から前記第１配線を横切るように前記横方向に一体的に引き出された電極引出部を含み、
前記パッド配線と前記第１圧電素子の前記上部電極とを接続する第１プラグと、
前記素子間配線と前記電極引出部とを接続する第２プラグとをさらに含む、請求項３に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項１０】
前記第１圧電素子の前記圧電体から前記電極引出部の表面に沿って一体的に引き出された圧電体引出部をさらに含む、請求項９に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項１１】
前記第２プラグが、前記圧電体引出部を厚さ方向に貫通して前記電極引出部に接続されている、請求項１０に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項１２】
前記圧電体引出部から前記電極引出部が露出しており、
前記第２プラグが、前記圧電体引出部を避けて前記電極引出部の前記露出した部分に接続されている、請求項１０に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項１３】
前記素子間配線が、前記絶縁層上において前記第１配線により分断されており、
前記中継配線が、前記第１圧電素子の前記上部電極および前記第２圧電素子の前記上部電極と同一層においてそれら上部電極のいずれからも分離され、前記横方向に沿って前記第１配線を横切るように形成された上部金属層からなり、
当該上部金属層と、分断された各前記素子間配線とを接続するプラグをさらに含む、請求項３に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項１４】
前記素子間配線がアルミニウムからなり、
前記上部金属層がイリジウムからなる、請求項４に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項１５】
前記第１圧電素子および前記第２圧電素子は、前記薄膜部の変形を検出するために配置された検出用素子である、請求項３〜１４のいずれか一項に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられ、誘電体と、この誘電体を挟んで対向する下部電極および上部電極とを有する容量素子と、
前記半導体基板上に積層され、前記容量素子を被覆する絶縁層と、
前記絶縁層上に形成され、第１配線および当該絶縁層上において前記第１配線により分断された第２配線を含む主配線と、
前記下部電極または前記上部電極と同一層に形成され、当該層において前記下部電極または前記上部電極の表面に沿う横方向に沿って前記第１配線を横切るように延びる中継配線とを含み、
前記絶縁層上において分断された前記第２配線は、前記中継配線を介して互いに電気的に接続されている、ＭＥＭＳセンサ。
【請求項２】
前記半導体基板は、外力により変形可能な薄膜部および当該薄膜部を支持するフレームを有しており、
前記第１配線、前記第２配線および前記中継配線は、前記薄膜部上に敷設されている、請求項１に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項３】
前記容量素子は、前記薄膜部上に配置され、それぞれ前記誘電体が圧電体である第１圧電素子および第２圧電素子を含み、
前記薄膜部上の前記第２配線は、前記第１圧電素子と前記第２圧電素子とを電気的に接続する素子間配線と、当該素子間配線に電気的に接続されたパッド配線とを含む、請求項２に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項４】
前記素子間配線が、前記絶縁層上において前記第１配線により分断されており、
前記中継配線が、前記第１圧電素子の前記下部電極および前記第２圧電素子の前記下部電極と同一層においてそれら下部電極のいずれからも分離され、前記横方向に沿って前記第１配線を横切るように形成された下部金属層からなり、
当該下部金属層と、分断された各前記素子間配線とを接続するプラグをさらに含む、請求項３に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項５】
前記素子間配線がアルミニウムからなり、
前記下部金属層が白金からなる、請求項４に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項６】
前記下部金属層上に形成され、前記第１圧電素子および前記第２圧電素子の前記圧電体と同一材料からなるダミー圧電体をさらに含む、請求項４または５に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項７】
前記プラグが、前記ダミー圧電体を厚さ方向に貫通して前記下部金属層に接続されている、請求項６に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項８】
前記ダミー圧電体から前記下部金属層が露出しており、
前記プラグが、前記ダミー圧電体を避けて前記下部金属層の前記露出した部分に接続されている、請求項６に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項９】
前記パッド配線と前記素子間配線との間が、前記絶縁層上において前記第１配線により分断されており、
前記中継配線は、前記第１圧電素子の前記下部電極から前記第１配線を横切るように前記横方向に一体的に引き出された電極引出部を含み、
前記パッド配線と前記第１圧電素子の前記上部電極とを接続する第１プラグと、
前記素子間配線と前記電極引出部とを接続する第２プラグとをさらに含む、請求項３に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項１０】
前記第１圧電素子の前記圧電体から前記電極引出部の表面に沿って一体的に引き出された圧電体引出部をさらに含む、請求項９に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項１１】
前記第２プラグが、前記圧電体引出部を厚さ方向に貫通して前記電極引出部に接続されている、請求項１０に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項１２】
前記圧電体引出部から前記電極引出部が露出しており、
前記第２プラグが、前記圧電体引出部を避けて前記電極引出部の前記露出した部分に接続されている、請求項１０に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項１３】
前記素子間配線が、前記絶縁層上において前記第１配線により分断されており、
前記中継配線が、前記第１圧電素子の前記上部電極および前記第２圧電素子の前記上部電極と同一層においてそれら上部電極のいずれからも分離され、前記横方向に沿って前記第１配線を横切るように形成された上部金属層からなり、
当該上部金属層と、分断された各前記素子間配線とを接続するプラグをさらに含む、請求項３に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項１４】
前記素子間配線がアルミニウムからなり、
前記上部金属層がイリジウムからなる、請求項４に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項１５】
前記第１圧電素子および前記第２圧電素子は、前記薄膜部の変形を検出するために配置された検出用素子である、請求項３〜１４のいずれか一項に記載のＭＥＭＳセンサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図９Ｄ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図９Ｄ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−８３３０４（Ｐ２０１２−８３３０４Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３１５７６（Ｐ２０１０−２３１５７６）
【出願日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
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