(57)【要約】【課題】製造工程において枠部が破損しやすいという問題があった。【解決手段】  可撓部と、前記可撓部の一端と結合し、前記可撓部とともに運動する錘部と、前記錘部を環状に囲み、前記可撓部の他端に内周が結合している枠部と、前記可撓部の変形または変位を検出する検出手段を含む回路要素と、を備え、前記枠部は、基板部と、非前記回路要素であって前記枠部を補強する補強部と、を含んで構成されている。【選択図】図２
2010139496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓部と、
前記可撓部の一端と結合し、前記可撓部とともに運動する錘部と、
前記錘部を環状に囲み、前記可撓部の他端に内周が結合している枠部と、
前記可撓部の変形または変位を検出する検出手段を含む回路要素と、
を備え、
前記枠部は、基板部と、前記枠部を補強する補強部と、を含んで構成されている、
ＭＥＭＳセンサ。
【請求項２】
前記補強部は、前記基板部よりも靱性が高い材料で構成されている、
請求項１に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項３】
前記基板部は単結晶シリコンウエハで構成され、前記補強部は金属材料で構成されている、
請求項１または請求項２に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項４】
前記補強部は、前記基板部を厚さ方向に貫通している、
請求項１〜請求項３のいずれかに記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項５】
前記補強部は、前記枠部の外周側面の表層を構成している、
請求項１〜請求項３のいずれかに記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項６】
前記補強部は、前記枠部において一周している、
請求項１〜請求項５のいずれかに記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項７】
前記補強部は、前記枠部の角部を構成している、
請求項１〜請求項５のいずれかに記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項８】
前記枠部を固定するベース部と対向する前記錘部の底面は、前記ベース部と対向する前記補強部の底面より後退している、
請求項１〜請求項７のいずれかに記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項９】
前記ベース部と対向する前記基板部の底面は、前記補強部の底面より後退している、
請求項８に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項１０】
可撓部と、
前記可撓部の一端と結合し、前記可撓部とともに運動する錘部と、
前記錘部を環状に囲み、前記可撓部の他端に内周が結合している枠部であって、前記枠部を補強する補強部と基板部とを含んで構成されている枠部と、
前記可撓部の変形または変位を検出する検出手段を含む回路要素と、
を備え、
前記枠部を固定するベース部と対向する前記錘部の底面は前記ベース部と対向する前記補強部の底面より後退しており、
前記基板部の側面が前記補強部に覆われ、前記ベース部と対向する前記基板部の底面が、前記ベース部と対向する前記補強部の底面よりも後退していることにより、前記基板部の底面を底面とし前記補強部の側面を内壁面とする凹部が前記枠部に形成されているＭＥＭＳセンサの固定方法であって、
前記凹部に接着剤を塗布し、前記接着剤によって、前記枠部を前記ベース部に固定する、
ＭＥＭＳセンサの固定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）センサおよびＭＥＭＳセンサの固定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＭＥＭＳ技術を利用して製造された微細な加速度センサ、角速度センサ、振動センサなどのモーションセンサが知られている。これらのモーションセンサは、ビームと呼ばれる可撓部と、この可撓部に結合された錘部と、可撓部と錘部とを囲み可撓部を支持する枠部と、可撓部の変形または変位を検出するための回路素子とを備えている。特許文献１および特許文献２には、以上のような構成を備えた加速度センサと、当該加速度センサの製造方法について記載されている。特許文献３には、以上のようなモーションセンサを固定するために凹部を有するカバー部材を用いて、モーションセンサの枠部の底面を当該凹部の周囲の厚肉部に接着することによって、錘部の運動空間を確保する構成が記載されている。また、特許文献４には、ベース部の平坦面にモーションセンサを取り付ける場合に、錘部の底面とベース部との間に距離を設けて錘部の運動空間を得るためにフィラー入りの接着剤を枠部の底面に塗布して枠部をベース部に固定することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２９６２９３号公報
【特許文献２】特開２００８−０６０１３５号公報
【特許文献３】特開平９−００５３５３号公報
【特許文献４】特開２０００−０１９１９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＭＥＭＳ技術を利用して製造される従来のモーションセンサにおいては、枠部はシリコンウエハによって構成されることが多い。しかし例えば金属材料などと比べるとシリコンは脆い材料であるため、モーションセンサの製造工程において枠部が破損しやすいという問題があった。特許文献２には、枠部を厚さ方向に貫通する複数の貫通電極が形成された構成が開示されている。しかしながら、貫通電極が形成される貫通孔は直径１〜５０μｍ程度であって貫通孔に導電材料が充填されていてもよいし、貫通孔の内壁面に形成され空洞が存在していてもよいことが記載されており、枠部を補強する効果を期待した構成ではない。また、モーションセンサの錘部の運動空間を確保した上で枠部を固定する場合に、特許文献３のように凹部が形成されたガラス等の嵩上げ部材を用いるとコスト増に繋がる。一方、特許文献４の構成では、フィラーの充填状態によっては前述の運動空間を精度よく制御できないという問題がある。
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであって、ＭＥＭＳセンサの製造工程において枠部を破損しにくくすることを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）上記目的を達成するためのＭＥＭＳセンサは、可撓部と、前記可撓部の一端と結合し、前記可撓部とともに運動する錘部と、前記錘部を環状に囲み、前記可撓部の他端に内周が結合している枠部と、前記可撓部の変形または変位を検出する検出手段を含む回路要素と、を備え、前記枠部は、基板部と、前記枠部を補強する補強部と、を含んで構成されている。
【０００６】
枠部が補強部を含んで構成されず、枠部において最も占有体積が大きい材料の部分が、基板部のみによって構成される従来の構成と比較すると、本発明のＭＥＭＳセンサでは枠部を補強することができる。そのため、ＭＥＭＳセンサの製造工程において枠部を破損しにくくすることができる。また、本発明によると、枠部の強度を向上させることができるため、枠部を薄くすることができ、ＭＥＭＳセンサを小型化することもできる。
【０００７】
（２）上記目的を達成するためのＭＥＭＳセンサにおいて、前記補強部は、前記基板部よりも靱性が高い材料で構成されていてもよい。
補強部は基板部よりも靱性が高いため、補強部は基板部よりも破損しにくい。基板部より破損しにくい補強部が枠部に含まれていることにより、枠部の強度を向上させることができる。
【０００８】
（３）上記目的を達成するためのＭＥＭＳセンサにおいて、前記基板部は単結晶シリコンウエハで構成されていてもよく、前記補強部は金属材料（金属または金属化合物）で構成されていてもよい。
金属材料は単結晶シリコンと比べて一般的に靱性が高く破損しにくい。そのため、基板部より破損しにくい補強部が枠部に含まれていることにより、枠部の強度を向上させることができる。
【０００９】
（４）上記目的を達成するためのＭＥＭＳセンサにおいて、前記補強部は、前記基板部を厚さ方向に貫通していてもよい。
枠部内に設けられる補強部の厚さが厚いほど、枠部は破断しにくくなる。したがって、基板部を厚さ方向に貫通する補強部が枠部内に形成されている場合、枠部を補強する効果を高めることができる。
【００１０】
（５）上記目的を達成するためのＭＥＭＳセンサにおいて、前記補強部は、前記枠部の外周側面の表層を構成していてもよい。
本発明によると、ＭＥＭＳセンサの製造工程において枠部を欠けにくくすることができる。
【００１１】
（６）上記目的を達成するためのＭＥＭＳセンサにおいて、前記補強部は、前記枠部において一周していてもよい。
本発明によると基板部を厚さ方向に見て補強部がとぎれる箇所がなくひとつづきに形成されているため、補強部がとぎれて形成される場合と比較すると、ＭＥＭＳセンサの製造工程において枠部は破断しにくくなる。
【００１２】
（７）上記目的を達成するためのＭＥＭＳセンサにおいて、前記補強部は、前記枠部の角部を構成していてもよい。
本発明によると、ＭＥＭＳセンサの製造工程において枠部の角部を欠けにくくすることができる。
【００１３】
（８）上記目的を達成するためのＭＥＭＳセンサにおいて、前記枠部を固定するベース部と対向する前記錘部の底面は、前記ベース部と対向する前記補強部の底面より後退していてもよい。
本発明によると、錘部の底面は補強部の底面よりも後退した構成であるので、このＭＥＭＳセンサの補強部の底面をベース部の平坦面に取り付けると、錘部の底面とベース部との間に間隔を設けることができる。この間隔は、錘部の運動空間の一部として機能する。従来のように、フィラー入り接着剤を用いて枠部とベース部を接着することによってベース部と錘部の底面との間に間隔を設ける構成と比較すると、間隔を精度よく制御できる。また、本発明では、枠部の底面をベース部に取り付ける際に、凹部を形成した嵩上げ部材を必要としないので、コスト増加を抑制できる。
【００１４】
（９）上記目的を達成するためのＭＥＭＳセンサにおいて、前記ベース部と対向する前記基板部の底面は、前記補強部の底面より後退していてもよい。
特に、基板部の側面の全面が補強部に覆われ（基板部は枠部内を環状に一周している場合と、基板部が枠部内で柱状あるいは島状に存在している場合の両方を含む）、基板部の底面を底面とし補強部の側面を内壁面とする凹部が形成されている場合に、この凹部に接着剤を塗布して枠部をベース部に固定すると、凹部に面しない補強部の側面に、接着剤がにじみ出しにくい。そのため錘部に接着剤が付着してしまうことが発生しにくい。なお、補強部の外周側の側面が基板部に覆われ、当該基板部の底面が補強部の底面より後退していることによって窪みが形成されている場合も、この窪みに接着剤を塗布してベース部に取り付けると、接着剤が錘部側にはみ出しにくい。
【００１５】
（１０）上記目標を達成するためのＭＥＭＳセンサの固定方法は、次のようなＭＥＭＳセンサの枠部に形成された凹部に接着剤を塗布し、前記接着剤によって、前記枠部を前記ベース部に固定する、ことを含む。当該ＭＥＭＳセンサは、可撓部と、前記可撓部の一端と結合し、前記可撓部とともに運動する錘部と、前記錘部を環状に囲み、前記可撓部の他端に内周が結合している枠部であって、前記枠部を補強する補強部と基板部とを含んで構成されている枠部と、前記可撓部の変形または変位を検出する検出手段を含む回路要素と、を備え、前記枠部を固定するベース部と対向する前記錘部の底面は前記ベース部と対向する前記補強部の底面より後退しており、前記基板部の側面が前記補強部に覆われ、前記ベース部と対向する前記基板部の底面が、前記ベース部と対向する前記補強部の底面よりも後退していることにより、前記基板部の底面を底面とし前記補強部の側面を内壁面とする凹部が前記枠部に形成されている。
【００１６】
本発明のように、凹部に接着剤を塗布して枠部をベース部に固定すると、凹部の外側に、接着剤がにじみ出しにくい。そのため錘部に接着剤が付着してしまうことが発生しにくい。また本発明によると、錘部の底面は補強部の底面より後退しているため、従来のように、フィラー入り接着剤を用いて枠部とベース部を接着することによってベース部と錘部の底面との間に間隔を設ける必要がない。フィラー入り接着剤によって間隔を設ける構成と比較すると本発明では当該間隔を精度よく制御することができる。また、本発明では、枠部の底面をベース部に取り付ける際に、凹部を形成した嵩上げ部材を必要としないので、コスト増加を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】（１Ａ）は第一実施形態にかかる加速度センサの断面図、（１Ｂ）は平面図。
【図２】（２Ａ）は第一実施形態にかかる加速度センサの要部を説明するための断面図、（２Ｂ）は平面図。
【図３】第一実施形態にかかる加速度センサの製造工程を説明するための断面図。
【図４】第一実施形態にかかる加速度センサの製造工程を説明するための断面図。
【図５】第一実施形態にかかる加速度センサの製造工程を説明するための断面図。
【図６】第一実施形態にかかる加速度センサの製造工程を説明するための断面図。
【図７】第一実施形態にかかる加速度センサの製造工程を説明するための断面図。
【図８】（８Ａ）は第二実施形態にかかる加速度センサの要部を説明するための断面図、（８Ｂ）は平面図。
【図９】（９Ａ）は第三実施形態にかかる加速度センサの要部を説明するための断面図、（９Ｂ）は平面図。
【図１０】（１０Ａ）は第四実施形態にかかる加速度センサの要部を説明するための断面図、（１０Ｂ）は平面図。
【図１１】第四実施形態の変形例を示す平面図。
【図１２】第四実施形態の変形例を示す平面図。
【図１３】（１３Ａ）は第五実施形態にかかる加速度センサの要部を説明するための断面図、（１３Ｂ）は平面図。
【図１４】第五実施形態にかかる加速度センサを示す断面図。
【図１５】第五実施形態にかかる加速度センサを示す断面図。
【図１６】第五実施形態の変形例を示す平面図。
【図１７】第五実施形態にかかる加速度センサの製造工程を説明するための断面図。
【図１８】第五実施形態にかかる加速度センサの製造工程を説明するための断面図。
【図１９】第五実施形態にかかる加速度センサの製造工程を説明するための断面図。
【図２０】第五実施形態にかかる加速度センサの製造工程を説明するための断面図。
【図２１】第五実施形態にかかる加速度センサの製造工程を説明するための断面図。
【図２２】第六実施形態にかかる加速度センサの要部を説明するための断面図。
【図２３】第六実施形態にかかる加速度センサを示す断面図。
【図２４】第六実施形態の変形例を示す断面図。
【図２５】第六実施形態の変形例を示す平面図。
【図２６】第六実施形態にかかる加速度センサの製造工程を説明するための断面図。
【図２７】第六実施形態にかかる加速度センサの製造工程を説明するための断面図。
【図２８】第六実施形態にかかる加速度センサの製造工程を説明するための断面図。
【図２９】第六実施形態にかかる加速度センサの製造工程を説明するための断面図。
【図３０】第六実施形態にかかる加速度センサの製造工程を説明するための断面図。
【図３１】第六実施形態にかかる加速度センサの製造工程を説明するための断面図。
【図３２】第六実施形態にかかる加速度センサの製造工程を説明するための断面図。
【図３３】第六実施形態の変形例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら以下の順に説明する。尚、各図において対応する構成要素には同一の符号が付され、重複する説明は省略される。
【００１９】
１．第一実施形態
（構成）
本発明のＭＥＭＳセンサの第一実施形態としての加速度センサ１を図１Ａ、図１Ｂおよび図２Ａ、図２Ｂに示す。図１Ｂは加速度センサ１を表面（配線部３１が形成されている面）側から見た平面図、図１Ａは図１ＢのＡ−Ａ断面図である。図２Ａおよび図２Ｂは、加速度センサ１の機械的な構成要素を説明するための図であって、各構成要素の境界を実線で示している。図２Ａおよび図２Ｂにおいて検出手段や配線部などの回路要素は省略されている。図２Ｂは加速度センサ１を裏面側から見た平面図、図２Ａは図２ＢのＡ−Ａ線の断面図である。
【００２０】
加速度センサ１は、平面視が矩形枠形態を有する枠部Ｓと、枠部Ｓの内側にそれぞれ結合している４つの可撓部Ｆと、４つの可撓部Ｆと結合している錘部Ｍと、ピエゾ抵抗素子１３０と、配線部３１ｂとを備えている。加速度センサ１は、錘部Ｍに作用する力に応じた可撓部Ｆの変形をピエゾ抵抗素子１３０によって電気信号に変換することにより加速度を検出するＭＥＭＳセンサである。
【００２１】
図１Ａに示すように、加速度センサ１の各構成要素は、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウエハの厚い方の層であって単結晶シリコンからなるバルク層１１、金属材料からなる金属層１０、ＳＯＩウエハの二酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる絶縁層である接続層１２、半導体層１３、二酸化シリコンからなる絶縁層２０、配線部３１ｂが形成される配線層などで構成されている。すなわち、加速度センサ１は、薄膜の積層構造を有する固体素子である。
【００２２】
図１Ａ，図１Ｂ，図２Ａ，図２Ｂに示すように、可撓部Ｆは、絶縁層２０と、半導体層１３とで構成されている。錘部Ｍは、バルク層１１と、接続層１２と、半導体層１３と、絶縁層２０とで構成されている。錘部Ｍは本実施形態においては四角柱形態を有する。バルク層１１の厚さは例えば約６２５μｍとする。接続層１２の厚さは１μｍ、半導体層１３の厚さは１０μｍである。絶縁層２０の厚さは半導体層１３よりも十分薄く、例えば０．３μｍとする。
【００２３】
絶縁層２０にはピエゾ抵抗部１３１のコンタクトホールＨ１が複数形成されている。半導体層１３の表層（バルク層１１に面しない方の面を表とする）にはピエゾ抵抗素子１３０（ピエゾ抵抗部１３１とコンタクト抵抗低減部１３２）が形成されている。半導体層１３の残部は単結晶シリコン（Ｓｉ）からなる。ピエゾ抵抗部１３１にはホウ素（Ｂ）イオンがシリコンの不純物として注入されている。コンタクト抵抗低減部１３２はピエゾ抵抗部１３１の両端部に連続している。コンタクト抵抗低減部１３２にはピエゾ抵抗部１３１よりも高濃度でホウ素イオンがシリコンの不純物として注入されている。コンタクトホールＨ１においてコンタクト抵抗低減部１３２と配線部３１ｂとが結合している。配線部３１ｂとピエゾ抵抗部１３１とはコンタクト抵抗低減部１３２を介して電気的に接続されている。配線部３１ｂはアルミニウム（Ａｌ）からなる。
【００２４】
ピエゾ抵抗素子１３０に注入する不純物としてはホウ素の他にリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）等を用いることができる。ピエゾ抵抗素子１３０は請求項に記載の「検出手段」として機能する。なお、検出手段には、圧電素子が用いられてもよい。ピエゾ抵抗素子１３０、配線部３１ｂは、「回路要素」として機能する。
【００２５】
４つの可撓部Ｆはそれぞれ、矩形枠形態を有する枠部Ｓの内側空間の中央に位置する錘部Ｍに向かって突出している薄い膜状の梁の形態である。４つの可撓部Ｆの突端に結合している錘部Ｍに慣性力が作用するためそれぞれの可撓部Ｆが変形する。一直線に並ぶ２つの可撓部Ｆの撓みを検出することにより、その直線と平行な方向（ｘ方向およびｙ方向）の加速度成分と可撓部Ｆの厚さ方向（ｚ方向）の加速度成分とを検出できる。本実施形態では、加速度の互いに直交する３軸の成分を検出するため、各軸４個、合計１２個のピエゾ抵抗部１３１が４つの可撓部Ｆの表層近傍の半導体層１３に設けられている。
【００２６】
可撓部Ｆと錘部Ｍとを囲む枠部Ｓは、基板部Ｓ１と、補強部Ｓ２と、接続層１２と、半導体層１３と、絶縁層２０とで構成される。基板部Ｓ１は請求項に記載の「単結晶シリコンウエハからなる基板部」に相当する。基板部Ｓ１はバルク層１１からなる。補強部Ｓ２は金属層１０からなる。補強部Ｓ２を構成する金属層１０の材料としては、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｍｇ−Ｚｒ合金、Ｍｎ−Ｃｕ合金などがあり、特に、Ｍｇ−Ｚｒ合金やＭｎ−Ｃｕ合金などの内部損失の大きな金属材料を使用することにより、補強部Ｓ２によって高周波振動を早く減衰させることができる。補強部Ｓ２は回路要素に接続しておらず、したがって補強部Ｓ２は非回路要素である。基板部Ｓ１はバルク層１１の厚さ方向から見て矩形枠形態を有している。補強部Ｓ２は、矩形枠形態の基板部Ｓ１の外周側の側面全面を覆っている。すなわち補強部Ｓ２は、基板部Ｓ１の厚さと同じ厚さに形成され、錘部Ｍを囲んで環状に（基板部Ｓ１の外側において矩形枠の形状に）形成されている。図１Ｂにおいて間隔の広い破線３０は基板部Ｓ１と補強部Ｓ２との境界を表している。基板部Ｓ１の厚さ方向から見て枠部Ｓの幅Ｗ１は約３００μｍ程度、補強部Ｓ２の幅Ｗ２は約１００〜１５０μｍ程度である。
【００２７】
金属材料は単結晶シリコンと比較すると靱性が高い。したがって、枠部Ｓが金属材料からなる補強部Ｓ２を含んで構成されず、枠部Ｓにおいて最も占有体積が大きい材料の部分が、単結晶シリコンウエハからなる基板部Ｓ１のみによって構成される従来の構成と比較すると、本実施形態の加速度センサでは枠部Ｓを補強することができる。
【００２８】
また、本実施形態では補強部Ｓ２は基板部Ｓ１と同じ厚さに形成されているため、枠部Ｓを補強する効果を高めることができる。また、本実施形態では基板部Ｓ１を厚さ方向に見て補強部Ｓ２がとぎれる箇所がなくひとつづきに形成されているため、補強部Ｓ２がとぎれて形成される場合と比較すると、枠部Ｓの強度を高めることができる。また、基板部Ｓ１の外周側の側面が補強部Ｓ２で覆われていることにより、枠部Ｓの外周側面への衝撃に対して枠部Ｓの強度を向上（チッピング防止）させることができる。
【００２９】
以上のように補強部Ｓ２によって枠部Ｓを補強することができるため、枠部Ｓを薄くすることができ、ＭＥＭＳセンサ１を小型化することができる。次に、ＭＥＭＳセンサ１の製造方法を説明する。枠部Ｓの強度を高めることにより、製造過程において枠部を破損しにくくすることができる。
【００３０】
（製造方法）
はじめに、ＳＯＩウエハの薄い方の半導体層１３に不純物を注入してピエゾ抵抗素子１３０を形成する工程や、半導体層１３および絶縁層２０を可撓部Ｆの形態に合わせてエッチングする工程や、ピエゾ抵抗素子１３０への配線部３１ｂを形成する工程を実施しておく。これらの工程は、特開２００２−２９６２９３号公報、特開平９−１７１０３３号公報、特開平８−２７４３４９号公報、特開平８−２０１０６８号公報、特開２００５−１０６６７９号公報、特開２００６−３１７２４２号公報、特開２００６−１７０９６２号公報等に開示されているように公知であるため説明を省略する。その後、ワークを補強基板に接着するなどした状態で枠部Ｓの補強部Ｓ２や錘部Ｍを形成するための工程を図３〜図７を参照しながら説明する。
【００３１】
まず、ワークの表面（配線部３１ｂが形成されている面）を図示しない補強基板に接着する。接着剤として例えばワックスを用いる。フォトレジスト、両面粘着テープなどでワークを図示しない補強基板に接着してもよい。続いて図３に示すように、フォトレジストからなる保護膜Ｒ１を用いてバルク層１１を異方性エッチングすることにより、バルク層１１に環状の凹部Ｈ２を形成し、接続層１２を露出させる。凹部Ｈ２は、補強部Ｓ２を構成する金属材料が充填される型となる。バルク層１１は、例えばＣ４Ｆ８プラズマによるパッシベーションとＳＦ６プラズマによるエッチングとを短く交互に繰り返すＤｅｅｐ−ＲＩＥ（いわゆるボッシュプロセス）によってエッチングされる。
【００３２】
続いて保護膜Ｒ１を除去した後、図４に示すように、凹部Ｈ２に金属層１０を充填する。例えば密着金属層と主金属層とからなる金属層１０を形成する。具体的には、第一の金属材料を堆積させることにより密着金属層を例えばスパッタリングにより形成する。スパッタリングにより、密着金属層は凹部Ｈ２の底面および側面に形成される。続いて、密着金属層の表面に第二の金属材料を密着金属層よりも厚く堆積させることにより主金属層を形成する。主金属層は例えば電解メッキによって形成される。第二の金属材料の堆積にＣＶＤ、無電解メッキなどを用いてもよい。第二の金属材料として、例えばＮｉ、Ｃｕ、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｍｇ−Ｚｒ合金、Ｍｎ−Ｃｕ合金などを用いる。第一の金属材料としては例えばクロム（Ｃｒ）などを用いる。
【００３３】
次に図５に示すようにバルク層１１が露出するまで金属層１０の表層を研削や研磨によって除去する。この工程でバルク層１１は完成形の厚さに加工される。
次に図６に示すようにフォトレジストからなる保護膜Ｒ２を用いてバルク層１１をＤｅｅｐ−ＲＩＥなどで異方性エッチングすることによりバルク層１１に環状の凹部Ｈ３を形成し、接続層１２を露出させる。
次に、図７に示すように接続層１２をエッチングし、半導体層１３を露出させることにより、可撓部Ｆ、枠部Ｓ、錘部Ｍが形成される。接続層１２のエッチングには例えば、反応性ガスによる異方性ドライエッチングを用いる。保護層Ｒ２の除去やダイシングなどの後工程を実施すると図１に示す加速度センサ１が完成する。本実施形態では、補強部Ｓ２によって基板部Ｓ１の外周側面が覆われているため外周側面からの衝撃に強く、破損しにくい。たとえば、ダイシング工程において、基板部Ｓ１が直接カッターに接触しないのでチッピングが発生しにくい。また、カッターが補強部Ｓ２に接触した場合、補強部Ｓ２の強度が強いため、枠部Ｓのチッピングや破断は発生しにくい。
【００３４】
２．第二実施形態
（構成）
本発明のＭＥＭＳセンサの第二実施形態として図８Ａおよび図８Ｂに加速度センサ２の機械的な構成要素を示す。図８Ａおよび図８Ｂにおいては、各構成要素の境界を実線で示しており、検出手段や配線部などの回路要素は省略している。図８Ｂは加速度センサ２を裏面側から見た平面図、図８Ａは図８ＢのＡ−Ａ線の断面図である。加速度センサ２の枠部Ｓにおいては、基板部Ｓ１の内周側の側面全面と外周側の側面全面とが補強部Ｓ２で覆われる構成となっている。基板部Ｓ１の厚さと２つの補強部Ｓ２の厚さは同じに形成されている。基板部Ｓ１の内周側の側面全面と外周側の側面全面とが補強部Ｓ２で覆われる構成であるので、枠部Ｓ内において応力をバランスさせ枠部Ｓの変形（反り）を抑制することができる。
【００３５】
（製造方法）
基板部Ｓ１の内周側の側面と外周側の側面とを覆う２つの補強部Ｓ２を枠部Ｓ内に形成するには、第一実施形態で補強部Ｓ２を形成するためにバルク層１１をエッチングする際に用いた保護膜のパターンを変更すればよい。すなわち、凹部Ｈ２を形成するための保護膜Ｒ１の開口のパターンを図８Ｂに示すように矩形枠形状の２つの補強部Ｓ２に合わせた形状とする。
【００３６】
３．第三実施形態
（構成）
本発明のＭＥＭＳセンサの第三実施形態として図９Ａおよび図９Ｂに加速度センサ３の機械的な構成要素を示す。図９Ａおよび図９Ｂにおいては、各構成要素の境界を実線で示しており、検出手段や配線部などの回路要素は省略している。図９Ｂは加速度センサ３を裏面側から見た平面図、図９Ａは図９ＢのＡ−Ａ線の断面図である。加速度センサ３の枠部Ｓにおいては、基板部Ｓ１の内周側の側面全面が補強部Ｓ２で覆われる構成となっている。基板部Ｓ１の厚さと２つの補強部Ｓ２の厚さは同じに形成されている。
【００３７】
（製造方法）
基板部Ｓ１の内周側の側面を覆う補強部Ｓ２を枠部Ｓ内に形成するには、第一実施形態で補強部Ｓ２を形成するためにバルク層１１をエッチングする際に用いた保護膜のパターンを変更すればよい。すなわち、凹部Ｈ２を形成するための保護膜Ｒ１の開口のパターンを図９Ｂに示すように矩形枠形状の補強部Ｓ２に合わせた形状とする。
【００３８】
４．第四実施形態
（構成）
本発明のＭＥＭＳセンサの第四実施形態として図１０Ａおよび図１０Ｂに加速度センサ４の機械的な構成要素を示す。図１０Ａおよび図１０Ｂにおいては、各構成要素の境界を実線で示しており、検出手段や配線部などの回路要素は省略している。図１０Ｂは加速度センサ４を裏面側から見た平面図、図１０Ａは図１０ＢのＡ−Ａ線の断面図である。加速度センサ４の枠部Ｓにおいては、補強部Ｓ２が基板部Ｓ１内部を厚さ方向に貫通し、なおかつ補強部Ｓ２は錘部Ｍを囲んで環状に形成されている（枠部Ｓを一周している）。基板部Ｓ１と補強部Ｓ２との接触面積が大きいため、補強部Ｓ２は基板部Ｓ１から脱落しにくい。
【００３９】
図１１および図１２に、第四実施形態の変形例を示す。補強部Ｓ２が基板部Ｓ１を厚さ方向に貫通しているが、図１１または図１２に示すように、基板部Ｓ１の厚さ方向から見たときに補強部Ｓ２は環状に形成されていなくてもよい。図１２に示す変形例では、補強部Ｓ２は枠部Ｓの角部の一部を構成している。この構成によると、枠部Ｓの角部を補強部Ｓ２によって欠けにくくすることができる。なお、補強部Ｓ２は枠部Ｓの角部の表層を構成していてもよい。
【００４０】
（製造方法）
基板部Ｓ１の内部を厚さ方向に貫通する補強部Ｓ２を形成するには、第一実施形態で補強部Ｓ２を形成するためにバルク層１１をエッチングする際に用いた保護膜のパターンを変更すればよい。すなわち、凹部Ｈ２を形成するための保護膜Ｒ１の開口のパターンを図１０Ｂや図１１や図１２に示すような補強部Ｓ２に合わせた形状とする。
【００４１】
５．第五実施形態
（構成）
本発明のＭＥＭＳセンサの第五実施形態として図１３Ａおよび図１３Ｂに加速度センサ５の機械的構成要素を示す。図１３Ａおよび図１３Ｂにおいては、各構成要素の境界を実線で示しており、検出手段や貫通電極以外の配線部などの回路要素は省略している。図１３Ｂは加速度センサ５を裏面側から見た平面図、図１３Ａは図１３ＢのＡ−Ａ線の断面図である。加速度センサ５の枠部Ｓには、基板部Ｓ１を貫通する複数の補強部Ｓ２と、枠部Ｓを貫通する複数の貫通電極Ｅが形成されている。貫通電極の直径は約３０μｍ程度である。貫通電極が形成された加速度センサ５は、例えば図１４に示すように、パッケージ１５０の底面に形成された外部電極１４２と貫通電極Ｅの位置が合うように載置される。貫通電極Ｅと外部電極１４２とは半田ボール１４１で接合される。外部電極が形成されない部分には半田ボール１４１の高さと同等の高さのスペーサ１４０が設けられ、加速度センサ５を支持する。なお、外部電極１４２は、図１４に示すようにパッケージ１５０の底部を貫通していてもよいし、図１５に示すように側壁部を貫通していてもよい。図１６に、第五実施形態の変形例を示す。
【００４２】
このように、枠部Ｓ内に貫通電極Ｅを設けることと、枠部Ｓ内に補強部Ｓ２を形成して枠部Ｓの強度を向上させ枠部Ｓの幅を薄くできることとによって、加速度センサを収容するパッケージのサイズを小型化することができる。
なお、上記の例ではピエゾ抵抗部１３１と貫通電極Ｅとの接続は、コンタクト抵抗低減部１３２と加速度センサ５の固体素子の表面に形成された配線部３１ｂとを介して接続されているが、ボンディングワイヤによって接続するようにしてもよい。
【００４３】
（製造方法）
ピエゾ抵抗素子１３０を形成する工程や、半導体層１３および絶縁層２０を可撓部Ｆの形態に合わせてエッチングする工程や、ピエゾ抵抗素子１３０への配線部３１ｂを形成する工程を実施した後、図１７に示すように、配線部３１ｂが形成されている面にエッチングストッパとなる膜１４３を形成する。続いて、図１７に示すようにフォトレジストからなる保護膜Ｒ３を用いて、バルク層１１側からＩＣＰ−ＲＩＥにより配線部３１ｂまでを貫通する貫通孔Ｈ４を形成する。また、サンドブラスト、ウェットエッチング、フェムト秒レーザによりにより貫通孔Ｈ４を形成してもよい。次に、貫通孔Ｈ４の底面および側面に酸化膜を形成する。酸化方法は、ドライ酸化あるいはウェット酸化を用いる。
【００４４】
次に、例えばプラズマＣＶＤなどにより、密着金属層を貫通孔Ｈ４の底面および側面に形成した後、電解メッキ、無電解メッキなどにより貫通孔Ｈ４に導電金属を充填し、図１８に示すように、貫通電極Ｅを形成する。その後、バルク層１１が露出するまで密着金属層および導電金属層を研削あるいは研磨する。
【００４５】
次に図１９に示すようにフォトレジストからなる保護膜Ｒ４を用いて例えばＤｅｅｐ−ＲＩＥにより、バルク層１１に凹部Ｈ５を形成し、接続層１２を露出させる。続いて図２０に示すように、凹部Ｈ５に密着金属層を製膜した後、電解メッキ、無電解メッキなどにより凹部Ｈ５を主金属層で充填することにより金属層１０からなる補強部Ｓ２の原型を形成する。その後、バルク層１１が露出するまで密着金属層および主金属層を研削あるいは研磨する。
【００４６】
次にフォトレジストからなる保護膜Ｒ５を用いて例えばＤｅｅｐ−ＲＩＥにより、バルク層１１に凹部Ｈ６を形成して接続層１２を露出させる。続いて、接続層１２を除去し、半導体層１３を露出させる。接続層１２の除去は、例えば反応性ガスによるドライエッチングにより行うことができる。以上の工程により、錘部Ｍ、枠部Ｓ、可撓部Ｆが形成される。エッチングストッパ膜１４３や保護膜Ｒ５の除去やダイシングなどの後工程を経て、加速度センサ５が完成する。
【００４７】
６．第六実施形態
（構成）
本発明のＭＥＭＳセンサの第六実施形態として図２２に加速度センサ６の機械的な構成要素を示す。図２２においては、各構成要素の境界を実線で示しており、検出手段や配線部などの回路要素は省略している。加速度センサ６を裏面側から見た平面図は図８Ｂと同様である。図２２は図８ＢのＡ−Ａ線の断面図である。すなわち本実施形態の加速度センサ６は、第二実施形態と同様に、枠部Ｓにおいて、基板部Ｓ１の内周側の側面全面と外周側の側面全面とが補強部Ｓ２で覆われる構成となっている。加速度センサ６が第二実施形態の加速度センサ２と異なる点は、基板部Ｓ１の底面および錘部Ｍの底面が補強部Ｓ２の底面より後退している点である（ここで底面とは、枠部Ｓを固定するパッケージ底面などのベース部と対向する面を指す）。したがって加速度センサ６の枠部Ｓには、底面方向から見て環状の凹部Ｈ７が形成されている。第六実施形態の加速度センサ６は第二実施形態の加速度センサ２が奏する効果に加え、次のような効果を奏する。
【００４８】
錘部Ｍの底面が、補強部Ｓ２の底面から後退していることにより、図２３に示すように、枠部Ｓを、パッケージ１５０の底部（ベース部）などの平坦面に取り付けたときに、錘部Ｍの底面と当該平坦面との間に間隔ｄを設けることができる。間隔ｄが設けられることにより、錘部Ｍの、静止状態における位置よりパッケージ１５０の底面側の運動空間を設けることができる。パッケージ１５０の底部に枠部Ｓを固定する際にスペーサ１４０や凹部を有する嵩上げ部材を用いなくてもよいので、コスト増加を抑えることができる。また、加速度センサ６をパッケージ１５０の底面に取り付ける際、環状の凹部Ｈ７に接着剤１４５を塗布してパッケージ底面に接着させると、補強部Ｓ２が壁となって接着剤１４５が補強部Ｓ２の凹部Ｈ７に面しない側面側に滲み出にくい。そのため、接着剤１４５が錘部Ｍに付着してしまう不具合が発生しにくい。
【００４９】
図２４は、第六実施形態の一変形例を示す図である。この変形例の加速度センサを裏面側から見た平面図は図１０Ｂと同様である。図２４は図１０ＢのＡ−Ａ線の断面図である。すなわち、この変形例では、補強部Ｓ２は枠部Ｓ内を一周しており（補強部Ｓ２の側面は基板部Ｓ１に覆われている）、なおかつ基板部Ｓ１の底面は補強部Ｓ２の底面より後退している。また、錘部Ｍの底面も、補強部Ｓ２の底面より後退している。例えば窪み１４６（補強部Ｓ２の外周側面を覆う基板部Ｓ１の底面が補強部Ｓ２の底面より後退していることによって補強部Ｓ２の外周側に形成されている窪み１４６）に、接着剤を塗布してベース部に取り付けると、接着剤が錘部側にはみ出しにくい。
【００５０】
図２５は、第六実施形態の一変形例を示す図であり、加速度センサを裏面側から見た平面図を示している。基板部Ｓ１は、枠部Ｓの４つの角部に島状に形成されている。島状の基板部Ｓ１はその側面の全面が補強部Ｓ２に覆われている。枠部Ｓにおいて基板部Ｓ１は補強部Ｓ２によって分断されて島状の形態を有している。基板部Ｓ１の底面は補強部Ｓ２の底面より後退しており、凹部Ｈ７が形成されている。錘部Ｍの底部も補強部Ｓ１の底部から後退している。
【００５１】
以上説明した、基板部Ｓ１の底部が補強部Ｓ２の底部より後退している形態を製造する方法として、製造方法１や製造方法２を説明する。これらの方法を採用することにより、間隔ｄを精度よく制御することができる。製造方法１および製造方法２では特に、図２２に示す加速度センサ６を製造するための方法を説明する。その変形例である図２４や図２５の加速度センサの製造方法も、補強部Ｓ２を形成するためのパターンを変更する点が相違するだけであるので、説明を省略する。
【００５２】
（製造方法１）
錘部Ｍの厚さをＳＯＩ基板の厚さより薄く製造する場合、以下の製造方法１が有効である。図３の工程で、第一実施形態で補強部Ｓ２を形成するためにバルク層１１をエッチングする際に用いた保護膜のパターンを、図８Ｂに示すような補強部Ｓ２の形状に合わせたものに変更して、補強部Ｓ２を形成するための凹部を形成する。その後、図４の工程と同様に、金属層１０を充填する。金属層１０の形成方法は、第一実施形態と同様の方法を用いることができる。他にも例えばスパッタリングやＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）を採用してもよい。続いて図５の工程と同様に、バルク層１１が露出するまで金属層１０を研削や研磨により除去する。
【００５３】
続いて図２６に示すように、フォトレジストからなる保護膜Ｒ６を用いて、バルク層１１を異方性エッチングすることにより、バルク層１１に所定の深さの凹部を形成する。このとき形成された凹部の底面は、完成状態の加速度センサ６において錘部Ｍの底面や基板部Ｓ１の底面となる。また、このとき形成された凹部のうち金属層１０に囲まれたバルク層１１の凹部は、図２２および図２３の凹部Ｈ７（内側の環状の金属層１０（補強部Ｓ２）の外周側面と、外側の環状の金属層１０（補強部Ｓ２）の内周側面を内壁面とし、これら２つの環状の金属層１０に囲まれたバルク層１１の露出面（基板部Ｓ１の底面）を底面とする、凹部）に相当する。異方性エッチングによる形成される凹部の深さは、図２２および図２３における間隔ｄに相当する。異方性エッチングには、例えばＤｅｅｐ−ＲＩＥが採用される。そのため間隔ｄを精度よく制御することができる。エッチング後、保護膜Ｒ６を除去する。
【００５４】
続いて図２７に示すように、フォトレジストからなる保護膜Ｒ７を用いて、バルク層１１をＤｅｅｐ−ＲＩＥなどで異方性エッチングすることによりバルク層１１に環状の凹部Ｈ８を形成し、接続層１２を露出させる。次に、保護層Ｒ７を除去し、露出している接続層１２をウェットエッチングにより除去し、半導体層１３を露出させることにより、図２２（図２８）に示す加速度センサ６が完成する。
【００５５】
（製造方法２）
錘部Ｍの厚さがＳＯＩ基板の厚さより薄くならないようにする場合は、以下の製造方法２が有効である。前述の製造方法１で説明した図２６の工程の前、すなわち、金属層１０を形成してバルク層１１が露出するまで金属層１０を研削または研磨した状態の後、図２９に示すように、金属層１０およびバルク層１１の表面に金属層１４を形成する。例えば、スパッタリングにより密着金属層を形成し、密着金属層の表面にメッキにより密着金属層より厚く主金属層を形成することによって金属層１４を形成する。密着金属層の材料としては例えばＣｒを用いることができる。主金属層の材料としてはＮｉ、Ｃｕ、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｍｇ−Ｚｒ合金、Ｍｎ−Ｃｕ合金などを用いることができる。金属層１４の厚さは、図２２に示す間隔ｄに相当する。製造方法２によると、金属層１４の厚さをメッキ時間によって精密に制御することができる。
【００５６】
次に、金属層１４の表面に、フォトレジストからなる保護層Ｒ８を形成し、図３０に示すように、保護層Ｒ８を用いて金属層１４を除去（金属層１０の表面部分を除いて除去）することによって、バルク層１１を露出させる。このとき、バルク層１１の表面から突出した環状の金属層１４が２つ形成された状態となる。すなわち、内側の環状の金属層１４の外周側面と、外側の環状の金属層１４の内周側面を内壁面とし、これら２つの環状の金属層１４に囲まれたバルク層１１の露出面を底面とする、凹部Ｈ７が形成された状態となる。
【００５７】
続いて保護層Ｒ８を除去する。続いて、図３１に示すように、フォトレジストからなる保護層Ｒ９を用いてバルク層１１をＤｅｅｐ−ＲＩＥなどで異方性エッチングすることによりバルク層１１に環状の凹部Ｈ９を形成し、接続層１２を露出させる。次に、図３２に示すように、接続層１２をエッチングし、半導体層１３を露出させ、保護層Ｒ９を除去することにより、図２２の加速度センサ６が完成する。製造方法２で製造された加速度センサ６の補強部Ｓ２は、金属層１０と金属層１４とからなる。
【００５８】
なお、図２９の工程から図３２の工程の代わりに次のような工程を実施して図２２の加速度センサ６を製造してもよい。製造方法１で説明した図２６の工程の前、すなわち、金属層１０を形成してバルク層１１が露出するまで金属層１０を研削または研磨した状態の後、金属層１０およびバルク層１１の表面に金属密着層を形成する。続いて金属密着層の表面にフォトレジストからなる保護層を形成する。当該保護層は、金属層１０の投影領域において金属密着層を露出させ、それ以外の領域を覆うマスクパターンである。続いて、露出している金属密着層の表面に、当該金属密着層より厚い主金属層を、メッキにより形成する。このとき、主金属層の厚さを調整することで、図２２に示す間隔ｄを制御することができる。続いて保護層を除去し、露出している金属密着層を除去することにより、図２２に示す加速度センサ６を製造することができる。
【００５９】
なお、枠部Ｓの底面に凹部Ｈ７や窪み１４６を形成することなく平坦なままの状態とし、錘部Ｍの底面が枠部Ｓの底面より後退している構成（例えば図３３）も本発明の権利範囲に含まれる。図２９に示す構成は、上述した図２６の工程において、凹部Ｈ７を形成するための開口が形成されていない保護層を用い、錘部Ｍの底面のみ深さｄだけエッチングし、図２７以降の工程を実施することにより製造できる。枠部Ｓとパッケージ１５０の底部を接着する際にフィラー入り接着剤を使用して、錘部Ｍの運動空間を確保する必要がない。また、錘部Ｍの運動空間を確保するためにスペーサや凹部を有する嵩上げ部材を用いる必要がない。
【００６０】
７．他の実施形態
尚、本発明の技術的範囲は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記実施形態ではＭＥＭＳセンサとして加速度センサを例に説明したが、可撓部と錘部と枠部を備えたその他のモーションセンサ（角速度センサや振動センサ等）に適用されてもよい。また、上記実施形態で示した材質や寸法や形状や成膜方法やパターン転写方法はあくまで例示であるし、当業者であれば自明である工程の追加や削除や工程順序の入れ替えについては説明が省略されている。
【符号の説明】
【００６１】
１〜５：加速度センサ、１０：金属層、１１：バルク層、１２：接続層、１３：半導体層、１４：金属層、２０：絶縁層、３０：破線、３１ｂ：配線部、１３０：ピエゾ抵抗素子、１４０：スペーサ、１４１：半田ボール、１４２：外部電極、１４３：エッチングストッパ膜、１４５：接着剤、１５０：パッケージ、Ｅ：貫通電極、Ｆ：可撓部、Ｈ１：コンタクトホール、Ｈ２：凹部、Ｈ３：凹部、Ｈ４：貫通孔、Ｈ５〜Ｈ９：凹部、Ｍ：錘部、Ｒ１〜Ｒ９：保護膜、Ｓ：枠部、Ｓ１：基板部、Ｓ２：補強部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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