(57)【要約】【課題】可動部が電極基板に接合されてしまうことを回避することのできるＭＥＭＳデバイスを得る。【解決手段】ＭＥＭＳデバイスは、可動部１１が形成される可動体基板１と、可動体基板１に接合され、可動部１１と作用する電極が形成される電極基板２ａ、２ｂとを備える。そして、可動体基板１と電極基板２ａ、２ｂのうちの少なくとも一方側の基板表面に半導体（半導体膜３２、３３）を接合材料として用いる。【選択図】図３
2014153133.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動部が形成される可動体基板と、
前記可動体基板に接合され、前記可動部と作用する電極が形成される電極基板と
を備え、前記可動体基板と前記電極基板のうちの少なくとも一方側の基板表面に半導体を接合材料として用いることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項２】
前記可動体基板と前記電極基板のうちの一方側の基板表面に半導体を接合材料として用いるとともに、他方側の基板表面に金属又は半導体を接合材料として用いることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項３】
前記一方側の基板表面に用いる半導体と前記他方側の基板表面に用いる半導体とは異種半導体であることを特徴とする請求項２に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項４】
前記一方側の基板表面に用いる半導体と前記他方側の基板表面に用いる半導体とは同種半導体であることを特徴とする請求項２に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項５】
前記一方側の基板表面に用いる接合材料と前記他方側の基板表面に用いる接合材料とは異種材料であることを特徴とする請求項２に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項６】
前記一方側の基板表面に用いる接合材料と前記他方側の基板表面に用いる接合材料とは同種材料であることを特徴とする請求項２に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項７】
前記半導体はＰｏｌｙ−Ｓｉであることを特徴とする請求項２に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項８】
前記金属はＡｕ、Ａｌ、Ｃｕ、又はＳｎであることを特徴とする請求項２に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項９】
前記可動体基板と前記電極基板との接合による厚み方向の寸法を規制するための厚み寸法規制部を備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical Systems）デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、静電容量型の加速度センサなど、各種のＭＥＭＳデバイスが知られている（特許文献１〜３参照）。例えば、静電容量型の加速度センサは、可動部が形成される可動体基板と、この可動部と作用する電極が形成される電極基板とを備えている。電極基板はガラス基板をベースに形成されているため、可動体基板と電極基板とは陽極接合により接合されるのが通常である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−８０４７０号公報
【特許文献２】特開２０１２−４０６７７号公報
【特許文献３】特開２００９−２７７７４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、陽極接合では、接合過程で電圧を印加する必要がある。この電圧は、接合する必要のない部分にも印加されることになるため、可動部に静電引力が働き、可動部が電極基板に接合されてしまうという課題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、可動部が電極基板に接合されてしまうことを回避することのできるＭＥＭＳデバイスを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、ＭＥＭＳデバイスであって、可動部が形成される可動体基板と、前記可動体基板に接合され、前記可動部と作用する電極が形成される電極基板とを備える。そして、前記可動体基板と前記電極基板のうちの少なくとも一方側の基板表面に半導体を接合材料として用いることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明において、前記可動体基板と前記電極基板のうちの一方側の基板表面に半導体を接合材料として用いるとともに、他方側の基板表面に金属又は半導体を接合材料として用いてもよい。
【０００８】
また、本発明において、前記一方側の基板表面に用いる半導体と前記他方側の基板表面に用いる半導体とは異種半導体であってもよい。
【０００９】
また、本発明において、前記一方側の基板表面に用いる半導体と前記他方側の基板表面に用いる半導体とは同種半導体であってもよい。
【００１０】
また、本発明において、前記一方側の基板表面に用いる接合材料と前記他方側の基板表面に用いる接合材料とは異種材料であってもよい。
【００１１】
また、本発明において、前記一方側の基板表面に用いる接合材料と前記他方側の基板表面に用いる接合材料とは同種材料であってもよい。
【００１２】
また、本発明において、前記半導体はＰｏｌｙ−Ｓｉであってもよい。
【００１３】
また、本発明において、前記金属はＡｕ、Ａｌ、Ｃｕ、又はＳｎであってもよい。
【００１４】
また、本発明において、前記可動体基板と前記電極基板との接合による厚み方向の寸法を規制するための厚み寸法規制部を備えてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、可動部が電極基板に接合されてしまうことを回避することのできるＭＥＭＳデバイスを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、第１実施形態にかかるＭＥＭＳデバイスを内蔵したパッケージの内部構成例を示す斜視図である。
【図２】図２は、比較例にかかるＭＥＭＳデバイスの模式的断面図である。
【図３】図３は、第１実施形態にかかるＭＥＭＳデバイスの模式的断面図である。
【図４】図４は、図３に示されるＭＥＭＳデバイスを部分的に拡大した模式的断面図である。
【図５】図５は、第２実施形態にかかるＭＥＭＳデバイスの模式的断面図である。
【図６】図６は、第３実施形態にかかるＭＥＭＳデバイスの模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の複数の実施形態には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下では、それら同様の構成要素には共通の符号を付与するとともに、重複する説明を省略する。
【００１８】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態にかかるＭＥＭＳデバイスを内蔵したパッケージ３００の内部構成例を示す斜視図である。ここでは、基板５００に実装されたパッケージ３００の蓋を開けた状態を示している。この図に示すように、パッケージ３００には、ＭＥＭＳデバイスを収納するセンサチップ１００や、センサチップ１００からの出力に基づいて各種の演算を行うＡＳＩＣ２００等が搭載されている。パッケージ３００からは端子４００が引き出され、基板５００に接続されている。
【００１９】
〔比較例〕
図２は、比較例にかかるＭＥＭＳデバイスの模式的断面図である。ここでは、ＭＥＭＳデバイスとして静電容量型の加速度センサを例示している。この加速度センサは、質量体に設けられた電極と固定電極との間の静電容量の変化から質量体の変位を検出し、この質量体の変位に基づいて加速度を検出する。具体的には、図２に示すように、可動体基板１の上下面が２枚の電極基板２ａ、２ｂにより挟持された構成となっている。
【００２０】
可動体基板１は、Ｓｉ（シリコン）基板１０あるいはＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板をベースに形成されている。Ｓｉ基板１０には、矩形状の可動部１１などの構造体が形成されている。可動部１１は、Ｓｉ基板１０に対して揺動自在に支持されている。
【００２１】
電極基板２ａ、２ｂは、ガラス基板２０ａ、２０ｂをベースに形成されている。ガラス基板２０ａ上に金属膜を形成し、上部電極１２を形成している。また、ガラス基板２０ｂ上に金属膜を形成し、下部電極１３を形成している。ガラス基板２０ａにＳｉ１４、１５を埋め込むことで上部電極１２と下部電極１３を電極基板２ａの上面へ引き出している。
【００２２】
加速度により可動部１１が揺動すると、可動部１１と電極１２、１３との間の静電容量が変化する。例えば、誘電率をε、電極の対向面積をＳ、電極の対向ギャップをｄとした場合、静電容量Ｃは、Ｃ＝εＳ／ｄにより算出することができる。加速度により可動部１１が揺動すると静電容量Ｃが変化するため、その差分容量をＡＳＩＣ２００により算出することで加速度を検出することができる。
【００２３】
可動部１１と上部電極１２との対向する面には突起状のストッパ部Ｓが複数形成されている。このようなストッパ部Ｓを形成することにより、可動部１１に測定レンジを超える大きな加速度が印加された場合でも、可動部１１が上部電極１２に衝突して破損することを抑制することができる。可動部１１と下部電極１３との対向する面にも同様のストッパ部Ｓが形成されている。
【００２４】
電極基板２ａ、２ｂは上下で構造が異なるが、可動体基板１との接合部分はいずれもガラスで構成されている。従って、図中に点線丸印で示すように、電極基板２ａ、２ｂと可動体基板１との接合には陽極接合を用いている。陽極接合では、可動体基板１と電極基板２ａ、２ｂ間に電圧を印加する必要がある。この電圧は、接合する必要のない部分にも印加されることになるため、可動部１１に静電引力が働き、可動部１１が電極基板２ａ、２ｂに接合されてしまうという課題がある。
【００２５】
〔具体例〕
図３は、第１実施形態にかかるＭＥＭＳデバイスの模式的断面図である。ここでも比較例と同様、ＭＥＭＳデバイスとして静電容量型の加速度センサを例示している。比較例と異なる点は、電極基板２ａ、２ｂと可動体基板１とを接合材料を介して接合する点である。
【００２６】
具体的には、図中に点線丸印で示すように、電極基板２ａの下面（可動体基板１に対向する側の基板表面）に金属膜３１を形成している。また、可動体基板１の上面（電極基板２ａに対向する側の基板表面）に半導体膜３２を形成している。
【００２７】
同様に、電極基板２ｂの上面（可動体基板１に対向する側の基板表面）に金属膜３４を形成している。また、可動体基板１の下面（電極基板２ｂに対向する側の基板表面）に半導体膜３３を形成している。
【００２８】
半導体膜３２と金属膜３１はそれぞれ異なるプロセスで形成されるが、異なる材料同士でも接合が可能である。半導体膜３３と金属膜３４についても同様である。ここでは、電極基板２ａ、２ｂ側に金属膜３１、３４を形成し、可動体基板１側に半導体膜３２、３３を形成しているが、電極基板２ａ、２ｂに半導体膜３２、３３を形成し、可動体基板１側に金属膜３１、３４を形成してもかまわない。
【００２９】
接合材料としては、比較的低温（４００℃以下）で接合可能な材料を用いるのが望ましい。例えば、金属膜３１、３４の材料としてはＡｕ（金）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｕ（銅）、Ｓｎ（スズ）、Ａｕ−Ｓｎ合金などを用いることができる。金属膜３１は上部電極１２と同一プロセスで形成してもよいし、金属膜３４は下部電極１３と同一プロセスで形成してもよい。一方、半導体膜３２、３３の材料としてはＰｏｌｙ−Ｓｉ（ポリシリコン）やＳｉなどを用いることができる。特に、半導体膜３２の材料としてＰｏｌｙ−Ｓｉを用いた場合は、以下に説明するように、プロセスを簡略化できるメリットがある。
【００３０】
図４は、図３に示されるＭＥＭＳデバイスを部分的に拡大した模式的断面図である。ここでは、可動部１１に形成される導通部１６の周辺部分を拡大している。この図に示すように、ＳｉＯ２などの酸化膜１１ｂを挟んで上下にＳｉ層１１ａ、１１ｃが形成されている。導通部１６は、この上下のＳｉ層１１ａ、１１ｃの導通をとる部分であり、Ｐｏｌｙ−Ｓｉを用いてＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により形成される。すなわち、可動部１１の表層にＰｏｌｙ−Ｓｉを製膜するプロセスがあるため、半導体膜３２の材料としてＰｏｌｙ−Ｓｉを用いれば、導通部１６と半導体膜３２とを同一プロセスで形成することが可能である。
【００３１】
以上のように、第１実施形態にかかるＭＥＭＳデバイスは、可動部１１が形成される可動体基板１と、可動体基板１に接合され、可動部１１と作用する電極が形成される電極基板２ａ、２ｂとを備える。そして、可動体基板１と電極基板２ａ、２ｂのうちの少なくとも一方側の基板表面に半導体を接合材料として用いる。これにより、可動体基板１と電極基板２ａ、２ｂ間に電圧を印加する必要がないため、陽極接合で課題となっていた静電引力が働かない。すなわち、可動部１１が電極基板２ａ、２ｂに接合されてしまうことを回避することが可能である。また、半導体を接合材料として用いた場合は、金属同士を接合材料として用いた場合に比べて接着力が大きくなるため、耐衝撃性を向上させることができる。更に、金属同士を接合材料として用いた場合に比べてヒートサイクル（熱環境）に強いという効果もある。
【００３２】
具体的には、第１実施形態にかかるＭＥＭＳデバイスは、可動体基板１と電極基板２ａ、２ｂのうちの一方側の基板表面に半導体を接合材料として用いるとともに、他方側の基板表面に金属を接合材料として用いる。このように金属を接合材料として用いた場合は、その金属膜を上部電極１２や下部電極１３と同一プロセスで形成することが可能である。
【００３３】
また、一方側の基板表面に用いる接合材料と他方側の基板表面に用いる接合材料とは異種材料であってもよい。それぞれが異なるプロセスで形成されるが、異なる材料同士でも接合が可能である。
【００３４】
また、半導体はＰｏｌｙ−Ｓｉであってもよい。すなわち、半導体膜３２の材料としてＰｏｌｙ−Ｓｉを用いた場合は、導通部１６と半導体膜３２とを同一プロセスで形成することが可能である。
【００３５】
また、金属はＡｕ、Ａｌ、Ｃｕ、又はＳｎであってもよい。すなわち、このような金属を接合材料として用いた場合は、比較的低温（４００℃以下）で接合が可能である。
【００３６】
（第２実施形態）
以下、第２実施形態を第１実施形態と異なる点のみ説明する。
【００３７】
図５は、第２実施形態にかかるＭＥＭＳデバイスの模式的断面図である。第１実施形態と異なる点は、電極基板２ａ、２ｂと可動体基板１との接合材料として半導体のみを用いている点である。
【００３８】
具体的には、図中に点線丸印で示すように、電極基板２ａと可動体基板１との接合材料として半導体膜３５を用いている。また、電極基板２ｂと可動体基板１との接合材料として半導体膜３６を用いている。電極基板２ａ、２ｂ側に用いる半導体と可動体基板１側に用いる半導体とは異種半導体（例えばＳｉとＰｏｌｙ−Ｓｉ）であってもよいし、あるいは、同種半導体（例えばＳｉ同士やＰｏｌｙ−Ｓｉ同士）であってもよい。
【００３９】
以上のように、第２実施形態にかかるＭＥＭＳデバイスでは、可動体基板１と電極基板２ａ、２ｂのうちの一方側の基板表面に半導体を接合材料として用いるとともに、他方側の基板表面に半導体を接合材料として用いる。このように接合材料として同種材料を用いた場合は、物性的なストレス（例えば、熱による線膨張係数の違いなど）の影響がない。
【００４０】
また、一方側の基板表面に用いる半導体と他方側の基板表面に用いる半導体とは異種半導体であってもよい。これにより、例えばＳｉとＰｏｌｙ−Ｓｉとを接合材料として用いることが可能である。
【００４１】
また、一方側の基板表面に用いる半導体と他方側の基板表面に用いる半導体とは同種半導体であってもよい。これにより、例えばＳｉ同士やＰｏｌｙ−Ｓｉ同士を接合材料として用いることが可能である。
【００４２】
（第３実施形態）
以下、第３実施形態を第１又は第２実施形態と異なる点のみ説明する。
【００４３】
図６は、第３実施形態にかかるＭＥＭＳデバイスの模式的断面図である。基板と基板を直接貼り合わせる接合方法と異なり、接合材料を用いる接合方法では、接合部分の厚みが基板内でばらつく。そこで、第３実施形態では、可動体基板１と電極基板２ａ、２ｂとの接合による厚み方向の寸法を規制するための厚み寸法規制部Ｈ１、Ｈ２を備えている。
【００４４】
具体的には、図６に示すように、可動体基板１と電極基板２ａとの接合による厚み方向の寸法を規制するための厚み寸法規制部Ｈ１を備えている。この厚み寸法規制部Ｈ１は、例えば、金属膜４１と酸化膜４２とからなる。金属膜４１の材料としてはＡｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ａｕ−Ｓｎ合金、タングステンなどを用いることができる。酸化膜４２はＳｉＯ２などである。金属膜４１は、上部電極１２と同一プロセスで形成してもよい。金属膜３７と半導体膜３８は接合材料であり、第１実施形態における金属膜３１と半導体膜３２に相当する。
【００４５】
同様に、可動体基板１と電極基板２ｂとの接合による厚み方向の寸法を規制するための厚み寸法規制部Ｈ２を備えている。この厚み寸法規制部Ｈ２は、例えば、金属膜４３と酸化膜４４とからなる。金属膜４３の材料としてはＡｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ａｕ−Ｓｎ合金、タングステンなどを用いることができる。酸化膜４４はＳｉＯ２などである。金属膜４３は、下部電極１３と同一プロセスで形成してもよい。金属膜３９と半導体膜４０は接合材料であり、第１実施形態における金属膜３３と半導体膜３４に相当する。
【００４６】
以上のように、第３実施形態にかかるＭＥＭＳデバイスは、可動体基板１と電極基板２ａ、２ｂとの接合による厚み方向の寸法を規制するための厚み寸法規制部Ｈ１、Ｈ２を備える。これにより、接合部分の厚みを基板内で均一にすることができる。特に、静電容量型デバイスにおいては、静電容量を安定させることができるという効果がある。
【００４７】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記各実施形態では、２枚の電極基板２ａ、２ｂを備える構成を例示したが、ＭＥＭＳデバイスの構成は様々あり、これに限定されるものではない。すなわち、可動体基板と電極基板のうちの少なくとも一方側の基板表面に半導体を接合材料として用いる以上、本発明の適用範囲に含まれる。もちろん、可動体基板と電極基板の接合部分のスペック（形状、大きさ、レイアウト等）や、その他の細部のスペックも適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１  可動体基板
２ａ、２ｂ  電極基板
１１  可動部
３１、３４、３７、４０  金属膜（金属）
３２、３３、３５、３８、３９  半導体膜（半導体）
Ｈ１、Ｈ２  厚み寸法規制部
【図１】
2014153133.tif 000003
【図２】
2014153133.tif 000004
【図３】
2014153133.tif 000005
【図４】
2014153133.tif 000006
【図５】
2014153133.tif 000007
【図６】
2014153133.tif 000008