(57)【要約】【課題】  特に、第１の基板側に支持された可動電極部及び固定電極部の各支持導通部と、前記第１の基板と間隔を空けて対向する第２の基板側の絶縁層内に埋設されたリード層との接合構造を改良したＭＥＭＳセンサを提供する。【解決手段】  第１の基板１と、第２の基板２と、その間に配置された可動電極部、固定電極部及び支持導通部を有する機能層と、を有する。第２の基板２の表面に、第２の絶縁層３０とリード層３５とリード層に導通して各支持導通部に個別に接続される接続電極部３２が設けられる。第２の絶縁層３０の表面にはリード層の表面にまで貫通する凹部３７が形成されている。接続電極部３２は、前記凹部３７に倣う凹領域３２ａと、凹領域の一方の端部から第２の絶縁層３０の表面に長く延ばされた接続領域３２ｂとを有する。そして、支持導通部１７と、接続電極部３２の接続領域３２ｂとが接合されている。【選択図】図５
2010032820.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と、第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置された可動電極部および固定電極部を有する機能層と、を有して構成され、
前記可動電極部及び前記固定電極部の各支持導通部は、前記第１の基板の表面に形成された第１の絶縁層を介して固定支持されており、
前記第２の基板の表面に、第２の絶縁層と前記第２の絶縁層の内部に埋設されたリード層と前記リード層に導通して前記支持導通部に個別に接続される接続電極部が設けられ、
前記第２の絶縁層の表面には前記リード層の表面にまで貫通する凹部が形成されており、
前記接続電極部は、前記第２の絶縁層に形成された前記凹部に倣う凹領域と、前記凹領域の両端部のうち、一方の端部から前記第２の絶縁層の表面に長く延ばされた接続領域とを有し、
夫々の前記支持導通部と、前記接続電極部の前記接続領域とが接合されていることを特徴とするＭＥＭＳセンサ。
【請求項２】
夫々の前記支持導通部の表面に接続金属層が形成されており、夫々の前記接続金属層と、前記接続電極部の前記接続領域とが共晶接合又は拡散接合されている請求項１記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項３】
前記可動電極部および前記固定電極部と同じ材料で同じ厚さに形成された枠体層が設けられ、この枠体層が、前記可動電極部の可動領域を囲んでおり、
前記第１の基板と前記枠体層とが、前記可動領域の外周において、前記第１の絶縁層と同じ絶縁層を介して接合されており、
前記第２の絶縁層の表面に、前記接続電極部と同じ金属材料で形成されたシール電極部が形成され、前記枠体層の表面に前記接続金属層と同じ金属材料で形成されたシール金属層が形成されており、前記シール電極部と前記シール金属層とが共晶接合又は拡散接合されて、前記可動領域の外周を囲むシール層が形成されている請求項２に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項４】
前記接続電極部は、間隔を空けて前記リード層と接続される第１の凹領域と、第２の凹領域と、前記第１の凹領域と前記第２の凹領域の間に配置された前記接続領域とを有して構成される請求項１ないし３のいずれかに記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項５】
前記第２の基板の代わりにＩＣパッケージが使用され、前記ＩＣパッケージの表面には前記第２の絶縁層が設けられ、前記接続電極部の凹領域が前記ＩＣパッケージの電極パッドに、直接、あるいは間接的に接続されている請求項１ないし４のいずれかに記載のＭＥＭＳセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、高さ方向に間隔を空けて配置された第１の基板と第２の基板の間に絶縁層を介して支持された可動電極部及び固定電極部を備えるＭＥＭＳセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical Systems）センサは、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を構成するシリコン（Ｓｉ）基板を微細加工することで、可動電極部と固定電極部が形成される。この微細なセンサは、可動電極部の動作により、加速度センサ、圧力センサ、振動型ジャイロ、またはマイクロリレーなどとして使用される。【０００３】
この種のＭＥＭＳセンサは、シリコン基板の一部で形成された可動電極部がクリーンな空間内で微細な距離で動作できるように、可動電極部の可動領域を密閉することが必要である。【０００４】
図１４は、本発明に至るための前提となる比較例としてのＭＥＭＳセンサの部分断面図である。【０００５】
図１４に示すＭＥＭＳセンサは、第１の基板２００と、可動電極部及び固定電極部で構成される可動領域２０１と、可動電極部及び固定電極部の各支持導通部２０２と、各支持導通部２０２と第１の基板２００間に配置される第１の絶縁層２０３を備える。さらに、第１の基板２００に高さ方向に間隔を空けて第２の基板２０４が配置され、第２の基板２０４の表面には第２の絶縁層２０５が形成されている。【０００６】
図１４に示すように第２の絶縁層２０５にはリード層２０６が埋設される。図１５の拡大断面図に示すように第２の絶縁層２０５には凹部２０５ａが形成され、この凹部２０５ａからリード層２０６の表面が露出している。そして各支持導通部２０２に接続される接続電極部２０７が凹部２０５ａ内から第２の絶縁層２０５の表面２０５ｂにかけて形成される。【０００７】
そして各支持導通部２０２の表面に設けられた接続金属層２０８と、接続電極部２０７とが接合される。
【特許文献１】特開２００５−２３６１５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図１４に示すＭＥＭＳセンサは、第１の基板２００と第２の基板２０４との間の狭小間隔に可動電極部及び固定電極部で構成される可動領域２０１が配置されるとともに、薄い絶縁層２０３，２０５を介して各支持導通部２０２が固定支持された構成であり、薄型化を実現できるメリットがある。【０００９】
しかしながら図１４，図１５に示すＭＥＭＳセンサでは、次のような問題が生じることがわかった。【００１０】
すなわち図１５に示すように、接続電極部２０７には、第２の絶縁層２０５に形成された凹部２０５ａに倣う凹領域２０７ａが形成される。この凹領域２０７ａの部分は、接続金属層２０８との間で未接合部分となるため接合面積が減少し接合強度が低下した。また、凹領域２０７ａの平面の大きさはばらつきやすく、接合面積のばらつきにより、接合強度にばらつきが生じた。【００１１】
この種のＭＥＭＳセンサでは、物理量を検出するための可動領域２０１を平面的に広く取るため、必然的に、支持導通部２０２の平面形状を小さく形成することになる。このため、もともと、接続金属層２０８と接続電極部２０７との接合面積は小さい。それゆえ、上記した未接合部分は、接合面積をできる限り広く確保する上で無視できない領域であった。【００１２】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、特に、第１の基板側に支持された可動電極部及び固定電極部の各支持導通部と、前記第１の基板と間隔を空けて対向する第２の基板側の絶縁層内に埋設されたリード層との接合構造を改良したＭＥＭＳセンサを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明におけるＭＥＭＳセンサは、第１の基板と、第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置された可動電極部および固定電極部を有する機能層と、を有して構成され、
前記可動電極部及び前記固定電極部の各支持導通部は、前記第１の基板の表面に形成された第１の絶縁層を介して固定支持されており、
前記第２の基板の表面に、第２の絶縁層と前記第２の絶縁層の内部に埋設されたリード層と前記リード層に導通して前記支持導通部に個別に接続される接続電極部が設けられ、
前記第２の絶縁層の表面には前記リード層の表面にまで貫通する凹部が形成されており、
前記接続電極部は、前記第２の絶縁層に形成された前記凹部に倣う凹領域と、前記凹領域の両端部のうち、一方の端部から前記第２の絶縁層の表面に長く延ばされた接続領域とを有し、
夫々の前記支持導通部と、前記接続電極部の前記接続領域とが接合されていることを特徴とするものである。これにより、支持導通部と接続電極部との接合面積を広くでき、接合強度を向上させることができるとともに、接合面積のばらつきを小さくでき、安定した接合強度を得ることが出来る。【００１４】
本発明では、夫々の前記支持導通部の表面に接続金属層が形成されており、夫々の前記接続金属層と、前記接続電極部の前記接続領域とが共晶接合又は拡散接合されていることが好ましい。これにより支持導通部と接続電極部間の接合強度を効果的に高めることができる。また接合層の厚さは非常に薄いので、第１の基板と第２の基板との間隔を高精度に決めやすく、寸法精度に優れた薄型で接合強度が強いＭＥＭＳセンサを実現できる。【００１５】
また本発明では、前記可動電極部および前記固定電極部と同じ材料で同じ厚さに形成された枠体層が設けられ、この枠体層が、前記可動電極部の可動領域を囲んでおり、
前記第１の基板と前記枠体層とが、前記可動領域の外周において、前記第１の絶縁層と同じ絶縁層を介して接合されており、
前記第２の絶縁層の表面に、前記接続電極部と同じ金属材料で形成されたシール電極部が形成され、前記枠体層の表面に前記接続金属層と同じ金属材料で形成されたシール金属層が形成されており、前記シール電極部と前記シール金属層とが共晶接合又は拡散接合されて、前記可動領域の外周を囲むシール層が形成されていることが好ましい。上記のように、第２の絶縁層と枠体層との間に、共晶接合あるいは拡散接合によるシール金属層が形成されていると、可動電極部の可動領域を囲むシール構造を薄く構成でき、第１の基板と第２の基板との間の距離を均一に保つことができる。そのため、シール性及び寸法精度に優れた薄型で接合強度が強いＭＥＭＳセンサを実現できる。【００１６】
また本発明では、前記接続電極部は、間隔を空けて前記リード層と接続される第１の凹領域と、第２の凹領域と、前記第１の凹領域と前記第２の凹領域の間に配置された前記接続領域とを有して構成されることが好ましい。これにより、より効果的に接合面積のばらつきを小さくでき、より安定した接合強度を得ることが出来る。【００１７】
また本発明では、前記第２の基板の代わりにＩＣパッケージが使用され、前記ＩＣパッケージの表面には前記第２の絶縁層が設けられ、前記接続電極部の凹領域が前記ＩＣパッケージの電極パッドに、直接、あるいは間接的に接続されている構造であってもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明におけるＭＥＭＳセンサによれば、支持導通部と接続電極部との接合面積を広くでき、接合強度を向上させることができるとともに、接合面積のばらつきを小さくでき、安定した接合強度を得ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は本発明の実施の形態のＭＥＭＳセンサを示すものであり、可動電極部と固定電極部および枠体層を示す平面図である。図１では第１の基板および第２の基板の図示は省略している。図２は図１のＩＩ部の拡大図、図３はＩＩＩ部の拡大図である。図４は、ＭＥＭＳセンサの全体構造を示す断面図であり、図１をＩＶ−ＩＶ線で切断した断面図に相当している。図５は、図４のＶ部の拡大断面図に相当している。図６は、図５と異なる他の実施形態のＭＥＭＳセンサの拡大断面図である。【００２０】
図４に示すように、ＭＥＭＳセンサは、第１の基板１と第２の基板２の間に、機能層１０が挟まれている。第１の基板１と機能層１０の各部は、第１の絶縁層３ａ，３ｂ，３ｃを介して接合されている。また、第２の基板２と機能層１０の間には第２の絶縁層３０が設けられている。【００２１】
第１の基板１と機能層１０および第１の絶縁層３ａ，３ｂ，３ｃは、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を加工して形成されている。ここで使用するＳＯＩ基板は、２つのシリコン基板が、ＳｉＯ2層である絶縁層（Insulator）を挟んで一体に接合されたものである。ＳＯＩ基板の一方のシリコン基板が、第１の基板１として使用され、他方のシリコン基板が、加工されて機能層１０が形成されている。【００２２】
機能層１０は、１枚のシリコン基板から第１の固定電極部１１、第２の固定電極部１３、可動電極部１５および枠体層２５が分離されて形成されている。さらにＳＯＩ基板の絶縁層の一部が除去されて、互いに分離された第１の絶縁層３ａ，３ｂ，３ｃが形成されている。【００２３】
図１に示すように、機能層１０の平面形状は、中心（図心）Ｏに対して１８０度の回転対称であり、且つ中心Ｏを通りＸ方向に延びる線に対して上下方向（Ｙ方向）に対称である。【００２４】
図１に示すように、中心ＯよりもＹ１側に第１の固定電極部１１が設けられている。第１の固定電極部１１では、中心Ｏに接近する位置に四角形の支持導通部１２が一体に形成されている。図４に示すように、支持導通部１２は第１の絶縁層３ａによって第１の基板１の表面１ａに固定されている。第１の固定電極部１１は、前記支持導通部１２のみが前記第１の絶縁層３ａによって第１の基板１の表面１ａに固定されており、その他の部分は、第１の基板１との間の絶縁層が除去されて、第１の基板１の表面１ａとの間に、第１の絶縁層３ａの厚さに相当する間隔の隙間が形成されている。【００２５】
図１に示すように、第１の固定電極部１１は、支持導通部１２からＹ１方向に直線的に延びる一定の幅寸法の電極支持部１１ａを有している。電極支持部１１ａのＸ１側には、複数の対向電極１１ｂが一体に形成されており、電極支持部１１ａのＸ２側には、複数の対向電極１１ｃが一体に形成されている。図２には、一方の対向電極１１ｃが示されている。複数の対向電極１１ｃはいずれもＸ２方向へ直線的に延びており、Ｙ方向の幅寸法は一定である。そして、複数の対向電極１１ｃは、Ｙ方向へ一定の間隔を空けて櫛歯状に配列している。Ｘ１側に延びる他方の対向電極１１ｂと、Ｘ２方向に延びる前記対向電極１１ｃは、中心Ｏを通ってＹ方向に延びる線に対して左右対称の形状である。【００２６】
中心ＯよりもＹ２側には第２の固定電極部１３が設けられている。第２の固定電極部１３と前記第１の固定電極部１１は、中心Ｏを通ってＸ方向に延びる線に対して上下方向（Ｙ方向）へ対称形状である。すなわち、第２の固定電極部１３は、中心Ｏに接近する位置に設けられた四角形の支持導通部１４と、この支持導通部１４からＹ２方向へ直線的に延びる一定の幅寸法の電極支持部１３ａを有している。電極支持部１３ａのＸ１側には、電極支持部１３ａから一体に延びる複数の対向電極１３ｂが設けられ、電極支持部１３ａのＸ２側には、電極支持部１３ａから一体に延びる複数の対向電極１３ｃが設けられている。【００２７】
図３に示すように、対向電極１３ｃはＸ２方向へ直線状に延び幅寸法が一定であり、且つＹ方向へ一定の間隔で互いに平行に形成されている。Ｘ１側の対向電極１３ｂも同様に一定の幅寸法でＸ１方向へ直線的に延び、Ｙ方向へ一定の間隔で平行に延びている。【００２８】
第２の固定電極部１３も、支持導通部１４のみが第１の絶縁層３ａを介して第１の基板１の表面１ａに固定されている。それ以外の部分である電極支持部１３ａおよび対向電極１３ｂ，１３ｃは、第１の基板１の表面１ａとの間の絶縁層が除去されており、電極支持部１３ａおよび対向電極１３ｂ，１３ｃと、第１の基板１の表面１ａとの間に、第１の絶縁層の厚さに相当する間隔の隙間が形成されている。【００２９】
図１に示す機能層１０は、四角形の枠体層２５の内側が可動領域であり、可動領域では、前記第１の固定電極部１１と第２の固定電極部１３を除く部分が可動電極部１５となっている。可動電極部１５は、同じシリコン基板において、前記第１の固定電極部１１と第２の固定電極部１３および枠体層２５から分離されて形成されている。【００３０】
図１に示すように、可動電極部１５は、中心ＯよりもＸ１側に、Ｙ１−Ｙ２方向に延びる第１の支持腕部１６を有しており、中心ＯのＸ１側に接近した位置に、第１の支持腕部１６と一体に形成された四角形の支持導通部１７が設けられている。可動電極部１５は、中心ＯよりもＸ２側に、Ｙ１−Ｙ２方向に延びる第２の支持腕部１８を有しており、中心ＯのＸ２側に接近した位置に、第２の支持腕部１８と一体に形成された四角形の支持導通部１９が設けられている。【００３１】
第１の支持腕部１６と第２の支持腕部１８とで挟まれた領域で、且つ第１の固定電極部１１と第２の固定電極部１３を除く部分が、錘部２０となっている。錘部２０のＹ１側の縁部は、弾性支持部２１を介して第１の支持腕部１６に支持されているとともに弾性支持部２３を介して第２の支持腕部１８に支持されている。錘部２０のＹ１側の縁部は、弾性支持部２２を介して第１の支持腕部１６に支持されているとともに、弾性支持部２４を介して第２の支持腕部１８に支持されている。【００３２】
中心ＯよりもＹ１側では、錘部２０のＸ１側の縁部からＸ２側に延びる複数の可動対向電極２０ａが一体に形成されているとともに、錘部２０のＸ２側の縁部からＸ１側に延びる複数の可動対向電極２０ｂが一体に形成されている。図２に示すように、錘部２０と一体に形成された可動対向電極２０ｂは、第１の固定電極部１１の対向電極１１ｃのＹ２側の辺に対して静止時に距離δ１を介して対向している。同様に、Ｘ１側の可動対向電極２０ａも、第１の固定電極部１１の対向電極１１ｂのＹ２側の辺に対して静止時に距離δ１を介して対向している。【００３３】
錘部２０には、中心ＯよりもＹ２側において、Ｘ１側の縁部からＸ２方向に平行に延びる複数の可動対向電極２０ｃが一体に形成されているとともに、Ｘ２側の縁部からＸ１方向に平行に延びる複数の可動対向電極２０ｄが一体に形成されている。【００３４】
図３に示すように、可動対向電極２０ｄは、第２の固定電極部１３の対向電極１３ｃのＹ１側の辺に対して静止時に距離δ２を介して対向している。これは、Ｘ１側の可動対向電極２０ｃと対向電極１３ｂとの間においても同じである。静止時の対向距離δ１とδ２は、同じ寸法となるようように設計されている。【００３５】
図４に示すように、第１の支持腕部１６に連続する支持導通部１７と第１の基板１の表面１ａとが第１の絶縁層３ｂを介して固定されており、第２の支持腕部１８に連続する支持導通部１９と第１の基板１の表面１ａも第１の絶縁層３ｂを介して固定されている。可動電極部１５は、支持導通部１７と支持導通部１９のみが前記第１の絶縁層３ｂによって第１の基板１に固定されており、それ以外の部分、すなわち第１の支持腕部１６、第２の支持腕部１８、錘部２０、可動対向電極２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄおよび弾性支持部２１，２２，２３，２４は、第１の基板１の表面１ａとの間の絶縁層が除去されており、これら各部と第１の基板１の表面１ａとの間に第１の絶縁層３ｂの厚さ寸法に相当する間隔の隙間が形成されている。【００３６】
弾性支持部２１，２２，２３，２４は、シリコン基板から切り出された薄い板バネ部でミアンダパターンとなるように形成されている。弾性支持部２１，２２，２３，２４が変形することで、錘部２０がＹ１方向またはＹ２方向へ移動可能となっている。【００３７】
図１に示すように、枠体層２５は、機能層１０を形成するシリコンウエハを四角い枠状に切り出すことで形成されている。この枠体層２５と第１の基板１の表面１ａとの間には、第１の絶縁層３ｃが残されている。この第１の絶縁層３ｃは、可動電極部１５の可動領域の外側の全周を囲むように設けられている。【００３８】
図４に示す機能層１０の製造方法は、絶縁層を介して２枚のシリコン基板が接合されたＳＯＩ基板を使用し、一方のシリコン基板の表面に、第１の固定電極部１１、第２の固定電極部１３、可動電極部１５および枠体層２５を覆うレジスト層を形成し、レジスト層から露出している部分でシリコン基板の一部を、高密度プラズマを使用した深堀ＲＩＥなどのイオンエッチング手段で除去し、第１の固定電極部１１、第２の固定電極部１３、可動電極部１５および枠体層２５を互いに分離させる。【００３９】
このとき、支持導通部１２，１４，１７，１９および枠体層２５を除く全ての領域に、前記深堀ＲＩＥによって、多数の微細孔を形成しておく。図２と図３には、対向電極１１ｃに形成された微細孔１１ｄ、対向電極１３ｃに形成された微細孔１３ｄ、および錘部２０に形成された微細孔２０ｅが図示されている。【００４０】
深堀ＲＩＥなどによってシリコン基板をエッチング加工した後に、シリコンを溶解せずに絶縁層のＳｉＯ2層を溶解できる選択性の等方性エッチング処理を行う。このときエッチング液又はエッチングガスは、シリコン基板の前記各部を分離した溝内に浸透し、さらに前記微細孔内に浸透して、絶縁層が除去される。【００４１】
その結果、支持導通部１２，１４，１７，１９および枠体層２５と、第１の基板１の表面１ａとの間のみ、第１の絶縁層３ａ，３ｂ，３ｃが残され、それ以外の部分で絶縁層が除去される。【００４２】
ＳＯＩ基板を使用して加工した第１の基板１は、厚さ寸法が０．２〜０．７ｍｍ程度、機能層１０の厚さ寸法は１０〜３０μｍ程度、第１の絶縁層３ａ，３ｂ，３ｃの厚さは１〜３μｍ程度である。【００４３】
第２の基板２は、厚さ寸法が０．２〜０．７ｍｍ程度の単層のシリコン基板で形成される。第２の基板２の表面２ａに第２の絶縁層３０が形成される。第２の絶縁層３０は、ＳｉＯ2、ＳｉＮまたはＡｌ2Ｏ3などの無機絶縁層であり、スパッタ工程やＣＶＤ工程で形成される。無機絶縁層としては、シリコン基板との熱膨張係数の差が、接続電極部を構成する導電性金属とシリコン基板の熱膨張係数の差よりも小さい材料が選択される。好ましくは、シリコン基板との熱膨張係数の差が比較的小さいＳｉＯ2またはＳｉＮが使用される。【００４４】
図４に示すように、第２の絶縁層３０の表面に、第１の固定電極部１１の支持導通部１２に対面する接続電極部３１が形成され、同様に第２の固定電極部１３の支持導通部１４に対面する接続電極部３１（図示せず）が形成される。また、第２の絶縁層３０の表面に、可動電極部１５の一方の支持導通部１７に対面する接続電極部３２が形成され、同様に、他方の支持導通部１９と対面する接続電極部３２（図示せず）も形成されている。【００４５】
第２の絶縁層３０の表面には、前記枠体層２５の表面に対向するシール電極部３３が形成されている。このシール電極部３３は、前記接続電極部３１，３２と同じ導電性金属材料によって形成されている。シール電極部３３は、枠体層２５に対面して四角形に形成されており、可動電極部１５の可動領域の外周でこの可動領域の周囲全周を囲むように形成されている。接続電極部３１，３２およびシール電極部３３は例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。【００４６】
第２の絶縁層３０の内部には、一方の接続電極部３１に導通するリード層３４と、他方の接続電極部３２に導通するリード層３５が設けられている。リード層３４，３５は例えばアルミニウムで形成されている。複数のリード層３４，３５は、それぞれの接続電極部３１，３２に個別に導通している。そして、それぞれのリード層３４，３５は、第２の絶縁層３０の内部を通過し、シール電極部３３と接触することなく、シール電極部３３が形成されている部分を横断して、シール電極部３３で囲まれている領域の外側へ延びている。第２の基板２には、前記領域の外側において、それぞれのリード層３４，３５に導通する接続パッド３６が設けられている。接続パッド３６は、低抵抗で酸化しにくい導電性材料であるアルミニウムや金などで形成されている。【００４７】
第２の絶縁層３０は、接続電極部３１，３２が形成されている表面およびシール電極部３３が形成されている表面が同一平面上に位置している。そして、第２の絶縁層３０には、接続電極部３１，３２とシール電極部３３が形成されていない領域に、第２の基板２の表面２ａに向けて空間部（凹部）３８が形成されている。この空間部３８は、第２の絶縁層３０において、支持導通部１２，１４，１７，１９および枠体層２５に対向する前記表面３０ａ以外の全ての部分に形成されている。また、空間部３８は、第２の絶縁層３０の内部の途中までの深さであって、リード層３４，３５が露出しない深さに形成されている。【００４８】
図４に示すように、機能層１０の支持導通部１２，１４の表面には、それぞれ前記接続電極部３１に対面する接続金属層４１が形成され、支持導通部１７，１９の表面には、それぞれの接続電極部３２に対面する接続金属層４２がスパッタ工程で形成される。さらに、枠体層２５の表面には、シール電極部３３に対面するシール金属層４３が形成される。シール金属層４３は、接続金属層４１，４２と同じ金属材料で同時に形成される。【００４９】
接続金属層４１，４２とシール金属層４３は、接続電極部３１，３２およびシール電極部３３を形成するアルミニウムと共晶接合あるいは拡散接合しやすい金属材料であるゲルマニウムで形成されている。【００５０】
図４に示すように、第１の基板１と第２の基板２を、表面１ａ，２ａが対向するように重ね、接続電極部３１と接続金属層４１とを対面させ、接続電極部３２と接続金属層４２とを対面させ、さらにシール電極部３３とシール金属層４３とを対面させる。そして、加熱しながら第１の基板１と第２の基板２とを弱い力で加圧する。これにより、接続電極部３１と接続金属層４１とが共晶接合あるいは拡散接合し、接続電極部３２と接続金属層４２とが接合する。接続電極部３１，３２と接続金属層４１，４２との接合により、支持導通部１２，１４，１７，１９が第１の絶縁層３ａ，３ｂと第２の絶縁層３０との間で動かないように挟持されるとともに、接続電極部３１，３１と支持導通部１２，１４とが個別に導通し、接続電極部３２，３２と支持導通部１７，１９とが個別に導通する。【００５１】
同時に、シール電極部３３とシール金属層４３とが共晶接合あるいは拡散接合する。この接合により、枠体層２５と第２の絶縁層３０とが強固に固定されるとともに、可動電極部１５の可動領域の周囲全周を囲む金属シール層４５が形成される。【００５２】
図５に示す拡大断面図には、第１の支持腕部１６及び支持導通部１７のうち、第１の支持腕部１６の図示を省略し、支持導通部１７のみを図示した。【００５３】
図５に示すように、第２の絶縁層３０の支持導通部１７と対向する位置での表面３０ａには、凹部３７が形成されている。この凹部３７の底面にはリード層３５の表面が露出している。接続電極部３２には、凹部３７に倣う凹領域３２ａが形成される。さらに接続電極部３２には凹領域３２ａのＸ１−Ｘ２方向の両側端部のうちＸ２方向にのみ長く延びる接続領域３２ｂが平坦な第２の絶縁層３０の表面３０ａに形成されている。接続領域３２ｂは、平坦な第２の絶縁層３０の表面３０ａに形成されるので平板状で形成される。また、接続領域３２ｂの平面形状は限定されないが、支持導通部１７に合わせた形状（相似形状）とすることが好適である。よってこの実施形態では、支持導通部１７の平面形状が四角形状であるから、接続領域３２ｂも四角形状であると好適である。【００５４】
ここで、前記第２の絶縁層３０，リード層３４，３５及び接続電極部３１，３２の形成方法について説明する。まず、第２の基板２の表面２ａに、無機絶縁層を一定の厚さでスパッタ工程で形成し、その表面にリード層３４，３５をスパッタなどで形成し、さらにリード層３４，３５を覆うように無機絶縁層をスパッタ工程で形成する。その後に、表面が同一面となるように研磨し、さらにイオンミリングなどで前記空間部３８を掘り込む。さらに、第２の絶縁層３０の表面３０ａに凹部３７を形成する。そして、凹部３７から第２の絶縁層３０の表面３０ａにかけて、スパッタ法等で接続電極部３１，３２を形成する。【００５５】
図５に示すように、支持導通部１７の表面に設けられた接続金属層４２は、接続電極部３２のうち、凹領域３２ａを避けるようにして、接続領域３２ｂと対向しており、共に平板状の接続金属層４２と接続電極部３２の接続領域３２ｂとが共晶接合あるいは拡散接合されている。【００５６】
図５に示す接合構造により、図１５に示す比較例に比べて、支持導通部１７と、接続電極部３２との接合面積を広くできる。よって接合強度を向上させることができる。また図１５の比較例と異なって、未接合領域となる凹領域３２ａを避けて接合するため、接合面積のばらつきを小さくでき、安定した接合強度を得ることが出来る。【００５７】
図５に示す接合構造は、他の支持導通部１２，１４，１９の部分においても同じである。【００５８】
このＭＥＭＳセンサは、２枚のシリコン基板が薄い第１の絶縁層を介して接合されたＳＯＩ基板と他の１枚のシリコン基板とを薄い第２の絶縁層を介して重ねた構造である。よって、全体に薄型である。そして、図５に示すように、接続電極部３２を凹領域３２ａから片側にのみ長く延ばした接続領域３２ｂを設け、この接続領域３２ｂと支持導通部１７とを接合することで、薄型で且つ接合強度が強いＭＥＭＳセンサとなる。【００５９】
また、支持導通部１２，１４，１７，１９と第２の絶縁層３０が、接続電極部３１，３２と接続金属層４１，４２との共晶接合あるいは拡散接合で接合されているが、これによより接合強度をより効果的に高めることが出来る。また、この接合層は薄く且つ面積が小さく、しかも支持導通部１２，１４，１７，１９と第１の基板１とが無機絶縁材料の第１の絶縁層３ａ，３ｂを介して接合されている。そのため、周囲温度が高くなったとしても、接合層の熱応力が支持導通部１２，１４，１７，１９の支持構造に影響を与えにくく、熱応力による固定電極部１１，１３や可動電極部１５の歪みなどが発生しにくい。【００６０】
同様に、可動電極部１５の可動領域の周囲を囲む金属シール層４５は、枠体層２５と第２の絶縁層３０との間で薄く形成された接合層であり、枠体層２５が十分な厚み寸法を有しているため、金属シール層４５の熱応力によって、第１の基板１と第２の基板２の歪みなどが発生しにくい。【００６１】
このＭＥＭＳセンサは、第１の基板１と第２の基板２の厚さ寸法、および機能層１０の厚さ寸法、さらに第２の絶縁層３０の厚さ寸法によって、全体の厚さ寸法がほぼ決められる。それぞれの層の厚さ寸法は、高精度に管理できるため、厚さのばらつきが生じにくくなる。しかも、第２の絶縁層３０には、可動電極部１５の可動領域に対向する空間部３８が形成されているため、全体が薄型であっても、可動電極部１５に厚さ方向の移動余裕（マージン）を与えることができ、外部から厚さ方向への大きな加速度が作用しても、錘部２０および可動対向電極２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが第２の絶縁層３０に当たりにくく、誤動作を生じにくい。【００６２】
このＭＥＭＳセンサは、Ｙ１方向またはＹ２方向の加速度を検知する加速度センサとして使用することができる。例えば、ＭＥＭＳセンサにＹ１方向への加速度が作用すると、その反作用により可動電極部１５の錘部２０がＹ２方向へ移動する。このとき、図２に示す、可動対向電極２０ｂと固定側の対向電極１１ｃとの対向距離δ１が広がって、可動対向電極２０ｂと対向電極１１ｃとの間の静電容量が低下する。同時に、図３に示す、可動対向電極２０ｄと対向電極１３ｃとの対向距離δ２が狭くなって、可動対向電極２０ｂと対向電極１３ｃとの間の静電容量が増大する。【００６３】
静電容量の減少と増大を電気回路で検出し、対向距離δ１の増大による出力の変化と対向距離δ２の減小による出力の変化との差を求めることにより、Ｙ１方向へ作用した加速度の変化や加速度の大きさを検知することができる。【００６４】
なお、本発明は、可動電極部１５の錘部２０が、Ｘ−Ｙ平面と直交する向きの加速度に反応して厚さ方向へ移動して、固定電極部１１，１３の対向電極１１ｂ，１１ｃ，１３ｂ，１３ｃと、可動電極部１５の可動対向電極２０ａ，２０ｂ，２０ｃとの対向状態が、可動電極部１５の厚さ方向へずれて、対向面積が変化し、このときの可動対向電極と対向電極との間の静電容量の変化を検知するものであってもよい。【００６５】
図６に示す他の実施形態では、第２の絶縁層３０の表面３０ａにはＸ１−Ｘ２方向に間隔をあけて複数の凹部５１，５２が形成されている。そして、接続電極部３２にはこれら凹部５１，５２に倣う凹領域３２ｃ，３２ｄが形成される。そして、前記凹部５１，５２間に位置する第２の絶縁層３０の表面３０ａに、前記凹領域３２ｃ，３２ｄ間を繋ぐ平板状の接続領域３２ｅが配置されている。【００６６】
そして、支持導通部１７の表面に設けられた接続金属層４２が、凹領域３２ｃ，３２ｄを避けるようにして、接続導通部３２の接続領域３２ｅに対向し、互いに平板状の接続金属層４２と接続領域３２ｅとが共晶接合あるいは拡散接合されている。【００６７】
図６に示す実施形態では、接続領域３２ｅの両側に凹領域３２ｃ，３２ｄが存在する。よって、接続電極部３２全体から見て、接続領域３２ｅは略中央位置に存在する。したがって、接続領域３２ｅを規定しやすく、位置合わせの際、接続電極部３２と、接続金属層４２との中心を合わせることで、支持導通部１７の接続金属層４２を接続導通部３２の接続領域３２ｅに適切に対向配置させることができる。よって、より効果的に、接合面積のばらつきを抑制でき、より安定した接合強度を得ることが出来る。また、接続電極部３２は、２箇所の凹領域３２ｃ，３２ｄでリード層３５と接続されるので、接続電極部３２とリード層３５間をより良好に電気的接続することができる。【００６８】
図５，図６の本実施形態において、Ｘ１−Ｘ２方向及びＹ１−Ｙ２方向への接続領域３２ｂ，３２ｅの長さ寸法を、接続金属層４２に比べて大きくすれば、凹領域３２ａ，３２ｃ，３２ｄを確実に避けて、接続金属層４２全体を、平板状の接続領域３２ｂ，３２ｅ内に収めることが出来て好適である。【００６９】
図７。図８は、本発明の好ましい実施の形態のＭＥＭＳセンサを示すものである。なお図７，図８は接合前の状態を示している。【００７０】
図７に示す実施の形態では、可動電極部１５の支持導通部１７の表面に、接続金属層４２と接続電極部３２との接合部を囲むように溝５３が形成されている。溝５３は接合部の周囲全長を連続して囲むように形成されていてもよいし、または、接合部を囲むように間隔を空けて複数に分割されて形成されていてもよい。【００７１】
図８に示す実施の形態では、可動電極部１５の支持導通部１７の表面に、接続金属層４２と接続電極部３２との接合部を囲む溝５４が形成されている。この溝５４は接合の周囲に連続して形成されており、接合金属層４２の一部が溝５４の内部まで形成されている。【００７２】
図７，図８に示す実施の形態では、接続電極部３２と接続金属層４２の共晶接合あるいは拡散接合の際に、溶融金属が溝５３，５４で堰き止められ、可動電極部１５の錘部２０の可動領域や、図２と図３に示す電極対向部に流れ出るのをさらに確実に防止できる。【００７３】
図９ないし図１２に示す他の実施形態では、接続領域３２ｅの部分が最も高くなる（突出する）ように第２の基板２の表面や第２の絶縁層３０に段差を設けている。【００７４】
なお、前記実施の形態では、接続電極部３１，３２およびシール電極部３３がアルミニウムで、接続金属層４１，４２およびシール金属層４３がゲルマニウムであるが、共晶接合あるいは拡散接合が可能な金属の組み合わせとしては、アルミニウム−亜鉛、金−シリコン、金−インジウム、金−ゲルマニウム、金−錫などがある。これら金属の組み合わせにより、それぞれの金属の融点以下の温度である４５０℃以下の比較的低い温度で接合を行うことが可能になる。【００７５】
なお図１３のように、第２の基板２はシリコン基板でなく、ＩＣパッケージ１００であってもよい。ＩＣパッケージ１００内には、対向電極と可動対向電極との静電容量の変化を検出する検出回路などが内蔵されている。【００７６】
ＩＣパッケージ１００の上面１０１に第２の絶縁層３０が形成され、この第２の絶縁層３０の表面に、接続電極部３１，３２およびシール電極部３３が形成されている。接続電極部３１，３２は、図４と同様に、第２の絶縁層３０に形成された凹部内から平坦な第２の絶縁層３０の表面にかけて形成される。よって、接続電極部３１，３２は、凹領域３１ａ，３２ａと、凹領域３１ａ，３２ａの一方の端部側から延出する平板状の接続領域３１ｂ，３２ｂとを有して構成される。【００７７】
ＩＣパッケージを使用する場合は、第２の絶縁層３０内にリード層３４，３５を設けることは必須でなく、ＩＣパッケージの電極パッド１０２に、接続電極部３１，３２を直接、あるいは間接的に接続させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の実施の形態のＭＥＭＳセンサを示すものであり、可動電極部と固定電極部および枠体層を示す平面図、
【図２】図１のＩＩ矢視部の拡大平面図、
【図３】図１のＩＩＩ矢視部の拡大平面図、
【図４】ＭＥＭＳセンサの積層構造を示す断面図であり、図１のＩＶ−ＩＶ線での断面図に相当している、
【図５】図４のＶ部の拡大断面図に相当している、
【図６】図５と異なる他の実施形態のＭＥＭＳセンサの拡大断面図、
【図７】本発明の好ましい実施の形態のＭＥＭＳセンサの拡大断面図、
【図８】図７と異なる本発明の好ましい他の実施の形態のＭＥＭＳセンサの拡大断面図、
【図９】本発明の他の実施の形態のＭＥＭＳセンサの拡大断面図、
【図１０】本発明の他の実施の形態のＭＥＭＳセンサの拡大断面図、
【図１１】本発明の他の実施の形態のＭＥＭＳセンサの拡大断面図、
【図１２】本発明の他の実施の形態のＭＥＭＳセンサの拡大断面図、
【図１３】第２の基板の代わりにＩＣパッケージを使用した実施の形態を示す断面図、
【図１４】本発明の実施形態に対する比較例として示したＭＥＭＳセンサの断面図、
【図１５】図１４の拡大断面図、
【符号の説明】
【００７９】
１  第１の基板
２  第２の基板
３ａ，３ｂ，３ｃ  第１の絶縁層
１０  機能層
１１  第１の固定電極部
１２  支持導通部
１１ｂ，１１ｃ  対向電極
１３  第２の固定電極部
１４  支持導通部
１３ｂ，１３ｃ  対向電極
１５  可動電極部
１６  第１の支持腕部
１７  支持導通部
１８  第２の支持腕部
１９  支持導通部
２０  錘部
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ  可動対向電極
２１，２２，２３，２４  弾性支持部
２５  枠体層
３０  第２の絶縁層
３１，３２  接続電極部
３１ａ，３２ａ，３２ｃ，３２ｄ  凹領域
３１ｂ，３２ｂ，３２ｅ  接続領域
３３  シール電極部
３４，３５  リード層
３７  凹部
３８  空間部
４１，４２  接続金属層
４３  シール金属層
４５  金属シール層
５１，５２  凹部
１００  ＩＣパッケージ
【図１】
2010032820.tif 000003
【図２】
2010032820.tif 000004
【図３】
2010032820.tif 000005
【図４】
2010032820.tif 000006
【図５】
2010032820.tif 000007
【図６】
2010032820.tif 000008
【図７】
2010032820.tif 000009
【図８】
2010032820.tif 000010
【図９】
2010032820.tif 000011
【図１０】
2010032820.tif 000012
【図１１】
2010032820.tif 000013
【図１２】
2010032820.tif 000014
【図１３】
2010032820.tif 000015
【図１４】
2010032820.tif 000016
【図１５】
2010032820.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成22年1月20日(2010.1.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と、第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置された可動電極部および固定電極部を有する機能層と、を有して構成され、
前記可動電極部及び前記固定電極部の各支持導通部は、前記第１の基板の表面に形成された第１の絶縁層を介して固定支持されており、
前記第２の基板の表面に、第２の絶縁層と前記第２の絶縁層の内部に埋設されたリード層と前記リード層に導通して前記支持導通部に個別に接続される接続電極部が設けられ、
前記第２の絶縁層の表面には前記リード層の表面にまで貫通する凹部が形成されており、
前記接続電極部は、前記第２の絶縁層に形成された前記凹部に倣う凹領域と、前記凹領域の両端部のうち、一方の端部から前記第２の絶縁層の表面に長く延ばされた接続領域とを有し、
夫々の前記支持導通部の表面に接続金属層が形成されており、夫々の前記接続金属層と、前記接続電極部の前記接続領域とが共晶接合又は拡散接合されており、
前記可動電極部および前記固定電極部と同じ材料で同じ厚さに形成された枠体層が設けられ、この枠体層が、前記可動電極部の可動領域を囲んでおり、
前記第１の基板と前記枠体層とが、前記可動領域の外周において、前記第１の絶縁層と同じ絶縁層を介して接合されており、
前記第２の絶縁層の表面に、前記接続電極部と同じ金属材料で形成されたシール電極部が形成され、前記枠体層の表面に前記接続金属層と同じ金属材料で形成されたシール金属層が形成されており、前記シール電極部と前記シール金属層とが共晶接合又は拡散接合されて、前記可動領域の外周を囲むシール層が形成されていることを特徴とするＭＥＭＳセンサ。
【請求項２】
前記接続電極部は、間隔を空けて前記リード層と接続される第１の凹領域と、第２の凹領域と、前記第１の凹領域と前記第２の凹領域の間に配置された前記接続領域とを有して構成される請求項１記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項３】
前記第２の基板の代わりにＩＣパッケージが使用され、前記ＩＣパッケージの表面には前記第２の絶縁層が設けられ、前記接続電極部の凹領域が前記ＩＣパッケージの電極パッドに、直接、あるいは間接的に接続されている請求項１又は２に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項４】
第１の基板と、第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置された可動電極部および固定電極部を有する機能層と、を有して構成され、
前記可動電極部及び前記固定電極部の各支持導通部は、前記第１の基板の表面に形成された第１の絶縁層を介して固定支持されており、
前記第２の基板の表面に、第２の絶縁層と前記第２の絶縁層の内部に埋設されたリード層と前記リード層に導通して前記支持導通部に個別に接続される接続電極部が設けられ、
夫々の前記支持導通部の表面に接続金属層が形成されており、夫々の前記接続金属層と、前記接続電極部とが共晶接合又は拡散接合されており、
前記可動電極部および前記固定電極部と同じ材料で同じ厚さに形成された枠体層が設けられ、この枠体層が、前記可動電極部の可動領域を囲んでおり、
前記第１の基板と前記枠体層とが、前記可動領域の外周において、前記第１の絶縁層と同じ絶縁層を介して接合されており、
前記第２の絶縁層の表面に、前記接続電極部と同じ金属材料で形成されたシール電極部が形成され、前記枠体層の表面に前記接続金属層と同じ金属材料で形成されたシール金属層が形成されており、前記シール電極部と前記シール金属層とが共晶接合又は拡散接合されて、前記可動領域の外周を囲むシール層が形成され、
前記シール層の外側に前記第２の絶縁層の内部に埋設された前記リード層が引き出されていることを特徴とするＭＥＭＳセンサ。
【請求項５】
前記第２の基板の代わりにＩＣパッケージが使用され、前記ＩＣパッケージの表面には前記第２の絶縁層が設けられ、前記接続電極部が前記ＩＣパッケージの電極パッドに、直接、あるいは間接的に接続されている請求項４記載のＭＥＭＳセンサ。
【国際調査報告】
2010032820.tif 000018
2010032820.tif 000019
2010032820.tif 000020