(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高さ方向に変位可能に支持されたシリコンからなる可動部を有する機能層と、
前記機能層と高さ方向に間隔を空けて対向配置された対向部材と、を有し、
前記対向部材には前記可動部と対向する位置に、前記可動部の高さ方向への変位を規制するストッパ部が設けられており、
前記ストッパ部は、Ｔｉ層と、前記Ｔｉ層の表面が酸化されてなるＴｉ酸化層とを有し、前記Ｔｉ酸化層は、前記ストッパ部の表面層を構成しており、
前記Ｔｉ酸化層の膜厚は、２．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下の範囲内で形成されることを特徴とするＭＥＭＳセンサ。
【請求項２】
前記Ｔｉ酸化層の膜厚は、４ｎｍ以上１０ｎｍ以下の範囲内で形成される請求項１記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項３】
前記Ｔｉ層と、前記Ｔｉ酸化層との間にＴｉ窒化層が介在している請求項１又は２に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項４】
前記Ｔｉ層は、ＳｉＮあるいはＳｉＯ2からなる絶縁層の表面に形成されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項５】
高さ方向に変位可能に支持されたシリコンからなる可動部を有する機能層と、
前記機能層に高さ方向に間隔を空けて対向配置された対向部材と、を有するＭＥＭＳセンサの製造方法において、
前記対向部材の前記可動部と対向する位置に、前記可動部の高さ方向への変位を規制するストッパ部を形成する際、
Ｔｉ層を形成する工程、
熱処理により、前記Ｔｉ層の表面に前記ストッパ部の表面層を構成する２．５ｎｍ〜１０ｎｍの膜厚を備えたＴｉ酸化層を形成する工程、
を有することを特徴とするＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項６】
前記熱処理は、前記機能層と前記対向部材間を接合する際に施される工程である請求項５記載のＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項７】
前記熱処理を、窒素雰囲気中で行う請求項５又は６に記載のＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項８】
前記Ｔｉ層の形成後、プラズマ処理を行う工程を有する請求項５ないし７のいずれか１項に記載のＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項９】
４ｎｍ〜１０ｎｍの膜厚を備えたＴｉ酸化層を形成する請求項８記載のＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項１０】
前記対向部材の前記機能層との接合部分に形成された金属接合層の金属下地層を前記Ｔｉ層で形成する請求項５ないし９のいずれか１項に記載のＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項１１】
前記Ｔｉ層を、ＳｉＮあるいはＳｉＯ2からなる絶縁層の表面に形成する請求項５ないし１０のいずれか１項に記載のＭＥＭＳセンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳセンサのスティッキング抑制構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、耐衝撃用ストッパーの底面に保護層として熱酸化膜を形成した構成が開示されている。
【０００３】
特許文献２には、可動部の変位を規制するためのストッパが開示されている。ストッパは酸化物を有するとの記載がある。
【０００４】
また特許文献３には、付着防止膜としてシリコン酸化膜やシリコン窒化膜からなる突起部を設けた構成が開示されている。
【０００５】
さらに特許文献４には、シリコン酸化膜からなる突起を設けて付着を防止した構成が開示されている。
【０００６】
可動部の高さ方向の変位を規制するストッパ部を設けた構成では、スティッキングが起きないようにストッパ表面を適正化することが必要であった。
【０００７】
しかしながら従来のＭＥＭＳセンサでは、特にストッパ表面の材質の適正化による効果的なスティッキング抑制構造が得られていなかった。例えば上記した特許文献に示すシリコン窒化膜によりストッパ表面を形成すると、シリコンで形成された可動部との間では、むしろスティッキングが生じやすくなる問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】ＷＯ０１／０５３１９４
【特許文献２】特表平７−５０８８３５号公報
【特許文献３】特開２００９−８４３７号公報
【特許文献４】特開２０１１−１１２３９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、特に、従来に比べてスティッキング抑制効果の高いストッパ構造を有するＭＥＭＳセンサ及びその製造方法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】
【００１０】
本発明におけるＭＥＭＳセンサは、
高さ方向に変位可能に支持されたシリコンからなる可動部を有する機能層と、
前記機能層と高さ方向に間隔を空けて対向配置された対向部材と、を有し、
前記対向部材には前記可動部と対向する位置に、前記可動部の高さ方向への変位を規制するストッパ部が設けられており、
前記ストッパ部は、Ｔｉ層と、前記Ｔｉ層の表面が酸化されてなるＴｉ酸化層とを有し、前記Ｔｉ酸化層は、前記ストッパ部の表面層を構成しており、
前記Ｔｉ酸化層の膜厚は、２．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下の範囲内で形成されることを特徴とするものである。これにより、可動部に対するスティッキング抑制効果を向上させることができる。
【００１１】
本発明では、前記Ｔｉ酸化層の膜厚は、４ｎｍ以上１０ｎｍ以下の範囲内で形成されることが好ましい。より効果的に、スティッキング抑制効果を向上させることができる。
【００１２】
また本発明では、前記Ｔｉ層と、前記Ｔｉ酸化層との間にＴｉ窒化層が介在していることが好ましい。このようにＴｉ窒化層を有する構造は、Ｔｉ層の表面に対して、窒素雰囲気中で加熱処理が行われたことを推測できる。そして、Ｔｉ層と、Ｔｉ酸化層との間にＴｉ窒化層が介在する構造とすることで、２．５ｎｍ〜１０ｎｍの膜厚を有するＴｉ酸化層をストッパ表面に適切に形成できる。
【００１３】
また本発明では、前記Ｔｉ層は、ＳｉＮあるいはＳｉＯ2からなる絶縁層の表面に形成されていることが好ましい。これにより、ストッパ部を所定高さに形成でき、また、生産コストの低減を図ることができる。
【００１４】
本発明は、
高さ方向に変位可能に支持されたシリコンからなる可動部を有する機能層と、
前記機能層に高さ方向に間隔を空けて対向配置された対向部材と、を有するＭＥＭＳセンサの製造方法において、
前記対向部材の前記可動部と対向する位置に、前記可動部の高さ方向への変位を規制するストッパ部を形成する際、
Ｔｉ層を形成する工程、
熱処理により、前記Ｔｉ層の表面に前記ストッパ部の表面層を構成する２．５ｎｍ〜１０ｎｍの膜厚を備えたＴｉ酸化層を形成する工程、
を有することを特徴とするものである。
【００１５】
上記のように本発明では、Ｔｉ層を形成した後、熱処理を施して、Ｔｉ層の表面にＴｉ酸化層を形成する。これにより自然酸化膜よりも厚いＴｉ酸化層を形成でき、本発明によれば、２．５ｎｍ〜１０ｎｍの膜厚を有するＴｉ酸化層を形成できる。これにより、スティッキング抑制効果に優れたＭＥＭＳセンサを形成することができる。
【００１６】
本発明では、前記熱処理は、前記機能層と前記対向部材間を接合する際に施される工程であることが好ましい。これにより、機能層と対向部材間の接合工程と同時に、ストッパ部のＴｉ層の表面に２．５ｎｍ〜１０ｎｍの膜厚を有するＴｉ酸化層を形成できる。
【００１７】
また本発明では、前記熱処理を、窒素雰囲気中で行うことが好ましい。これにより、Ｔｉ層とＴｉ酸化層との間にＴｉ窒化層を介在させることができる。
【００１８】
また本発明では、前記Ｔｉ層の形成後、プラズマ処理を行う工程を有することが好ましい。これにより、Ｔｉ酸化層の膜厚を効果的に厚く形成できる。具体的には、４ｎｍ〜１０ｎｍの膜厚を備えたＴｉ酸化層を形成することができる。
【００１９】
また本発明では、前記対向部材の前記機能層との接合部分に形成された金属接合層の金属下地層を前記Ｔｉ層で形成することが好ましい。これによりストッパ部のＴｉ層と、金属下地層としてのＴｉ層とを同じ工程で形成できる。
【００２０】
また本発明では、前記Ｔｉ層を、ＳｉＮあるいはＳｉＯ2からなる絶縁層の表面に形成することが好ましい。これにより所定の高さ寸法を有するストッパ部を適切に形成できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、従来に比べて、可動部に対するスティッキング抑制効果を向上させることができたＭＥＭＳセンサを形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ＭＥＭＳセンサを構成する機能層の平面図、
【図２】図１に示すＣ−Ｃ線により切断し矢印方向から見たＭＥＭＳセンサの縦断面図、
【図３】ＭＥＭＳセンサが静止している状態を示す斜視図、
【図４】ＭＥＭＳセンサが動作している状態を示す斜視図、
【図５】ＭＥＭＳセンサを構成する錘部が図示上向きに動作している状態を示す部分縦断面図、
【図６】ＭＥＭＳセンサを構成する錘部が図示下向きに動作している状態を示す部分縦断面図、
【図７】本実施形態におけるストッパ部の部分拡大縦断面図、
【図８】ＭＥＭＳセンサの製造方法を示す一工程図（部分縦断面図）、
【図９】図８の次の工程を示すＭＥＭＳセンサの部分縦断面図、
【図１０】図９の次の工程を示すＭＥＭＳセンサの部分縦断面図、
【図１１】実験に使用したＭＥＭＳセンサのサンプル１〜サンプル８に対してオージェ電子分光法による深さ分析を行った際のＴｉ酸化層のプロファイル分析結果、
【図１２】実験に使用したＭＥＭＳセンサのサンプル１〜サンプル８に対してオージェ電子分光法による深さ分析を行った際のＴｉ窒化層のプロファイル分析結果、
【図１３】実験に使用したＭＥＭＳセンサのサンプル１〜サンプル８に対してオージェ電子分光法による深さ分析を行った際のＴｉ層のプロファイル分析結果、
【図１４】サンプル２とサンプル６とのスティッキングのしやすさを説明するためのグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
各図に示すＭＥＭＳセンサに関しては、Ｙ方向が左右方向であり、Ｙ１方向が左方向でＹ２方向が右方向、Ｘ方向が前後方向であり、Ｘ１方向が前方でＸ２方向が後方である。また、Ｙ方向とＸ方向の双方に直交する方向が上下方向（Ｚ方向；高さ方向）である。
【００２４】
図１に示すＭＥＭＳセンサ１は、例えば、長方形の平板である導電性の機能層（シリコン基板）９を有して形成されている。すなわち、機能層９に、各部分の形状に対応する平面形状のレジスト層を形成し、レジスト層が存在していない部分で、シリコン基板をディープＲＩＥ（ディープ・リアクティブ・イオン・エッチング）のエッチング工程で切断することで、各部分に分離している。したがって、ＭＥＭＳセンサの機能層９に形成される各部分は、シリコン基板の表面と裏面の厚みの範囲内で構成されている。図３（図１に示す枠体部８を図示せず）に示すように、ＭＥＭＳセンサが静止状態のとき、機能層９は、表面全体と裏面全体が夫々、略同一面上に位置しているが、実際の機能層９は、地球の重力の影響で静止状態であっても若干変位を生じている。
【００２５】
図１に示すように、ＭＥＭＳセンサを構成する機能層９は、可動部２と、可動部２の周囲に枠体部８とを有している。
【００２６】
図１や図３に示すように、可動部２は、高さ方向（Ｚ）に平行に変位する錘部２ａと、錘部２ａの内側に設けられた回動支持部３，４，１４，１５とを有して構成される。
【００２７】
図１に示すように第１の回動支持部３は、前方（Ｘ１）に延びる連結腕３ａと、後方（Ｘ２）に延びる脚部３ｂとが一体に形成されている。また図１に示すように第２の回動支持部４は、後方（Ｘ２）に延びる連結腕４ａと、前方（Ｘ１）に延びる脚部４ｂとが一体に形成されている。
【００２８】
連結腕３ａ，４ａ及び脚部３ｂ，４ｂは各アンカ部５〜７から離れる方向であって、前後方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に平行に所定の幅寸法にて延出する形状で形成されている。
【００２９】
図１に示すように、可動部２の内側には、中央アンカ部５、左側アンカ部６及び右側アンカ部７が設けられている。各アンカ部５〜７は、左右方向（Ｙ）に所定の間隔を空けて設けられる。
【００３０】
各アンカ部５〜７は図２（図２は図１に示すＣ−Ｃ線に沿って切断し矢印方向から見た部分縦断面図である。ただし図２にはアンカ部５，６のみが図示されている）に示すように、支持基材１０に酸化絶縁層（ＳｉＯ2層）２５を介して固定支持される。
【００３１】
また、可動部２の周囲に設けられた枠体部８は、支持基材１０に酸化絶縁層（ＳｉＯ2層）２５を介して固定支持される。
【００３２】
導電性の支持基材１０は例えばシリコン基板である。酸化絶縁層２５は、可動部２と対向する位置には設けられていない。支持基材１０と、酸化絶縁層２５と、図１に示す可動部２、アンカ部５〜７、及び枠体部８を構成する機能層９とは、例えばＳＯＩ基板を構成している。支持基材１０、酸化絶縁層２５及び機能層９でセンサ基板２６を構成する。
【００３３】
図１に示すように、第１の回動支持部３の連結腕３ａの先端部と錘部２ａとが連結部１１ａにおいて回動自在に連結されており、第２の回動支持部４の連結腕４ａの先端部と錘部２ａとが連結部１１ｂにおいて回動自在に連結されている。
【００３４】
また図１に示すように、第１の回動支持部３の連結腕３ａは、左側アンカ部６と支点連結部１２ｂ、及び、中央アンカ部５と支持連結部１２ａにおいて回動自在に連結されている。また図１に示すように、第２の回動支持部４の第１連結腕４ａは、右側アンカ部７と支点連結部１３ｂ、及び、中央アンカ部５と支持連結部１３ａにおいて回動自在に連結されている。
【００３５】
また図１に示す実施形態では、左側アンカ部６の後方（Ｘ２）に、錘部２ａ及び左側アンカ部６と分離して形成された第３の回動支持部１４が設けられ、右側アンカ部７の前方（Ｘ１）に、錘部２ａ及び右側アンカ部７と分離して形成された第４の回動支持部１５が設けられている。
【００３６】
図１に示すように第３の回動支持部１４の先端部と錘部２ａとは、連結部１６ａにおいて、回動自在に連結されている。また、第４の回動支持部１５の先端部と錘部２ａとは、連結部１６ｂにおいて、回動自在に連結されている。また図１に示すように、第３の回動支持部１４と左側アンカ部６とは、支点連結部１７ａにおいて、回動自在に連結されている。また第４の回動支持部１５と右側アンカ部７とは、支点連結部１７ｂにおいて、回動自在に連結されている。
【００３７】
図１に示すように、第１の回動支持部３の連結腕３ａと第３の回動支持部１４との間が連結部１８ａを介して連結されている。また図１に示すように、第２の回動支持部４の連結腕４ａと第４の回動支持部１５との間が連結部１８ｂを介して連結されている。
【００３８】
各連結部１１ａ，１１ｂ，１６ａ，１６ｂ及び各支点連結部１２ａ，１３ａ，１３ｂ，１７ｂは、シリコン基板をエッチングにて幅細に切り出すことで、ばね性を有するトーションバー（ばね部）で構成される。
【００３９】
図２に示すように、ＭＥＭＳセンサ１には、錘部２ａと高さ方向にて離れた一方に支持基材１０と他方に対向部材３０が設けられる。図２に示すように対向部材３０の表面には、固定電極層３７が設けられている。対向部材３０は基材（シリコン基板）３０ａの表面に電気絶縁性の被覆層３０ｂが形成された構成であり、固定電極層３７は、前記被覆層３０ｂ上に導電性金属材料をスパッタし、またはメッキすることで形成されている。錘部２ａは可動電極として機能し、固定電極層３７とともに「検知部」を構成する。
【００４０】
図２に示すように被覆層３０ｂは、第１の被覆層３０ｂ１と第２の被覆層３０ｂ２の積層構造で形成されており、例えば、第１の被覆層３０ｂ１及び第２の被覆層３０ｂ２ともにＳｉＯ2または窒化シリコン（ＳｉＮ、ＳｉＮx）で形成されている。
【００４１】
図２に示すように、第１の被覆層３０ｂ１上に内部配線層２４が形成されている。そして内部配線層２４上に第２の被覆層３０ｂ２が形成され、前記内部配線層２４は被覆層３０ｂ内に埋められた状態になっている。
【００４２】
図２に示すように第２の被覆層３０ｂ２には内部配線層２４に繋がる貫通孔２７（図２には一つの貫通孔にのみ符号２７を付した）が形成されている。そして前記固定電極層３７が貫通孔２７を介して内部配線層２４に電気的に接続されている。
【００４３】
内部配線層２４は、枠体部８の外側にまで引き延ばされて、枠体部８の外側でパッド部に電気的に接続されている。また図２に示すように、第１の被覆層３０ｂ１と第２の被覆層３０ｂ２の双方を貫く貫通孔２８が形成された部分がある。前記貫通孔２８の内部は導電層２９で埋められており、前記導電層２９は基材３０ａに接触している。導電層２９は図示しない内部配線層に接続しているとともに、枠体部８の外側で、被覆層３０ｂの表面に形成されたグランドパッド３２に接続されている。
【００４４】
図２に示すように、被覆層３０ｂの表面には、突出部４０，４１が形成されている。突出部４０は、枠体部８と高さ方向（Ｚ）で対向する位置に形成されている。また各突出部４１は、各アンカ部５〜７と高さ方向（Ｚ）で対向する位置に形成されている。
【００４５】
図２に示すように、各突出部４０，４１の表面には金属下地層４４が形成されている。
図２に示すように、枠体部８と突出部４０との間、及び各アンカ部５〜７と突出部４１との間には、夫々、接合層５０，５１が形成されている。接合層５０，５１は第１の金属接合層（例えばＡｌ）５２と第２の金属接合層（例えばＧｅ）５３とが共晶接合されたものである。第１の金属接合層５２は金属下地層４４の表面に形成される。
【００４６】
また図２に示すように、被覆層３０ｂの表面には錘部２ａや脚部３ｂの先端部と高さ方向（Ｚ）で対向する位置に突起状のストッパ部４６が形成されている。
【００４７】
本実施形態のＭＥＭＳセンサ１に外部から例えば加速度が与えられると、加速度は、錘部２ａ、各アンカ部５〜７及び枠体部８に作用する。このとき、錘部２ａは慣性力によって絶対空間内で留まろうとし、その結果、各アンカ部５〜７に対して錘部２ａが加速度の作用方向と逆の方向へ相対的に移動する。そして図４に示すように、錘部２ａは慣性力により図３の静止状態の位置から高さ方向へ向けて変位すべく、第１の回動支持部３が支点連結部１２ａ、１２ｂを中心に高さ方向に回動し、第２の回動支持部４が支点連結部１３ａ，１３ｂを中心として高さ方向に回動し、第３の回動支持部１４が支点連結部１７ａを中心として高さ方向に回動し、第４の回動支持部１５が支点連結部１７ｂを中心として高さ方向に回動する。この回動動作時、各連結部１１ａ，１１ｂ，１６ａ，１６ｂ，１８ａ，１８ｂ及び支点連結部１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ、１７ａ，１７ｂに設けられたトーションバー（ばね部）は捩れ変形する。
【００４８】
本実施形態の錘部２ａの支持機構により錘部２ａを高さ方向（Ｚ）に効果的に平行移動させることが出来る。
【００４９】
本実施形態では、物理量変化により、脚部３ｂ，４ｂが、錘部２ａの変位方向とは逆方向に飛び出す構造となっている。脚部３ｂ，４ｂの先端部が図５に示すように対向部材３０に近づく方向に変位したとき、脚部３ｂ，４ｂの先端部が対向部材３０の表面に形成されたストッパ部４６のストッパ表面４６ａに当接するまで最大限、変位できる。脚部３ｂ，４ｂが、ストッパ部４６のストッパ表面４６ａに当接しても、錘部２ａは支持基材１０の表面１０ａに当接しない。
【００５０】
このように図１の実施形態では、錘部２ａの変位方向とは逆方向に変位する脚部３ｂ，４ｂを設け、錘部２ａの高さ方向（Ｚ）への変位を抑制するストッパ機構を設けている。
【００５１】
一方、図６では、脚部３ｂ，４ｂの先端部が図６に示すように対向部材３０から遠ざかる方向に変位したとき、錘部２ａは脚部３ｂ，４ｂが支持基材１０の表面１０ａに当接するよりも先に、錘部２ａが対向部材３０の表面に形成されたストッパ部４６のストッパ表面４６ａに当接し、錘部２ａの高さ方向への変位が抑制される。
【００５２】
本実施形態では、図７（ａ）に示すように、ストッパ部４６は、絶縁層４７と、絶縁層４７の表面に形成されたＴｉ層（チタン層）４８と、Ｔｉ層４８の表面に形成されたＴｉ酸化層（ＴｉＯ2層）４９との積層構造で形成される。Ｔｉ酸化層４９は、Ｔｉ層４８の表面を酸化して形成されたものである。
【００５３】
すなわち図７（ａ）に示すストッパ部４６は、下から上方に向けて（対向部材３０側から機能層９の方向に向けて）、絶縁層４７／Ｔｉ層４８／Ｔｉ酸化層４９の順に積層されている。
【００５４】
Ｔｉ酸化層４９は、前記ストッパ部４６の表面層を構成し、したがって前記Ｔｉ酸化層４９の表面が、ストッパ部４６のストッパ表面４６ａを構成している。
【００５５】
Ｔｉ層４８及びＴｉ酸化層４９の存在は、オージェ電子分光法により分析可能である。
Ｔｉ層４８及びＴｉ酸化層４９の膜厚Ｈ１，Ｈ２は、オージェ電子分光法によるデプスプロファイルから計算可能である。
【００５６】
本実施形態では、Ｔｉ層４８（Ｔｉ金属層）の膜厚Ｈ１は、４０ｎｍ〜７０ｎｍ程度である。
またＴｉ酸化層４９の膜厚Ｈ２は、２．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下の範囲内である。
【００５７】
Ｔｉ酸化層４９の膜厚Ｈ２が２．５ｎｍより薄くなると、シリコンからなる可動部に対し良好なスティッキング抑制効果を得ることができない。また、Ｔｉ酸化層４９の膜厚Ｈ２が１０ｎｍより厚くなると、Ｔｉ酸化層４９が軟らかくなり、かえってスティッキングが起きやすくなる。
【００５８】
したがってＴｉ酸化層４９の膜厚を２．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下に設定することで、シリコンからなる可動部に対し良好なスティッキング抑制効果を得ることができる。
【００５９】
上記したようにＴｉ酸化層４９は、Ｔｉ層４８の表面を酸化して形成されたものである。しかしながらＴｉ酸化層の膜厚Ｈ２を２．５ｎｍ以上にしようとする場合、自然酸化では不十分であり、後述するように酸化処理には熱処理が必要であり、加えて、プラズマ処理を施すことが好適である。
【００６０】
図２に示すＭＥＭＳセンサでは、第１の金属接合層５２と第２の金属接合層５３とを熱処理により共晶接合するため、この熱処理を用いてＴｉ層４８の表面にＴｉ酸化層４９を形成することができる。
【００６１】
Ｔｉ酸化層４９の膜厚Ｈ２は、４ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることが好ましい。これにより、スティッキング抑制効果をより向上させることができる。
【００６２】
上記したようにＴｉ酸化層４９は、ストッパ部４６の表面層を構成しているが、コンタミネーションや分析精度による誤差等により、Ｔｉ酸化層４９が、ストッパ表面４６ａと考えられる位置よりも多少、深い位置（最表面から数ｎｍ程度）から分析された場合であっても、Ｔｉ酸化層４９はストッパ部４６の表面層に位置していると定義される。
【００６３】
図２や図７（ａ）に示すように、ストッパ部４６は突起状であり、絶縁層４７が突起形状をなしている。絶縁層４７を第２の被覆層３０ｂ２と同じ材質とすることもできるし、異なる材質で形成することもできる。
【００６４】
本実施形態では、絶縁層４７を、ＳｉＮ（窒化シリコン）あるいはＳｉＯ2（酸化シリコン）で形成できる。絶縁層４７をＳｉＮで形成することが好適である。ＳｉＮは、膜応力が小さく厚い膜厚で形成可能である。したがってＳｉＮとすれば絶縁層４７を所定の高さ寸法で形成しやすくなる。また、第２の被覆層３０ｂ２は、例えばＡｌで形成された内部配線層２４との密着性を向上させるためにＳｉＮで形成されることが好適である。このため絶縁層４７もＳｉＮとすれば、絶縁層４７と第２の被覆層３０ｂ２とを一体で形成できるため、製造工程を容易化できる。
【００６５】
図７（ｂ）に示す実施形態に示すストッパ部４６には、Ｔｉ層４８とＴｉ酸化層４９との間にＴｉ窒化層５４が介在している。Ｔｉ窒化層５４の膜厚Ｈ３は、３ｎｍ〜８ｎｍ程度である。
【００６６】
すなわち図７（ｂ）のストッパ部４６は、下から絶縁層４７／Ｔｉ層４８／Ｔｉ窒化層５４／Ｔｉ酸化層４９の積層構造である。
【００６７】
図７（ｂ）に示すように、Ｔｉ層４８とＴｉ酸化層４９との間にＴｉ窒化層５４を有する構造は、Ｔｉ層４８の表面に対して、窒素雰囲気中で酸化処理が行われたことを推測できる。そして、Ｔｉ層４８と、Ｔｉ酸化層４９との間にＴｉ窒化層５４が介在する構造とすることで、後述する実験結果に示すように、２．５ｎｍ〜１０ｎｍの膜厚を有するＴｉ酸化層をストッパ表面に適切に形成できる。
【００６８】
図７（ｃ）に示すストッパ部４６は、下からＴｉ層４８／Ｔｉ酸化層４９の積層構造である。あるいは、下からＴｉ層４８／Ｔｉ窒化層５４／Ｔｉ酸化層４９の積層構造である。すなわち図７（ｃ）は、突起状のストッパ部４６が、Ｔｉ層４８で形成され、その表面が酸化された形態となっている。
【００６９】
ただし、図７（ｃ）ではストッパ部４６を所定の高さ寸法とするためにＴｉ層４８を厚く形成しなければならない。よって、ストッパ部４６を所定の高さ寸法で形成し、また生産コストを低減するには、絶縁層４７を用いて突起部を形成し、絶縁層４７の表面側にＴｉ層４８／Ｔｉ酸化層４９、あるいは、Ｔｉ層４８／Ｔｉ窒化層５４／Ｔｉ酸化層４９の構造を形成することが好適である。
【００７０】
図２に示す突出部４０、４１の表面に形成された金属下地層４４は、ストッパ部４６と同じＴｉ層であることが好適である。すなわち後述するように、突出部４０、及びストッパ部４６を構成する突起状の絶縁層４７の表面にＴｉ層を形成することで、金属下地層４４とストッパ部４６のＴｉ層４８とを同時に形成することができる。
【００７１】
図１には、錘部２ａ及び脚部３ｂ，４ｂに対するストッパ部４６の形成位置を示している。各ストッパ部４６の形成位置や個数は図１と異なっていてもよい。特に図１では、錘部２ａと脚部３ｂ，４ｂに対して共通のストッパ部４６を形成したが、錘部２ａと脚部３ｂ，４ｂの夫々に対してストッパ部を分けて形成することができる。スティッキング抑制効果は、ストッパ表面の面積が小さくなるほど高くできるため、ストッパ表面の面積が大きいストッパ部を形成するよりも、ストッパ表面が小さい複数のストッパ部に分けて形成することが好適である。
【００７２】
また図２に示すストッパ部４６は、錘部２ａ及び脚部３ｂ，４ｂの双方に対するものであるが、錘部２ａに対するストッパ部のみ、あるいは脚部３ｂ，４ｂに対するストッパ部のみ設けられた構成にすることも可能である。例えば、加速度が一方向のみに作用するような用途で、例えば必ず脚部３ｂ，４ｂが対向部材３０の方向へ変位する構成であれば、脚部３ｂ，４ｂに対するストッパ部のみ設けることができる。
【００７３】
なお上記した構成と異なって、可動部として錘部２ａは設けられているが、脚部３ｂ，４ｂがない構造にも本実施形態のストッパ構造を適用できる。
【００７４】
図８ないし図１０を用いて図２に示すＭＥＭＳセンサ１の製造方法を説明する。
図８に示す工程では、基材３０ａの表面に第１の被覆層３０ｂ１を形成し、第１の被覆層３０ｂ１の表面に内部配線層２４を形成する。更に第１の被覆層３０ｂ１上から内部配線層２４上にかけて第２の被覆層３０ｂ２を形成する。
【００７５】
各被覆層３０ｂ１，３０ｂ２はいずれも電気的な絶縁材料である。例えば、第１の被覆層３０ｂ１をＳｉＯ2で形成し、第２の被覆層３０ｂ２をＳｉＮ、ＳｉＮxで形成することができる。
【００７６】
第２の被覆層３０ｂ２の表面に、突出部４０，４１及び突起状のストッパ部４６を形成する。例えば第２の被覆層３０ｂの表面をエッチング等で削って、突出部４０，４１及びストッパ部４６を形成することができる。これにより第２の被覆層３０ｂ２及びストッパ部４６を構成する絶縁層４７を一体で形成できる。
【００７７】
あるいは、第２の被覆層３０ｂ２とは別に第２の被覆層３０ｂ２の表面に突出部４０，４１及びストッパ部４６（絶縁層４７）をスパッタ法等で形成することもできる。かかる場合、突出部４０，４１及びストッパ部４６（絶縁層４７）を、ＳｉＮやＳｉＯ2で形成できる。
【００７８】
次に内部配線層２４にまで通じる貫通孔２７を形成する。さらに突出部４０，４１、ストッパ部４６（絶縁層４７）、第２の被覆層３０ｂ２の表面にＴｉ層４８を形成する。なお図９では、ストッパ部４６の表面にのみ符号４８が図示されているが、図９はＴｉ層４８の加工後の状態を示しており、実際には、突出部４０，４１の表面に金属下地層４４等として残されている。
【００７９】
次の接合工程に移る前に、Ｔｉ層に対してプラズマ処理を行う。
Ｔｉ層４８を、４０ｎｍ〜８０ｎｍ程度の膜厚となるようにスパッタ等で形成する。
【００８０】
製造工程中のＭＥＭＳセンサ基板をプラズマ装置内にセットし、酸素を含むガスでプラズマ照射する。これによりＴｉ層の表面は活性化され、Ｔｉ層の表面にＴｉ酸化層を安定した厚みで均質に形成することができる。プラズマ処理の条件としては、プラズマ処理時間を５分〜３０分程度とし、真空度を、１〜５Ｐａとし、プラズマ出力を、１〜５ｋＷとし、酸素の供給量を、０．１〜０．５Ｐａ・ｍ3／ｓ程度とする。またプラズマ処理時間は、１０分以上であることが好ましく、２０分以上であることがより好ましい。
【００８１】
プラズマ処理により、Ｔｉ層４８の表面にＴｉ酸化層を形成できるが、このときのＴｉ酸化層の膜厚は、０．５ｎｍ〜１．５ｎｍ程度であり、良好なスティッキング抑制効果を得るには、まだ薄い膜厚となっている。なお自然酸化では、Ｔｉ酸化層の膜厚は０．５ｎｍ以下程度と非常に薄い。
【００８２】
Ｔｉ層は、ストッパ部４６として用いられるだけでなく、突出部４０，４１における金属下地層４４としても用いられる。図９に示すように、金属下地層４４の表面に、第１の金属接合層５２を形成する。第１の金属接合層５２を例えばＡｌで形成する。
【００８３】
また固定電極層３７を形成するが、固定電極層３７についても、金属下地層とＡｌ層との積層構造で形成することができる。
【００８４】
Ｔｉ層については、最初、突出部４０，４１、ストッパ部４６（絶縁層４７）、第２の被覆層３０ｂ２の表面全域に形成した後、不要なＴｉ層をエッチング等で除去することができる。
【００８５】
Ｔｉ層に対するプラズマ処理のタイミングは、Ｔｉ層を成膜した直後や、図９に示す第１の金属接合層５２を形成した後等であってもよい。
【００８６】
図１０の工程では、機能層９、支持基材１０及び酸化絶縁層２５のＳＯＩ基板を加工して形成されたセンサ基板２６の枠体部８や、各アンカ部５〜７の表面に第２の金属接合層５３を形成する。第２の金属接合層５３を例えばＧｅで形成する。
【００８７】
そして第１の金属接合層５２と第２の金属接合層５３とを重ねて熱処理を施し、共晶接合させて、センサ基板２６と対向部材３０とを接合する。
熱処理温度は、４２０〜４４０℃程度、熱処理時間は、１０〜３０分程度である。
【００８８】
この熱処理により、第１の金属接合層５２と第２の金属接合層５３間を共晶接合できるとともに、ストッパ部４６に設けられたＴｉ層４８の表面に２．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下の膜厚を有するＴｉ酸化層４９（図７参照）を形成することができる。
【００８９】
本実施形態では、Ｔｉ層４８に対して、図１０の工程での熱処理が必須である。これにより、Ｔｉ酸化層４９の膜厚を厚くできる。また熱処理に加えて、図９で説明したプラズマ処理も施すことで、緻密な酸化層を形成でき、特に４ｎｍ以上１０ｎｍ以下の膜厚を有するＴｉ酸化層４９を形成できる。
【００９０】
図１０での熱処理工程を窒素雰囲気中で行うことで、図７（ｂ）に示すように、Ｔｉ層４８とＴｉ酸化層４９との間にＴｉ窒化層５４を介在させることができる。Ｔｉ窒化層５４の膜厚を、３ｎｍ〜８ｎｍ程度で形成できる。
【００９１】
上記したＭＥＭＳセンサの製造方法によれば、Ｔｉ層４８を形成した後、熱処理を施して、Ｔｉ層４８の表面にＴｉ酸化層４９を形成する。これにより自然酸化膜よりも厚いＴｉ酸化層４９を形成でき、具体的には、２．５ｎｍ〜１０ｎｍの膜厚を有するＴｉ酸化層４９を形成できる。これにより、スティッキング抑制効果に優れたＭＥＭＳセンサを適切且つ容易に形成することができる。
【００９２】
上記したように、Ｔｉ層４８に対する酸化処理としては、熱処理とプラズマ処理との双方を行うことが好適である。
【００９３】
本実施形態は加速度センサのみならず角速度センサ、衝撃センサ等、ＭＥＭＳセンサ全般に適用可能である。
【実施例】
【００９４】
実験では、以下の表１に示すＭＥＭＳセンサのサンプル１〜サンプル８を作製し、ストッパ部のＴｉ層に対する酸化条件を変えて、Ｔｉ層の表面に形成されるＴｉ酸化層や内部に形成されるＴｉ窒化層の膜厚を測定した。
【００９５】
【表１】
0005898556.tif 000002
【００９６】
表１に示すようにサンプル１〜サンプル６については、Ｔｉ層の成膜時の膜厚を６０ｎｍとした。また、サンプル７及びサンプル８については、Ｔｉ層の成膜時の膜厚を４０ｎｍとした。
【００９７】
表１に示すように、サンプル１，サンプル２については、プラズマ処理を行わなかった。また表１の示すようにサンプル３〜サンプル８についてはプラズマ処理を行ったが、プラズマ処理時間を５分、あるいは３０分に設定した。またプラズマ処理時間以外の要件については、真空度を、２Ｐａとし、プラズマ出力を、２ｋＷとし、酸素の供給量を、０．１５Ｐａ・ｍ3／ｓとした。なお、プラズマ装置はＩＣＰ−ＲＩＥ（誘導結合型プラズマ反応性イオンエッチング）（Inductive Coupled Plasma Reactive Ion Etching）装置（パナソニック製Ｅ６２０）を使用した。
【００９８】
また表１に示すように、サンプル２、サンプル４、サンプル６及びサンプル８（いずれも実施例）については熱処理を行った。熱処理条件を４３０℃、１５分とした。また熱処理を窒素雰囲気中で行った。
【００９９】
実験では、各サンプルについて、オージェ電子分光法によりＴｉＯ2のデプスプロファイルを測定した。測定条件としては、以下の通りとした。また、測定装置には日本電子製ＪＡＭＰ−７８３０Ｆを使用した。
一次電子エネルギー、電流：５ｋｅＶ、１０ｎＡ
その入射角：試料法線に対して１５°
ビーム径：１０ｎｍ
イオンスパッタエネルギー、電流：２ｋｅＶ、１０ｎＡ
その入射角度：試料法線に対して１５°
そのスパッタ速度：４．１ｎｍ／ｍｉｎ
【０１００】
実験結果が図１１に示されている。横軸のスパッタ時間はストッパ表面からの深さ方向に換算できる。すなわち図１１に示すデプスプロファイルから、各サンプルにおけるＴｉ酸化層の膜厚を測定できる。Ｔｉ酸化層の膜厚は、図１１に示す各ピーク強度の半値幅となるスパッタ時間に基づいて計算できる。
【０１０１】
図１１に示すように、熱処理を行ったサンプル２、サンプル４、サンプル６及びサンプル８（いずれも実施例）については、熱処理を行っていないサンプル１、サンプル３、サンプル５及びサンプル７（いずれも比較例）よりも強度ピークがストッパ表面側から膜厚の深さ方向に移動しており、サンプル２、サンプル４、サンプル６及びサンプル８は、サンプル１、サンプル３、サンプル５及びサンプル７よりもＴｉ酸化層の膜厚が厚くなっていることがわかった。
【０１０２】
なおサンプル３のデプスプロファイルは、グラフ上でやや見難くなっているが、他の比較例とほぼ同じデプスプロファイルとなった。図１２，図１３についても同様である。
【０１０３】
表１に、各サンプルにおけるＴｉ酸化層の膜厚を示す。表１に示すように、熱処理を行っていないサンプル１、サンプル３、サンプル５、サンプル７は、いずれもＴｉ酸化層の膜厚が１ｎｍ以下となった。
【０１０４】
一方、熱処理を行ったサンプル２、サンプル４、サンプル６及びサンプル８では、いずれもＴｉ酸化層の膜厚が２．５ｎｍ以上となった。またＴｉ酸化層の上限値であるが、１０ｎｍとした。Ｔｉ酸化層が１０ｎｍより厚くなると酸化層が軟らかくなり、かえって可動部との間でスティッキングが生じやすくなるためである。
【０１０５】
サンプル４、サンプル６、及びサンプル８については、熱処理及び酸素プラズマ処理の双方を行った。表１に示すように、サンプル６では、Ｔｉ酸化層の膜厚を４ｎｍ以上にできることがわかった。これは、プラズマ処理をある一定の時間以上行うと、未反応の酸素原子がストッパ表面により多く付着するようになり、この未反応の酸素原子が熱処理によりＴｉ酸化層としてストッパ表面により厚く積層されたためと考えられる。
【０１０６】
続いて、各サンプルについて、オージェ電子分光法によりＴｉＮのデプスプロファイルを測定した。測定条件は、上記に示した通りである。
【０１０７】
図１２に示すように、熱処理を行ったサンプル２、サンプル４、サンプル６及びサンプル８（いずれも実施例）については、強度ピークがスパッタ時間で２０秒〜６０秒あたりに出ており、サンプル２、サンプル４、サンプル６及びサンプル８では、Ｔｉ酸化層の下側にＴｉ窒化層が形成されていることがわかった。なお、いずれのサンプルにおいてもスパッタ時間が１５０秒〜２５０秒あたりに強度ピークが見られるが、これは、Ｔｉ層の下に形成されているＴｉＮ層との反応によるものである。
【０１０８】
このようにサンプル２、サンプル４、サンプル６及びサンプル８において、Ｔｉ層とＴｉ酸化層との間にＴｉ窒化層が介在する理由は、熱処理を窒化雰囲気中で行ったことによるものと考えられる。
【０１０９】
表１に示すように、サンプル２、サンプル４、サンプル６及びサンプル８におけるＴｉ窒化層の膜厚は、３ｎｍ〜６ｎｍ程度であった。
【０１１０】
続いて、各サンプルについて、オージェ電子分光法によりＴｉ（金属）のデプスプロファイルを測定した。測定条件は、上記に示した通りである。
【０１１１】
図１３に示すように、熱処理を行ったサンプル２、サンプル４、サンプル６及びサンプル８（いずれも実施例）については、図１２で測定されたＴｉ窒化層の下側にＴｉ層が存在することがわかった。すなわち、熱処理を行ったサンプル２、サンプル４、サンプル６及びサンプル８では、下からＴｉ層／Ｔｉ窒化層／Ｔｉ酸化層の順に積層されていることがわかった。
【０１１２】
続いて、サンプル２及びサンプル６のＭＥＭＳセンサを用いてスティッキングのしやすさについて実験を行った。図１４に示す横軸は電圧印加により可動部とストッパ部とをくっ付けた状態から逆電圧を印加して可動部とストッパ部との間が離れたときの逆電圧値であり、グラフの左にいくほど小さい逆電圧で可動部とストッパ部とが離れ、すなわちスティッキングしにくい状態にあり、グラフの右にいくほど大きい逆電圧を印加しないと可動部とストッパ部とが離れず、すなわちスティッキングしやすい状態にある。図１４に示す縦軸はＭＥＭＳセンサの個数（頻度）を示している。
【０１１３】
サンプル６のほうがサンプル２よりも逆電圧値の小さいＭＥＭＳセンサが多く存在し、したがってサンプル６のほうがサンプル２よりもスティッキング抑制効果が高いことがわかった。
【０１１４】
サンプル２及びサンプル６はいずれも実施例に該当し、スティッキング抑制効果は双方とも良好である。ただしＴｉ酸化層の厚いサンプル６のほうがサンプル２よりも、スティッキング抑制効果が高いことがわかった。
【０１１５】
この実験結果から、Ｔｉ酸化層の膜厚が２．５ｎｍ〜１０ｎｍの範囲内にある実施例に該当するサンプル２、サンプル４、サンプル６及びサンプル８では、Ｔｉ酸化層の膜厚が非常に薄い比較例に該当するサンプル１、サンプル３、サンプル５及びサンプル７よりも、良好なスティッキング抑制効果が得られることがわかった。
【０１１６】
またＴｉ酸化層の膜厚が４ｎｍ以上となるサンプル６が最もスティッキング抑制効果に優れることがわかった。
【符号の説明】
【０１１７】
１  ＭＥＭＳセンサ
２  可動部
２ａ  錘部
３ｂ，４ｂ  脚部
５〜７  アンカ部
８  枠体部
９  機能層
１０  支持基材
２４  内部配線層
２６  センサ基板
３０  対向部材
３０ａ  基材
３０ｂ、３０ｂ１、３０ｂ２  被覆層
３７  固定電極層
４０、４１  突出部
４４  金属下地層
４６  ストッパ部
４６ａ  ストッパ表面
４７  絶縁層
４８  Ｔｉ層
４９  Ｔｉ酸化層
５０、５１  接合層
５２  第１の金属接合層
５３  第２の金属接合層
５４  Ｔｉ窒化層
【図１】
0005898556.tif 000003
【図２】
0005898556.tif 000004
【図３】
0005898556.tif 000005
【図４】
0005898556.tif 000006
【図５】
0005898556.tif 000007
【図６】
0005898556.tif 000008
【図７】
0005898556.tif 000009
【図８】
0005898556.tif 000010
【図９】
0005898556.tif 000011
【図１０】
0005898556.tif 000012
【図１１】
0005898556.tif 000013
【図１２】
0005898556.tif 000014
【図１３】
0005898556.tif 000015
【図１４】
0005898556.tif 000016