(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の部材と、第２の部材と、前記第１の部材と前記第２の部材との間に位置する機能層とを有するＭＥＭＳセンサにおいて、
前記機能層には、可動部と、前記可動部を支持する支持部と、前記可動部および前記支持部が位置する動作領域と外部領域とを区画する枠体とが形成され、前記枠体と前記第１の部材とが、前記動作領域の全周を囲む第１の絶縁層を介して接合され、前記枠体と前記第２の部材とが、前記動作領域の全周を囲む金属結合部を介して接合されており、
前記金属結合部では、前記第２の部材の前記枠体との対向面に第１の金属層が形成され、前記枠体の前記第２の部材との対向面に第２の金属層が形成され、前記第１の金属層と前記第２の金属層とが加熱され加圧されて互いに接合されており、
前記第１の絶縁層の外周側面は、前記枠体の外周側面よりも前記動作領域の方向である内側に後退しており、
前記第１の金属層と前記第２の金属層との接合界面の外周端部は、前記第１の絶縁層の外周側面よりも前記動作領域から離れる方向である外側に位置し、前記枠体の外周側面と高さ方向にて一致していることを特徴とするＭＥＭＳセンサ。
【請求項２】
前記第１の金属層と前記第２の金属層との接合界面の内周端部は、前記第１の絶縁層の内周側面よりも、前記動作領域から離れる方向に位置している請求項１記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項３】
下から前記第２の部材、前記機能層及び前記第１の部材の順に積層され、前記金属結合部では、前記第１の金属層が前記第２の金属層の下側に位置しており、
加熱され加圧されたときに、前記金属結合部の接合界面よりも前記外部領域へはみ出した前記第１の金属層の高さが、前記枠体の前記第２の部材との対向面以下に位置している請求項１又は２に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項４】
下から前記第２の部材、前記機能層及び前記第１の部材の順に積層され、前記金属結合部では、前記第１の金属層が前記第２の金属層の下側に位置しており、
前記第１の金属層は、前記金属結合部の接合界面よりも前記外部領域へはみ出しており、
前記第１の部材の外周側面は、前記枠体の外周側面と高さ方向にて一致するか、あるいは前記枠体の外周側面よりも外側に位置するとともに、前記第１の金属層の外周端部よりも内側に位置している請求項１ないし３のいずれか１項に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項５】
第１の部材と、第２の部材と、前記第１の部材と前記第２の部材との間に位置する機能層とを有するＭＥＭＳセンサにおいて、
前記機能層には、可動部と、前記可動部を支持する支持部と、前記可動部および前記支持部が位置する動作領域と外部領域とを区画する枠体とが形成され、前記枠体と前記第１の部材とが、前記動作領域の全周を囲む第１の絶縁層を介して接合され、前記枠体と前記第２の部材とが、前記動作領域の全周を囲む金属結合部を介して接合されており、
前記金属結合部では、前記第２の部材の前記枠体との対向面に第１の金属層が形成され、前記枠体の前記第２の部材との対向面に第２の金属層が形成され、前記第１の金属層と前記第２の金属層とが加熱され加圧されて互いに接合されており、
前記第１の絶縁層の外周側面は、前記枠体の外周側面よりも前記動作領域の方向である内側に後退しており、
前記第１の金属層と前記第２の金属層との接合界面の外周端部は、前記第１の絶縁層の外周側面よりも前記動作領域から離れる方向である外側に位置し、
前記第１の金属層と前記第２の金属層との接合界面の内周端部は、前記第１の絶縁層の内周側面よりも、前記動作領域から離れる方向に位置していることを特徴とするＭＥＭＳセンサ。
【請求項６】
下から前記第２の部材、前記機能層及び前記第１の部材の順に積層され、前記金属結合部では、前記第１の金属層が前記第２の金属層の下側に位置しており、
加熱され加圧されたときに、前記金属結合部の接合界面よりも前記外部領域へはみ出した前記第１の金属層の高さが、前記枠体の前記第２の部材との対向面以下に位置している請求項５記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項７】
下から前記第２の部材、前記機能層及び前記第１の部材の順に積層され、前記金属結合部では、前記第１の金属層が前記第２の金属層の下側に位置しており、
前記第１の金属層は、前記金属結合部の接合界面よりも前記外部領域へはみ出しており、
前記第１の部材の外周側面は、前記枠体の外周側面と高さ方向にて一致するか、あるいは前記枠体の外周側面よりも外側に位置するとともに、前記第１の金属層の外周端部よりも内側に位置している請求項５又は６に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項８】
第１の部材と、第２の部材と、前記第１の部材と前記第２の部材との間に位置する機能層とを有するＭＥＭＳセンサにおいて、
前記機能層には、可動部と、前記可動部を支持する支持部と、前記可動部および前記支持部が位置する動作領域と外部領域とを区画する枠体とが形成され、前記枠体と前記第１の部材とが、前記動作領域の全周を囲む第１の絶縁層を介して接合され、前記枠体と前記第２の部材とが、前記動作領域の全周を囲む金属結合部を介して接合されており、
前記金属結合部では、前記第２の部材の前記枠体との対向面に第１の金属層が形成され、前記枠体の前記第２の部材との対向面に第２の金属層が形成され、前記第１の金属層と前記第２の金属層とが加熱され加圧されて互いに接合されており、
前記第１の絶縁層の外周側面は、前記枠体の外周側面よりも前記動作領域の方向である内側に後退しており、
前記第１の金属層と前記第２の金属層との接合界面の外周端部は、前記第１の絶縁層の外周側面よりも前記動作領域から離れる方向である外側に位置し、
下から前記第２の部材、前記機能層及び前記第１の部材の順に積層され、前記金属結合部では、前記第１の金属層が前記第２の金属層の下側に位置しており、
加熱され加圧されたときに、前記金属結合部の接合界面よりも前記外部領域へはみ出した前記第１の金属層の高さが、前記枠体の前記第２の部材との対向面以下に位置していることを特徴とするＭＥＭＳセンサ。
【請求項９】
前記第１の金属層は、前記金属結合部の接合界面よりも前記外部領域へはみ出しており、
前記第１の部材の外周側面は、前記枠体の外周側面と高さ方向にて一致するか、あるいは前記枠体の外周側面よりも外側に位置するとともに、前記第１の金属層の外周端部よりも内側に位置している請求項８記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項１０】
第１の部材と、第２の部材と、前記第１の部材と前記第２の部材との間に位置する機能層とを有するＭＥＭＳセンサにおいて、
前記機能層には、可動部と、前記可動部を支持する支持部と、前記可動部および前記支持部が位置する動作領域と外部領域とを区画する枠体とが形成され、前記枠体と前記第１の部材とが、前記動作領域の全周を囲む第１の絶縁層を介して接合され、前記枠体と前記第２の部材とが、前記動作領域の全周を囲む金属結合部を介して接合されており、
前記金属結合部では、前記第２の部材の前記枠体との対向面に第１の金属層が形成され、前記枠体の前記第２の部材との対向面に第２の金属層が形成され、前記第１の金属層と前記第２の金属層とが加熱され加圧されて互いに接合されており、
前記第１の絶縁層の外周側面は、前記枠体の外周側面よりも前記動作領域の方向である内側に後退しており、
前記第１の金属層と前記第２の金属層との接合界面の外周端部は、前記第１の絶縁層の外周側面よりも前記動作領域から離れる方向である外側に位置し、
下から前記第２の部材、前記機能層及び前記第１の部材の順に積層され、前記金属結合部では、前記第１の金属層が前記第２の金属層の下側に位置しており、
前記第１の金属層は、前記金属結合部の接合界面よりも前記外部領域へはみ出しており、
前記第１の部材の外周側面は、前記枠体の外周側面と高さ方向にて一致するか、あるいは前記枠体の外周側面よりも外側に位置するとともに、前記第１の金属層の外周端部よりも内側に位置していることを特徴とするＭＥＭＳセンサ。
【請求項１１】
前記金属結合部の外周表面が保護絶縁層により覆われている請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項１２】
前記第２の部材は、前記機能層の外周側面及び前記第１の部材の外周側面よりも前記外部領域に延出した延出部を有し、
前記第２の部材は、基材と、前記基材の前記機能層との対向面側に設けられた第２の絶縁層と、前記第２の絶縁層内に埋設された内部配線層と、前記内部配線層と電気的に接続され、前記可動部と対向した位置にて前記第２の絶縁層の表面に設けられた対向電極層と、前記内部配線層と電気的に接続され、前記延出部にて前記第２の絶縁層の表面に設けられたパッド部と、を有して構成され、前記パッド部が高さ方向にて開放されている請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項１３】
前記第１の部材、前記第２の部材及び前記機能層を有するＭＥＭＳセンサ本体が収納体に支持され、前記ＭＥＭＳセンサ本体と前記収納体との間に樹脂層が充填されてパッケージ化されている請求項１ないし１２のいずれか１項に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項１４】
第１の部材と第１の絶縁層を介して接合してなる機能層の、動作領域と外部領域とを区画する枠体の表面に第２の金属層を形成する工程、
前記機能層の不要な部分を除去して、前記機能層を、可動部、前記可動部を支持する支持部、及び前記枠体に区画し、このとき、前記枠体の外周側面から前記第２の金属層の外周側面までの後退量Ｔ１を、前記第１の絶縁層を前記支持部及び前記枠体との間に残し前記可動部との間にて除去する次工程にて形成される、前記枠体の外周側面から前記第１の絶縁層の外周側面までの後退量Ｔ２よりも小さくする工程、
前記第１の絶縁層を、前記支持部及び前記枠体との間に残し、前記可動部との間にて除去する工程、
第２の部材の前記枠体と対向する表面に、外周側面が、前記第２の金属層の外周側面よりも外側にまで延出する第１の金属層を形成し、前記第１の金属層と、前記第２の金属層とを対向配置して、加熱及び加圧により互いに接合して、前記第１の金属層と前記第２の金属層との接合界面の外周端部を、前記第１の絶縁層の外周側面よりも外側に位置させる工程、
を有することを特徴とするＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項１５】
前記枠体の外周側面に沿って切断したとき、その切断面上に前記第２の金属層の外周側面を一致させて、前記後退量Ｔ１を０にする請求項１４記載のＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項１６】
前記第１の金属層と前記第２の金属層からなる金属結合部の外周表面を保護絶縁層により覆う工程を有する請求項１４又は１５に記載のＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項１７】
前記第２の部材は配線基板であり、前記第１の部材の外周部を切断する工程を含み、前記第１の部材の外周部を切断して前記配線基板に設けられたパッド部を開放させる請求項１４ないし１６のいずれか１項に記載のＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項１８】
前記第１の金属層は、前記金属結合部の接合界面よりも前記外部領域へはみ出しており、
前記第１の部材の外周側面が、前記枠体の外周側面と高さ方向にて一致するか、あるいは前記枠体の外周側面よりも外側に位置するとともに、前記第１の金属層の外周端部よりも内側に位置するように、前記第１の部材の外周部を切断する請求項１４ないし１７のいずれか１項に記載のＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項１９】
前記第１の部材、前記第２の部材及び前記機能層を有するＭＥＭＳセンサ本体を収納体内に固定支持し、前記ＭＥＭＳセンサ本体と前記収納体との間に樹脂を充填する工程を有する請求項１４ないし１８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、シリコン（Silicon）層を微細加工して形成されたＭＥＭＳセンサに係り、特に、動作領域が金属結合部で囲まれて封止されているＭＥＭＳセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
以下の特許文献１に記載されているＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical Systems）センサは、例えば、２つのシリコンウェハが、ＳｉＯ2層の酸化絶縁層（Insulator）を挟んで一体に接合されたＳＯＩ基板を加工して形成されている。
【０００３】
ＳＯＩ基板の一方のシリコンウェハが第１の部材（支持基板）となり、他方のシリコンウェハが機能層となる。機能層が微細加工されて、可動部とこの可動部を支持する支持部とが形成され、さらに機能層の一部によって可動部と支持部とを有する動作領域を囲む枠体が形成されている。また、シリコンウェハで形成された第２の部材（配線基板）が、機能層に重ねられ、前記枠体と第２の部材とが接合されて、前記動作領域が外部領域から区画されて密閉されている。
【０００４】
以下の特許文献１に記載された発明は、第２の部材の表側に現れている絶縁層の表面にアルミニウム層が形成され、枠体の表面にゲルマニウム層が形成され、アルミニウム層とゲルマニウム層とが加熱され加圧されて共晶接合または拡散接合により結合されて金属結合部が形成されている。この金属結合部を用いると、加熱および加圧という簡単な作業で、第２の部材と枠体とを接合して動作領域を密閉できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＷＯ２０１０／０３２８２１号
【特許文献２】特開平６−２８９０４９号公報
【特許文献３】特開２００６−８４３２７号公報
【特許文献４】特開２００４−３１１９５１号公報
【特許文献５】特開２０１０−２４３４２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来では、金属結合部の接合界面に作用する応力の均一性が悪く、接合強度が低下しあるいは接合強度のばらつきが問題となった。
【０００７】
また、特許文献２に記載されているように、機能層と第２の部材の接合部の周囲にパッシベーション層すなわち保護絶縁層を形成する構成としたとき、特許文献３や特許文献４のように、金属結合部における接合界面の外周端部が酸化絶縁層の外周側面よりも動作領域である内側に後退していると（後述する比較例の形態）、金属結合部を構成する金属層が外側に流失しやすく、保護絶縁層を形成するための隙間が極端に狭くなるといった問題があった。また特許文献５の構成でも金属結合部を構成する金属層が加圧、加熱により外側に流失し、はみ出した金属層が大きく盛り上がってしまう。そのため、金属結合部の外周表面に保護絶縁層を適切に被覆できず、保護絶縁層が途切れてしまう等、金属結合部の腐食を適切に防止できないといった問題が生じた。
【０００８】
そこで本発明は上記従来の課題を解決するものであり、特に金属結合部の接合界面に作用する応力の均一性を向上させ、封止性を向上させた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】
【０００９】
本発明は、第１の部材と、第２の部材と、前記第１の部材と前記第２の部材との間に位置する機能層とを有するＭＥＭＳセンサにおいて、
前記機能層には、可動部と、前記可動部を支持する支持部と、前記可動部および前記支持部が位置する動作領域と外部領域とを区画する枠体とが形成され、前記枠体と前記第１の部材とが、前記動作領域の全周を囲む第１の絶縁層を介して接合され、前記枠体と前記第２の部材とが、前記動作領域の全周を囲む金属結合部を介して接合されており、
前記金属結合部では、前記第２の部材の前記枠体との対向面に第１の金属層が形成され、前記枠体の前記第２の部材との対向面に第２の金属層が形成され、前記第１の金属層と前記第２の金属層とが加熱され加圧されて互いに接合されており、
前記第１の絶縁層の外周側面は、前記枠体の外周側面よりも前記動作領域の方向である内側に後退しており、
前記第１の金属層と前記第２の金属層との接合界面の外周端部は、前記第１の絶縁層の外周側面よりも前記動作領域から離れる方向である外側に位置するものであり、さらに、
（１）前記第１の金属層と前記第２の金属層との接合界面の外周端部は、前記枠体の外周側面と高さ方向にて一致していること、
（２）前記第１の金属層と前記第２の金属層との接合界面の内周端部は、前記第１の絶縁層の内周側面よりも、前記動作領域から離れる方向に位置していること、
（３）下から前記第２の部材、前記機能層及び前記第１の部材の順に積層され、前記金属結合部では、前記第１の金属層が前記第２の金属層の下側に位置しており、
加熱され加圧されたときに、前記金属結合部の接合界面よりも前記外部領域へはみ出した前記第１の金属層の高さが、前記枠体の前記第２の部材との対向面以下に位置していること、
（４）下から前記第２の部材、前記機能層及び前記第１の部材の順に積層され、前記金属結合部では、前記第１の金属層が前記第２の金属層の下側に位置しており、
前記第１の金属層は、前記金属結合部の接合界面よりも前記外部領域へはみ出しており、
前記第１の部材の外周側面は、前記枠体の外周側面と高さ方向にて一致するか、あるいは前記枠体の外周側面よりも外側に位置するとともに、前記第１の金属層の外周端部よりも内側に位置していること、
の少なくともいずれかを特徴とするものである。
【００１０】
また本発明におけるＭＥＭＳセンサの製造方法は、
第１の部材と第１の絶縁層を介して接合してなる機能層の、動作領域と外部領域とを区画する枠体の表面に第２の金属層を形成する工程、
前記機能層の不要な部分を除去して、前記機能層を、可動部、前記可動部を支持する支持部、及び前記枠体に区画し、このとき、前記枠体の外周側面から前記第２の金属層の外周側面までの後退量Ｔ１を、前記第１の絶縁層を前記支持部及び前記枠体との間に残し前記可動部との間にて除去する次工程にて形成される、前記枠体の外周側面から前記第１の絶縁層の外周側面までの後退量Ｔ２よりも小さくする工程、
前記第１の絶縁層を、前記支持部及び前記枠体との間に残し、前記可動部との間にて除去する工程、
第２の部材の前記枠体と対向する表面に、外周側面が、前記第２の金属層の外周側面よりも外側にまで延出する第１の金属層を形成し、前記第１の金属層と、前記第２の金属層とを対向配置して、加熱及び加圧により互いに接合して、前記第１の金属層と前記第２の金属層との接合界面の外周端部を、前記第１の絶縁層の外周側面よりも外側に位置させる工程、
を有することを特徴とするものである。
【００１１】
これにより、第１の金属層と第２の金属層間を加熱・加圧したとき、接合界面の外周端部が、第１の絶縁層の外周側面よりも内側に後退した形態（比較例）に比べて、第１の金属層と第２の金属層との間の接合界面に加わる応力を均一にできる。よって金属結合部での封止性を向上させることが可能になる。
【００１２】
また本発明では、比較例に比べて、前記接合界面の外周端部に加わる応力を弱めることができ、よって第１の金属層が潰れて外部領域にはみ出したことによる盛り上がりの高さを低く抑えることが出来る。したがって前記金属結合部の外周表面を保護絶縁層により覆う形態では、前記保護絶縁層を金属結合部の外周表面に途切れることなく形成しやすくなる。保護絶縁層を途切れることなく形成できることで、金属結合部の腐食を防止しやすくなる。
【００１３】
本発明では、前記第１の金属層と前記第２の金属層との接合界面の外周端部は、前記枠体の外周側面と高さ方向に一致していることが好適である。上記の製造方法においては、前記枠体の外周側面に沿って切断したとき、その切断面上に前記第２の金属層の外周側面を一致させて、前記後退量Ｔ１を０にすることが好適である。これにより、接合界面の外周端部を枠体の外周側面よりも内側に後退させた形態に比べて、保護絶縁層を金属結合部の外周表面に成膜するときの間口を広くできるため、保護絶縁層を均一な膜厚で簡単且つ適切に成膜することができる。
【００１４】
また本発明では、前記第１の金属層と前記第２の金属層との接合界面の内周端部は、前記第１の絶縁層の内周側面よりも、前記動作領域から離れる方向に位置していることが好ましい。これにより、より効果的に、第１の金属層と第２の金属層との間の接合界面の外周端部に加わる応力を弱めることができ、よって第１の金属層が潰れて外部領域にはみ出したことによる盛り上がりの高さをより低く抑えることが出来る。
【００１５】
また本発明では、下から前記第２の部材、前記機能層及び前記第１の部材の順に積層され、前記金属結合部では、前記第１の金属層が前記第２の金属層の下側に位置しており、
加熱され加圧されたときに、前記金属結合部の接合界面よりも前記外部領域へはみ出した前記第１の金属層の高さが、前記枠体の前記第２の部材との対向面以下に位置している構成にできる。
【００１６】
また本発明では、下から前記第２の部材、前記機能層及び前記第１の部材の順に積層され、前記金属結合部では、前記第１の金属層が前記第２の金属層の下側に位置しており、
前記第１の金属層は、前記金属結合部の接合界面よりも前記外部領域へはみ出しており、
前記第１の部材の外周側面は、前記枠体の外周側面と高さ方向にて一致するか、あるいは前記枠体の外周側面よりも外側に位置するとともに、前記第１の金属層の外周端部よりも内側に位置していることが好ましい。
【００１７】
これにより、枠体の外周側面から外側に突出する第１の部材の突出長さを短くでき、より効果的に、保護絶縁層を均一な膜厚で簡単且つ適切に成膜することができる。また本発明では、前記第１の部材、前記第２の部材及び前記機能層を有するＭＥＭＳセンサ本体が収納体に支持され、前記ＭＥＭＳセンサ本体と前記収納体との間に樹脂層が充填されてパッケージ化されている構成において、枠体の外周側面から外側に突出する第１の部材の突出長さを短くできることで、第１の金属層と第２の金属層間の接合強度を良好に保つことができる。
【００１８】
また本発明では、前記第２の部材は、前記機能層の外周側面及び前記第１の部材の外周側面よりも外側に延出した延出部を有し、
前記第２の部材は、基材と、前記基材の前記機能層との対向面側に設けられた第２の絶縁層と、前記第２の絶縁層内に埋設された内部配線層と、前記内部配線層と電気的に接続され、前記可動部と対向した位置にて前記第２の絶縁層の表面に設けられる対向電極層と、前記内部配線層と電気的に接続され、前記延出部にて前記第２の絶縁層の表面に設けられるパッド部と、を有して構成され、前記パッド部が高さ方向にて開放されているＭＥＭＳセンサに好ましく適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の本実施形態のＭＥＭＳセンサの全体構造を示す縦断面図である。
【図２】（ａ）は、本実施形態におけるＭＥＭＳセンサの部分拡大縦断面図であり、（ｂ）は、比較例におけるＭＥＭＳセンサの部分拡大縦断面図である。
【図３】（ａ）は、応力分布のシミュレーション実験に使用したＭＥＭＳセンサの模式図（正面図）であり、（ｂ）は本実施例のＭＥＭＳセンサの部分拡大模式図、（ｃ）は比較例のＭＥＭＳセンサの部分拡大模式図である。
【図４】（ａ）は実施例におけるミーゼス応力の分布を示す模式図であり、図４（ｂ）は比較例のミーゼス応力の分布を示す模式図で示したものであり、（ｃ）は実施例における最小主応力の分布を示す模式図であり、（ｄ）は比較例の最小主応力の分布を示す模式図で示したものである。
【図５】（ａ）は、実施例におけるＭＥＭＳセンサの断面を示す電子顕微鏡写真であり、（ｂ）は、比較例におけるＭＥＭＳセンサの断面を示す電子顕微鏡写真である。
【図６】（ａ）は図５（ａ）の実施例を図示したものであり、（ｂ）は図５（ｂ）の比較例を図示したものである。
【図７】本実施形態におけるＭＥＭＳセンサの部分拡大縦断面図である。
【図８】第２の実施形態におけるＭＥＭＳセンサの部分縦断面図である。
【図９】第３の実施形態におけるＭＥＭＳセンサの部分縦断面図である。
【図１０】（ａ）は、実施例−１におけるＭＥＭＳセンサの断面を示す電子顕微鏡写真であり、（ｂ）は、実施例−２におけるＭＥＭＳセンサの断面を示す電子顕微鏡写真である。
【図１１】パッケージ化された本実施形態のＭＥＭＳセンサを示す縦断面図である。
【図１２】支持基板（第１の部材）のダイシングカット位置と、接合界面の外周端部と内周端部とに生じる引張方向応力との関係を示すグラフである。
【図１３】本実施形態のＭＥＭＳセンサの製造工程を示す工程図（部分縦断面図）である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１に示すＭＥＭＳセンサは、支持基板（第１の部材）１と配線基板（第２の部材）２の間に、機能層１０が挟まれている。支持基板１と機能層１０の各部は、第１の絶縁層３ａ，３ｂを介して接合されている。支持基板１と機能層１０および第１の絶縁層３ａ，３ｂ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つのシリコンウェハが、ＳｉＯ2層である酸化絶縁層（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ウェハが、支持基板１として使用され、他方のシリコンウェハが機能層１０として使用される。
【００２１】
機能層１０を構成するシリコンウェハが微細加工され、可動部１１とこの可動部１１を支持する支持部１２と、可動部１１と支持部１２との間に位置して可動部１１を図１の図示上下に移動自在に支持する弾性変形部１３とが形成されている。さらに、機能層１０を構成するシリコンウェハの一部で、前記可動部１１および支持部１２の周囲全周を囲む枠体１４が形成されている。
【００２２】
機能層１０を構成するシリコンウェハの微細加工の後に、前記ＳＯＩ基板のＳｉＯ2層である酸化絶縁層が部分的に除去され、残った酸化絶縁層によって、前記第１の絶縁層３ａ，３ｂが形成される。
【００２３】
第１の絶縁層３ｂによって機能層１０の支持部１２が支持基板１に固定されている。可動部１１ならびに弾性変形部１３と支持基板１との間には酸化絶縁層が存在しておらず、支持基板１と配線基板２との間の動作領域１５において、可動部１１が図示上下方向へ移動自在である。
【００２４】
可動部１１と支持部１２と弾性変形部１３および枠体１４の加工は、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、機能層１０のシリコンウェハの一部を除去することで行われる。酸化絶縁層の一部を除去して第１の絶縁層３ａ，３ｂを形成する工程は、シリコンを溶解せずにＳｉＯ2層を溶解できる選択性の等方性エッチング処理により行われる。
【００２５】
ＳＯＩ基板の一方のシリコンウェハで形成される支持基板１は、厚さ寸法が０．２〜０．７ｍｍ程度であり、他方のシリコンウェハで形成される可動部１１と支持部１２と弾性変形部１３ならびに枠体１４は、厚さ寸法が１０〜３０μｍ程度である。第１の絶縁層３ａ，３ｂの厚さは１〜３μｍ程度である。
【００２６】
配線基板（第２の部材）２は、厚さ寸法が０．２〜０．７ｍｍ程度の単層のシリコンウェハ（基材）２１と、シリコンウェハ２１の表面に形成された第２の絶縁層（第２の絶縁層）２２とで構成されている。第２の絶縁層２２は、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4またはＡｌ2Ｏ3などの無機絶縁層であり、スパッタ工程またはＣＶＤ工程で形成される。図示しないが第２の絶縁層２２は複数の絶縁層の積層構造とされており、このとき各絶縁層の材質を変えることができる。
【００２７】
機能層１０のシリコンウェハで形成された枠体１４と配線基板２は、封止用の金属結合部３０ａを介して固定されている。機能層１０のシリコンウェハで形成された支持部１２と配線基板２は、導通用の金属結合部３０ｂを介して固定されている。
【００２８】
封止用の金属結合部３０ａでは、配線基板２を構成している第２の絶縁層２２の表面（枠体１４との対向面）に第１の金属層３１ａが形成され、枠体１４の表面（第２の絶縁層２２の表面）に第２の金属層３２ａが形成されている。導通用の金属結合部３０ｂにおいても、第２の絶縁層２２の表面に第１の金属層３１ｂが形成され、機能層１０の支持部１２に第２の金属層３２ｂが形成されている。
【００２９】
第１の金属層３１ａ，３１ｂと第２の金属層３２ａ，３２ｂは、加熱および加圧工程で、共晶接合または拡散接合される金属材料の組み合わせである。また、加熱処理されたときに、第１の金属層３１ａ，３１ｂが第２の金属層３２ａ，３２ｂよりも粘度が低くなる。例えば、第１の金属層３１ａ，３１ｂがアルミニウムあるいはアルミニウムを含む合金であり、例えばアルミニウム−銅合金で形成され、第２の金属層３２ａ，３２ｂがゲルマニウムで形成されている。
【００３０】
共晶接合または拡散接合が可能な他の金属材料の組み合わせは、第１の金属層３１ａ，３１ｂがアルミニウムまたはアルミニウムを含む合金であり、第２の金属層３２ａ，３２ｂが亜鉛である。その他、第１の金属層−第２の金属層の組み合わせは、金−シリコン、金−インジウム、金−ゲルマニウム、金−錫などである。上記金属の組み合わせでは、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金属間の接合を行うことが可能になる。
【００３１】
封止用の金属結合部３０ａは、動作領域１５の全周を囲んで設けられる。接合後は、可動部１１と支持部１２を有する動作領域１５と外部領域１６とが、金属結合部３０ａで遮断されて動作領域１５が密封される。前記接合工程を不活性ガスの雰囲気下で行えば、動作領域１５に不活性ガスを充填することもできる。
【００３２】
導通用の金属結合部３０ｂでは、第２の絶縁層２２の内部に内部配線層３５が形成され、内部配線層３５が第１の金属層３１ｂに導通している。したがって、シリコンで形成されている支持部１２と可動部１１は、金属結合部３０ｂを介して内部配線層３５と導通している。
【００３３】
図１に示すように、第２の絶縁層２２の表面には、可動部１１に対向する対向電極層３６が設けられ、この対向電極層３６は、第２の絶縁層２２の内部に引回された図示しない内部配線層と導通している。
【００３４】
また配線基板２は、枠体１４の外周側面１４ａ及び支持基板１の外周側面１ａよりも外側に延出する延出部２ａを有する。そして延出部２ａの第２の絶縁層２２の表面に、内部配線層３５と電気的に接続されるパッド部２０が形成されている。図１に示すようにパッド部２０は高さ方向に向けて開放されている。
【００３５】
このＭＥＭＳセンサは、加速度センサとして使用することができる。ＭＥＭＳセンサに対して図示上下のいずれかの向きの加速度が作用すると、その反作用により、動作領域１５内で可動部１１が加速度と逆の向きに移動する。その結果、可動部１１と対向電極層３６との距離が変化する。この距離の変化を静電容量の変化として検出すると、加速度の向きと大きさを検出することができる。その他、ＭＥＭＳセンサは、圧力センサ、振動型ジャイロなどとして使用することができる。
【００３６】
図１に示す第１の金属層３１ａと第２の金属層３２ａは、加熱および加圧工程に移行する前の状態を示している。すなわち図１は、共晶接合または拡散接合される前の第１の金属層３１ａと第２の金属層３２ａを示している。一方、図２（ａ）は、加熱および加圧工程を経て、第１の金属層３１ａと第２の金属層３２ａとが共晶接合または拡散接合されて金属結合部３０ａが形成された後の状態を示している。図２（ａ）は本実施形態におけるＭＥＭＳセンサの部分拡大縦断面図である。
【００３７】
図２（ａ）に示すように、第２の絶縁層２２の表面（対向面）に接合平面２２ａが形成されている。接合平面２２ａの両側に段差部２２ｂ，２２ｂが形成され、段差部２２ｂ，２２ｂよりも動作領域１５側と外部領域１６側とで、第２の絶縁層２２の表面（対向面）が、接合平面２２ａよりも低く窪んでいる。加熱および加圧工程の前の段階では、接合平面２２ａに第１の金属層３１ａが一定の膜厚で成膜されている。第１の金属層３１ａは接合平面２２ａから段差部２２ｂを介した第２の絶縁層２２の動作領域１５の表面及び外部領域１６の表面にかけて形成されている。
【００３８】
図２（ａ）に示すように、枠体１４の表面（対向面）に接合平面１４ｃが形成され、接合平面１４ｃの内側（動作領域１５の方向）には、段差部１４ｂを介して接合平面１４ｃよりも一段上側（第２の絶縁層２２から離れる側）に後退した後退平面１４ｄが形成されている。加熱および加圧工程の前の段階では、第２の金属層３２ａが、接合平面１４ｃから接合平面１４ｃより内側の後退平面１４ｄにわたってほぼ一定の膜厚で成膜されている。
【００３９】
図２（ａ）に示すように、第１の金属層３１ａのＸ１−Ｘ２方向における長さ寸法は、第２の金属層３２ａのＸ１−Ｘ２方向における長さ寸法よりも長くなっている。その結果、機能層１０と配線基板２とを重ねるときに、機能層１０と配線基板２とが平面方向に位置ずれしても、第２の金属層３２ａの全域を、第１の金属層３１ａ内で対向させやすい。
【００４０】
図２（ａ）に示すように、第２の金属層３２ａの外周側面３２ｃは、枠体１４の外周側面１４ａと高さ方向にて一致している。すなわち第２の金属層３２ａの外周側面３２ｃは、枠体１４の外周側面１４ａに沿った位置に形成されている。一方、第１の金属層３１ａは、第２の金属層３２ａとの対向位置よりも外側の外部領域１６にまで延出している。
【００４１】
よって図２（ａ）に示すように第１の金属層３１ａと第２の金属層３２ａとを重ね合わせて加熱し加圧したときの接合界面Ａの外周端部Ｂは、枠体１４の外周側面１４ａと高さ方向にてほぼ一致する。すなわち、接合界面Ａの外周端部Ｂは、枠体１４の外周側面１４ａに沿った延長線上にほぼ位置している。ここで、枠体１４の外周側面１４ａから接合界面Ａの外周端部Ｂまでの後退量をＴ１とすると、図２（ａ）の実施形態での後退量Ｔ１は、ほぼゼロである。
【００４２】
図２（ａ）に示すように、枠体１４と支持基板１間を接合する第１の絶縁層３ａの外周側面３ｃは、枠体１４の外周側面１４ａよりも内側（動作領域１５の方向に；Ｘ１側に）に後退している。枠体１４の外周側面１４ａから第１の絶縁層３の外周側面３ｃまでの後退量はＴ２であり、後退量Ｔ２はゼロよりも大きい。
【００４３】
したがって、本実施形態では、後退量Ｔ１＜後退量Ｔ２の関係が成り立っており、枠体１４の外周側面１４ａ及び第１の金属層３１ａと第２の金属層３２ａとの接合界面Ａの外部端部Ｂは、第１の絶縁層３ａの外周側面３ｃより外側（動作領域１５から離れる方向；外部領域１６に近づく方向；Ｘ２側）に位置している。
【００４４】
そして、金属結合部３０ａの外周表面がパッシベーション層すなわち保護絶縁層４１により覆われている。保護絶縁層４１は枠体１４の外周側面１４ａや第２の絶縁層２２の表面等も金属結合部３０ａの外周表面と連続して覆っている。保護絶縁層４１は、例えばＣＶＤ法により成膜可能なものであり、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯ2、ＰＳＧ等である。
【００４５】
図２（ｂ）は、比較例のＭＥＭＳセンサの構造を示す。
図２（ｂ）では、第１の金属層５１ａと第２の金属層５２ａとの接合界面Ａの外周端部Ｂが、枠体１４の外周側面１４ａよりも内側に（動作領域１５の方向；Ｘ１側）に後退するとともに、第１の絶縁層３ａの外周側面３ｃよりも内側に後退している。すなわち、後退量Ｔ１＞後退量Ｔ２の関係が成り立っている。
【００４６】
図３（ａ）は、シミュレーション実験に使用したＭＥＭＳセンサの全体模式図（正面図）である。図３（ｂ）が本実施例におけるＭＥＭＳセンサの部分拡大模式図であり、図３（ｃ）が比較例におけるＭＥＭＳセンサの部分拡大模式図である。
【００４７】
図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、シリコンからなる第１の部材（支持基板）１と、シリコンからなる枠体１４との間にＳｉＯ2からなる第１の絶縁層３ａが介在する。第２の部材２は、シリコンの基材２１と、その表面に形成された第２の絶縁層２２とを備える。第２の部材２には、図１に示した配線基板２のような内部配線層３５や対向電極層３６は設けず、簡素化した。第２の絶縁層２２は、Ｓｉ3Ｎ4により形成されている。また、第２の絶縁層２２の表面にアルミニウムからなる第１の金属層３１ａ（図３（ｃ）の比較例では第１の金属層５１ａとした）、枠体１４の表面にゲルマニウムからなる第２の金属層３２ａ（図３（ｃ）の比較例では第２の金属層５２ａとした）を備え、実験では第１の金属層３１ａと第２の金属層３２ａとの間に１ＭＰａの圧力を加えた。
ここで実験で使用した各材質のヤング率及びポアソン比は以下の通りである。
【００４８】
【表１】
0005912798.tif 000002
【００４９】
実験に使用した図３（ｂ）の実施例では、図２（ａ）と同様に、第１の金属層３１ａと第２の金属層３２ａとの接合界面Ａの外周端部Ｂを枠体１４の外周側面１４ａと高さ方向にて一致させ、第１の絶縁層３ａの外周側面３ｃよりも外側（Ｘ２側）に位置させた。
【００５０】
また実験に使用した図３（ｃ）の比較例では、図２（ｂ）と同様に、第１の金属層５１ａと第２の金属層５２ａとの接合界面Ａの外周端部Ｂを、第１の絶縁層３ａの外周側面３ｃよりも更に、内側（Ｘ１側）に後退させた。
【００５１】
そして実験では、実施例と比較例において、ミーゼス応力（絶対値）と最小主応力（圧縮方向）の分布を測定した。
【００５２】
図４（ａ）が実施例におけるミーゼス応力の分布を示す模式図であり、図４（ｂ）が比較例のミーゼス応力の分布を示す模式図で示したものである。図４（ａ）（ｂ）は、色分けして示される実測のミーゼス応力の分布図を写し取ったものである。
【００５３】
図４（ａ）（ｂ）に示す（１）は（２）よりも高い応力を示す。図４（ａ）に示す実施例では、第１の金属層３１ａと第２の金属層３２ａとの接合界面Ａの外部端部Ｂ付近にて生じる高応力領域（１）を、図４（ｂ）の比較例よりも小さい範囲内に収めることができるとわかった。
【００５４】
また図４（ｃ）が実施例における最小主応力の分布を示す模式図であり、図４（ｄ）が比較例の最小主応力の分布を示す模式図で示したものである。図４（ｃ）（ｄ）は、色分けして示される実測の最小主応力の分布図を写し取ったものである。
【００５５】
図４（ｃ）（ｄ）に示す（３）は（４）よりも高い応力を示し、（４）は（５）よりも高い応力を示す。図４（ｃ）に示す実施例では、第１の金属層３１ａと第２の金属層３２ａとの接合界面Ａの外部端部Ｂ付近にて生じる高応力領域（３）を、図４（ｄ）の比較例よりも小さい範囲内に収めることができ、あるいはほとんど無くすことができるとわかった。
【００５６】
また図４（ａ）（ｃ）に示す実施例のほうが、図４（ｂ）（ｄ）に示す比較例よりもＸ１−Ｘ２方向に向う応力の分布を均一化しやすいことがわかった。
【００５７】
図５（ａ）は、実施例におけるＭＥＭＳセンサの断面を示す電子顕微鏡写真であり、図５（ｂ）は、比較例におけるＭＥＭＳセンサの断面を示す電子顕微鏡写真である。なお図５（ｂ）の比較例は、保護絶縁層を形成した後の写真であるが、図５（ａ）の実施例は保護絶縁層を形成する前の写真である。
【００５８】
図５（ａ）に示すように実施例では、第１の金属層と第２の金属層との接合界面よりも外部領域にはみ出した第１の金属層の高さＤを、枠体の表面（配線基板（第２の部材）との対向面）Ｃ以下に位置させることができるとわかった。図６（ａ）は図５（ａ）の実施例を図示したものである。このように実施例では、第１の金属層３１ａが加熱、加圧されて潰されることで外部領域１６にて若干、盛り上がるものの、その盛り上がり部３１ｃの高さＤを枠体１４の接合平面１４ｃ（配線基板２との対向面）の高さＣ以下に抑えることができるように、盛り上がり部３１ｃの隆起を低く抑えることができる。これは、図４のシミュレーション結果に示したように、金属結合部３０ａの接合界面Ａの外周端部Ｂに加わる応力を小さくできるためである。
【００５９】
一方、図５（ｂ）に示すように比較例では、第１の金属層と第２の金属層との接合界面よりも外側にはみ出した第１の金属層の高さが、枠体の表面（配線基板（第２の部材））との対向面の高さＥよりも高くなった。図６（ｂ）は図５（ｂ）の比較例を図示したものである。このように比較例では、第１の金属層５１ａが加熱、加圧されて潰されたことで外側に大きく盛り上がり、その盛り上がり部５１ｃの高さＦが枠体１４の接合平面１４ｃ（配線基板２との対向面）の高さＥよりも高くなってしまった。これは、図４のシミュレーション結果に示したように、金属結合部５０ａの接合界面Ａの外周端部Ｂに加わる応力が大きいためである。
【００６０】
本実施形態では比較例と異なって、第１の金属層３１ａと第２の金属層３２ａとの接合界面Ａの外周端部Ｂを、第１の絶縁層３ａの外周側面３ｃよりも外側（動作領域１５から離れる方向）に位置させたことで、接合界面Ａに作用する応力を比較例よりも均一にできる。よって金属結合部３０ａによる封止性を向上させることができる。
【００６１】
また本実施形態では、比較例に比べて、接合界面Ａの外周端部Ｂに加わる応力を弱めることができる。よって、第１の金属層３１ａが潰れて外部領域１６にはみ出したことによる盛り上がり部３１ｃの高さを低く抑えることが出来る。比較例では第１の金属層５１ａの盛り上がり部５１ｃの高さが高くなってしまい、接合界面Ａの外側であって、第１の金属層５１ａと第２の金属層５２ａ間に狭小空間Ｇが出来てしまう。よって保護絶縁層４１により金属結合部の外周表面を覆う構成では、この狭小空間Ｇを前記保護絶縁層４１により適切に埋めることが難しい。これに対して本実施形態では、第１の金属層３１ａの盛り上がり部３１ｃの高さを比較例よりも低く抑えることが出来、比較例に示すような狭小空間Ｇの形成を抑制することができるから、保護絶縁層４１を金属結合部３０ａの外周表面に途切れることなく形成できる。これにより、比較例に比べて金属結合部３０ａの腐食を適切且つ簡単に防止することができる。
【００６２】
図７に示すように、本実施形態では、第１の絶縁層３ａの内周側面３ｄ及び金属結合部３０ａの接合界面Ａの内周端部Ｈは、いずれも枠体１４の内周側面１４ｅよりも外側の方向（動作領域１５から離れる方向；Ｘ２側）に後退している。このとき、金属結合部３０ａの接合界面Ａの内周端部Ｈは、第１の絶縁層３ａの内周側面３ｄよりも、さらに動作領域１５から離れる方向（Ｘ２側）に後退していることが好適である。これにより、アルミニウムあるいはアルミニウム合金からなる第１の金属層３１ａが、接合界面Ａの外周端部Ｂよりも外部領域１６にはみ出す量を抑えることができる（図２（ａ）参照）。すなわち、図７とは逆に、金属結合部３０ａの接合界面Ａの内側端部Ｈを、第１の絶縁層３ａの内周側面３ｄよりも動作領域１５側（Ｘ１側）に位置させると、接合界面Ａの内側端部Ｈに加わる応力が弱まるため、接合界面Ａの外周端部Ｂに加わる応力が図７の状態としたときよりも強まってしまう。よって、図７のように、金属結合部３０ａの接合界面Ａの内側端部Ｈを、第１の絶縁層３ａの内周側面３ｄよりも、動作領域１５から離れる方向（Ｘ２側）に後退させることで、接合界面Ａの内側端部Ｈに加わる応力を強めて、接合界面Ａの外周端部Ｂに加わる応力を弱めることができ、接合界面Ａの外周端部Ｂよりも外部領域１６にはみ出す第１の金属層３１ａの盛り上がりを低く抑えることができるのである。
【００６３】
図８は第２の実施形態におけるＭＥＭＳセンサの部分拡大縦断面図である。図８では、図２（ａ）と異なって、第１の金属層３１ａと第２の金属層３２ａとの接合界面Ａの外周端部Ｂが枠体１４の外周側面１４ａよりも内側（動作領域１５の方向；Ｘ１側）に後退している。ただし、図８においても図２（ａ）と同様に接合界面Ａの外周端部Ｂは、第１の絶縁層３ａの外周側面３ｃよりも外側（動作領域１５から離れる方向；Ｘ２側）に位置している。すなわち、枠体１４の外周側面１４ａから接合界面Ａの外周端部Ｂまでの後退量Ｔ１＜枠体１４の外周側面１４ａから第１の絶縁層３の外周側面３ｃまでの後退量Ｔ２となっている。
【００６４】
図８の構成によっても図２（ａ）と同様に、第１の金属層３１ａと第２の金属層３２ａ間の加熱・加圧による接合時、第１の金属層３１ａと第２の金属層３２ａとの接合界面Ａに加わる応力を均一にできる。そして比較例の構成に比べて、接合界面Ａの外周端部Ｂに加わる応力を弱めることができ、よって第１の金属層３１ａが潰れて外部領域１６へはみ出したことによる盛り上がりの高さを低く抑えることが可能である。
【００６５】
ただし、図８の構成では、接合界面Ａの外周端部Ｂが、枠体１４の外周側面１４ａよりも内側（動作領域１５の方向；Ｘ１方向）に後退しているため、第１の金属層３１ａと第２の金属層３２ａとの間に挟まれた間口４４が狭くなる。
【００６６】
これに対して図２（ａ）の構成のように、接合界面Ａの外周端部Ｂを、枠体１４の外周側面１４ａと高さ方向で一致させることで、保護絶縁層４１を金属結合部３０ａの外周表面に成膜する際の間口４５を広くでき、保護絶縁層４１の被覆不良を生じにくくできる。なお本実施形態において、「接合界面Ａの外周端部Ｂが、枠体１４の外周側面１４ａと高さ方向で一致する」とは、製造誤差内のずれを許容するものである。
【００６７】
図２（ａ）の形態のほうが、図８の形態よりも保護絶縁層４１の膜厚を均一化し、また、ガスの循環効率も上がるため、成膜レートを高めることができる。これにより、温度印加依存の不良（対向電極層３６のヒロック生成による電気的ショートモード）の低減を期待できる。
【００６８】
図９は、第３の実施形態におけるＭＥＭＳセンサの部分拡大縦断面図である。図９では、図２（ａ）と同様に、第１の金属層３１ａと第２の金属層３２ａとの接合界面Ａの外周端部Ｂが枠体１４の外周側面１４ａと高さ方向でほぼ一致しているが、図８のように、外周端部Ｂが、枠体１４の外周側面１４ａよりも内側に後退した構成であってもよい。
【００６９】
図９の実施形態でも、図２、図８と同様に、枠体１４の外周側面１４ａから接合界面Ａの外周端部Ｂまでの後退量Ｔ１＜枠体１４の外周側面１４ａから第１の絶縁層３の外周側面３ｃまでの後退量Ｔ２との関係を満たしている。
【００７０】
図９に示すように、支持基板（第１の部材）１の外周側面１ａは、枠体１４の外周側面１４ａよりも外側（動作領域１５から離れる方向；Ｘ２側）に突出しているが、外周側面１４ａは、第１の金属層３１ａの外周端部３１ａ１よりも内側（動作領域１５に近づく方向；Ｘ１側）に位置しており、枠体１４の外周側面１４ａからの支持基板１の突出長さＬ１は、図２（ａ）や図８に示す実施形態よりも短くされている。図９の実施形態では、突出長さＬ１は、０μｍ〜４０μｍ程度とされている。また突出長さＬ１は０よりも大きく４０μｍ以下とすることが好ましい。突出長さＬ１を０μｍとすると、支持基板１の外周側面１ａが、枠体１４の外周側面１４ａと一致するが、支持基板１の外周側面１ａはダイシングカット位置に相当するため、製造誤差を考慮して突出長さＬ１を０μｍよりも大きくなるように調整することで、枠体１４がダイシングの影響を受けることがなくなり好適である。
【００７１】
図９の実施形態においても当然のことながら、図１に示すパッド部２０は開放された状態にされている。
【００７２】
図９に示す実施形態では、図２（ａ）や図８の実施形態と同様に、第１の金属層３１ａが、金属結合部３０ａの接合界面Ａよりも外部領域１６にはみ出している。これにより、第１の金属層３１ａと第２の金属層３２ａ間の接合を確実なものにできる。第１の金属層３１ａの外部領域１６へのはみ出し長さＬ２を任意に決定できるが、接合界面Ａの長さ寸法（Ｘ１−Ｘ２方向への寸法）が、５０μｍ程度であるため、接合性を考慮して、はみ出し長さＬ２は、１０〜４０μｍ程度とすることが好適である。なお、はみ出し長さＬ２とは、枠体１４の外周側面１４ａから外部部領域１６へのはみ出し長さを指す。
【００７３】
図２（ａ）、図８の各実施形態において、支持基板１の外周側面１ａは、第１の金属層３１ａの外周端部３１ａ１より外側（動作領域１５から離れる方向）に位置しているが、少なくとも支持基板１の外周側面１ａは図１に示すパッド部２０よりも内側に位置して、前記パッド部２０は開放された状態とされている。すなわち図２（ａ）、図８の実施形態では、支持基板１の外周側面１ａに該当するダイシングカット位置を少なくともパッド部２０が開放される位置と定めており、ダイシングカット位置を第１の金属層３１ａの外周端部３１ａ１を基準としていない。
【００７４】
これに対して、図９の実施形態では、ダイシングカット位置を、第１の金属層３１ａの外周端部３１ａ１を基準として定め、前記ダイシングカット位置、すなわち支持基板１の外周側面１ａを前記外周端部３１ａ１よりも内側に位置させることで、支持基板１ａの突出長さＬ１を効果的に短くすることができる。
【００７５】
このように支持基板１の突出長さＬ１を短くできることで、以下の効果を期待することができる。
【００７６】
第１に、保護絶縁層４１の付きまわり性を向上させることができる。図１０（ａ）は、図２（ａ）に示す実施例−１におけるＭＥＭＳセンサの断面を示す電子顕微鏡写真であり、図１０（ｂ）は、図９に示す実施例−２におけるＭＥＭＳセンサの断面を示す電子顕微鏡写真である。
【００７７】
図１０（ａ）の実施例−１では、図２（ａ）に示す支持基板１の突出長さＬ３を８０μｍとした。一方、図１０（ｂ）の実施例−２では、図９に示す支持基板１の突出長さＬ１を２０μｍとした。実施例−１及び実施例２ともに、第１の金属層３１ａのはみ出し長さＬ２は、４０μｍであり、したがって、実施例−１に示す支持基板１の外周側面１ａは、第１の金属層３１の外周端部３１ａ１よりも外側に位置しており、実施例−２に示す支持基板１の外周側面１ａは、第１の金属層３１の外周端部３１ａ１よりも内側に位置している。
【００７８】
図１０（ｂ）の実施例−２に示す保護絶縁層４１は、図１０（ａ）の実施例−１に示す保護絶縁層４１も厚くなっており、且つほぼ均一の膜厚で形成されることがわかった。このように図１０（ｂ）の実施例−２のほうが、図１０（ａ）の実施例−１に比べて保護絶縁層４１の付きまわり性を向上させることができるとわかった。なお図１０（ｂ）の実施例−２での保護絶縁層４１の平均膜厚は、約０．２７５μｍであり、図１０（ａ）の実施例−１での保護絶縁層４１の平均膜厚は、約０．０５０μｍであった。
【００７９】
次に、図９の実施形態における第２の効果として、図１１のようにパッケージ化された状態において、金属接合部３０ａの接合界面Ａでの接合強度を良好に保つことができる。
【００８０】
図１１に示すように、図１に示す支持基板（第１の部材）１、配線基板（第２の部材）２、及び機能層１０を備えたＭＥＭＳセンサ本体Ｓは、セラミックス等の収納体（パッケージ）４０内にダイボンド材４１を介して固定支持されている。収納体４０の長さ寸法Ｌ４は、１０００〜３０００μｍ程度であり、高さ寸法Ｈ１は、５００〜１０００μｍ程度である。また図１１に示すようにＭＥＭＳセンサ本体Ｓと収納体４０の間にはポッティング材（樹脂）４２が充填されており、ＭＥＭＳセンサ本体Ｓの上面もポッティング材（樹脂）４２で覆われている。これにより、ポッティング材４２による樹脂層が、金属接合部３０ａの外周表面から枠体１４の外周側面１４ａ及び支持基板１の外周側面１ａにかけて接して形成されている。すなわち図２（ａ）、図８や図９に示す枠体１４の外周側面１４ａと支持基板１の外周側面１ａ間の窪んだ空間内にも樹脂層が入り込み、前記空間内は樹脂層で充填された状態とされている。
このようにＭＥＭＳセンサ本体Ｓの周囲はポッティング材４２により覆われている。
【００８１】
なおダイボンド材４１には、例えばエポキシ樹脂を使用できる。またポッティング材４２には、例えば、シリコーン樹脂を使用できる。
【００８２】
表２に、ポッティング材４２（シリコーン樹脂）、ダイボンド材４１（エポキシ樹脂）及びパッケージ４０（セラミックス；アルミナ）のヤング率、ポアゾン比及び熱膨張率を示す。
【００８３】
【表２】
0005912798.tif 000003
【００８４】
一方、ＭＥＭＳセンサ本体Ｓは表１に示す材質で形成されており、表１に示す熱膨張率と表２に示す熱膨張率とを対比してわかるように、ＭＥＭＳセンサＳと、ＭＥＭＳセンサＳの周囲に位置するポッティング材４２との熱膨張率に大きな差がある。
【００８５】
このため図２（ａ）のように支持基板１の突出長さＬ３が長くなると、ポッティング材４２との熱膨張率差により、支持基板１の長く突き出した外周部１ｂに大きさ応力が作用し、ひいては、金属接合部３０ａを構成する第１の金属層３１ａと第２の金属層３２ａ間に大きな引張応力（剥がす方向の応力）が作用する。
【００８６】
これに対し、図９のように、支持基板１の外周側面１ａを第１の金属層３１ａの外周端部３１ａ１よりも内側に位置させ、支持基板１の突出長さＬ１を図２（ａ）よりも短くすることで、金属接合部３０ａの接合界面Ａに作用する引張応力を効果的に小さくできる。
【００８７】
図１２は、支持基板１に対するダイシングカット位置と、接合界面Ａの外周端部Ｂ及び内周端部Ｈに作用する引張応力との関係を示すグラフである。ここで［ダイシングカット位置］とは、支持基板１の外周側面１ａを指し、「ダイシングカット位置」＝０μｍは、枠体１４の外周側面１４ａと同高さ位置である。図１２に示す「ダイシングカット位置」の数値は、図９に示す支持基板１の突出長さＬ１を意味する。また図１２のシミュレーション実験では、表１及び表２に示す各材質を用いて、パッケージ化されたＭＥＭＳセンサを用いた。
【００８８】
図１２に示すように、ダイシングカット位置の数値が小さくなるほど、すなわち支持基板１の突出長さＬ１が短くなるほど、接合界面Ａの外周端部Ｂ及び内周端部Ｈに作用する引張応力を小さくできることがわかった。ここで、接合界面Ａの外周端部Ｂと内周端部Ｈとを対比すると、内周端部Ｈに作用する引張応力のほうが、外周端部Ｂに作用する引張応力に比べて大きくなっている。これは図７で説明したとおり、接合界面Ａの内側端部Ｈに加わる応力が、接合界面Ａの外周端部Ｂに加わる応力よりも強くなるように、金属結合部３０ａの接合界面Ａの内側端部Ｈを、第１の絶縁層３ａの内周側面３ｄよりも、動作領域１５から離れる方向（Ｘ２側）に後退させたためである。
【００８９】
図１３は本実施形態におけるＭＥＭＳセンサの製造方法を示す工程図である。各図は各製造工程におけるＭＥＭＳセンサの部分縦断面図を示す。
【００９０】
図１３（ａ）に示す工程では、シリコンからなる支持基板１、ＳｉＯ2からなる第１の絶縁層３及びシリコンからなる機能層１０が順に積層されたＳＯＩ基板４６を用意する。ＳＯＩ基板４６はウェハ状であり、このＳＯＩ基板４６から多数のＭＥＭＳセンサを製造することが可能である。なお図１３では一つのＭＥＭＳセンサの製造部分のみを図示している。
【００９１】
図１３（ａ）に示すように機能層１０の表面１０ａの接合平面１２ｃ，１４ｃとなる箇所に図示しないレジスト層を形成し、レジスト層に覆われていない機能層１０の表面１０ａをエッチングして凹部１０ｂを形成する。接合平面１２ｃの箇所は支持部１２の表面であり、接合平面１４ｃの箇所は枠体１４の表面である。
【００９２】
続いて、各接合平面１２ｃ，１４ｃに第２の金属層３２ａ，３２ｂを成膜する。第２の金属層３２ａ，３２ｂには配線基板２側の第１の金属層３１ａ，３１ｂよりも加熱時の粘度が高い材料を使用する。例えば第２の金属層３２ａ，３２ｂにはゲルマニウムを用いることができる。
【００９３】
次に図１３（ａ）に示す工程では、枠体１４、支持部１２、弾性変形部１３及び可動部１１として残される機能層１０の表面１０ａにレジスト層４７を形成する。
【００９４】
そして図１３（ｂ）に示すように、前記レジスト層４７に覆われていない機能層１０をエッチングにより除去する。例えば、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によりレジスト層４７に覆われていない機能層１０を除去し、枠体１４と、支持部１２、弾性変形部１３及び可動部１１とを互いに分離させる。枠体１４により動作領域１５と外部領域１６とに区画でき、動作領域１５内に、支持部１２、弾性変形部１３及び可動部１１を形成する。
【００９５】
図１３（ａ）の工程では、枠体１４の領域を区画するレジスト層４７ａの外周側面４７ｂ下で、第２の金属層３２ａがレジスト層４７で保護される部分と、レジスト層４７からはみ出して削られる部分とに跨っているため、レジスト層４７ａに覆われていない第２の金属層３２ａ及び機能層１０をエッチングすると、枠体１４の外周側面１４ａに沿う切断面上に、第２の金属層３２ａの外周側面３２ｃを位置させることができる（図１３（ｂ）参照）。
【００９６】
この実施形態では、枠体１４の外周側面１４ａから第２の金属層３２ａの外周側面３２ｃまでの後退量をＴ１としたとき、枠体１４の外周側面１４ａと第２の金属層３２ａの外周側面３２ｃとが高さ方向に一致しているので、後退量Ｔ１はゼロである。
【００９７】
次に図１３（ｃ）の工程では、シリコンを溶解せずに酸化絶縁層（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は、機能層１０の前記各部を分離した溝内に浸透する。更に可動部１１には厚さ方向に貫通する多数の微細孔を形成し、エッチング液は各微細孔内にも浸透する。これにより、支持部１２と支持基板１との間、及び枠体１４と支持基板１との間にのみ第１の絶縁層３ａ，３ｂを残すことができる。
【００９８】
図１３（ｃ）に示すように、第１の絶縁層３ａの外周側面３ｃ及び内周側面３ｄは、いずれも枠体１４の外周側面１４ａ及び内周側面１４ｅから枠体１４の内方向に向けて後退している。このように第１の絶縁層３ａの外周側面３ｃ及び内周側面３ｄが枠体１４の内方向に向けて後退するのは、等方性エッチングにより第１の絶縁層３ａの外周側面３ｃ及び内周側面３ｄも面方向に向けて削られるためである。
【００９９】
このとき、第１の絶縁層３ａにおける枠体１４の内周側面３ｄからの後退量を予め見込んで、次工程で、第１の金属層３１ａと第２の金属層３２ａとの接合界面Ａの内周端部Ｈとなる位置が、第１の絶縁層３ａの内周側面３ｄよりも動作領域１５から離れた方向に後退するように、図１３（ｂ）でのレジスト層４７ａの内周側面４７ｃの位置や、エッチング条件を規制する。
【０１００】
また本実施形態では、次工程で、第１の金属層３１ａと第２の金属層３２ａとの接合界面Ａの外周端部Ｂとなる位置を、第１の絶縁層３の外周側面３ｃよりも外側（動作領域１５から離れた側）に位置させなければならないが、図１３（ｂ）で説明したように、枠体１４の外周側面１４ａと第２の金属層３２ａの外周側面３２ｃとを高さ方向に一致させたことで、外周端部Ｂとなる位置を、枠体１４の外周側面１４ａから後退する第１の絶縁層３ａの外周側面３ｃよりも外側に簡単且つ適切に位置させることが可能になる。
【０１０１】
ここで、枠体１４の外周側面１４ａから第１の絶縁層３の外周側面３ｃまでの後退量をＴ２としたとき、図１３（ｂ）に示した後退量Ｔ１との関係は、後退量Ｔ１＜後退量Ｔ２となる。
【０１０２】
そして図１３（ｄ）の工程では、配線基板（第２の部材）２を構成する第２の絶縁層２２の表面に形成された第１の金属層３１ａ，３１ｂと、支持部１２及び枠体１４の表面に形成された第２の金属層３２ａ，３２ｂとを対向配置して、加熱及び加圧により互いに接合する。
【０１０３】
図１３（ｄ）に示すように、第２の絶縁層２２の表面に形成された接合平面２２ａは、第２の金属層３２ａの外周側面３２ｃよりも外側に延出しており、接合平面２２ａ上に形成された第１の金属層３１ａは第２の金属層３２ａの外周側面３２ｃよりも外側に延出している。よって図１３（ｄ）の工程にて、第１の金属層３１ａと第２の金属層３２ａとの接合界面Ａの外周端部Ｂを、第１の絶縁層３ａの外周側面３ｃよりも外側（動作領域１５から離れる側）に適切且つ簡単に位置させることができる。
【０１０４】
また図１３（ｄ）に示すように、接合界面Ａの内周端部Ｈを第１の絶縁層３ａの内周側面３ｄよりも動作領域１５から離れる側に位置させることができる。
【０１０５】
続いて図１３（ｄ）に示すように支持基板１の外周部１ｂを点線Ｉに沿って切断し、配線基板２に形成されたパッド部２０を外部に露出する。そして保護絶縁層４１を金属結合部３０ａの外周表面及びその周辺部（枠体１４の外周側面１４ａ等）に連続して成膜する。保護絶縁層４１を金属結合部３０ａの周辺部（枠体１４の外周側面１４ａ等）に形成することは必須ではないが、保護絶縁層４１を広い範囲に成膜したほうが、金属結合部３０ａに対する保護効果を高めることができる。保護絶縁層４１をスパッタ法やＣＶＤ法等で成膜できる。なお図８の実施形態に示すように、第１の金属層３１ａと第２の金属層３２ａに挟まれた狭い間口４４から内部空間内に、適切に保護絶縁層４１を成膜するにはＣＶＤ法を採用することが望ましい。
【０１０６】
また、図９で説明したように、支持基板（第１の部材）１の外周側面１ａが、枠体１４の外周側面１４ａと同じ高さ位置か、あるいは、前記外周側面１４ａよりも外側に位置するとともに、第１の金属層３１ａの外周端部３１ａ１よりも内側に位置するように、図１３（ｄ）の支持基板１に対する切断位置（ダイシングカット位置）を調整することが好ましい。
【０１０７】
図１３に示した本実施形態のＭＥＭＳセンサの製造方法によれば、第１の金属層３１ａと第２の金属層３２ａの接合界面Ａの外周側面Ｂを第１の絶縁層３ａの外周側面３ｃよりも外側（動作領域１５から離れる方向）に簡単且つ適切に位置させることができ、これにより、金属結合部３０ａを加熱し加圧したときに、接合界面Ａに加わる応力の均一性を向上させることができる。よって金属結合部３０ａによる封止性を向上させることができる。また本実施形態では、接合界面Ａの外周側面Ｂに加わる応力を比較例（図６（ｂ））よりも弱めることが出来る。よって、第１の金属層３１ａが潰れて外部領域１６にはみ出したことによる盛り上がりの高さを低く抑えることが出来る。本実施形態によれば、図５（ａ）、図６（ａ）で示したように、第１の金属層３１ａの盛り上がり部３１ｃの高さＤを枠体１４の表面（接合平面１４ｃ）よりも低く出来る。
【０１０８】
以上により保護絶縁層４１を金属結合部３０ａの外周表面に途切れることなく形成できる。保護絶縁層４１を途切れることなく形成できることで、金属結合部３０ａの腐食を適切に防止できる。また図９に示ように、支持基板１の突出長さＬ１を短くすることで、保護絶縁層４１の付きまわりを良好にでき、より効果的である。
【０１０９】
本実施形態では図１３（ａ）（ｂ）に示したように、レジスト層４７ａの外周側面４７ｂ下で、第２の金属層３２ａがレジスト層４７で保護される部分と、レジスト層４７からはみ出して削られる部分とに跨っているため、レジスト層４７ａに覆われていない第２の金属層３２ａ及び機能層１０をエッチングすることで、枠体１４の外周側面１４ｃの切断面上に第２の金属層３２ａの外周側面３２ｃを位置させることができる。また、配線基板２側の第１の金属層３１ａの形成面となる第２の絶縁層２２の接合平面２２ａを第２の金属層３２ａの外周側面３２ｃよりも外側に延出させて、前記接合平面２２ａ上に第２の金属層３２ａを成膜する。このようにして形成した第１の金属層３１ａと第２の金属層３２ａとを、図５（ｄ）のように、対向配置して、加熱及び加圧したとき、確実に、接合界面Ａの外周端部Ｂを第１の絶縁層３ａの外周側面３ｃよりも外側に位置させることができる。
【０１１０】
本実施形態において保護絶縁層４１を形成しなくてもよい。例えば金属結合部３０ａに使用される金属が耐食性に優れたものであったり、あるいは金属結合部３０ａの劣化を促進させない使用環境であれば、保護絶縁層４１を形成しなくても金属結合部３０ａによる封止のみで足りる。
【符号の説明】
【０１１１】
Ａ  接合界面
Ｂ  外周端部
Ｓ  ＭＥＭＳセンサ本体
１  支持基板（第１の部材）
２  配線基板（第２の部材）
３ａ，３ｂ  第１の絶縁層
３ｃ  （第１の絶縁層の）外周側面
３ｄ  （第１の絶縁層の）内周側面
１０  機能層
１１  可動部
１２  支持部
１３  弾性変形部
１４  枠体
１４ａ  （枠体の）外周側面
１４ｃ、２２ａ  接合平面
１５  動作領域
２０  パッド部
２２  第２の絶縁層
３０ａ，３０ｂ  金属結合部
３１ａ，３１ｂ  第１の金属層
３１ｃ  盛り上がり部
３２ａ，３２ｂ  第２の金属層
３５  内部配線層
３１ｃ，３３  はみ出し部
４０  収納体（パッケージ）
４１  保護絶縁層
４１  ダイボンド材
４２  ポッティング材
４７  レジスト層
【図１】
0005912798.tif 000004
【図２】
0005912798.tif 000005
【図３】
0005912798.tif 000006
【図４】
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【図６】
0005912798.tif 000008
【図７】
0005912798.tif 000009
【図８】
0005912798.tif 000010
【図９】
0005912798.tif 000011
【図１１】
0005912798.tif 000012
【図１３】
0005912798.tif 000013
【図５】
0005912798.tif 000014
【図１０】
0005912798.tif 000015
【図１２】
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