(57)【要約】【課題】  特に、絶縁層の幅寸法Ｔ１と金属層の幅寸法Ｔ２を制御してアンカ部に応力が加わったときのセンサ部の変位量を小さくし、検出精度を向上させることが可能なＭＥＭＳセンサを提供することを目的としている。【解決手段】  第１部材１１と、第２部材１２と、第１部材１１と第２部材１２との間に位置する中間部材１３と、中間部材１３に形成されたアンカ部１４及びアンカ部に接続されたセンサ部１５と、第１部材１１とアンカ部１４間に介在する絶縁層１６と、第２部材１２とアンカ部１４間に介在する金属層１７と、を有する。金属層１７の外周側面はアンカ部１４の外周側面よりも内側に後退している。絶縁層１６の幅寸法をＴ１、金属層１７の幅寸法をＴ２としたとき、Ｔ１／Ｔ２は、１．５以上で３．３以下の範囲内である。【選択図】図１
2011038872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部材と、第２部材と、前記第１部材と前記第２部材との間に位置する中間部材と、前記中間部材に形成されたアンカ部及び前記アンカ部に接続されたセンサ部と、前記第１部材及び前記アンカ部間に介在する絶縁層と、前記第２部材及び前記アンカ部間に介在する金属層と、を有し、
前記金属層の外周側面は前記アンカ部の外周側面よりも内側に後退しており、
前記絶縁層の幅寸法をＴ１、前記金属層の幅寸法をＴ２としたとき、Ｔ１／Ｔ２は、１．５以上で３．３以下の範囲内であることを特徴とするＭＥＭＳセンサ。
【請求項２】
前記絶縁層の外周側面は、前記絶縁層の幅寸法がＴ１から厚さ方向に向けて徐々に小さくなる傾斜面で形成されている請求項１記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項３】
前記絶縁層の幅寸法Ｔ１は前記第１部材との接合側にて規定され、前記絶縁層の外周側面は、前記第１部材側から前記アンカ部側に向けて徐々に前記幅寸法が小さくなるように傾斜している請求項２記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項４】
前記アンカ部の幅寸法をＴ３とし、前記絶縁層の外周側面の前記アンカ部の外周側面からの後退量をＴ４としたとき、（Ｔ４／Ｔ３）×１００（％）は、１０％以上２５％以下の範囲内で規定される請求項１ないし３のいずれか１項に記載のＭＥＭＳセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１部材と第２部材との間にセンサ部及びアンカ部を有する中間部材を有し、前記第１部材とアンカ部間が絶縁層を介して接合され、前記第２部材と前記アンカ部間が金属層を介して接合されて成るＭＥＭＳセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１６は従来におけるＭＥＭＳセンサの部分拡大縦断面図である。
図１６に示すようにＭＥＭＳセンサＡは、例えばシリコンで形成された第１部材１と、シリコンで形成された第２部材２と、第１部材１と第２部材２の間に位置するシリコンで形成された中間部材３とを有して構成される。
【０００３】
図１６に示すように中間部材３は、アンカ部４とアンカ部４に接続されるセンサ部５とを有して構成されている。アンカ部４は例えば平面形状が四角形状である。図１６ではセンサ部５が前記アンカ部４に直接接続されているが、センサ部５とアンカ部４との間に厚さの薄いばね部等が介在する形態でもよい。また図１６に示すセンサ部５は例えば静電容量式センサの一方の電極を構成している。
【０００４】
図１６に示すように、第１部材とアンカ部４との間に絶縁層６が介在している。例えば図１６に示す第１部材１、絶縁層６及び中間部材３の積層構造でＳＯＩ基板が構成される。
【０００５】
また図１６に示すように、第２部材２の内側表面２ａには絶縁層７が設けられ、前記絶縁層７と前記アンカ部４との間に金属層８が介在している。
【０００６】
図示しないが例えば金属層８から絶縁層７の内部にかけて導電層が配線されており、静電容量変化に基づく検出信号を出力できる構造となっている。
【０００７】
図１６に示すように金属層８の幅寸法Ｔ７は、アンカ部４の幅寸法Ｔ８に比べて十分に小さく形成されている。これは金属層８とシリコンで形成された各部材との熱膨張係数が大きく異なり、熱応力に基づく変形や剥離等を抑制するためである。
【０００８】
一方、図１６に示すように、絶縁層７の幅寸法Ｔ９はアンカ部４の幅寸法Ｔ８と同等かあるいは、それよりもやや小さく形成される。
【０００９】
ところで従来では、絶縁層７の幅寸法Ｔ９を特に制御しておらず、絶縁層７の幅寸法Ｔ９は金属層８の幅寸法Ｔ７に比べて十分に大きいサイズであった。
【００１０】
このため、第１部材１と第２部材２の間に応力が加わったときに、アンカ部４に伝わる応力の分布が第１部材１側からと第２部材２側からとで大きく異なるために前記アンカ部４が変形しやすかった。その結果、アンカ部４に接続されるセンサ部５が撓んで変位量が大きくなり検出精度が低下する問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平１１−１８６５６７号公報
【特許文献２】特開２００３−２７３３７０号公報
【特許文献３】特開２０００−４９３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記の特許文献１〜３に記載された発明には、第１部材１とアンカ部４間に介在する絶縁層６の幅寸法と、第２部材２とアンカ部４間に介在する金属層８の幅寸法との関係が開示されていない。
【００１３】
そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、絶縁層の幅寸法Ｔ１と金属層の幅寸法Ｔ２を制御してアンカ部に応力が加わったときのセンサ部の変位量を小さくし、検出精度を向上させることが可能な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】
【００１４】
本発明におけるＭＥＭＳセンサは、
第１部材と、第２部材と、前記第１部材と前記第２部材との間に位置する中間部材と、前記中間部材に形成されたアンカ部及び前記アンカ部に接続されたセンサ部と、前記第１部材及び前記アンカ部間に介在する絶縁層と、前記第２部材及び前記アンカ部間に介在する金属層と、を有し、
前記金属層の外周側面は前記アンカ部の外周側面よりも内側に後退しており、
前記絶縁層の幅寸法をＴ１、前記金属層の幅寸法をＴ２としたとき、Ｔ１／Ｔ２は、１．５以上で３．３以下の範囲内であることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明では、前記絶縁層における第１部材とアンカ部間の接合強度を十分に保つことが出来るとともに、第１部材側及び第２部材側からアンカ部に応力が加わったときに、センサ部の変位量を小さくでき、検出精度に優れたＭＥＭＳセンサに出来る。
【００１６】
本発明では、前記絶縁層の外周側面は、前記絶縁層の幅寸法がＴ１から厚さ方向に向けて徐々に小さくなる傾斜面で形成されていることが好ましい。より効果的にアンカ部に加わる応力を分散でき、センサ部の変位量をより小さくできる。
【００１７】
また本発明では、前記絶縁層の幅寸法Ｔ１は前記第１部材との接合側にて規定され、前記絶縁層の外周側面は、前記第１部材側から前記アンカ部側に向けて徐々に前記幅寸法が小さくなるように傾斜していることが好ましい。
【００１８】
また本発明では、前記アンカ部の幅寸法をＴ３とし、前記絶縁層の外周側面の前記アンカ部の外周側面からの後退量をＴ４としたとき、（Ｔ４／Ｔ３）×１００（％）は、１０％以上２５％以下で規定されることが好ましい。これにより前記絶縁層における第１部材とアンカ部間の接合強度を十分に保つことが出来るとともに、第１部材側及び第２部材側からアンカ部に応力が加わったときに、センサ部の変位量をより効果的に小さくできる。特に上記のように、前記絶縁層の外周側面を、前記第１部材側から前記アンカ部側に向けて徐々に前記幅寸法が小さくなるように傾斜させた形態において、Ｔ１／Ｔ２を３．３以下にし且つ（Ｔ４／Ｔ３）×１００（％）を１０％以上に制御することで、センサ部の変位量をより効果的に小さく出来る。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、絶縁層における第１部材とアンカ部間の接合強度を十分に保つことが出来るとともに、第１部材側及び第２部材側からアンカ部に応力が加わったときに、センサ部の変位量を小さくでき、検出精度に優れたＭＥＭＳセンサに出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１実施形態におけるＭＥＭＳセンサを模式的に示した部分拡大縦断面図、
【図２】第２実施形態におけるＭＥＭＳセンサを模式的に示した部分拡大縦断面図、
【図３】第３実施形態におけるＭＥＭＳセンサを模式的に示した部分拡大縦断面図、
【図４】本実施形態におけるアンカ部、絶縁層、及び金属層の平面図、
【図５】（ａ）は図１ないし図３のいずれかの構造を利用したＭＥＭＳセンサ（加速度センサ）の平面図、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線から切断し矢印方向から見たＭＥＭＳセンサの縦断面図、
【図６】図１ないし図３のいずれかの構造を利用した図５とは異なるＭＥＭＳセンサ（加速度センサ）の平面図、
【図７】図６に示すＭＥＭＳセンサの斜視図（可動時）、
【図８】本実施形態における外周側面が傾斜面で形成された絶縁層の製造方法を説明するための工程図（部分拡大縦断面図）、
【図９】（ａ）は実験用サンプル（実施例１）の縦断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の基準状態から応力が加わって検出部が変位した状態を示す縦断面図、
【図１０】Ｔ１／Ｔ２と変位量Ｌとの関係を示すグラフ、
【図１１】（Ｔ４／Ｔ３）×１００（％）と変位量Ｌとの関係を示すグラフ、
【図１２】図９とは異なって絶縁層の外周側面を傾斜させた実験用サンプル（実施例２、実施例３）の縦断面図、
【図１３】実施例１、実施例２及び実施例３におけるＴ１／Ｔ２と変位量Ｌとの関係を示すグラフ、
【図１４】実施例１、実施例２及び実施例３における（Ｔ４／Ｔ３）×１００（％）と変位量Ｌとの関係を示すグラフ、
【図１５】第１部材とアンカ部間に介在する絶縁層の形状を示すＴＥＭ写真、
【図１６】従来におけるＭＥＭＳセンサの部分拡大縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１ないし図３に示す各図は本実施形態におけるＭＥＭＳセンサを模式的に示した部分拡大断面図である。
【００２２】
図１に示す第１実施形態のＭＥＭＳセンサ１０は、第１部材（支持基材）１１と、第２部材（キャップ基材）１２と、前記第１部材１１と前記第２部材１２間に介在する中間部材（機能層）１３との積層構造で構成される。
【００２３】
第１部材１１、第２部材１２及び中間部材１３はいずれもシリコンで形成される。第１部材１１及び第２部材１２は例えば平板状で形成されている。
【００２４】
図１に示すように、中間部材１３にはアンカ部１４と、前記アンカ部１４に接続されるセンサ部１５とを有して構成される。図１に示すように前記センサ部１５は前記アンカ部１４に直接接続された構成でもよいし、あるいは前記センサ部１５とアンカ部１４との間に薄い厚さで形成されたばね部等が介在する形態であってもよい。
【００２５】
図１に示すようにアンカ部１４に接続されたセンサ部１５は、例えば静電容量式における一方の電極を構成している。
【００２６】
図１に示すように、第１部材１１とアンカ部１４との間には絶縁層１６が介在している。絶縁層１６は例えば酸化シリコンである。第１部材１１、絶縁層１６及び中間部材１３にてＳＯＩ基板を構成することが出来る。
【００２７】
また図１に示すように第２部材１２の内側表面には絶縁層１８が形成され、前記絶縁層１８とアンカ部１４との間に金属層１７が形成されている。
【００２８】
前記金属層１７は、例えば、アンカ部１４側に形成された第１金属層と、第２部材１２側に形成された第２金属層とが共晶接合あるいは拡散接合されて成り、材料の組み合わせとしては、アルミニウム−ゲルマニウム、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。
【００２９】
また図示しない配線部が金属層１７との接続位置から絶縁層１８内部や表面に形成されており、ＭＥＭＳセンサ１０の外枠位置に、引き回された前記配線部と電気的に接続される電極パッドが露出して設けられている。この電極パッドから検出信号を取り出すことが出来る。
【００３０】
図１に示すように、絶縁層１６及び金属層１７はセンサ部１５と対向する位置には形成されておらず、センサ部１５と第１部材１１間、及びセンサ部１５と第２部材１２間には空間が形成されている。
【００３１】
図１及び図４（アンカ部、絶縁層１６及び金属層１７の平面図であり、絶縁層１６及び金属層１７の形状を点線で示した）に示すように、絶縁層１６の外周側面１６ａ、及び、金属層１７の外周側面１７ａは共にアンカ部１４の外周側面１４ａよりも内側に後退している。
【００３２】
図１，図４に示すように、絶縁層１６の幅寸法はＴ１であり、金属層１７の幅寸法はＴ２であり、アンカ部１４の幅寸法はＴ３である。そして、アンカ部１４の外周側面１４ａから見た前記絶縁層１６の外周側面１６ａの後退量はＴ４である。ここで、図４では、各外周側面１６ａの後退量Ｔ４は、アンカ部１４の各外周側面１４ａから略一定であるが、後退量Ｔ４が場所によって違うような場合、例えば、最大後退量と、最小後退量との平均値で後退量Ｔ４を示すことが出来る。
【００３３】
図４に示すように、アンカ部１４及び絶縁層１６の平面形状は矩形状、特に図４では正方形で示されている。また金属層１７の平面形状は円形状で形成されている。アンカ部１４、絶縁層１６及び金属層１７の平面形状は図４に示すものに限定されない。
【００３４】
また、幅寸法Ｔ１〜Ｔ３は例えば、次のようにして規定される。正方形で形成される場合、幅寸法は一辺の長さで規定される。また辺の長さが異なる長方形である場合、幅寸法は、短辺と長辺との平均で規定される。あるいは円形で形成される場合、幅寸法は直径で規定される。また楕円形で形成される場合、幅寸法は長軸と短軸との平均で規定される。これら以外の形状で形成される場合、例えば図４に示すＸ１−Ｘ２方向の長さ寸法と、Ｘ１−Ｘ２方向に直交するＹ１−Ｙ２方向の長さ寸法との平均値で規定される。Ｘ１−Ｘ２方向及びＹ１−Ｙ２方向はＭＥＭＳセンサ１０の外形が矩形状であれば、各辺方向に倣う。または、図１のようにアンカ部１４に接続されるセンサ部１５の延出方向に向って切断したときに現れる断面形状にて、幅寸法Ｔ１〜Ｔ３を規定することも出来る。あるいは、長軸と短軸との平均で幅寸法Ｔ１〜Ｔ３を規定することが出来る。
【００３５】
本実施形態では、金属層１７の幅寸法Ｔ２に対する絶縁層１６の幅寸法Ｔ１の比（Ｔ１／Ｔ２）が、１．５以上で３．３以下の範囲内に規定されている。
【００３６】
本実施形態では、図１に示すように、金属層１７の外周側面１７ａをアンカ部１４の外周側面１４ａから後退させ、金属層１７の幅寸法Ｔ２を十分に小さいサイズで形成している。これにより、金属層１７とアンカ部１４及び金属層１７と第２部材１２との間で熱膨張差が大きくても熱応力に基づく歪みや変形を抑制できる。
【００３７】
さらに本実施形態では、上記のように比（Ｔ１／Ｔ２）を、３．３以下に設定した。これにより、製造工程や使用環境による部材間の熱歪みや曲げ応力等、第１部材１１と第２部材１２間に応力が加わったときに第１部材１１側からアンカ部１４に伝わる応力の分布と、第２部材１２側からアンカ部１４に伝わる応力の分布との差（応力の偏り）を小さくできる。したがってアンカ部１４に応力が加わった場合でも、アンカ部１４の変形を抑制できるためアンカ部１４に接続されたセンサ部１５の変位量を従来に比べて小さくすることができる。よって従来に比べて検出精度に優れたＭＥＭＳセンサ１０にできる。なお変位量は、アンカ部１４に加わる応力がゼロであると仮定した場合を基準状態とし、アンカ部１４に応力が加わったときに、前記基準状態からのセンサ部１５の最大撓み量にて規定できる。
【００３８】
また本実施形態では、比（Ｔ１／Ｔ２）を１．５以上に設定したことで、絶縁層１６を介して接合される第１部材１１とアンカ部１４間の接合強度を十分に保つことが出来る。また、絶縁層１６は例えばエッチングによりその周囲の不要な絶縁層を除去して成るものであるため、絶縁層１６の形状や形成位置は、アンカ部１４及びアンカ部１４に接続されるセンサ部１５の大きさや形状、形成場所、エッチング時間、エッチング環境等によりばらつきやすい。したがって絶縁層１６の幅寸法Ｔ１をあまり小さく設定しすぎると、図４に示す平面視にて金属層１７の全域が絶縁層１６の領域内に包含されず、平面視にて、金属層１７と絶縁層１６とが互いにずれた位置に関係になりやすい。すると、第１部材１１側及び第２部材１２側からアンカ部１４に加わる応力バランスが悪くなる。後述の実験に示すように比（Ｔ１／Ｔ２）を小さくすることでセンサ部１５の変位量を小さくできるが、Ｔ１を小さくしすぎると逆にセンサ部１５の変位量を効果的に小さくできなくなる。したがって平面視にて、金属層１７の全域が絶縁層１６の領域内に包含されるように製造マージンを考慮してＴ１／Ｔ２の下限値を１．５に設定した。
【００３９】
また、比（Ｔ１／Ｔ２）を１．５以上に設定したことで、共晶接合あるいは拡散接合を適切に行うことができる。すなわち、比（Ｔ１／Ｔ２）が大きくなると、それだけ絶縁層１６の幅寸法Ｔ１と金属層１７の幅寸法Ｔ２との幅寸法差が大きくなる。そして、金属層１７を共晶接合あるいは拡散接合させる際に圧力を加えたとき、前記幅寸法差が大きければ、多少、各部材間のアライメントがずれても、前記圧力を金属層１７に十分に加えることができ、安定した接合を行うことができる。よって良好な電気的接続を得ることができ、電気的に安定した接合構造を得ることが出来る。
【００４０】
また図２に示す第２実施形態及び図３に示す第３実施形態では、絶縁層１６の外周側面１６ａが傾斜している。図２、図３においても図１と同様に、比（Ｔ１／Ｔ２）は１．５以上で３．３以下に規定されている。
【００４１】
図２に示す第２実施形態では、絶縁層１６の幅寸法Ｔ１は、第１部材１１との接合側にて規定される。そして前記絶縁層１６の外周側面１６ａは、第１部材１１側からアンカ部１４に向うにしたがって徐々に絶縁層１６の幅寸法が小さくなるように傾斜している。
【００４２】
また図３に示す第３実施形態では、絶縁層１６の幅寸法Ｔ１は、アンカ部１４との接合側にて規定される。そして前記絶縁層１６の外周側面１６ａは、アンカ部１４側から第１部材１１に向うにしたがって徐々に絶縁層１６の幅寸法が小さくなるように傾斜している。
【００４３】
図２，図３に示すように、絶縁層１６の外周側面１６ａを傾斜面で形成することで、第１部材１１側から絶縁層１６を介してアンカ部１４に加えられる応力を効果的に分散でき、より効果的にセンサ部１５の変位量を小さくできることが後述する実験によりわかっている。
【００４４】
また、アンカ部１４の幅寸法Ｔ３に対する絶縁層１６の後退量Ｔ４の比（（Ｔ４／Ｔ３）×１００（％））が、１０％以上２５％以下であることが好適である。特に、図２に示す実施形態において、比（Ｔ１／Ｔ２）を３．３以下にし且つ比（（Ｔ４／Ｔ３）×１００（％））を１０％以上とすることで、図１、図３の実施形態に比べて、より効果的にセンサ部１５の変位量を小さくできることが後述する実験よりわかっている。なお、第１部材１１とアンカ部１４間の接合強度を考慮して、比（（Ｔ４／Ｔ３）×１００（％））の上限値を２５％に設定した。
【００４５】
具体的数値を例示する。絶縁層１６の幅寸法Ｔ１は、１５〜７５μｍ程度である。金属層１７の幅寸法Ｔ２は、１０〜４０μｍ程度である。またアンカ部１４の幅寸法Ｔ３は、３０〜８０μｍ程度である。また、後退量Ｔ４は、１〜１０μｍ程度である。
【００４６】
図１ないし図３に示す本実施形態の構造は、図５や図６に示すＭＥＭＳセンサに適用される。
【００４７】
図５（ａ）はＭＥＭＳセンサ（加速度センサ）の平面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＢ−Ｂ線から切断し矢印方向から見たＭＥＭＳセンサの縦断面図、である。なお図５（ａ）の平面図は、第１部材１１を透視して示した。
【００４８】
図５に示すＭＥＭＳセンサは、例えば、Ｘ方向が長辺でＹ方向が短辺の長方形状である。
【００４９】
図５（ａ）に示すように、中間部材１３には、周囲領域に枠体層２１が形成されており、前記枠体層２１の内部がセンサ部の形成領域となっている。図５（ａ）では枠体層２１を斜線で示している。
【００５０】
図５（ａ）に示すように、中間部材１３には前記枠体層２１の内側にセンサ部の外形を規定する第１の穴２６と第２の穴２７および第３の穴２８が形成されており、それぞれの穴２６，２７，２８は、枠体層２１を厚さ方向に貫通している。
【００５１】
第１部材１１と枠体層２１との対面部では、枠状の絶縁層１６が形成されている。
図５（ａ）（ｂ）に示すように、枠体層２１と第２部材１２の対向面に形成された絶縁層１８との間では金属層１７により、センサ部の周囲を封止している。
【００５２】
図５（ａ）に示すように各穴２６，２７，２８の内部が、センサ部３６，３７，３８となっている。
【００５３】
そして、図５（ａ）（ｂ）に示すように、各穴２６，２７，２８内には複数のアンカ部１４が形成されており、アンカ部１４に接続されて各センサ部３６，３７，３８が形成されている。
【００５４】
例えば図５に示すＭＥＭＳセンサは、第１のセンサ部３６に設けられた第１の可動部４１の動作により、第１部材１１の基板面と直交する向きのＺ方向の加速度を検知できる。可動部４１は、ばね部や梁部を介してＹ１−Ｙ２方向に対向する各アンカ部１４，１４に接続されている。またＸ１−Ｘ２方向に対向する各アンカ部１４，１４からは固定部５１，５３が延出形成されている。可動部４１と固定部５１，５３とが対向する部分は櫛歯状電極構造となっており、可動部４１がＺ方向に移動したときに静電容量が変化することで、可動部４１の移動量や加速度を検知することが出来る。また、第２のセンサ部３７に設けられた第２の可動部４２の動作により、第１部材１１の基板面と平行なＹ方向の加速度を検知でき、第３のセンサ部３８に設けられた第３の可動部４３の動作によりＺ方向とＹ方向に直交するＸ方向の加速度を検知できる。
【００５５】
図６、図７に示すＭＥＭＳセンサは、第１の可動部６０と第２の可動部６１とが高さ方向であって互いに逆方向に移動するようにアンカ部１４を介して支持された構造である。
【００５６】
なお図６、図７では、中間部材１３のみを図示し、その上下に位置する第１部材１１、第２部材１２、絶縁層１６及び金属層１７を省略したが、図１ないし図３で説明した条件により、図６，図７に示す中間部材１３と第１部材１１及び第２部材１２とが絶縁層１６及び金属層１７を介して接合されている。
【００５７】
図８には、図２、図３に示すように、絶縁層１６の外周側面１６ａを傾斜面で形成するときの製造方法を示す。
【００５８】
図８（ａ）に示す工程では、シリコンで形成された第１部材１１の表面１１ａを熱酸化して第１部材１１の表面１１ａに第１絶縁層（ＳｉＯ2）７１を形成する。一方、シリコンで形成された中間部材１３の表面１３ａを自然酸化させて中間部材１３の表面１３ａに第２絶縁層（ＳｉＯｘ）７２を形成する。これにより第１部材１１には密な膜である第１絶縁層７１が形成され、中間部材１３には疎な膜である第２絶縁層７２が形成される。
【００５９】
次に図８（ｂ）の工程では、第１部材１１と中間部材１３とを接合する。例えば第１部材１１と中間部材１３間を、フュージョン接合、常温接合できる。
【００６０】
次に図８（ｃ）の工程では、第１部材１１及び中間部材１３の外形をエッチングや研磨工程で整える。図８（ｃ）に示すように、中間部材１３にはアンカ部１４及びセンサ部１５等を形成する。
【００６１】
次に図８（ｄ）の工程では、第１部材１１と中間部材１３間のうち、アンカ部１４と第１部材１１との間に絶縁層１６が介在し、それ以外の領域が空間となるように、第１絶縁層７１及び第２絶縁層７２をウエットエッチングやドライエッチングによる等方性エッチングにて除去する。このとき、センサ部１５と第１部材１１間に介在する第１絶縁層７１及び第２絶縁層７２がエッチングされやすいようにセンサ部１５には微細孔が多数設けられ、微細孔を通してエッチング液やガスがセンサ部１５と第１部材１１間の第１絶縁層７１及び第２絶縁層７２にまで到達できるようになっている。
【００６２】
例えばＨＦガスを用いて選択的に第１絶縁層７１及び第２絶縁層７２をエッチングする。このとき、密な膜である第１絶縁層７１のエッチングレートは疎な膜である第２絶縁層７２のエッチングレートに比べて遅いため、第１絶縁層７１と第２絶縁層７２とが一様にエッチングされず図８（ｄ）に示すように、絶縁層１６の外周側面１６ａが傾斜面に形成される。図８（ｄ）では、密な膜である第１絶縁層７１が第１部材１１側に、疎な膜である第２絶縁層７２がアンカ部１４側に設けられているので、図８（ｄ）に示すように外周側面１６ａは、絶縁層１６の幅寸法Ｔ１が、第１部材１１側からアンカ部１４にかけて徐々に小さくなる傾斜面となっている。したがって第１絶縁層７１を疎な膜で、第２絶縁層７２を密な膜で形成すれば図８（ｄ）とは外周側面１６ａの傾斜方向を逆向きに形成出来る。
【００６３】
なお本実施形態におけるＭＥＭＳセンサは加速度センサ、ジャイロセンサ、衝撃センサ等の物理量センサに好ましく適用される。またセンサ部検出原理も静電容量式に限定されるものではない。
【実施例】
【００６４】
図９（ａ）はシミュレーション実験におけるＭＥＭＳセンサの実験用サンプルの縦断面図である。
【００６５】
図９（ａ）に示すように、第１部材８１と第２部材８２との間に中間部材８３を介在させ、第１部材８１、第２部材８２及び中間部材８３をいずれもシリコンで形成した。図９（ａ）に示すように、中間部材８３を、アンカ部８３ａと、アンカ部８３ａから一体となって一方向に延出する変位検出部８３ｂとで構成した。
【００６６】
また図９（ａ）に示すようにアンカ部８３ａと第１部材８１との間にＳｉＯ2からなる絶縁層８４を介在させて、アンカ部８３ａと第１部材８１間を接合した。
【００６７】
また図９（ａ）に示すように、第２部材８２の内側表面にはＳｉＯ2から成る絶縁層８６が設けられ、絶縁層８６とアンカ部８３ａとの間にＡｌから成る金属層８５を介在させ、アンカ部８３ａと第２部材８２間を接合した。
【００６８】
ここで、シリコンのヤング率は１７８．００ＧＰａ、ポアソン比は０．１７０、Ａｌのヤング率は７０．３０ＧＰａ、ポアソン比は０．３５０、ＳｉＯ2のヤング率は７１．００ＧＰａ、ポアソン比は０．３００であった。
【００６９】
また第１部材８１の厚さ寸法Ｈ１は１００μｍで、第２部材８２の厚さ寸法Ｈ２は１００μｍで、中間部材８３の厚さ寸法Ｈ３は２０μｍであった。また、絶縁層８４の厚さ寸法Ｈ４は１．５μｍで、金属層８５の厚さ寸法Ｈ５は０．５μｍであった。
【００７０】
実験では、金属層８５の幅寸法Ｔ２（直径）を２０μｍに固定し、前記絶縁層８４の幅寸法Ｔ１（一辺の長さ）を５５〜７０μｍの範囲内で変化させてなる複数の実験用サンプルを用意した。なお各実験用サンプルでは、金属層８５の中心と絶縁層８４の中心とを厚み方向に一致させている。そして、各実験用サンプルに対して、第１部材８１側からアンカ部８３ａ方向に向けて、第２部材８２側からアンカ部８３ａ方向に向けて夫々１０ＭＰａの圧力を加えた。
【００７１】
そして上記のように圧力を加えることで図９（ｂ）に示すように変位検出部８３ｂが変位したときの変位量Ｌを測定した。なお図９（ｂ）では、視覚的にわかりやすくするため変位検出部８３ｂの変位量を実験より得られた寸法比に比べて大きく図示した。一方向に延びる変位検出部８３ｂの長さ寸法を２８０μｍに設定した。また変位量Ｌは図９（ａ）に示すように応力が加わっていない基準状態から、図９（ｂ）のように応力が加わったときの変位検出部８３ｂの最大撓み量で規定した。
【００７２】
図１０は、Ｔ１／Ｔ２と変位量Ｌとの関係を示すグラフである。図１０に示すようにＴ１／Ｔ２が大きくなると徐々に変位量Ｌが大きくなっていくが、Ｔ１／Ｔ２が３．３付近になると変位量Ｌの傾きが緩やかになり始めることがわかった。
【００７３】
そこで本実施例ではＴ１／Ｔ２を３．３以下に設定した。なお好ましくはＴ１／Ｔ２を３．００以下に設定した。図１０に示すようにＴ１／Ｔ２は小さいほど変位量Ｌを小さくできて好適である。しかしながらＴ１／Ｔ２が小さくなるほど絶縁層８４の幅寸法Ｔ１が小さくなっていき、第１部材８１とアンカ部８３ａ間の接合強度が低下する。また、絶縁層８４はエッチングによりその周囲の不要な絶縁層を除去して成るものであるため、絶縁層８４の形状や形成位置は、アンカ部８３ａ及びアンカ部８３ａに接続されるセンサ部の大きさや形状、形成場所、エッチング時間、エッチング環境等によりばらつきやすい。したがって絶縁層８４の幅寸法Ｔ１をあまり小さくしすぎると、平面視にて金属層８５の全域が絶縁層８４の領域内に包含されず、前記金属層８５と前記絶縁層８４とが互いにずれて配置されやすい。すると、アンカ部８３ａの上下面から加わる応力バランスが悪くなり、変位量Ｌを効果的に小さくすることができない。したがってＴ１／Ｔ２の下限値を１．５に設定した。
【００７４】
また、比（Ｔ１／Ｔ２）を１．５以上に設定したことで、共晶接合あるいは拡散接合を適切に行うことができる。すなわち、比（Ｔ１／Ｔ２）が大きくなると、それだけ絶縁層１６の幅寸法Ｔ１と金属層１７の幅寸法Ｔ２との幅寸法差が大きくなる。そして、金属層１７を共晶接合あるいは拡散接合させる際に圧力を加えたとき、前記幅寸法差が大きければ、多少、各部材間のアライメントがずれても、前記圧力を金属層１７に十分に加えることができ、安定した接合を行うことができる。よって良好な電気的接続を得ることができ、電気的に安定した接合構造を得ることが出来る。
【００７５】
次にアンカ部８３ａの幅寸法Ｔ３を、２０μｍに統一し、後退量Ｔ４を変化させて、アンカ部８３ａの幅寸法Ｔ３に対する絶縁層８４の外周側面８４ａの後退量Ｔ４の比（（Ｔ４／Ｔ３）×１００（％））と、変位検出部８３ｂの変位量Ｌとの関係を測定した。その実験結果が図１１に示されている。図１１に示すように比（（Ｔ４／Ｔ３）×１００（％））が１０％以上になると変位量Ｌを効果的に小さくできることがわかった。なお比（（Ｔ４／Ｔ３）×１００（％））は１５％以上であることがより好ましい。
【００７６】
続いて図１２（ａ）（ｂ）に示すように、第１部材８１とアンカ部８３ａとの間に介在する絶縁層８４の外周側面８４ａを傾斜面に形成した。図１２（ａ）では、第１部材８１側からアンカ部８３ａに向うにしたがって徐々に絶縁層８４の幅寸法が広がるように外周側面８４ａを傾斜させ、図１２（ｂ）では、第１部材８１側からアンカ部８３ａに向うにしたがって徐々に絶縁層８４の幅寸法が小さくなるように外周側面８４ａを傾斜させた。図１２（ａ）（ｂ）の双方において、金属層８５の幅寸法Ｔ２と対比される絶縁層８４の幅寸法Ｔ１を幅広側で規定する。また実験では、絶縁層８４の外周側面８４ａの傾斜寸法（削り込み量）Ｔ６を４μｍに統一した。そのほかの寸法については図９（ａ）と同様とした。
【００７７】
図１３は、図９（ａ）に示す実施例１、図１２（ａ）に示す実施例２、及び図１２（ｂ）に示す実施例３における比（Ｔ１／Ｔ２）と変位量Ｌとの関係を示すグラフである。
【００７８】
図１３に示すように、いずれの実施例も比（Ｔ１／Ｔ２）を３．３以下に設定すると変位量Ｌを効果的に小さくできることがわかった。また、絶縁層８４の外周側面８４ａを傾斜させた実施例２及び実施例３では実施例１に比べて同じ比（Ｔ１／Ｔ２）でも変位量Ｌを効果的に小さくできることがわかった。このように絶縁層８４に傾斜を設けることで変位量Ｌを小さくできるのは、傾斜を設けた分、絶縁層８４を更に削り込んでいることと、傾斜によりアンカ部８３ａに加わる応力をより効果的に分散できるためであると考えられる。
【００７９】
また図１４は、実施例１、実施例２及び実施例３における比（（Ｔ４／Ｔ３）×１００（％））と変位量Ｌとの関係を示すグラフである。
【００８０】
図１４に示すように、どの実施例においても比（（Ｔ４／Ｔ３）×１００（％））を１０％以上に設定することで変位量Ｌを効果的に小さくできることがわかった。
【００８１】
また、図１３，図１４に示すように、絶縁層８４の外周側面８４ａを傾斜面とした実施例２と実施例３のうち、第１部材８１側で幅寸法Ｔ１を規定し、幅寸法を第１部材８１側からアンカ部８３ａに向けて徐々に小さくした絶縁層８４を備える実施例３のほうが変位量Ｌをより効果的に小さくできることがわかった。よって、実施例３の形態において、比（Ｔ１／Ｔ２）を３．３以下に設定し且つ比（（Ｔ４／Ｔ３）×１００（％））を１０％以上に設定すれば、より効果的に変位量Ｌを小さくできることがわかった。
【００８２】
図１５（ａ）は、第１部材の内側表面に熱酸化（１０００℃程度で熱酸化）による密な膜である絶縁層（ＳｉＯ2）を形成し、中間部材の内側表面に自然酸化による疎な膜である絶縁層（ＳｉＯX）を形成し、ＨＦガスを用いて不要な絶縁層を除去したときに残された絶縁層の断面写真である。図１５（ｂ）は、図１５（ａ）と異なって疎な膜を形成せずに熱酸化による絶縁層を第１部材と中間部材間に介在させ、ＨＦガスを用いて不要な絶縁層を除去したときに残された絶縁層の断面写真である。図１５（ｃ）は、図１５（ａ）の膜構成と逆であり、すなわち第１部材の内側表面に自然酸化による疎な膜である絶縁層を形成し、中間部材の内側表面に熱酸化による密な膜である絶縁層を形成し、ＨＦガスを用いて不要な絶縁層を除去したときに残された絶縁層の断面写真である。
【００８３】
図１５（ｂ）での絶縁層の外周側面は略垂直面であるが、図１５（ａ）（ｃ）では、絶縁層の外周側面が傾斜面となった。上記したように疎な膜と密な膜によるエッチングレート差を使用することで絶縁層の外周側面を簡単且つ適切に傾斜面に形成できることがわかった。
【符号の説明】
【００８４】
１０  ＭＥＭＳセンサ
１１、８１  第１部材
１２、８２  第２部材
１３、８３  中間部材
１４、８３ａ  アンカ部
１４ａ  （アンカ部の）外周側面
１５、３６、３７、３８  センサ部
１６、１８、８４、８６  絶縁層
１６ａ  （絶縁層の）外周側面
１７、８５  金属層
１７ａ  （金属層の）外周側面
２１  枠体層
７１  第１絶縁層
７２  第２絶縁層
８３ｂ  変位検出部
【図１】
2011038872.tif 000003
【図２】
2011038872.tif 000004
【図３】
2011038872.tif 000005
【図４】
2011038872.tif 000006
【図５】
2011038872.tif 000007
【図６】
2011038872.tif 000008
【図７】
2011038872.tif 000009
【図８】
2011038872.tif 000010
【図９】
2011038872.tif 000011
【図１０】
2011038872.tif 000012
【図１１】
2011038872.tif 000013
【図１２】
2011038872.tif 000014
【図１３】
2011038872.tif 000015
【図１４】
2011038872.tif 000016
【図１５】
2011038872.tif 000017
【図１６】
2011038872.tif 000018