(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体基板に設けられた可動部とガラス基板との貼り付きを防止し、電極の劣化を防止することにより、信頼性の高い力学量センサを安定的に製造する方法を提供する。【解決手段】開口を有する枠部と、開口内に設けられ、枠部に対して変位する変位部と、枠部と変位部とを接続する可撓部と、を有する第１構造体と、枠部に接合される固定部と、固定部と離隔して設けられ、変位部に接合される錘部と、を有する第２構造体と、アルカリ金属を含むケイ酸ガラスから構成され、第２構造体に対向する第１面及び第１面と反対側に位置する第２面を有し、第１面が固定部と接合される支持基板と、を備え、支持基板の錘部と対向する部分におけるアルカリ金属濃度は、ケイ酸ガラスの元の濃度と変わらず、固定部に対向する部分におけるアルカリ金属濃度は、ケイ酸ガラスの元の濃度より低くなっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口を有する枠部と、前記開口内に設けられ、前記枠部に対して変位する変位部と、前記枠部と前記変位部とを接続する可撓部と、を有する第１構造体と、
前記枠部に接合される固定部と、前記固定部と離隔して設けられ、前記変位部に接合される錘部と、を有する第２構造体と、
アルカリ金属を含むケイ酸ガラスから構成され、前記第２構造体に対向する第１面及び前記第１面と反対側に位置する第２面を有し、前記第１面が前記固定部と接合される支持基板と、
を備え、
前記支持基板の前記第１面の前記錘部と対向する部分におけるアルカリ金属の濃度と、前記第１面の前記固定部に対向する部分におけるアルカリ金属の濃度とが異なっている、力学量センサ。
【請求項２】
前記第１構造体は、第１半導体材料から構成され、
前記第２構造体は、第２半導体材料から構成される、請求項１に記載の力学量センサ。
【請求項３】
前記可撓部に設けられるピエゾ抵抗をさらに備える、請求項１又は２に記載の力学量センサ。
【請求項４】
前記支持基板の前記第１面上に設けられた導電層をさらに含む、請求項１又は２に記載の力学量センサ。
【請求項５】
第１半導体層及び第２半導体層を有する半導体基板における第１半導体層をエッチングして枠部と、変位部と、前記枠部と前記変位部とを接続する可撓部を形成して第１構造体を形成し、
前記第２半導体層をエッチングして前記枠部に接合される固定部と、前記固定部と離隔して設けられ、前記変位部に接合される錘部とを形成して第２構造体を形成し、
アルカリ金属を含むケイ酸ガラスから構成された支持基板の一方の面に第１導電層及び第２導電層を形成し、
前記支持基板の一方の面とは反対側の他方の面と前記第２構造体の固定部とを陽極接合すること、
を含み、
前記陽極接合することは、前記第２導電層及び前記半導体基板を接地して、前記支持基板の他方の面と前記固定部との間に電圧を印加すること、
を含み、
前記第１導電層は前記固定部に少なくとも一部が重畳するように形成し、前記第２導電層は、前記錘部に少なくとも一部が重畳するように形成される、力学量センサの製造方法。
【請求項６】
前記第１半導体層の前記可撓部に不純物を拡散して複数のピエゾ抵抗を形成すること、をさらに含む、請求項５に記載の力学量センサの製造方法。
【請求項７】
前記支持基板の他方の面に第３導電層を形成すること、をさらに含む、請求項５に記載の力学量センサの製造方法。
【請求項８】
開口を有する枠部を有する第１構造体と、
前記枠部に接合される固定部と、前記固定部と接続され、前記固定部に対して変位する変位部を有する第２構造体と、
アルカリ金属を含むケイ酸ガラスから構成され、前記第２構造体に対向する第１面及び前記第１面と反対側に位置する第２面を有し、前記第１面が前記固定部と接合される支持基板と、
を備え、
前記支持基板の前記第１面の前記変位部と対向する部分におけるアルカリ金属の濃度と、前記第１面の前記固定部に対向する部分におけるアルカリ金属の濃度とが異なっている、力学量センサ。
【請求項９】
前記変位部には、第１電極が設けられ、
前記変位部に対向する、前記支持基板の前記第１面には第２電極が設けられる、請求項８に記載の力学量センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、力学量センサ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラスと金属又は半導体材料とを接合とする方法として陽極接合が知られている。陽極接合は、アルカリ金属酸化物を副成分として含むガラスと金属又は半導体材料とを接触させて加熱し、ガラス側を陰極とし、金属又は半導体材料側を陽極として電圧を印加することにより、ガラスと金属又は半導体材料との間に静電引力が働いて両者が強く密着し、ガラスと金属又は半導体材料との界面で起こる共有結合によって、ガラスと金属又は半導体材料とを接合する方法であり、半導体材料から構成される圧力センサや加速度センサなどのトランデューサを含むＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）デバイスの製造に利用されている。
【０００３】
可動部を有するＭＥＭＳデバイスを製造する際、可動部が設けられた金属又は半導体とガラス基板との陽極接合時の電圧印加により、可動部と対向するガラス基板の一面側が−（マイナス）に帯電し、静電引力によって可動部が対向するガラス基板又は可動部に対向するガラス基板の一面上に設けられた電極に引き寄せられて接触し、付着してしまうという問題があった。
【０００４】
引用文献１には、可動部が設けられた半導体基板とガラス基板との陽極接合する際に、可動部と対向するガラス基板の一面上に設けられた電極を接地して半導体基板と同電位にし、電極を電場のシールド層として機能させることによって静電引力の発生を防ぎ、静電引力により可動部がガラス基板に引き寄せられて接触することを防止することにより、可動部とガラス基板との貼り付きを防止する力学量センサの製造方法が開示されている。また、引用文献２には、可動部の下面と可動部に対向するガラス基板の一面上に設けられた電極に特定の材料を用いることにより、接触しても可動部とガラス基板との貼り付きが起こらないようにし、可動部とガラス基板との貼り付きを防止する力学量センサの製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−００８４３７号公報
【特許文献２】特開２００９−１６８８００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、引用文献１及び引用文献２に記載された方法を用いて力学量センサを製造する場合においても、半導体基板に設けられた可動部と対向するガラス基板との貼り付き防止が十分ではなく、力学量センサを安定的に製造することが困難となり、製造工程における力学量センサの歩留まりが低下するという問題がある。
【０００７】
また、半導体基板とガラス基板との陽極接合時にガラス基板に含まれるナトリウムイオンなどの陽イオンが給電電極側に移動することにより、ガラス基板の給電電極が設けられた面とは反対側の面に表面荒れが発生したり、ガラス基板に電極が設けられる場合、陽イオンが給電電極側に移動することにより過剰に残存した酸素イオン（Ｏ2-）によって、電極が劣化してしまい、力学量センサの信頼性が低下するという問題がある。
【０００８】
このような課題に鑑み、本開示の実施形態における目的は、可動部を備える力学量センサの製造において、半導体基板に設けられた可動部とガラス基板との貼り付きを防止し、電極の劣化を防止することにより、信頼性の高い力学量センサを安定的に製造することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の一実施形態に係る力学量センサは、開口を有する枠部と、前記開口内に設けられ、前記枠部に対して変位する変位部と、前記枠部と前記変位部とを接続する可撓部と、を有する第１構造体と、前記枠部に接合される固定部と、前記固定部と離隔して設けられ、前記変位部に接合される錘部と、を有する第２構造体と、アルカリ金属を含むケイ酸ガラスから構成され、前記第２構造体に対向する第１面及び前記第１面と反対側に位置する第２面を有し、前記第１面が前記固定部と接合される支持基板と、を備え、前記支持基板の前記第１面の前記錘部と対向する部分におけるアルカリ金属の濃度と、前記第１面の前記固定部に対向する部分におけるアルカリ金属の濃度とが異なっている。
【００１０】
前記第１構造体は、第１半導体材料から構成され、前記第２構造体は、第２半導体材料から構成されてもよい。
【００１１】
力学量センサは、前記可撓部に設けられるピエゾ抵抗をさらに備えてもよい。または、力学量センサは、前記支持基板の前記第１面上に設けられた導電層をさらに含んでもよい。
【００１２】
本開示の一実施形態に係る力学量センサの製造方法は、第１半導体層及び第２半導体層を有する半導体基板における第１半導体層をエッチングして枠部と、変位部と、前記枠部と前記変位部とを接続する可撓部を形成して第１構造体を形成し、前記第２半導体層をエッチングして前記枠部に接合される固定部と、前記固定部と離隔して設けられ、前記変位部に接合される錘部とを形成して第２構造体を形成し、アルカリ金属を含むケイ酸ガラスから構成された支持基板の一方の面に第１導電層及び第２導電層を形成し、前記支持基板の一方の面とは反対側の他方の面と前記第２構造体の固定部とを陽極接合すること、を含み、前記陽極接合することは、前記第２導電層及び前記半導体基板を接地して、前記支持基板の他方の面と前記固定部との間に電圧を印加すること、を含み、前記第１導電層は前記固定部に少なくとも一部が重畳するように形成し、前記第２導電層は、前記錘部に少なくとも一部が重畳するように形成される。
【００１３】
力学量センサの製造方法は、前記第１半導体層の前記可撓部に不純物を拡散して複数のピエゾ抵抗を形成することをさらに含んでもよい。または、力学量センサの製造方法は、前記支持基板の他方の面に第３導電層を形成することをさらに含んでもよい。
【００１４】
本開示の一実施形態に係る力学量センサは、開口を有する枠部を有する第１構造体と、前記枠部に接合される固定部と、固定部と接続され、前記固定部に対して変位する変位部を有する第２構造体と、アルカリ金属を含むケイ酸ガラスから構成され、前記第２構造体に対向する第１面及び前記第１面と反対側に位置する第２面を有し、前記第１面が前記固定部と接合される支持基板と、を備え、前記支持基板の前記第１面の前記変位部と対向する部分におけるアルカリ金属の濃度と、前記第１面の前記固定部に対向する部分におけるアルカリ金属の濃度とが異なっている。
【００１５】
前記変位部には、第１電極が設けられてもよく、前記変位部に対向する、前記支持基板の前記第１面には第２電極が設けられてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本開示の一実施形態によると、可動部を備える力学量センサの製造において、半導体基板に設けられた可動部とガラス基板との貼り付きを防止し、電極の劣化を防止することにより、信頼性の高い力学量センサを安定的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本開示の一実施形態に係る力学量センサの斜視図である。
【図２】図１に示した力学量センサの分解斜視図である。
【図３】図１に示した力学量センサの部分拡大図である。
【図４Ａ】ピエゾ抵抗からＸ軸方向の加速度を検出するための検出回路の一例を示す回路図である。
【図４Ｂ】ピエゾ抵抗からＹ軸方向の加速度を検出するための検出回路の一例を示す回路図である。
【図４Ｃ】ピエゾ抵抗からＺ軸方向の加速度を検出するための検出回路の一例を示す回路図である。
【図５】図１に示した力学量センサの支持基板の上面図である。
【図６】図１に示したＡ−Ａに沿った力学量センサの断面図である。
【図７Ａ】力学量センサの製造工程を説明するための図である。
【図７Ｂ】力学量センサの製造工程を説明するための図である。
【図７Ｃ】力学量センサの製造工程を説明するための図である。
【図７Ｄ】力学量センサの製造工程を説明するための図である。
【図７Ｅ】力学量センサの製造工程を説明するための図である。
【図７Ｆ】力学量センサの製造工程を説明するための図である。
【図７Ｇ】力学量センサの製造工程を説明するための図である。
【図７Ｈ】力学量センサの製造工程を説明するための図である。
【図７Ｉ】力学量センサの製造工程を説明するための図である。
【図８】力学量センサの製造工程を説明するための図である。
【図９】本開示の一実施形態に係る力学量センサの一例を示す断面図である。
【図１０Ａ】力学量センサの製造工程を説明するための図である。
【図１０Ｂ】力学量センサの製造工程を説明するための図である。
【図１０Ｃ】力学量センサの製造工程を説明するための図である。
【図１１】本開示の一実施形態に係る力学量センサの一例を示す断面図である。
【図１２Ａ】力学量センサの製造工程を説明するための図である。
【図１２Ｂ】力学量センサの製造工程を説明するための図である。
【図１２Ｃ】力学量センサの製造工程を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本開示の実施形態に係る力学量センサ及びその製造方法について説明する。但し、以下に示す各実施形態は本開示の実施形態の一例であって、本開示はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、多くの異なる態様で実施することが可能である。なお、以下に示す各本実施形態及び実施形態で参照する図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なったり、構成の一部が図面から省略されたりする場合がある。
【００１９】
［第１実施形態］
（力学量センサ）
本開示の一実施形態に係る力学量センサとして、以下ではピエゾ抵抗型３軸加速度センサを一例として説明する。但し、本開示の一実施形態に係る力学量センサは、ピエゾ抵抗型加速度センサに限定されるものではなく、静電容量型の加速度センサ、圧力センサ、角速度センサなどであってもよい。図１は、本開示の一実施形態に係る力学量センサ１００の斜視図であり、図２は、図１に示した力学量センサ１００の分解斜視図である。
【００２０】
図１及び図２を参照すると、力学量センサ１００は、シリコン基板１０１ａ上に形成したシリコン酸化膜１０１ｂ、さらにその上にシリコン膜１０１ｃが積層されたＳＯＩ基板１０１を用いて構成される加速度センサ本体１０３と、支持基板１０５とを含む。
【００２１】
加速度センサ本体１０３は、枠部１０９と、枠部１０９に対して変位する変位部１１１と、枠部１０９と変位部１１１とを接続する可撓部１１３（１１３ａ、１１３ｂ）と、を有する第１構造体２０１、及び枠部１０９に接合される固定部１１７と、固定部１１７と離隔して設けられ、変位部１１１に接合される錘部１１９と、を有する第２構造体２０３を含む。尚、図１及び図２に示した力学量センサ１００おいて、加速度センサ本体１０３の第１構造体２０１の上に設けられる配線層を含む一部の構成は省略されている。
【００２２】
第１構造体２０１は、シリコン酸化膜１０１ｂ及びシリコン膜１０１ｃから構成される。第１構造体２０１の可撓部１１３（１１３ａ、１１３ｂ）上には複数のピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４、Ｒｙ１〜Ｒｙ４、Ｒｚ１〜Ｒｚ４が設けられる。ピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４、Ｒｙ１〜Ｒｙ４、Ｒｚ１〜Ｒｚ４は、ボロン（Ｂ）などの不純物を含む半導体材料から構成される。ピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４、Ｒｙ１〜Ｒｙ４、Ｒｚ１〜Ｒｚ４は、可撓部１１３（１１３ａ、１１３ｂ）の撓み、換言すれば、枠部１０９に対する変位部１１１の変位を検出する。また、第１構造体２０１には、枠部１０９、変位部１１１及び可撓部１１３に囲まれた複数の開口１１５が設けられる。
【００２３】
図３は、第１構造体２０１のＸ軸方向の可撓部１１３ａの拡大図である。図３に示すように、Ｘ軸方向の可撓部１１３ａには、Ｘ軸方向の加速度を検出するために、ピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４が設けられる。また、Ｘ軸方向の可撓部１１３ａには、Ｚ軸方向の加速度を検出するために、ピエゾ抵抗Ｒｚ１〜Ｒｚ４が設けられる。同様に、Ｙ軸方向の可撓部１１３ｂには、Ｙ軸方向の加速度を検出するために、ピエゾ抵抗Ｒｙ１〜Ｒｙ４が設けられる。尚、ピエゾ抵抗Ｒｚ１〜Ｒｚ４は、Ｙ軸方向の可撓部１１３ｂに設けられてもよい。各ピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４、Ｒｙ１〜Ｒｙ４、Ｒｚ１〜Ｒｚ４は、第１構造体２０１上に設けられる配線層３０１と電気的に接続される。配線層３０１は電極３０３に接続され、コンタクトホール３０５を介して外部装置と電気的に接続されてもよい。
【００２４】
可撓部１１３（１１３ａ、１１３ｂ）に設けられたピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４、Ｒｙ１〜Ｒｙ４、Ｒｚ１〜Ｒｚ４の伸縮による抵抗値の変化の符号のパターンと変化の絶対値により加速度の方向および大きさを検出することができる。図４Ａ〜図４Ｃは、ピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４、Ｒｙ１〜Ｒｙ４、Ｒｚ１〜Ｒｚ４からＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の加速度を検出するための検出回路の一例を示す回路図である。図４Ａ〜図４Ｃに示すように、ピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４、Ｒｙ１〜Ｒｙ４、Ｒｚ１〜Ｒｚ４は、それぞれブリッジ回路を形成するように接続される。
【００２５】
図４Ａ〜図４Ｃに示す入力電圧（Ｖｘ_ｉｎ、Ｖｙ_ｉｎ、Ｖｚ_ｉｎ）と出力電圧（Ｖｘ_ｏｕｔ、Ｖｙ_ｏｕｔ、Ｖｚ_ｏｕｔ）の関係は以下のとおりである。
【数１】
2019027971.tif 000003
【００２６】
加速度の大きさと各ピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４、Ｒｙ１〜Ｒｙ４、Ｒｚ１〜Ｒｚ４の伸縮の大きさとは比例し、且つ、ピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４、Ｒｙ１〜Ｒｙ４、Ｒｚ１〜Ｒｚ４の伸縮の大きさと各ピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４、Ｒｙ１〜Ｒｙ４、Ｒｚ１〜Ｒｚ４の抵抗値の大きさとは比例する。そのため、入力電圧（Ｖｘ_ｉｎ、Ｖｙ_ｉｎ、Ｖｚ_ｉｎ）に対する出力電圧（Ｖｘ_ｏｕｔ、Ｖｙ_ｏｕｔ、Ｖｚ_ｏｕｔ）の大きさは、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向への加速度の大きさに比例する。
【００２７】
第２構造体２０３は、シリコン基板１０１ａから構成される。第２構造体２０３の固定部１１７は、第１構造体２０１の枠部１０９に接合されている。また、第２構造体２０３の錘部１１９は、第１構造体２０１の変位部１１１に接合されている。
【００２８】
加速度センサ本体１０３は、支持基板１０５に接合される。支持基板１０５は、ケイ酸を主成分とするケイ酸ガラスで構成され、アルカリ金属酸化物などの副成分を含む。ケイ酸ガラスに含まれる副成分としては、酸化ナトリウムなどのアルカリ金属酸化物が挙げられる。また、副成分として、アルカリ金属酸化物の他にアルミナや酸化鉛、酸化マグネシウムなどが含まれてもよい。支持基板１０５は、第２構造体２０３に対向する第１面１０７ａ及び該第１面１０７ａと反対側に位置する第２面１０７ｂを有する。支持基板１０５と加速度センサ本体１０３とは、陽極接合により互いに接合される。具体的には、支持基板１０５の第１面１０７ａと第２構造体２０３の固定部１１７とが陽極接合によって接合される。
【００２９】
加速度センサ本体１０３と接合された支持基板１０５の第１面１０７ａの一部と該一部を除いた他の一部とでは、アルカリ金属の濃度が異なる。具体的には、第１面１０７ａにおける、第２構造体２０３の固定部１１７に対向する部分のアルカリ金属の濃度と、支持基板１０５の第１面１０７ａにおける、第２構造体２０３の錘部１１９と対向する部分のアルカリ金属の濃度とは異なる。
【００３０】
図５は、加速度センサ本体１０３と対向する、支持基板１０５の第１面１０７ａの上面図である。図５では、力学量センサ１００の加速度センサ本体１０３は省略している。図５において、第１面１０７ａにおける、第２構造体２０３の固定部１１７に対向する部分５０１は斜線で示す領域である。また、図５において、第１面１０７ａにおける、第２構造体２０３の錘部１１９と対向する部分５０３は横線で示す領域である。上述したように、本開示の一実施形態に係る力学量センサ１００において、支持基板１０５の第１面１０７ａにおける、第２構造体２０３の固定部１１７に対向する部分５０１と、第２構造体２０３の錘部１１９と対向する部分５０３とでは、支持基板１０５に含まれるアルカリ金属の濃度が異なる。
【００３１】
例えば、アルカリ金属酸化物として酸化ナトリウム（Ｎａ2Ｏ）が副成分として含まれる場合、支持基板１０５の第１面１０７ａにおける、第２構造体２０３の固定部１１７に対向する部分５０１のナトリウム（Ｎａ）濃度と第２構造体２０３の錘部１１９と対向する部分５０３のナトリウム（Ｎａ）濃度とが異なる。具体的には、支持基板１０５の第１面１０７ａにおける、第２構造体２０３の錘部１１９と対向する部分５０３のナトリウム（Ｎａ）濃度は陽極接合前のナトリウム（Ｎａ）濃度と略変わらないのに対し、第２構造体２０３の固定部１１７に対向する部分５０１のナトリウム（Ｎａ）濃度は陽極接合前のナトリウム（Ｎａ）濃度よりも低い。
【００３２】
図６は、図１に示したＡ−Ａに沿った断面図である。図６に示すように、支持基板１０５の第１面１０７ａの、第２構造体２０３の固定部１１７に対向する部分５０１と、第２構造体２０３の錘部１１９と対向する部分５０３とにおけるナトリウムイオン（Ｎａ+）は、第１面１０７ａの表面だけではなく、支持基板１０５の厚さ方向、即ち、第１面１０７ａの表面から第２面１０７ｂに向かって深さｄまでの領域で互いに異なる。ここで、ｄは、０．５μｍ〜１．６μｍである。
【００３３】
そのため、支持基板１０５の第１面１０７ａにおける、第２構造体２０３の錘部１１９と対向する部分４０３の帯電量は、第２構造体２０３の固定部１１７に対向する部分４０１の帯電量に比べて極めて小さい。その結果、第２構造体２０３の錘部１１９と対向する部分４０３と錘部１１９との間のクーロン力（静電引力）による、錘部１１９の支持基板１０５への貼り付きを防止することができ、力学量センサ１００の信頼性を向上させることができる。
【００３４】
（力学量センサの製造方法）
本開示の一実施形態に係る力学量センサの製造方法を説明する。以下では、図７Ａ〜図７Ｉ及び図８を参照して、図１に示した力学量センサ１００の製造方法を説明する。図７Ａ〜図７Ｉ及び図８は、力学量センサ１００の製造工程を説明するための図１に示したＡ−Ａの断面沿う断面図である。尚、図７Ａ〜図７Ｉ及び図８を参照して説明する力学量センサ１００の製造方法は一例であって、力学量センサ１００の製造方法は以下に説明する製造方法に限定されるわけではない。
【００３５】
図７Ａに示すように、シリコン基板１０１ａ（第１半導体層）上に形成したシリコン酸化膜１０１ｂ、さらにその上にシリコン膜（第２半導体層）１０１ｃを積層したＳＯＩ基板（半導体基板）を準備する。ＳＯＩ基板は、ＳＩＭＯＸ法、貼り合せ法等により製造される。シリコン酸化膜１０１ｂは、後述の工程でエッチングストッパ層としても機能する。
【００３６】
次にピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４、ピエゾ抵抗Ｒｙ１〜Ｒｙ４及びピエゾ抵抗Ｒｚ１〜Ｒｚ４をそれぞれ形成する。図７Ｂに示すように、まず、ＳＯＩ基板のシリコン膜１０１ｃ上に不純物拡散用のマスク７０１を形成する。マスク７０１の材料としては、例えばシリコン窒化膜（ＳｉＮX）やシリコン酸化膜（ＳｉＯX）などを用いることができる。シリコン膜１０１ｃ全面に熱酸化あるいはプラズマＣＶＤ法によりシリコン酸化膜を成膜した後、シリコン窒化膜を成膜し、シリコン窒化膜上にレジストパターン（図示せず）を形成し、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜にピエゾ抵抗に対応する開口７０２をＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）又はフッ酸などを用いたウェットエッチングにより形成する。マスク７０１は１層構造でもよく、シリコン膜１０１ｃ側からシリコン酸化膜、シリコン窒化膜の２層構造でもよい。なお、マスク７０１を２層構造とする場合、シリコン窒化膜は後述する不純物の拡散防止に用いることができる。
【００３７】
図７Ｃに示すように、ピエゾ抵抗を熱拡散法やイオン注入法により形成する。例えば、熱拡散法を用いてシリコン膜１０１ｃにホウ素を拡散させる場合、ＢＢｒ3などを少なくともマスク７０１が形成された面に曝し、不純物を堆積して熱拡散させることにより不純物拡散層を形成する。ピエゾ抵抗は、形成の条件を適宜調整することにより拡散領域表面における不純物濃度の調整をすることができる。また、ピエゾ抵抗は、形成する幅、長さ及び断面積により抵抗値を調整することができる。抵抗値は長さを調整することで、簡便に設計変更が可能である。尚、図７Ｃにおいては、ピエゾ抵抗Ｒｚ１〜Ｒｚ４のみを図示している。
【００３８】
次に、図７Ｄに示すように、シリコン膜１０１ｃ上に絶縁層７０３を形成する。例えば、シリコン膜１０１ｃの表面に熱酸化あるいはプラズマＣＶＤ法などを用いて、シリコン酸化膜（ＳｉＯX）の絶縁層７０３を形成する。ＳｉＯX膜はＴＥＯＳ（Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）4）／Ｏ2、ＳｉＨ4／Ｎ2Ｏなどのガスを用いて形成することができる。絶縁層７０３は、加速度センサ本体１０３の可撓部１１３の機械的特性に影響を与えないように、内部応力の小さな膜を薄く形成することが好ましい。
【００３９】
次に、図７Ｅに示すように、コンタクトホール７０５を介してピエゾ抵抗に接続される配線３０１を形成する。配線３０１は、Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｎｄなどの金属材料をスパッタ法などにより成膜し、それをパターニングすることによって形成される。尚、配線３０１とピエゾ抵抗との間でオーミックコンタクト抵抗を下げるために、熱処理（３８０℃〜４２０℃）することが好ましい。また、配線層３０１と同一の材料を用いて、電極３０３（図３参照）を同一の工程で形成することができる。図示はしないが、配線３０１上にシリコン窒化膜（ＳｉＮX）などから構成される保護膜を形成してもよい。この場合、保護膜に開口を設け、電極を露出するコンタクトホール３０５（図３参照）を形成する。
【００４０】
次に、図７Ｆに示すように、加速度センサ本体１０３を形成する。シリコン膜１０１ｃをシリコン酸化膜１０１ｂの上面が露出するまでＲＩＥなどによりエッチングを行い、開口部１１５（図２参照）を設けて、枠部１０９（図１及び図２参照）、Ｘ軸方向の可撓部１１３ａ、Ｙ軸方向の可撓部１１３ａ及び変位部１１１（図１及び図２参照）を形成して第１構造体２０１（図２参照）を形成する。
【００４１】
さらに、シリコン基板１０１ａの下面にマスクを形成する。このマスクを用いてシリコン基板１０１ａをシリコン酸化膜１０３ｂの下面が露出するまでエッチングして、図７Ｆに示すように固定部１１７及び錘部１１９を形成し、第２構造体２０３を形成する。エッチングには、例えば、ＤＲＩＥ（Ｄｅｅｐ  Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）を用いる。ＤＲＩＥでは材料層を厚み方向に侵食しながら掘り進むエッチングステップと、エッチングによる侵食の進行に伴って形成される側壁にポリマーの壁を形成するデポジションステップと、を交互に繰り返す。掘り進んだ穴の側壁は、順次ポリマーの壁が形成されて保護されるため、エッチングが横方向に広がらず、ほぼ厚み方向にのみ侵食を進ませることが可能である。エッチングガスとしてＳＦ6等を用い、デポジションガスとしてＣ4Ｆ8等を用いることができる。その後、エッチングストッパとして用いた部分の不要なシリコン酸化膜１０３ｂをＲＩＥあるいはウェットエッチングにより除去する。これにより、シリコン酸化膜１０３ｂは、枠部１０９と固定部１１７、変位部１１１と錘部１１９の間のみに存在するようになる。以上の工程で加速度センサ本体１０３が形成される。
【００４２】
次に、加速度センサ本体１０３と、ナトリウム（Ｎａ）などの可動イオンとなり得るアルカリ金属を含むケイ酸ガラスから構成される支持基板１０５とを陽極接合する。まず、図７Ｇに示すように、加速度センサ本体１０３と対向する支持基板１０５の第１面１０７ａとは反対側の第２面１０７ｂ上に、第１導電層７０７及び第２導電層７０９を形成する。第１導電層７０７及び第２導電層７０３は、例えば、Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｎｄ、Ａｌ−Ｃｕなどの金属材料をスパッタ法などにより成膜し、それをパターニングすることによって同一の工程で形成される。第１導電層７０７は加速度センサ本体１０３の固定部１１７に少なくとも一部が重畳するようにされ、第２導電層７０９は加速度センサ本体１０３の錘部１１９に少なくとも一部が重畳するように形成される。
【００４３】
次に図７Ｈに示すように、加速度センサ本体１０３と支持基板１０５とを接着させて陽極接合する。支持基板１０５は、第１面１０７ａが加速度センサ本体１０３に対向するように加速度センサ本体１０３の第２構造体２０３に接着される。加速度センサ本体１０３と支持基板１０５との陽極接合の際、支持基板の第２面１０７ｂに形成された第１導電層７０７を給電電極とし、第２導電層７０９をＧＮＤに接続された接地電極とする。また、陽極接合の際、加速度センサ本体１０３は、ＧＮＤに接続される。
【００４４】
図８に示すように、３００℃〜４００℃に加熱しながら、支持基板１０５の第１導電層７０７を陰極として負電圧（約−１ｋＶ）を印加する。すると、支持基板１０５における第１導電層７０７に重畳している部分のナトリウムイオン（Ｎａ+）などのアルカリ金属イオンが第１導電層７０７側に移動する。そのため、支持基板１０５における、第１導電層７０７が形成された第２面１０７ｂとは反対側の第１面１０７ａ側の第１導電層７０７に重畳している部分においてアルカリ金属イオンが欠乏し、酸素イオン（Ｏ2-）が残存する空間電荷層８０１が形成される。その結果、支持基板１０５と加速度センサ本体１０３の固定部１１７間にクーロン力（静電引力）が働き、互いに強く接触し、支持基板１０５と加速度センサ本体１０３の固定部１１７との界面で共有結合が生じ、支持基板１０５と加速度センサ本体１０３の固定部１１７とが接合する。
【００４５】
上述したように、本開示の力学量センサの製造方法では、加速度センサ本体１０３の錘部１１９に少なくとも一部が重畳する第２導電層７０９は、接地電極としてＧＮＤに接続される。そのため、支持基板１０５の第２導電層７０９に重複する部分では、支持基板１０５中の可動イオンの移動が抑制され、電荷の中和状態が維持される。つまり、加速度センサ本体１０３と支持基板１０５との陽極接合時に、支持基板１０５の第１面１０７ａ側の第２導電層７０９に重複する部分では空間電荷層が形成されない。その結果、支持基板１０５の第１面１０７ａ側の第２導電層７０９に重複する部分では、支持基板１０５と加速度センサ本体１０３間にクーロン力（静電引力）が生じず、加速度センサ本体１０３の錘部１１９が対向する支持基板１０５に貼り付くことを防止できる。また、支持基板１０５の第２導電層７０９に重複する部分では可動イオンの移動が抑制されるため、支持基板１０５の第１面１０７ａの第２導電層７０９に重複する部分では表面荒れの発生を防止することができ、また製品を使用中に性能に影響するような静電引力が働くことを防止できる。
【００４６】
加速度センサ本体１０３と支持基板１０５との陽極接合後、図７Ｉに示すように、支持基板１０５の第２面１０７ｂから第１導電層７０７及び第２導電層７０９を除去し、力学量センサ１００が製造される。
【００４７】
上述したように、力学量センサ１００は、陽極接合工程において、支持基板１０５の第１面１０７ａ側の第１導電層７０７に重複する部分と第２導電層７０９に重複する部分とでは、ナトリウム（Ｎａ）などのアルカリ金属の濃度が異なる。ナトリウム（Ｎａ）などのアルカリ金属の移動が抑制される、支持基板１０５の第１面１０７ａ側の第２導電層７０９に重複する部分では空間電荷層が形成されないため、電荷の中和状態が維持される。したがって、陽極接合時、及び力学量センサ１００の使用時に錘部１１９が支持基板１０５に貼り付くことを防止することができ、力学量センサ１００の信頼性が向上する。
【００４８】
［第２実施形態］
以上に述べた本開示の一実施形態では、力学量センサの一例としてピエゾ抵抗型の加速度センサを挙げた。しかしながら、本開示の力学量センサはピエゾ抵抗型の加速度センサに限定されるわけではない。例えば、力学量センサは静電容量型の加速度センサ、圧力センサ、角速度センサなどであってもよい。以下では、本開示の一実施形態に係る力学量センサの一例として、静電容量型の加速度センサを説明する。
【００４９】
（力学量センサ）
図９は、本開示の一実施形態に係る力学量センサ９００の一例を示す断面図である。力学量センサ９００は、静電容量型の加速度センサである。静電容量型の加速度センサは、一般的に一対のガラス基板に挟まれて接合された半導体基板内に、所定の自由度をもって変位可能な錘部を設け、当該錘部を加速度に伴う変位を検出する可動部として利用する。変位の検出は、容量素子の静電容量の値に基づいて行われる。
【００５０】
図９に示すように、力学量センサ９００は、シリコン基板９０１ａ上に形成したシリコン酸化膜９０１ｂ、さらにその上にシリコン膜９０１ｃが積層されたＳＯＩ基板９０１を有し、ＳＯＩ基板９０１には変位部９１１、可撓部９１３及び枠部９１５を有する第１構造体９０２と、固定部９１７及び錘部９１９を有する第２構造体９０４とを含む。第１構造体９０２及び第２構造体９０４は、上述した力学量センサ１００の第１構造体２０１及び第２構造体２０３と略同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００５１】
力学量センサ９００は、ＳＯＩ基板９０１に接合される支持基板９０３及び対向基板９０８を有する。支持基板９０３及び対向基板９０８は、ケイ酸ガラスで構成され、アルカリ金属酸化物などの副成分を含む。ケイ酸ガラスに含まれる副成分としては、酸化ナトリウムなどのアルカリ金属酸化物が挙げられる。また、副成分として、アルカリ金属酸化物の他にアルミナや酸化鉛、酸化マグネシウムなどが含まれてもよい。
【００５２】
支持基板９０３は、第２構造体９０４に対向する第１面９０６ａ及び該第１面９０６ａと反対側に位置する第２面９０６ｂを有する。支持基板９０３と第２構造体９０４の固定部９１７とは、陽極接合により互いに接合される。支持基板９０３の第１面９０６ａにおいて、錘部９１９に対応する部分には、駆動用電極９０５及び検出用電極９０７が内部電極として設けられている。尚、図示はしないが、支持基板９０３の第１面９０６ａには、内部電極に電気的に接続される配線層が設けられる。
【００５３】
対向基板９０８は、第１構造体９０２に対向する第１面９１２ａ及び該第１面９１２ａと反対側に位置する第２面９１２ｂを有する。第１構造体９０２に対向する第１面９１２ａには、変位部９１１及び可撓部９１３に対応する凹部が設けられる。対向基板９０８と第１構造体９０２の枠部９１５とは、陽極接合により互いに接合される。対向基板９０８の第１面９１２ａにおいて、錘部９１９に対応する部分には、駆動用電極９０９及び検出用電極９１０が内部電極として設けられている。尚、図示はしないが、対向基板９０８の第１面９１２ａには、内部電極に電気的に接続される配線層が形成される。
【００５４】
力学量センサ９００において、上述した力学量センサ１００と同様に、ＳＯＩ基板９０１と接合された支持基板９０３の第１面９０６ａの一部と該一部を除いた他の一部とでは、アルカリ金属の濃度が異なる。具体的には、支持基板９０３の第１面９０６ａにおける、第２構造体９０４の固定部９１７に対向する部分のアルカリ金属の濃度と、支持基板９０３の第１面９０６ａにおける、第２構造体９０４の錘部９１９と対向する部分のアルカリ金属の濃度とは異なる。
【００５５】
同様に、力学量センサ９００において、ＳＯＩ基板９０１と接合された対向基板９０８の第１面９１２ａの一部と該一部を除いた他の一部とでは、アルカリ金属の濃度が異なる。具体的には、対向基板９０８の第１面９１２ａにおける、第１構造体９０２の枠部９１５に対向する部分のアルカリ金属の濃度と、対向基板９０８の第１面９１２ａにおける、第１構造体９０２の変位部９１１と対向する部分のアルカリ金属の濃度とは異なる。
【００５６】
例えば、支持基板９０３及び対向基板９０８にアルカリ金属酸化物として酸化ナトリウム（Ｎａ2Ｏ）が副成分として含まれる場合、支持基板９０３の第１面９０６ａにおける、第２構造体９０４の固定部９１７に対向する部分のナトリウム（Ｎａ）濃度と第２構造体９０４の錘部９１９と対向する部分のナトリウム（Ｎａ）濃度とが異なる。
【００５７】
具体的には、支持基板９０３の第１面９０６ａにおける、第２構造体９０４の錘部９１９と対向する部分のナトリウム（Ｎａ）濃度は陽極接合前のナトリウム（Ｎａ）濃度と略同じであるのに対し、第２構造体９０４の固定部９１７に対向する部分のナトリウム（Ｎａ）濃度は陽極接合前のナトリウム（Ｎａ）濃度よりも低い。そのため、支持基板９０３の第１面９０６ａにおける、第２構造体９０４の錘部９１９と対向する部分の帯電量は、第２構造体９０４の固定部９１７に対向する部分の帯電量に比べて極めて小さい。その結果、支持基板９０３の第２構造体９０４の錘部９１９と対向する部分と錘部９１９との間のクーロン力（静電引力）による、錘部９１９の支持基板９０３への貼り付きを防止することができ、力学量センサ９００の信頼性を向上させることができる。また、陽極接合時に支持基板９０３の第１面９０６ａにおける、第２構造体９０４の錘部９１９と対向する部分の電荷の中和状態が維持されるため、支持基板９０３の第１面９０６ａに設けられた駆動用電極９０５及び検出用電極９０７の酸化を防止できる。
【００５８】
同様に、対向基板９０８の第１面９１２ａにおける、第１構造体９０２の変位部９１１と対向する部分のナトリウム（Ｎａ）濃度は陽極接合前のナトリウム（Ｎａ）濃度と略同じであるのに対し、第１構造体９０２の枠部９１５に対向する部分のナトリウム（Ｎａ）濃度は陽極接合前のナトリウム（Ｎａ）濃度よりも低い。そのため、対向基板９０８の第１面９１２ａにおける、第１構造体９０２の変位部９１１と対向する部分の帯電量は、第１構造体９０２の枠部９１５に対向する部分の帯電量に比べて極めて小さい。その結果、第１構造体９０２の変位部９１１と対向する部分と変位部９１１との間のクーロン力（静電引力）による、錘部９１９の対向基板９０８への貼り付きを防止することができ、力学量センサ９００の信頼性を向上させることができる。また、陽極接合時に対向基板９０８の第１面９１２ａにおける、第１構造体９０２の変位部９１１と対向する部分の電荷の中和状態が維持されるため、対向基板９０８の第１面９１２ａに設けられた駆動用電極９０９及び検出用電極９１０の酸化を防止できる。
【００５９】
（力学量センサの製造方法）
以下、図１０Ａ〜図１０Ｃを参照して、力学量センサ９００の製造方法を説明する。力学量センサ９００の製造方法において、図７Ａ〜図７Ｉ及び図８を参照して説明した力学量センサ１００の製造方法と同様の工程については、詳細な説明を省略する。尚、図１０Ａ〜図１０Ｃを参照して説明する力学量センサ９００の製造方法は一例であって、力学量センサ９００の製造方法は以下に説明する製造方法に限定されるわけではない。
【００６０】
ピエゾ抵抗の形成工程を省略することを除いて、力学量センサ１００の第１構造体２０１及び第２構造体２０３の形成と同様に、ＳＯＩ基板９０１に第１構造体９０２及び第２構造体９０４を形成する。また、支持基板９０３及び対向基板９０８に、それぞれスパッタ法などにより導電層を形成する。該導電層の材料としては、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔなどの金属材料を用いることができる。形成した該導電層をパターニングして、支持基板９０３及び対向基板９０８に、駆動用電極９０５と検出用電極９０７、及び駆動用電極９０９及び検出用電極９１０を内部電極としてそれぞれ形成する。また、該内部電極に電気的に接続する配線を形成してもよい。配線は、Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｎｄ、Ａｌ−Ｃｕなどの金属材料をスパッタ法などにより成膜し、それをパターニングすることによって形成される。
【００６１】
次に、第１構造体９０２及び第２構造体９０４が形成されたＳＯＩ基板９０１と、ナトリウム（Ｎａ）などの可動イオンとなり得るアルカリ金属を含むケイ酸ガラスから構成される支持基板９０３とを陽極接合する。まず、ＳＯＩ基板９０１と対向する支持基板９０３の第１面９０６ａとは反対側の第２面９０６ｂ上に、第１導電層１００１及び第２導電層１００３を形成する。第１導電層１００１及び第２導電層１００３は、例えば、Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｎｄ、Ａｌ−Ｃｕなどの金属材料をスパッタ法などにより成膜し、それをパターニングすることによって同一の工程で形成される。第１導電層１００１は第２構造体９０４の固定部９１７に少なくとも一部が重畳するようにされ、第２導電層１００３は第２構造体９０４の錘部９１９に少なくとも一部が重畳するように形成される。
【００６２】
次に、図１０Ａに示すように、ＳＯＩ基板９０１と支持基板９０３とを接着させて陽極接合を行う。支持基板９０３は、第１面９０６ａが第２構造体９０４に対向するようにＳＯＩ基板９０１に接着される。ＳＯＩ基板９０１と支持基板９０３との陽極接合の際、支持基板９０３の第２面９０６ｂに形成された第１導電層１００１を給電電極とし、第２導電層１００３をＧＮＤに接続された接地電極とする。また、陽極接合の際、ＳＯＩ基板９０１は、ＧＮＤに接続される。
【００６３】
３００℃〜４００℃に加熱しながら、支持基板９０３の第１導電層１００１を陰極として負電圧（約−１ｋＶ）を印加する。すると、支持基板９０３における第１導電層１００１に重畳している部分のナトリウムイオン（Ｎａ+）などのアルカリ金属イオンが第１導電層１００１側に移動する。そのため、支持基板９０３における、第１導電層１００１が形成された第２面９０６ｂとは反対側の第１面９０６ａ側の第１導電層１００１に重畳している部分においてアルカリ金属イオンが欠乏し、酸素イオン（Ｏ2-）が残存する空間電荷層が形成される。その結果、支持基板９０３と第２構造体９０４の固定部９１７間にクーロン力（静電引力）が働き、支持基板９０３と第２構造体９０４の固定部９１７との界面で共有結合が生じ、支持基板９０３とＳＯＩ基板９０１とが接合する。
【００６４】
力学量センサ１００の製造方法と同様に、第２構造体９０４の錘部９１９に少なくとも一部が重畳する第２導電層１００３は、接地電極としてＧＮＤに接続される。そのため、支持基板９０３の第２導電層１００３に重複する部分では、支持基板９０３中の可動イオンの移動が抑制され、電荷の中和状態が維持される。つまり、ＳＯＩ基板９０１と支持基板９０３との陽極接合時に、支持基板９０３の第１面９０６ａ側の第２導電層１００３に重複する部分では空間電荷層が形成されない。その結果、支持基板９０３の第１面９０６ａ側の第２導電層１００３に重複する部分では、支持基板９０３とＳＯＩ基板９０１間にクーロン力（静電引力）が生じず、第２構造体９０４の錘部９１９が対向する支持基板９０３に貼り付くことを防止できる。また、支持基板９０３の第２導電層１００３に重複する部分では可動イオンの移動が抑制されるため、支持基板９０３の第１面９０６ａの第２導電層１００３に重複する部分では表面荒れの発生を防止し、製品を使用中に性能に影響するような静電引力が働くことを防止できる。
【００６５】
次に、ＳＯＩ基板９０１と、ナトリウム（Ｎａ）などの可動イオンとなり得るアルカリ金属を含むケイ酸ガラスから構成される対向基板９０８とを陽極接合する。まず、ＳＯＩ基板９０１と対向する対向基板９０８の第１面９１２ａとは反対側の第２面９１２ｂ上に、第１導電層１００５及び第２導電層１００７を形成する。第１導電層１００５及び第２導電層１００７は、上述した支持基板９０３に形成された第１導電層１００１及び第２導電層１００３と同様の方法で形成することができる。第１導電層１００５は第１構造体９０２の枠部９１５に少なくとも一部が重畳するようにされ、第２導電層１００７は第１構造体９０２の変位部９１１に少なくとも一部が重畳するように形成される。
【００６６】
次に、図１０Ｂに示すように、ＳＯＩ基板９０１と対向基板９０８とを接着させて陽極接合する。対向基板９０８は、第１面９１２ａが第１構造体９０２に対向するようにＳＯＩ基板９０１に接着される。ＳＯＩ基板９０１と対向基板９０８との陽極接合の際、対向基板９０８の第２面９１２ｂに形成された第１導電層１００７を給電電極とし、第２導電層１００５をＧＮＤに接続された接地電極とする。また、陽極接合の際、ＳＯＩ基板９０１は、ＧＮＤに接続される。
【００６７】
３００℃〜４００℃に加熱しながら、対向基板９０８の第１導電層１００５を陰極として負電圧（約−１ｋＶ）を印加する。すると、対向基板９０８における第１導電層１００５に重畳している部分のナトリウムイオン（Ｎａ+）などのアルカリ金属イオンが第１導電層１００５側に移動する。そのため、第１導電層１００５が形成された第２面９１２ｂとは反対側の第１面９１２ａ側の第１導電層１００５に重畳している部分においてアルカリ金属イオンが欠乏し、酸素イオン（Ｏ2-）が残存する空間電荷層が形成される。その結果、対向基板９０８と第１構造体９０２の枠部９１５間にクーロン力（静電引力）が働き、対向基板９０８と第１構造体９０２の枠部９１５との界面で共有結合が生じ、対向基板９０８とＳＯＩ基板９０１とが接合する。
【００６８】
第１構造体９０２の変位部９１１に少なくとも一部が重畳する第２導電層１００７は、接地電極としてＧＮＤに接続される。そのため、対向基板９０８の第２導電層１００７に重複する部分では、対向基板９０８中の可動イオンの移動が抑制され、電荷の中和状態が維持される。つまり、ＳＯＩ基板９０１と対向基板９０８との陽極接合時に、対向基板９０８の第１面９１２ａ側の第２導電層１００７に重複する部分では空間電荷層が形成されない。その結果、対向基板９０８の第１面９１２ａ側の第２導電層１００７に重複する部分では、対応基板９０８とＳＯＩ基板９０１間にクーロン力（静電引力）が生じず、第１構造体９０２の変位部９１１が対向する対向基板９０８に貼り付くことを防止できる。また、対向基板９０８の第２導電層１００７に重複する部分では可動イオンの移動が抑制されるため、対向基板９０８の第１面９１２ａの第２導電層１００７に重複する部分では表面荒れの発生を防止できる。
【００６９】
ＳＯＩ基板９０１と対向基板９０８との陽極接合後、図１０Ｃに示すように、支持基板９０３の第２面９０６ｂに形成された第１導電層１００１及び第２導電層１００３と、対向基板９０８の第２面９１２ｂに形成された第１導電層１００５及び第２導電層１００７を除去し、力学量センサ９００が製造される。
【００７０】
上述したように、力学量センサ９００は、陽極接合工程において、支持基板９０３の第１面９０６ａ側の第１導電層１００１に重複する部分と第２導電層１００３に重複する部分とでは、ナトリウム（Ｎａ）などのアルカリ金属の濃度が異なる。ナトリウム（Ｎａ）などのアルカリ金属の移動が抑制される、支持基板９０３の第１面９０６ａ側の第２導電層１００３に重複する部分では空間電荷層が形成されないため、電荷の中和状態が維持される。したがって、陽極接合時、及び力学量センサ９００の使用時に錘部９１９が支持基板９０３に貼り付くことを防止することができ、力学量センサ９００の信頼性が向上する。また、ナトリウム（Ｎａ）などのアルカリ金属の移動が抑制される、支持基板９０３の第１面９０６ａ側の第２導電層１００３に重複する部分では電荷の中和状態が維持されるため、支持基板９０３中の酸素イオン（Ｏ2-）によって駆動用電極９０５及び検出用電極９０７が酸化し、高抵抗化することを防止できる。
【００７１】
同様に、力学量センサ９００は、陽極接合工程において、対向基板９０８の第１面９１２ａ側の第１導電層１００５に重複する部分と第２導電層１００７に重複する部分とでは、ナトリウム（Ｎａ）などのアルカリ金属の濃度が異なる。ナトリウム（Ｎａ）などのアルカリ金属の移動が抑制される、対向基板９０８の第１面９１２ａ側の第２導電層１００７に重複する部分では空間電荷層が形成されないため、電荷の中和状態が維持される。したがって、陽極接合時、及び力学量センサ９００の使用時に変位部９１１が対向基板９０８に貼り付くことを防止することができ、力学量センサ９００の信頼性が向上する。また、ナトリウム（Ｎａ）などのアルカリ金属の移動が抑制される、対向基板９０８の第１面９１２ａ側の第２導電層１００７に重複する部分では電荷の中和状態が維持される。そのため、対向基板９０８中の酸素イオン（Ｏ2-）によって駆動用電極９０９及び検出用電極９１０が酸化し、高抵抗化することを防止できる。
【００７２】
［第３実施形態］
以下では、本開示の一実施形態に係る力学量センサの一例として、圧力センサを説明する。
【００７３】
（力学量センサ）
図１１は、本開示の一実施形態に係る力学量センサ１１００の一例を示す断面図である。力学量センサ１１００は圧力センサであり、ここでは一例として、静電容量型圧力センサを説明する。静電容量型圧力センサは、ガラス基板に接合された半導体基板内に、所定の自由度をもって変位可能な変位部（ダイヤフラム）を設け、当該変位部を圧力に伴う変位を検出する可動部として利用する。変位の検出は、容量素子の静電容量の値に基づいて行われる。
【００７４】
図１１に示すように、力学量センサ１１００は、シリコン基板１１０１ｃ上に形成したシリコン酸化膜１１０１ｂ、さらにその上にシリコン膜１１０１ａが積層されたＳＯＩ基板１１０１を有し、ＳＯＩ基板９０１には枠部１１０７を有する第１構造体１１０３と、変位部１１０９及び固定部１１１１を有する第２構造体１１０５とを含む圧力センサ本体１１１２、及び支持基板１１１３を含む。
【００７５】
第１構造体１１０３は、シリコン膜１１０１ｃ及びシリコン酸化膜１１０１ｂから構成される。第１構造体１１０３は、枠部１１０７を有する。枠部１１０７は、開口部１１０８を有する。第２構造体１１０５は、シリコン基板１１０１ａから構成される。第２構造体１１０５は、第１構造体１１０３の枠部１１０７に接合される固定部１１１１と、固定部１１１１に接続する変位部１１０９を有する。変位部１１０９は、固定部１１１１に対して変位する。
【００７６】
圧力センサ本体１１１２は、支持基板１１１３に接合される。支持基板１１１３は、ケイ酸を主成分とするケイ酸ガラスで構成され、アルカリ金属酸化物などの副成分を含む。該副成分としては、酸化ナトリウムなどのアルカリ金属酸化物が挙げられる。また、アルカリ金属酸化物の他に、アルミナ、酸化鉛、酸化マグネシウムなどが副成分としてケイ酸ガラスに含まれてもよい。
【００７７】
支持基板１１１３は、第２構造体１１０３に対向する第１面１１１５ａ及び該第１面１１１５ａと反対側に位置する第２面１１１５ｂを有する。支持基板１１１３と圧力センサ本体１１１２とは、陽極接合により接合される。具体的には、支持基板１１１３の第１面１１１５ａと第２構造体１１０５の固定部１１１１とが陽極接合によって接合される。
【００７８】
図示はしないが、圧力センサ本体１１１２の第２構造体１１０５の変位部１１０９には可動電極（第１電極）が設けられる。また、図示はしないが、変位部１１０９に対向する、支持基板１１１３の第１面１１１５ａには、固定電極（第２電極）が設けられる。可動電極（第１電極）と固定電極（第２電極）との間の静電容量の大きさは、力学量センサ１１００にかかる圧力に依存する。力学量センサ１１００が加圧されると、圧力センサ本体１１１２の変位部１１０９が変位し、可動電極（第１電極）と固定電極（第２電極）との距離が変動することにより、静電容量の大ききも変動する。静電容量の値に基づいて変位が検出され、力学量センサ１１００にかかる圧力が算出される。支持基板１１１３の第１面１１１５ａには、固定電極に電気的に接続された配線層が設けられもよい。
【００７９】
力学量センサ１１００において、上述した力学量センサ１００、９００と同様に、ＳＯＩ基板１１０１と接合された支持基板１１１３の第１面１１１５ａの一部と該一部を除いた他の一部とでは、アルカリ金属の濃度が異なる。具体的には、支持基板１１１３の第１面１１１５ａにおける、第２構造体１１０５の固定部１１１１に対向する部分のアルカリ金属の濃度と、支持基板１１１３の第１面１１１５ａにおける、第２構造体１１０５の変位部１１０９と対向する部分のアルカリ金属の濃度とは異なる。
【００８０】
例えば、支持基板１１１３にアルカリ金属酸化物として酸化ナトリウム（Ｎａ2Ｏ）が副成分として含まれる場合、支持基板１１１３の第１面１１１５ａにおける、第２構造体１１０５の固定部１１１１に対向する部分のナトリウム（Ｎａ）濃度と第２構造体１１０５の変位部１１０９と対向する部分のナトリウム（Ｎａ）濃度とが異なる。
【００８１】
具体的には、支持基板１１１３の第１面１１１５ａにおける、第２構造体１１０５の変位部１１１９と対向する部分のナトリウム（Ｎａ）濃度は陽極接合前のナトリウム（Ｎａ）濃度と略同じであるのに対し、第２構造体１１０５の固定部１１１１に対向する部分のナトリウム（Ｎａ）濃度は陽極接合前のナトリウム（Ｎａ）濃度よりも低い。そのため、支持基板１１１３の第１面１１１５ａにおける、第２構造体１１０５の変位部１１０９と対向する部分の帯電量は、第２構造体１１０５の固定部１１１１に対向する部分の帯電量に比べて極めて小さい。その結果、支持基板１１１３の第２構造体１１０５の変位部１１０９と対向する部分と変位部１１０９との間のクーロン力（静電引力）による、変位部１１０９の支持基板１１１３への貼り付きを防止することができ、力学量センサ１１００の信頼性を向上させることができる。また、陽極接合時に支持基板１１０３の第１面１１１５ａにおける、第２構造体１１０５の変位部１１０９と対向する部分の電荷の中和状態が維持されるため、支持基板１１１３の第１面１１１５ａに設けられた固定電極の酸化を防止できる。
【００８２】
（力学量センサの製造方法）
本実施形態に係る力学量センサ１１００の製造方法の特徴は、上述した第１実施形態に係る力学量センサ１００及び第２実施形態に係る力学量センサ９００と同様である。以下に説明する力学量センサ１１００の製造方法において、図７Ａ〜図７Ｉ及び図８を参照して説明した力学量センサ１００の製造方法及び図１０Ａ〜図１０Ｃを参照して説明した力学量センサ９００の製造方法と同様の工程については、詳細な説明を省略する。尚、図１２Ａ〜図１２Ｃを参照して説明する力学量センサ１１００の製造方法は一例であって、力学量センサ１１００の製造方法は以下に説明する製造方法に限定されるわけではない。
【００８３】
図１２Ａに示すように、ＳＯＩ基板１１０１に第１構造体１１０３及び第２構造体１１０５を形成する。第２構造体１１０５の変位部１１０９の支持基板１１１３と対向する可動電極（第１電極）１２０１を形成する。変位部１１０９に対向する支持基板１１１３の第１面１１１５ａには固定電極（第２電極）１２０３を形成する。まず、第２構造体１１０５の変位部１１０９に導電層を形成する。導電層はスパッタなどにより形成することができる。導電層の材料としては、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔなどの金属材料を用いることができる。形成した導電層をパターニングして可動電極（第１電極）１２０１を形成する。同様に、支持基板１１１３の第１面１１１５ａに固定電極（第２電極）１２０３を形成する。
【００８４】
次に、ＳＯＩ基板１１０１と支持基板１１１３とを陽極接合する。まず図１２Ｂに示すように、ＳＯＩ基板１１０１と対向する支持基板１１０３の第１面１１１５ａとは反対側の第２面１１１５ｂ上に、第１導電層１２０５及び第２導電層１２０７を形成する。第１導電層１２０５及び第２導電層１２０７は、例えば、Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｎｄ、Ａｌ−Ｃｕなどの金属材料をスパッタ法などにより成膜し、それをパターニングすることによって同一の工程で形成される。第１導電層１２０５は第２構造体１１０５の固定部１１１１に少なくとも一部が重畳するようにされ、第２導電層１２０７は第２構造体１１０５の変位部１１０９に少なくとも一部が重畳するように形成される。
【００８５】
図１２Ｃに示すように、ＳＯＩ基板１１０１と支持基板１１１３とを接着させて陽極接合を行う。支持基板１１１３は、第１面１１１５ａが第２構造体１１０５に対向するようにＳＯＩ基板１１０１に接着される。ＳＯＩ基板１１０１と支持基板１１１３との陽極接合の際、支持基板１１１３の第２面１１１５ｂに形成された第１導電層１２０５を給電電極とし、第２導電層１２０７をＧＮＤに接続された接地電極とする。また、陽極接合の際、ＳＯＩ基板１１０１は、ＧＮＤに接続される。
【００８６】
３００℃〜４００℃に加熱しながら、支持基板１１１３の第１導電層１２０５を陰極として負電圧（約−１ｋＶ）を印加する。すると、支持基板１１１３における第１導電層１２０５に重畳している部分のナトリウムイオン（Ｎａ+）などのアルカリ金属イオンが第１導電層１２０５側に移動する。そのため、支持基板１１１３における、第１導電層１２０５が形成された第２面１１１５ｂとは反対側の第１面１１１５ａ側の第１導電層１２０５に重畳している部分においてアルカリ金属イオンが欠乏し、酸素イオン（Ｏ2-）が残存する空間電荷層が形成される。その結果、支持基板１１１３と第２構造体１１０５の固定部１１１１間にクーロン力（静電引力）が働き、支持基板１１１３と第２構造体１１０５の固定部１１１１との界面で共有結合が生じ、支持基板１１１３とＳＯＩ基板１１０１とが接合する。
【００８７】
力学量センサ１００、９００の製造方法と同様に、第２構造体１１０５の変位部１１０９に少なくとも一部が重畳する第２導電層１２０７は、接地電極としてＧＮＤに接続される。そのため、支持基板１１１３の第２導電層１２０７に重複する部分では、支持基板１１１３中の可動イオンの移動が抑制され、電荷の中和状態が維持される。つまり、ＳＯＩ基板１１０１と支持基板１１１３との陽極接合時に、支持基板１１１３の第１面１１１５ａ側の第２導電層１２０７に重複する部分では空間電荷層が形成されない。その結果、支持基板１１１３の第１面１１１５ａ側の第２導電層１２０７に重複する部分では、支持基板１１１３とＳＯＩ基板１１０１間にクーロン力（静電引力）が生じず、第２構造体１１０５の変位部１１０９が対向する支持基板１１１３に貼り付くことを防止できる。また、支持基板１１１３の第２導電層１２０７に重複する部分では可動イオンの移動が抑制されるため、支持基板１１１３の第１面１１１５ａの第２導電層１２０７に重複する部分では表面荒れの発生を防止し、製品を使用中に性能に影響するような静電引力が働くことを防止できる。
【００８８】
ＳＯＩ基板１１０１と支持基板１１１３との陽極接合後、支持基板１１０３の第２面１１１５ｂに形成された第１導電層１２０５及び第２導電層１２０７を除去し、力学量センサ１１００が製造される。
【００８９】
上述したように、力学量センサ１１００は、陽極接合工程において、支持基板１１１３の第１面１１１５ａ側の第１導電層１２０５に重複する部分と第２導電層１２０７に重複する部分とでは、ナトリウム（Ｎａ）などのアルカリ金属の濃度が異なる。ナトリウム（Ｎａ）などのアルカリ金属の移動が抑制される、支持基板１１１３の第１面１１１５ａ側の第２導電層１２０７に重複する部分では空間電荷層が形成されないため、電荷の中和状態が維持される。したがって、陽極接合時、及び力学量センサ１１００の使用時に変位部１１０９が支持基板１１１３に貼り付くことを防止することができ、力学量センサ１１００の信頼性が向上する。また、ナトリウム（Ｎａ）などのアルカリ金属の移動が抑制される、支持基板１１１３の第１面１１１５ａ側の第２導電層１２０７に重複する部分では電荷の中和状態が維持されるため、支持基板１１１３中の酸素イオン（Ｏ2-）によって固定電極１２０３が酸化し、高抵抗化することを防止できる。
【００９０】
以上に説明したように、本開示の一実施形態に係る力学量センサは、センサの錘部及び又は変位部を含む可動部と対向する基板との間にクーロン力（静電気力）が生じない。そのため、可動部と対向する基板との貼り付きを防止し、力学量センサの信頼性を向上させることができる。以上では、本開示の一実施形態に係る力学量センサとして、ピエゾ抵抗型加速度センサ、静電容量型加速度センサ及び静電容量型圧力センサを例に挙げて説明したが、これらのセンサ以外のセンサであっても同様の効果を奏することは明らかである。
【符号の説明】
【００９１】
１００，９００，１１００：力学量センサ
１０１，９０１：ＳＯＩ基板
１０３：加速度センサ本体
１１１２：圧力センサ本体
１０５，９０３，１１１３：支持基板
１０９，９１５，１１０７：枠部
１１１，９１１，１１０９:変位部
１１３，９１３：可撓部
１１５，１１０８：開口部
１１７，９１７，１１１１：固定部
１１９，９１９：錘部
Ｒｘ１〜Ｒｘ４、Ｒｙ１〜Ｒｙ４、Ｒｚ１〜Ｒｚ４：ピエゾ抵抗
２０１，９０２，１１０３：第１構造体
２０３，９０４，１１０５：第２構造体
３０１：配線層
７０７：第１導電層
７０９：第２導電層
９０８：対向基板
９０５，９０９：駆動用電極
９０７，９１０：検出用電極
１００１，１００５：第１導電層
１００３，１００７：第２導電層
【図１】
2019027971.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
2019027971.tif 000010
【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
2019027971.tif 000016
【図７Ｆ】
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【図７Ｇ】
2019027971.tif 000018
【図７Ｈ】
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【図７Ｉ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
2019027971.tif 000024
【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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