(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主基板と、対向基板と、前記主基板と前記対向基板との間に位置する機能層とを有するＭＥＭＳセンサにおいて、
前記機能層によって、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部とが形成され、前記枠体部と前記主基板とが、前記動作領域の全周を囲む絶縁層を介して接合され、前記枠体部と前記対向基板とが、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、前記枠体部の対向面と前記対向基板の対向面の一方に第１の金属層が他方に第２の金属層が形成され、前記第１の金属層は前記第２の金属層よりも加熱時の粘度が低く、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の金属層は、加熱され加圧されたときに、前記金属結合部から前記外部領域へ押出され、前記第１の金属層の前記金属結合部から前記外部領域へはみ出した部分の厚さ寸法が、前記金属結合部の厚さ寸法よりも大きくなっており、
前記枠体部または前記対向基板のうちの前記第１の金属層に対向する対向面に、前記第１の金属層から離れる凹部が形成され、前記第１の金属層のはみ出した部分の表面に前記凹部が対向しており、前記外部領域では、前記第１の金属層のはみ出した部分の表面と、前記凹部の底表面との間に隙間が形成されており、前記凹部の表面から前記第１の金属層の表面にわたって連続する保護絶縁層が、この隙間内に入り込んで形成されていることを特徴とするＭＥＭＳセンサ。
【請求項２】
前記外部領域では、前記凹部の表面から前記第１の金属層および前記第２の金属層の表面にわたって連続する保護絶縁層が形成されている請求項１記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項３】
前記保護絶縁層は、ＣＶＤ法で形成される無機絶縁層である請求項１または２記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項４】
前記凹部の前記金属結合部側の内端である段差部は、その表面が前記凹部の底表面と垂直に延びている請求項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１の金属層が形成されている前記対向面には、前記第２の金属層と対向する接合平面と、前記接合平面の前記外部領域側の端部において前記対向面を窪ませる段差部が形成されており、前記第１の金属層のはみ出した部分が、前記段差部よりも前記外部領域まで延び出ている請求項１ないし４のいずれかに記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項６】
前記金属結合部の幅寸法に対し、前記金属結合部からの前記第１の金属層のはみ出した部分の延び出る長さが、前記幅寸法の１／２以上である請求項１ないし５のいずれかに記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項７】
前記第１の金属層のはみ出した部分は、前記金属結合部から前記動作領域と前記外部領域の双方へはみ出ており、そのはみ出し量は、前記動作領域よりも前記外部領域の方が広い請求項１ないし６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、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、２つのシリコンウエハが、ＳｉＯ2層の絶縁層（Insulator）を挟んで一体に接合されたＳＯＩ層を加工して形成されている。
【０００３】
ＳＯＩ層の一方のシリコンウエハが主基板となり、他方のシリコンウエハが機能層となる。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部が形成されている。また、シリコンウエハで形成された対向基板が、機能層に重ねられ、前記枠体部と対向基板とが接合されて、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、対向基板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、枠体部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て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、対向基板と枠体部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】特開２０１０−９８２８１号公報
【特許文献２】特開平６−２８９０４９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、共晶接合または拡散接合で金属結合部を形成するのに適した金属は耐蝕性に劣るものが多く、例えば、アルミニウムは酸化しやすく、ゲルマニウムは水分と反応しやすい。したがって、ＭＥＭＳセンサの使用環境が悪いと、金属結合部が腐食して欠損し、動作領域の封止が不十分になるという課題が生じる。
【０００７】
そこで、特許文献２に記載されているように、機能層と対向基板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ことで、金属結合部の腐食を防止し、または腐食を遅らせることが可能である。
【０００８】
しかし、特許文献１に記載のように、機能層の枠体部と対向基板との対向部に金属結合部を形成する場合に、加熱および加圧処理の際にアルミニウム層が金属結合部の外側に流失し、アルミニウム層とこれと対向する枠体部との隙間が極端に狭くなり、あるいはアルミニウム層と枠体部とが接触することがある。この場合に、金属結合層の外側で且つ枠体部と対向基板との対向部の隙間内にパッシベーション層を連続して形成するのが困難になるという新たな課題が発見された。
【０００９】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、動作空間を囲む枠体部と対向基板とを結合する金属結合部の腐食を防止しやすい構造のＭＥＭＳセンサを提供することを目的としている。
【００１０】
また本発明は、金属結合部の外側において枠体部と対向基板とが対向する隙間内に保護絶縁層を成膜しやすくして、金属結合部の腐食を防止しやすくした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】
【００１１】
本発明は、主基板と、対向基板と、前記主基板と前記対向基板との間に位置する機能層とを有するＭＥＭＳセンサにおいて、
前記機能層によって、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部とが形成され、前記枠体部と前記主基板とが、前記動作領域の全周を囲む絶縁層を介して接合され、前記枠体部と前記対向基板とが、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、前記枠体部の対向面と前記対向基板の対向面の一方に第１の金属層が他方に第２の金属層が形成され、前記第１の金属層は前記第２の金属層よりも加熱時の粘度が低く、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の金属層は、加熱され加圧されたときに、前記金属結合部から前記外部領域へ押出され、前記第１の金属層の前記金属結合部から前記外部領域へはみ出した部分の厚さ寸法が、前記金属結合部の厚さ寸法よりも大きくなっており、
前記枠体部または前記対向基板のうちの前記第１の金属層に対向する対向面に、前記第１の金属層から離れる凹部が形成され、前記第１の金属層のはみ出した部分の表面に前記凹部が対向しており、前記外部領域では、前記第１の金属層のはみ出した部分の表面と、前記凹部の底表面との間に隙間が形成されており、前記凹部の表面から前記第１の金属層の表面にわたって連続する保護絶縁層が、この隙間内に入り込んで形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明は、金属結合部からはみ出した第１の金属層に対向する部分で、枠体部または対向基板に凹部を形成している。よって、金属結合部に隣接する外部領域において、第１の金属層のはみ出し部と枠体部または対向基板の隙間を広げることができる。そのため、枠体部と対向基板とが対向する隙間内に保護絶縁層を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することで、金属結合部の腐食を防止しやすくなる。
【００１３】
または、本発明は、前記外部領域では、前記凹部の表面から前記第１の金属層および前記第２の金属層の表面にわたって連続する保護絶縁層が形成されているものであってもよい。
【００１４】
本発明は、前記保護絶縁層は、ＣＶＤ法で形成される無機絶縁層である。
ＣＶＤ法で無機絶縁層を形成すると、金属結合部に隣接する外部領域において、枠体部と対向基板との隙間内に連続する保護絶縁層を形成しやすくなる。
【００１７】
本発明では、前記凹部の前記金属結合部側の内端である段差部は、その表面が前記凹部の底表面と垂直に延びているものが好ましい。
【００１８】
上記構成では、第１の金属層のはみ出した部分と凹部との間の隙間の内容積を、金属接合部に隣接する奥部まで広く形成でき、無機絶縁層を第１の金属層と第２の金属層とが接合されている領域を十分に覆えるように形成できる。
【００２０】
例えば、前記第１の金属層が形成されている前記対向面には、前記第２の金属層と対向する接合平面と、前記接合平面の前記外部領域側の端部において前記対向面を窪ませる段差部が形成されており、前記第１の金属層のはみ出した部分が、前記段差部よりも前記外部領域まで延び出ているものである。
【００２１】
本発明は、前記金属結合部の幅寸法に対し、前記金属結合部からの前記第１の金属層のはみ出した部分の延び出る長さが、前記幅寸法の１／２以上であることが好ましい。
【００２２】
さらに、本発明は、前記第１の金属層のはみ出した部分が、前記金属結合部から前記動作領域と前記外部領域の双方へはみ出ており、そのはみ出し量は、前記動作領域よりも前記外部領域の方が広いものとして構成できる。
【００２３】
上記のように、第１の金属層と対向面との付着領域を、前記第１の金属層と前記第２の金属層との結合部よりも外部領域に向けて大きく延ばすことにより、第１の金属層と第２の金属層が接合されるときの第１の金属層のはみ出し面積を増加させることができ、第１の金属層の外部領域へのはみ出し部の厚さ寸法を薄くできる。その結果、外部領域にはみ出している第１の金属層と、この第１の金属層と対向する対向面との間隔を広げることができ、前記保護絶縁層を、第１の金属層や第２の金属層を覆う状態に形成しやすくなる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明は、動作領域を囲む枠体部と対向基板とを金属結合部を介して接合しているので加熱および加圧による比較的簡単な作業で動作領域を封止する金属結合部を形成することができる。そして、金属結合部よりも外側に保護絶縁膜が形成されているため、金属結合部の腐食を防止しやすくなる。
【００２６】
本発明は、金属結合部からはみ出した第１の金属層との対向する対向面に凹部が形成されているため、第１の金属層とその対向面との隙間を広くでき、連続する保護絶縁層を金属結合部に達する位置まで形成しやすくなる。
【００２７】
また、第１の金属層と対向面との付着領域を、金属結合部から外部領域に向けて大きく延ばすことによっても、第１の金属層とその対向面との隙間を広くでき、連続する保護絶縁層を金属結合部に達する位置まで形成しやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施の形態のＭＥＭＳセンサの全体構造を示す断面図、
【図２】（Ａ）は図１のＡ部の拡大断面図、（Ｂ）は第１の実施の形態の変形例を示す拡大断面図、
【図３】第２の実施の形態におけるＡ部に相当する拡大断面図、
【図４】本発明の第３の実施の形態のＭＥＭＳセンサの一部を示す断面図、
【図５】図４のＢ部であって金属結合部が形成される前の状態を示す拡大断面図、
【図６】図４のＢ部であって金属結合部が形成された後の状態を示す拡大断面図、
【図７】比較例におけるＡ部に相当する拡大断面図、
【図８】図２に示す実施の形態に対応する実施例の断面写真、
【図９】図３に示す実施の形態に対応する実施例の断面写真、
【図１０】図６に示す実施の形態に対応する実施例の断面写真、
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図１に示すＭＥＭＳセンサは、主基板１と対向基板２の間に、機能層１０が挟まれている。主基板１と機能層１０の各部は、絶縁層３ａ，３ｂを介して接合されている。主基板１と機能層１０および絶縁層３ａ，３ｂは、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）層を加工して形成されている。ここで使用するＳＯＩ層は、２つのシリコンウエハが、ＳｉＯ2層である絶縁材料層（Insulator）を挟んで一体に接合されたものである。ＳＯＩ層の一方のシリコンウエハが、主基板１として使用され、他方のシリコンウエハが機能層１０として使用される。
【００３０】
機能層１０を構成するシリコンウエハが微細加工され、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エハの一部で、前記可動部１１および支持部１２の周囲全周を囲む枠体部１４が形成されている。
【００３１】
機能層１０を構成するシリコンウエハの微細加工の後に、前記ＳＯＩ層のＳｉＯ2層である絶縁材料層が部分的に除去され、残った絶縁材料層によって、前記絶縁層３ａ，３ｂが形成される。
【００３２】
絶縁層３ｂによって機能層１０の支持部１２が主基板１に固定されている。可動部１１ならびに弾性変形部１３と主基板１との間には絶縁層が存在しておらず、主基板１と対向基板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。
【００３３】
可動部１１と支持部１２と弾性変形部１３および枠体部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のシリコンウエハの一部を除去することで行われる。絶縁材料層の一部を除去して絶縁層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。
【００３４】
ＳＯＩ層の一方のシリコンウエハで形成される主基板１は、厚さ寸法が０．２〜０．７ｍｍ程度であり、他方のシリコンウエハで形成される可動部１１と支持部１２と弾性変形部１３ならびに枠体部１４は、厚さ寸法が１０〜３０μｍ程度である。絶縁層３ａ，３ｂの厚さは１〜３μｍ程度である。
【００３５】
対向基板２は、厚さ寸法が０．２〜０．７ｍｍ程度の単層のシリコンウエハ２１と、シリコンウエハ２１の表面に形成された対向絶縁層２２とで構成されている。対向絶縁層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。
【００３６】
機能層１０のシリコンウエハで形成された枠体部１４と対向基板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のシリコンウエハで形成された支持部１２と対向基板２は、導通用の金属結合部３０ｂを介して固定されている。
【００３７】
封止用の金属結合部３０ａでは、対向基板２を構成している対向絶縁層２２の表面に第１の金属層３１ａが形成され、枠体部１４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、対向絶縁層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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
ＭＥＭＳセンサの製造工程では、ＳＯＩ層の機能層１０を加工して、可動部１１と支持部１２および弾性変形部１３を形成し、さらに枠体部１４を形成する。さらにＳＯＩ層の中間層である絶縁材料層をエッチングして絶縁層３ａ，３ｂを形成する。一方、対向基板２は、シリコンウエハ２１の表面に対向絶縁層２２を成膜して、対向絶縁層２２の表面の形状を図１に示すように加工する。
【００４１】
対向基板２の対向絶縁層２２の対向面に、第１の金属層３１ａ，３１ｂをスパッタ工程などで形成し、機能層１０の支持部１２および枠体部１４の対向面に、第２の金属層３２ａ，３２ｂを形成する。図１に示すように、第１の金属層３１ａ，３１ｂと第２の金属層３２ａ，３２ｂとを接触させた状態で、４５０℃以下の比較的低い温度で加熱し加圧して、第１の金属層３１ａ，３１ｂと第２の金属層３２ａ，３２ｂを接合させ、金属結合部３０ａ，３０ｂを形成する。
【００４２】
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。
【００４３】
導通用の金属結合部３０ｂでは、対向絶縁層２２の内部に金属配線層３５が形成され、金属配線層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を介して金属配線層３５と導通している。
【００４４】
図１に示すように、対向絶縁層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、対向絶縁層２２の内部に引回された図示しない金属配線層と導通している。
【００４５】
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、またはマイクロリレーなどとして使用することができる。
【００４６】
図１は、ＭＥＭＳセンサの全体構造を説明するための模式図であり、金属結合部３０ａの形状や寸法比などは、実際の製品を忠実に再現したものではない。一方、図８は、実際の製品における図１のＡ部に相当する部分の断面を映した電子顕微鏡写真であり、図２（Ａ）は図８の写真に基づいて作図したＡ部の部分拡大断面図である。
【００４７】
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。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。
【００４８】
図１と図２（Ａ）に示すように、対向絶縁層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、対向絶縁層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。図１に示すように、第１の金属層３１ａの幅寸法はＷ１である。
【００４９】
図１に示すように、枠体部１４の表面（対向面）に接合平面１４ａが形成され、接合平面１４ａの両側には、段差部１４ｂ，１４ｂを介して接合平面１４ａよりも一段上側（対向絶縁層２２から離れる側）に後退した後退平面１４ｃ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１４ａからその両側の後退平面１４ｃ，１４ｃにわたってほぼ一定の膜厚で成膜されている。このとき、第２の金属層３２ａと第１の金属層３１ａとが接触する部分の幅寸法がＷ２である。
【００５０】
前記幅寸法Ｗ２は、第１の金属層３１ａの幅寸法Ｗ１よりも短い。その結果、機能層１０と対向基板２とを重ねるときに、機能層１０と対向基板２とが平面方向に位置ずれしても、第１の金属層３１ａと第２の金属層３２ａとが幅寸法Ｗ２の範囲で対向しやすくなる。すなわち、幅寸法Ｗ１と幅寸法Ｗ２は、加工公差や主基板１と対向基板２とを対面させるときの位置決め公差などを加味して、第１の金属層３１ａと第２の金属層３２ａとが幅寸法Ｗ２の範囲で対向できるように決められる。
【００５１】
図１と図２（Ａ）に示すように、対向絶縁層２２の接合平面２２ａと枠体部１４の接合平面１４ａとが対向している部分よりも外側の領域において、枠体部１４の表面（対向面）に凹部１８が形成されている。凹部１８は、前記後退平面１４ｃと連続する段差表面１８ａと、前記後退平面１４ｃよりも一段上側（対向絶縁層２２から離れる側）に後退する底表面１８ｂとを有している。
【００５２】
第１の金属層３１ａと第２の金属層３２ａとが合わせられ、加熱および加圧されて第１の金属層３１ａと第２の金属層３２ａとが共晶接合しまたは拡散接合して金属結合部３０ａが形成される。このときに、加熱時に粘度が低下した第１の金属層３１ａの一部が、金属結合部３０ａから外部領域１６に向かってはみ出し、その後に硬化する。図２では、金属結合部３０ａから流出して硬化した第１の金属層３１ａのはみ出し部を符号３１ｃで示している。
【００５３】
図２（Ａ）および図８に示すように、第１の金属層３１ａのはみ出し部３１ｃの厚さ寸法は、金属結合部３０ａの厚さ寸法よりも大きい。はみ出し部３１ｃは、枠体部１４の接合平面１４ａよりも上方（対向絶縁層２２から離れる方向）に突出し、さらに後退平面１４ｃよりも上方に突出している。しかし、枠体部１４には、はみ出し部３１ｃに対向する凹部１８が形成され、はみ出し部３１ｃの頂部と凹部１８の底表面１８ｂとの間に空隙部１９ａが形成されやすくなっている。
【００５４】
ＭＥＭＳセンサは、第１の金属層３１ａ，３１ｂと第２の金属層３２ａ，３２ｂとを接合させた後に、その表面にパッシベーション層すなわち保護絶縁層４１を付着させる。保護絶縁層４１は、封止用の金属結合部３０ａを外部環境から保護するためのものであり、対向絶縁層２２と枠体部１４との対向部の内部に入り込んで金属結合部３０ａに付着させることができるようにＣＶＤ法によって成膜される無機絶縁層である。ＣＶＤ法によって成膜可能な無機絶縁層は、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯ2、ＰＳＧなどである。
【００５５】
図２（Ａ）に示すように、第１の金属層３１ａのはみ出し部３１ｃと凹部１８の底表面１８ｂとの間に空隙部１９ａが形成されているために、保護絶縁層４１を、凹部１８の底表面１８ｂと段差表面１８ａおよび第２の金属層３２ａの表面から第１の金属層３１ａの表面まで途切れることなく連続して成膜することができる。第１の金属層３１ａと第２の金属層３２ａおよび両金属層が結合した金属結合部３０ａの側部が保護絶縁層４１で覆われるので、両金属層が腐食しにくくなり、金属結合部３０ａによる封止機能を長期間維持できるようになる。
【００５６】
図２（Ａ）に示すように、凹部１８の範囲は、対向絶縁層２２の側端面２２ｃから金属結合部３０ａの端部まで、すなわちほぼ段差部１４ｂの下で第１の金属層３１ａと第２の金属層３２ａとの接合境界面の端部までである。対向絶縁層２２の側端面２２ｃから凹部１８の内端部までの奥行き寸法Ｌは５〜５０μｍであり、凹部１８の最大深さ寸法Ｄは０．５〜５μｍである。奥行き寸法Ｌと深さ寸法Ｄが前記範囲であると、加熱および加圧工程で軟化した第１の金属層３１ａが、対向絶縁層２２の側端面２２ｃまで流れることがなく、しかも第１の金属層３１ａのはみ出し部３１ｃと凹部１８の底表面１８ｂとの間に十分な広さの空隙部１９ａを形成して、保護絶縁層４１を金属結合部３０ａの側端部まで成膜しやすくなる。
【００５７】
図２（Ｂ）は、第１の実施の形態のＭＥＭＳセンサの変形例を示している。
図２（Ｂ）に示す変形例は、枠体部１４において第２の金属層３２ａが形成されている接合平面１４ａの外部領域１６側の段差部１４ｂが、凹部１８の底表面１８ｂと垂直な面となっている。そのため、凹部１８の内端部の空間を広くでき、凹部１８とはみ出し部３１ｃとが対向する空隙部１９ａを奥側まで広い内容積で形成することができる。そのため、空隙部１９ａの奥まで保護絶縁層４１を形成しやすくなり、金属結合部３０ａを保護絶縁層４１で確実に覆えるようになる。
【００５８】
なお、図２（Ｂ）の変形例において、段差表面１８ａと底表面１８ｂとを互いに垂直な面として連続した形状としてもよい。さらに、後退平面１４ｃと段差表面１８ａを無くし、段差部１４ｂと底表面１８ｂとが互いに垂直な面として連続したものであってもよい。
【００５９】
図９は、第２の実施の形態のＭＥＭＳセンサのＡ部の断面を示す電子顕微鏡写真であり、図３は図９の電子顕微鏡写真に基づいて作図したＡ部の拡大断面図である。
【００６０】
図３と図９に示すＭＥＭＳセンサは、第１の金属層３１ａのはみ出し部３１ｃの膨らみ寸法が大きく、はみ出し部３１ｃが、枠体部１４の後退平面１４ｃの表面に位置する第２の金属層３２ａのエッジ部に当たっており、後退平面１４ｃの下側に空間部１９ｂが形成されている。
【００６１】
この場合も、第１の金属層３１ａのはみ出し部３１ｃに、枠体部１４の凹部１８が対向し、はみ出し部３１ｃと凹部１８の底表面１８ｂとの間に空隙部１９ａが形成されやすくなっている。そのため、ＣＶＤ法によって、保護絶縁層４１が、凹部１８の底表面１８ｂから段差表面１８ａを経てはみ出し部３１ｃの表面に連続して成膜され、第１の金属層３１ａと第２の金属層３２ａが、いずれも外気に晒されるのを防止でき、第１の金属層３１ａや第２の金属層３２ａの腐食を防止できるようになる。
【００６２】
図４は、第３の実施の形態のＭＥＭＳセンサの部分断面図、図５はそのＢ部の拡大図である。図４と図５は、第１の金属層３１ａと第２の金属層３２ａが共晶接合または拡散接合される前の状態を示している。図６は第１の金属層３１ａと第２の金属層３２ａが共晶接合または拡散接合された後のＢ部の拡大図であり、図１０に示す実施例の電子顕微鏡写真を参考にした模式的である。
【００６３】
図４ないし図６では、図１ないし図３と同じ構造部分に同じ符号が付されている。
図４に示すように、対向基板２の一部である対向絶縁層２２の表面（対向面）に、第１の金属層３１ａがスパッタ工程などで成膜されている。図４では、対向絶縁層２２の表面に第１の金属層３１ａが付着している付着領域の幅寸法がＷ３で示されている。図１においても説明したように、第２の金属層３２ａと第１の金属層３１ａとが対向する部分の幅寸法がＷ２であり、図６に示すように、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たときの金属結合部３０ａの幅寸法がほぼＷ２に一致している。
【００６４】
図４に示すように、対向絶縁層２２の表面に第１の金属層３１ａが付着している付着領域は、幅寸法Ｗａの範囲で、金属結合部３０ａよりも外部領域１６に向けて延長されており、幅寸法Ｗｂの範囲で、金属結合部３０ａよりも動作領域１５に向けて延長されている。外部領域１６に向けての延長部の幅寸法Ｗａは、動作領域１５に向けての延長部の幅寸法Ｗｂよりも十分に広く設定されている。
【００６５】
対向絶縁層２２の表面（対向面）に接合平面２２ａが形成されて、その表面に第１の金属層３１ａが形成されているが、第１の金属層３１ａの付着領域は、接合平面２２ａの外部領域１６側の端部を決めている段差部２２ｂを超えて、さらに幅寸法Ｗｃの範囲で外部領域１６に向けて延び出ている。
【００６６】
接合平面２２ａの幅寸法は段差部２２ｂ，２２ｂによって決められているが、図１に示すように、第２の金属層３２ａと第１の金属層３１ａとを幅寸法Ｗ２の範囲で確実に対面させるためには、接合平面２２ａの全域に第１の金属層３１ａが形成されることが必要である。そのため、接合平面２２ａの加工精度と、第１の金属層３１ａのスパッタ領域を決めるレジスト層の成膜精度の公差などを加味して、第１の金属層３１ａの幅寸法を、接合平面２２ａの幅寸法にさらに公差分のマージンを加算して決めておくことが必要である。
【００６７】
図４に示すように、第１の金属層３１ａの付着領域が、段差部２２ｂから動作領域１５に向けて寸法Ｗｄだけはみ出しているが、このはみ出し寸法Ｗｄは前記公差に基づくマージンによって生じているものであり、付着領域を段差部２２ｂから動作領域１５に向けて延長させることを意図したものではない。これに対し、第１の金属層３１ａの付着領域が、段差部２２ｂから外部領域１６に向けてはみ出している寸法Ｗｃは、公差を加味したマージン分であるはみ出し寸法Ｗｄよりも十分に広く設定されている。すなわち、第１の金属層３１ａは、段差部２２ｂを超えて外部領域１６に向けてはみ出させることを意図して成膜されている。
【００６８】
図６に示すように、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が形成されると、第１の金属層３１ａと第２の金属層３２ａとの加圧力によって、溶融状態の粘度の低い第１の金属層３１ａが金属結合部３０ａから外部領域１６に向けて押出され、それが硬化して第１の金属層３１ａのはみ出し部３３が形成される。
【００６９】
図４に示すように、加熱および加圧工程の前に、第１の金属層３１ａと対向絶縁層２２との付着領域が、段差部２２ｂから幅寸法Ｗｃの範囲で外部領域１６に向けて広く延長して形成されているため、図６に示すように、第２の金属層３２ａの加圧力により外部領域１６に向けて押出される第１の金属層３１ａは、幅寸法Ｗａの幅広い延長部に沿って流れ出る。第１の金属層３１ａは、その裾野が外部領域１６に向けて広がってから硬化するために、はみ出し部３３の対向絶縁層２２からの厚さ寸法を低くできる。
【００７０】
その結果、はみ出し部３３の表面３３ａと、枠体部１４に形成された凹部１８の底表面１８ｂとの空隙部１９ａを広くでき、ＣＶＤ法で形成される保護絶縁層４１を、空隙部１９ａの内面に形成しやすくなる。この保護絶縁層４１が、凹部１８の底表面１８ｂと段差表面１８ａおよびはみ出し部３３の表面にかけて連続的に形成されやすくなり、動作領域１５を密閉して保護しやすくなる。
【００７１】
図４に示す第１の金属層３１ａの外部領域１６に向けての延長部の幅寸法Ｗａは、第２の金属層３２ａが加圧されたときに、第１の金属層３１ａが金属結合部３０ａからはみ出る量を調べることで適正な値として設定できる。例えば、Ｗａは、Ｗ２／２以上であり、Ｗ２以下であることが好ましい。
【００７２】
図７は比較例を示す図１のＡ部の拡大断面図である。図７に示す比較例は、枠体部１４の対向面に凹部１８が形成されておらず、後退平面１４ｃが、第１の金属層３１ａのはみ出し部３１ｃと対向している。また、第１の金属層３１ａと対向絶縁層２２との付着領域が、ほぼ段差部２２ｂの位置で止まっており、第１の金属層３１ａのはみ出し部３１ｃが外部領域１６に向けて広げられていない。そのため、はみ出し部３１ｃの頂部が後退平面１４ｃに接触しやすくなる。
【００７３】
はみ出し部３１ｃと後退平面１４ｃとが接触すると、その接触部の外側に、外部領域１６に連続する鋭角に収束する対向空間１９ｃが形成される。鋭角に収束する対向空間１９ｃに対して、保護絶縁層４１の付着が不安定となり、保護絶縁層４１が連続成膜されずに欠陥部が形成されやすい。この欠陥部に露出する第１の金属層３１ａから腐食が進行して金属結合部３０ａに至り、金属結合部３０ａにより封止欠陥が発生しやすくなる。
【００７４】
なお、前記実施の形態では、対向基板２の一部である対向絶縁層２２に第１の金属層３１ａが設けられ、枠体部１４に第２の電極層３２ａが設けられ、枠体部１４の対向面に、第１の電極層３１ａのはみ出し部３１ｃに対向する凹部１８が形成されている。本発明は、これとは逆に、対向絶縁層２２に第２の金属層３２ａが設けられ、枠体部１４に第１の金属層３１ａが設けられ、対向絶縁層２２に、第１の電極層３１ａのはみ出し部３１ｃと対向する凹部１８が形成されているものであってもよい。
【００７５】
また、図４ないし図６に示すように、第１の金属層３１ａの付着領域を第１の金属層３１ａと第２の金属層３２ａとの対向部よりも外部領域１６に延長させることで、はみ出し部３３と枠体部１４との間の空隙部１９ａを広くできる効果を奏することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１  主基板
２  対向基板
３ａ，３ｂ  絶縁層
１０  機能層
１１  可動部
１２  支持部
１３  弾性変形部
１４  枠体部
１４ａ  接合平面
１４ｂ  段差部
１４ｃ  後退平面
１５  動作領域
１６  外部領域
１８  凹部
１８ａ  段差表面
１８ｂ  底表面
１９ａ  空隙部
２２  対向絶縁層
２２ａ  接合平面
３０ａ，３０ｂ  金属結合部
３１ａ，３１ｂ  第１の金属層
３１ｃ，３３  はみ出し部
３２ａ，３２ｂ  第２の金属層
４１  保護絶縁層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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