ＭＥＭＳセンサ及びその製造方法
【課題】 特に、動作空間を囲む枠体と対向基板とを接合する金属接合部の腐食を防止しやすい構造の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。
【解決手段】 機能層１０には、動作領域１５と外部領域１６とを区画する枠体１４とが形成される。前記枠体１４と支持基板１間は第１の絶縁層３ａを介して接合される。枠体と配線基板との間には、枠体の外周側面から内側に向けて延出する横方向溝部１８が形成される。また横方向溝部よりも内側では傾斜側面１４ｆを介して前記横方向溝部１８での間隔よりも近接する前記枠体と前記第２の部材との対向面間が動作領域の全周を囲む金属接合部３０ａを介して接合されている。傾斜側面１４ｆの傾き角度θ１は、鈍角である。そして横方向溝部１８内にて現れる金属接合部３０ａの外周表面が保護絶縁層４１により覆われている。
【解決手段】 機能層１０には、動作領域１５と外部領域１６とを区画する枠体１４とが形成される。前記枠体１４と支持基板１間は第１の絶縁層３ａを介して接合される。枠体と配線基板との間には、枠体の外周側面から内側に向けて延出する横方向溝部１８が形成される。また横方向溝部よりも内側では傾斜側面１４ｆを介して前記横方向溝部１８での間隔よりも近接する前記枠体と前記第２の部材との対向面間が動作領域の全周を囲む金属接合部３０ａを介して接合されている。傾斜側面１４ｆの傾き角度θ１は、鈍角である。そして横方向溝部１８内にて現れる金属接合部３０ａの外周表面が保護絶縁層４１により覆われている。
【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、動作領域が金属接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接合されて金属接合部が形成されている。この金属接合部を用いると、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
【特許文献３】特開２００９−４７６５０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、共晶接合または拡散接合で金属接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、高温多湿の環境下では金属接合部による封止性が低下し特性が劣化しやすかった。特に多湿環境下での使用では、水分とゲルマニウムとが反応して昇華する等、金属接合部が欠損する問題が生じた。
【０００７】
そこで、特許文献２や特許文献３に記載されているように、機能層と対向基板との間の金属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、金属接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】
しかしながら、従来の構成では、配線基板の表面に対して枠体の外周側面全体が垂直方向に延びている。そして、枠体と配線基板との各対向面間に金属接合部が介在している。このような構成であると、保護絶縁層の外周表面に保護絶縁層をスパッタ法等にて形成する際、垂直方向に延びる枠体の外周側面が壁となり、枠体の外周側面から下方に延出する保護絶縁層の外周表面全体に、つきまわりよく保護絶縁層を形成することが難しかった。
【０００９】
また、特許文献１では、機能層の枠体と対向基板との対向面間の接合部分を、枠体の外周側面よりも内側に位置させている。このため、枠体と対向基板との間には枠体の外周側面から内側に向って横方向に延びる微小な隙間（横方向溝部）が形成される。
【００１０】
このように枠体と対向基板との間に、横方向溝部が形成されて、この横方向溝部の内側に金属接合部が現れるため、金属接合部の外周表面に保護絶縁層を適切に形成するには、微小間隔の前記横方向溝部の内表面全体につきまわりよく保護絶縁層を形成しなければならない問題があった。
【００１１】
特に後述する比較例で示した構成では、横方向溝部の内側に向けて先細り、間隔が非常に狭くなるため、横方向溝部内にて保護絶縁層の成膜速度差が大きくなり、金属接合部を覆う保護絶縁層に空孔等の欠損部が形成されやすく、十分に、金属接合部の外周表面を被覆できない問題が生じた。
【００１２】
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、動作空間を囲む枠体と対向基板とを接合する金属接合部の腐食を防止しやすい構造の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】
【００１３】
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を外部領域と区画するための枠体と、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の部材との対向面間が前記動作領域の全周を囲む金属接合部を介して接合されており、
前記金属接合部では、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の金属層とが互いに接合されており、
前記枠体の外周側面には、前記第２の部材との対向面側の縁部から前記第１の部材の方向に向けて傾斜側面が設けられており、
前記対向面と平行な方向に延出させた仮想線に対する前記傾斜側面の傾き角度θ１は、鈍角であり、
前記金属接合部の外周表面が保護絶縁層により覆われていることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明では、傾斜側面の傾き角度θ１を鈍角とすることで、金属接合部の外周表面での保護絶縁層の成膜速度差を小さくでき、金属結合部の外周表面に対し保護絶縁層のつきまわりを向上させることができる。よって従来に比べて保護絶縁層に空孔等の欠損部が形成されるのを抑制でき、金属接合部の腐食を適切に防止できる。
【００１５】
本発明では、前記枠体の外周側面は、前記傾斜側面と、前記傾斜側面と連続して前記対向面に対して垂直方向に延びる垂直面とを有して構成され、前記保護絶縁層は、前記金属接合部の外周表面から前記傾斜側面及び前記垂直面にかけて形成されていることが好ましい。これにより、金属結合部の外周表面への保護絶縁層のつきまわりをより効果的に向上させることができる。
【００１６】
また本発明では、前記枠体の外周側面には、前記第２の部材との対向面側に、前記動作領域の方向である内側に向けて延出する横方向溝部が形成され、前記横方向溝部の側壁面が前記傾斜側面で形成されており、前記横方向溝部内に現れる前記金属接合部の前記外周表面が前記保護絶縁層により覆われている構成にすることもできる。
【００１７】
このように横方向溝部が形成された構成であっても、前記横方向溝部の側壁面を鈍角の傾斜側面とすることで、前記横方向溝部内での保護絶縁層の成膜速度差を小さくでき、金属結合部の外周表面への保護絶縁層のつきまわりを従来に比べて向上させることができる。
【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構成に適切に適用できる。
【００１９】
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レジスト層を形成する第１工程、
前記レジスト層に覆われていない前記表面をエッチングして前記枠体の外周側面を形成し、このとき、前記外周側面を前記表面から深さ方向に向けて徐々に前記動作領域の方向である内側に向けて傾斜した傾斜側面で形成する第２工程、
前記第１工程の前、あるいは前記第２工程と次の第４工程との間に、前記枠体の表面に第２の金属層を形成する第３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する第４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第５工程、
第２の部材の前記枠体と対向する表面に第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、互いに接合し前記第１の金属層と前記第２の金属層からなる金属接合部を形成する第６工程、
前記金属接合部の外周表面を保護絶縁層により覆う第７工程、
を有することを特徴とするものである。
【００２０】
本発明では、前記エッチングの際に用いられるデポジションガス及びアッシングガスの合計量の比率を、エッチングガスの比率よりも大きくすることが好ましい。これにより、傾斜側面を表面側から深さ方向に向けて逆テーパ形状で形成することができる。
【００２１】
本発明では、前記第２工程では、前記傾斜側面を形成した後、前記傾斜側面と連続し前記第１の部材との対向面に対して垂直方向の垂直面を形成して、前記傾斜側面及び前記垂直面を備える前記外周側面を形成することが好ましい。
【００２２】
あるいは本発明では、前記第１工程では、前記枠体の外周側面よりも内側の位置にレジスト層を形成し、
前記第６工程で前記金属結合部を形成した際、前記枠体の外周側面には、前記第２の部材との対向面側に、前記動作領域の方向である内側に向けて延出する横方向溝部が形成され、前記横方向溝部の側壁面が前記傾斜側面であり、
前記第７工程では、前記横方向溝部内にて現れる前記金属接合部の外周表面を前記保護絶縁層により覆うことができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明では、傾斜側面の傾き角度θ１を鈍角とすることで、保護絶縁層の外周表面に対する保護絶縁層の成膜速度差を小さくでき、金属接合部の外周表面への保護絶縁層のつきまわりを向上させることができる。よって従来に比べて保護絶縁層に空孔等の欠損部が形成されるのを抑制でき、金属接合部の腐食を適切に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、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（ただし保護絶縁層の成膜なし）
【図２】図２は、図１の一部を拡大して示したＭＥＭＳセンサの部分拡大縦断面図である（保護絶縁層の成膜あり）。
【図３】図３は、図２の一部を更に拡大して示したＭＥＭＳセンサの部分拡大縦断面図である。
【図４】図４は、比較例のＭＥＭＳセンサの部分拡大縦断面図である。
【図５】図５は、別の実施形態を示すＭＥＭＳセンサの部分拡大縦断面図である（保護絶縁層の成膜あり）。
【図６】図６（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（保護絶縁層の成膜なし）であり、図６（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（保護絶縁層の成膜なし）である。
【図７】図７（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（保護絶縁層の成膜あり）であり、図７（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（保護絶縁層の成膜あり）である。
【図８】図８は、別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】図１ないし図４に示す本実施形態のＭＥＭＳセンサの製造工程を示し、機能層の一部（枠体の部分）を拡大して示した部分拡大縦断面図である。
【図１０】図９の次の工程を示すＭＥＭＳセンサの部分拡大縦断面図である。
【図１１】図１０の次の工程を示すＭＥＭＳセンサの部分拡大縦断面図である。
【図１２】図１１の次の工程を示し、図１１よりもＭＥＭＳセンサの全体を示す部分縦断面図である。
【図１３】図１２の次の工程を示すＭＥＭＳセンサの部分縦断面図である。
【図１４】図１３の次の工程を示すＭＥＭＳセンサの部分縦断面図である。
【図１５】図１４の次の工程を示すＭＥＭＳセンサの部分縦断面図である。
【図１６】図５に示す本実施形態のＭＥＭＳセンサの製造工程を示し、機能層の一部（枠体の部分を拡大して示した部分拡大縦断面図である。
【図１７】図１６の次の工程を示すＭＥＭＳセンサの部分拡大縦断面図である。
【図１８】図１７の次の工程を示すＭＥＭＳセンサの部分拡大縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
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つのシリコンウエハが、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エハが、支持基板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。
【００２６】
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１４が形成されている。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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のシリコンウエ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。
【００３０】
ＳＯＩ基板の一方のシリコンウエ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。
【００３１】
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エハ（基材）２１と、シリコンウエハ２１の表面に形成された第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。
【００３２】
機能層１０のシリコンウエハで形成された枠体１４と配線基板２は、封止用の金属接合部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と配線基板２は、導通用の金属接合部３０ｂを介して固定されている。
【００３３】
封止用の金属接合部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との対向面）に第２の金属層３２ａが形成されている。導通用の金属接合部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の表面に第２の金属層３２ｂが形成されている。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
封止用の金属接合部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、金属接合部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。
【００３７】
導通用の金属接合部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、金属接合部３０ｂを介して内部配線層３５と導通している。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
図１に示すＭＥＭＳセンサの第１の金属層３１ａ及び第２の金属層３２ａに対して、加熱および加圧工程が施された後、図２（図１に示すＭＥＭＳセンサに対して保護絶縁層を形成した状態の部分拡大縦断面図）に示すように、金属接合部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の表面等も金属接合部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。
【００４２】
図２は図１に示すＭＥＭＳセンサに対して保護絶縁層を形成した状態の部分拡大縦断面図であり、図３は図２の一部を更に拡大して示した縦断面図である。
【００４３】
図２，図３に示すように、枠体１４の外周側面１４ａには、第２の絶縁層２２との対向面側に、動作領域１５の方向（Ｘ１）である内側に向けて延出する横方向溝部１８が形成されている。図２，図３は図１に示す右側の枠体１４を拡大したものであるから動作領域１５の方向はＸ１方向であるが、図１に示す左側の枠体１４から見れば、動作領域１５の方向はＸ２方向である。なお以下では、図２，図３に示す枠体１４に対する内側の方向及び外側の方向をＸ１，Ｘ２で表記する。
【００４４】
図２，図３に示すように横方向溝部１８の奥の側壁面は傾斜した傾斜側面１４ｆとされている。そして前記傾斜側面１４ｆよりも内側（Ｘ１）では、横方向溝部１８の側壁面（傾斜側面）１４ｆを介して枠体１４の表面（第２の絶縁層２２との対向面）に第２の絶縁層２２の方向に突き出した接合平面１４ｃが形成されている。ここで傾斜側面は、接合平面１４ｃから見て外側と内側の両方に形成される（図１参照）が、本実施形態において重要なのは、接合平面１４ｃから見て外側（外部領域１６側）に位置する傾斜側面１４ｆであるため、特に断らない限り、「傾斜側面」とは、接合平面１４ｃから見て外側の傾斜側面１４ｆを指すこととする。
【００４５】
上記のように横方向溝部１８の内側にて傾斜側面１４ｆを介して枠体１４の表面に第２の絶縁層２２の方向に突き出した接合平面１４ｃを形成したことで、枠体１４の接合平面１４ｃと、第２の絶縁層２２の接合平面２２ａとの間の間隔は、横方向溝部１８の位置での枠体１４と第２の絶縁層２２との間の間隔よりも近接した状態となっている。図２，図３の断面に現れる第２の絶縁層２２の接合平面２２ａ及び枠体１４の接合平面１４ｃはともにＸ１−Ｘ２方向に平行に延びている。
【００４６】
図２，図３に示すように、第１の金属層３１ａは、第２の絶縁層２２の接合平面２２ａに形成される。また、第２の金属層３２ａは、枠体１４の接合平面１４ｃから傾斜側面１４ｆ及び横方向溝部１８の天井に位置する枠体１４の窪み表面１４ｇにかけて成膜される。
【００４７】
図１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。
【００４８】
図２，図３に示すように、Ｘ１−Ｘ２方向に平行な仮想線Ａに対する傾斜側面１４ｆの傾き角度θ１は、鈍角となっている。ここで仮想線Ａは、傾斜側面１４ｆの接合平面１４ｃ側の縁部１４ｆ１から横方向溝部１８に向けて、前記接合平面１４ｃと平行な方向に延出させた線と定義される。
【００４９】
図４に、比較例のＭＥＭＳセンサの構造を示す。
図４でも図３の実施形態と同様に、横方向溝部１８よりも内側（Ｘ１）では、傾斜側面１４ｈを介して枠体１４の表面（対向面）に第２の絶縁層２２の方向に突き出した接合平面１４ｃが形成されている。
【００５０】
ただし図４の比較例では、図３と異なって、前記仮想線Ａに対する傾斜側面１４ｈの傾き角度θ３が鋭角となっている。
【００５１】
図４の比較例のように、傾斜側面１４ｈを鋭角にすると、横方向溝部１８の形状は、枠体１４の外周側面１４ａ側から内側（Ｘ１）に向けて傾斜側面１４ｈの付近から徐々に先細り、保護絶縁層４１を形成するための間隔が狭くなる。
【００５２】
特に図４に示すように第１の金属層３１ａは加熱、加圧されて潰されることで横方向溝部１８内で盛り上がりやすいため、第１の金属層３１ａと第２の金属層３２ａとの接合界面Ｂの外周端部Ｃ付近では、横方向溝部１８の間隔が極めて狭くなってしまう。
【００５３】
そのため図４のように保護絶縁層４１を横方向溝部１８の内表面全体に成膜したとき、成膜速度が、間隔の狭い接合界面Ｂの外周端部Ｃ付近で、間隔の広い他の箇所よりも遅くなる。その結果、接合界面Ｂの外周端部Ｃ付近に成膜される保護絶縁層４１に空孔４１ａが形成されたり、あるいは保護絶縁層４１が途切れて成膜される等、保護絶縁層４１に欠損部が形成されやすい。そのため、金属接合部３０ａの外周表面全体を適切に保護絶縁層４１により被覆できず、金属接合部３０ａの腐食を適切に防止できない。特に第２の金属層３２ａをゲルマニウムで形成した場合、多湿環境下では、ゲルマニウムが水分と反応して昇華する問題があり、図４に示す比較例の構成では、ゲルマニウムからなる第２の金属層３２ａの側面を十分に被覆できない場合が生じる。
【００５４】
これに対して、本実施形態では、図３に示したように、傾斜側面１４ｆの傾き角度θ１を鈍角としたため、横方向溝部１８における接合界面Ｂの外周端部Ｃ付近の間隔を図４の比較例に比べて広げることが出来る。
【００５５】
したがって図３に示すように、保護絶縁層４１を横方向溝部１８の内表面全体に成膜したとき、接合界面Ｂの外周端部Ｃ付近での成膜速度と、他の箇所での成膜速度との差を図４の比較例よりも小さくできる。よって、図３に示す実施形態では、保護絶縁層４１に空孔等の欠損部が形成される不具合を抑制することができ、金属接合部３０ａの外周表面全体を十分に保護絶縁層４１により被覆できる。
【００５６】
なお本実施形態において、第２の絶縁層２２との対向面側の枠体１４の外周側面１４ａに動作領域１５の方向である内側に向けて横方向溝部１８が形成されるのは、枠体１４の外周側面１４ａに沿ってシリコンウエハを切り出す際の製造誤差を考慮して、第２の金属層３２ａが削り取られずに第１の金属層３１ａと第２の金属層３２ａとを確実に接合させるために、第１の金属層３１ａと第２の金属層３２ａの接合界面Ｂを枠体１４の最も外側に突き出す外周側面１４ａよりも内側に後退させたためである。なお、横方向溝部１８の高さ方向への寸法Ｈ（図３に示すように、保護絶縁層４１を除いた最大高さを指す）は、１．０〜３．０μｍ程度で、横方向溝部１８のＸ１−Ｘ２方向への長さ寸法Ｌ（図３に示すように、保護絶縁層４１を除いた最大長さを指す）は、５．０〜１０．０μｍ程度である。
【００５７】
図５は、別の実施形態を示すＭＥＭＳセンサの部分拡大縦断面図である。図５は図２と同じ対象領域を示す。
【００５８】
図５に示すＭＥＭＳセンサでは、枠体１４の外周側面１４ａは、鈍角の傾斜側面１４ｆと、前記傾斜側面１４ｆと連続して接合平面１４ｃに対して垂直方向（Ｚ）に延びる垂直面１４ｋとを有して構成される。そして絶縁保護層４１は、金属接合部３０ａの外周表面から枠体１４の傾斜側面１４ｆ及び垂直面１４ｋにかけて形成されている。
【００５９】
図５に示す構成では、図２と異なって横方向溝部１８は形成されていない。図５では、傾斜側面１４ｆから連続する垂直面１４ｋを形成して枠体１４の外周側面１４ａとしており、これにより、傾斜側面１４ｆから金属接合部３０ａの外周表面にかけての部分が、枠体１４の最も外側に突き出した位置に出てくるため、金属接合部３０ａの外周表面への保護絶縁層４１のつきまわりをより効果的に向上させることができる。
【００６０】
図６（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６（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。ただし図６（ａ）（ｂ）では、いずれも保護絶縁層が設けられていない。
【００６１】
図７（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７（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７では、いずれも保護絶縁層が設けられている。
【００６２】
図６（ａ）に示す実施例では、横方向溝部の側壁面が鈍角の傾斜側面とされている。そのため図７（ａ）に示す実施例のように、横方向溝部の内表面全体にて保護絶縁層のつきまわりを向上させることができ、保護絶縁層により適切に金属接合部を被覆できることがわかった。
【００６３】
一方、図６（ｂ）に示す比較例では、横方向溝部の内側の傾斜側面が鋭角とされている。そのため、図７（ｂ）に示すように、横方向溝部のうち間隔が先細る内側部分での保護絶縁層のつきまりが悪化し、保護絶縁層に空孔が形成されていることがわかった（空孔の一つを矢印Ｄで示した）。
【００６４】
以上のように本実施形態では、Ｘ１−Ｘ２方向に平行な仮想線Ａに対する傾斜側面１４ｆの傾き角度θ１を鈍角としたが、具体的には傾き角度θ１を、９０°＜θ１＜１２０°の範囲内とすることで、保護絶縁層４１内に空孔が形成されることなく、及び、途切れることなく成膜することができる。
【００６５】
また、図３に示すように、第１の金属層３１ａは、加熱、加圧されて潰されることで横方向溝部１８内で盛り上がりやすい。この盛り上がり部３１ｃの内側側面３１ｃ１（動作領域１５方向を向く面）に対して傾斜側面１４ｆの傾き角度θ２が直角、あるいは鈍角であることが好適である。図３に示すように盛り上がり部３１ｃの表面が曲面状であるとき、前記内側側面３１ｃ１に対して頂部と裾部との中点にて接線Ｅを引き、前記接線Ｅに対して傾斜側面１４ｆの傾き角度θ２が規定される。
【００６６】
また図３や図５の実施形態では、傾斜側面１４ｆが直線状であるが図８のように、傾斜側面１４ｆは曲面状であってもよい。かかる場合、傾斜側面１４ｆの接合平面１４ｃと成す縁部１４ｆ１と窪み表面１４ｇと成す縁部１４ｆ２との中点での接線Ｆと、仮想線Ａとの間の角度にて傾斜側面の傾き角度θ１が規定される。
【００６７】
上記した実施形態の構成と異なって、横方向溝部１８を形成するための傾斜側面を配線基板２側に形成することもできる。しかしながら、かかる場合には、領域の狭い枠体と配線基板２との間を接合する際のずれの許容量が小さくなり製造効率が低下しやすいため、配線基板２側でなく枠体１４側に傾斜側面１４ｆを形成したほうが好ましい。また、枠体１４側及び支持部１２側の接合平面を配線基板２側に突き出し、前記接合平面に例えば高価なゲルマニウムからなる第２の金属層３２ａ，３２ｂを形成する構成とすることで、ゲルマニウムの使用量を減らすことができ製造コストの低減にも繋がり好適である。
【００６８】
図９ないし図１５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。図９ないし図１１は、機能層の特に枠体に傾斜側面を形成する部分を拡大して示した部分拡大縦断面図であり、図１２ないし図１５は、図１１の工程以降の各製造工程におけるＭＥＭＳセンサの部分縦断面図を示す。
【００６９】
まず、シリコンからなる支持基板１、ＳｉＯ2からなる第１の絶縁層３ａ，３ｂ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はウエハ状であり、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。図９ないし図１１では、機能層１０の一部分のみを拡大して示したものであり、特に図１に示す右側に示す枠体１４の部分を上下反対にして図示したものである。
【００７０】
図９に示すように、機能層１０の、動作領域１５と外部領域１６とを区画する枠体１４となる表面１４ｉに、レジスト層４５を形成する。このとき、レジスト層４５を、枠体１４の外周側面１４ａとなる位置よりも内側（動作領域１５側）の位置に形成する。レジスト層４５の幅方向（Ｘ１−Ｘ２）への寸法は、枠体１４の接合平面１４ｃの幅寸法に略一致している。
【００７１】
なお図９に示すレジストの形成工程は枠体１４の表面１４ｉのみならず、支持部１２（図１参照）となる表面も同様に行う。
【００７２】
続いて、レジスト層４５に覆われていない機能層１０の表面をエッチングする。このとき、本実施形態では、エッチングの際に使用されるデポジションガス及びアッシングガスの合計量の比率を、エッチングガスの比率よりも高く設定する。
【００７３】
エッチングガスは、エッチング面を深さ方向に掘っていくためのガスで、デポジションガスは、掘った側面を保護するためのガスで、アッシングガスはエッチングの際に生成される副生成分の除去のためのガスである。例えば、エッチングガスは、ＳＦ6で、デポジションガスは、Ｃ4Ｆ8で、アッシングガスは、Ｏ2である。
【００７４】
本実施形態では、デポジションガス及びアッシングガスの合計量の比率を、エッチングガスの比率よりも高く設定したことで、図１０に示すように、エッチングされて現れる外部領域１６側に向く傾斜側面１４ｆを表面１４ｉ（接合平面１４ｃ）から深さ方向に向けて徐々に動作領域１５の方向である内側に向けて傾斜させることが可能になる。このように本実施形態では傾斜側面１４ｆを逆テーパ面で形成できる。また図１０に示すように、エッチングされて現れる動作領域１５側に向く傾斜側面１４ｊも逆テーパ面となる。
【００７５】
本実施形態では、ガス比率を、例えば、エッチングガス：デポジションガス：アッシングガス＝７：５：３とすることが好適である。
【００７６】
続いてレジスト層４５を除去する。そして、図１１に示す工程では、接合平面１４ｃから傾斜側面１４ｆ，１４ｊ及び窪み表面１４ｇにかけて第２の金属層３２ａを形成する。なお、支持部１２に形成した接合平面についても同様に第２の金属層３２ｂを形成する。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。
【００７７】
次に図１２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の表面にレジスト層４７を形成する。
【００７８】
そして図１３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。
【００７９】
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。
【００８０】
次に図１４の工程では、レジスト層４７を除去した後、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。
【００８１】
そして図１５の工程では、ＳＯＩ基板４６を図１４の状態から上下１８０°、ひっくり返し、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。
【００８２】
続いて図１５に示すように支持基板１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を枠体１４と配線基板２との間であって、枠体１４の外周側面１４ａから動作領域１５である内側の方向に向けて形成された横方向溝部１８の内表面全域に成膜する。これにより保護絶縁層４１を金属接合部３０ａの外周表面及びその周辺部（枠体１４の外周側面１４ａ等）に連続して成膜できる。保護絶縁層４１を金属接合部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、金属接合部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。なお横方向溝部１８の内表面全体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。
その後、点線Ｊに沿って配線基板２を切断し、個々のＭＥＭＳセンサに分離する。
【００８３】
図１６から図１８は、図５に示す本実施形態のＭＥＭＳセンサの製造工程を示し、機能層の一部（枠体の部分を拡大して示した部分拡大縦断面図である。
【００８４】
図１６では、枠体１４の表面（接合平面１４ｃ）に第２の金属層３２ａを形成する。
そして図１６に示すように、第２の金属層３２ａの表面にレジスト層５０を形成する。レジスト層５０の外周側面５０ａは、枠体１４の外周側面１４ａの位置とほぼ一致している。
【００８５】
図１７に示す工程では、レジスト層５０に覆われていない枠体１４の表面をエッチングする。このとき、図１０で説明したように、本実施形態では、エッチングの際に使用されるデポジションガス及びアッシングガスの合計量の比率を、エッチングガスの比率よりも高く設定する。具体的には、エッチングガスと、デポジションガス及びアッシングガスの合計量の比率をエッチングガス：（デポジションガス+アッシングガス）＝２．８：３とすることが好適である。これにより、図１７に示すように、エッチングされて現れる傾斜側面１４ｆを表面（接合平面１４ｃ）から深さ方向に向けて逆テーパ面で形成できる。
【００８６】
次に、図１８では、深堀ＲＩＥなどのイオンエッチングを用いて、図１８に示す点線部分を除去する。これにより、傾斜側面１４ｆに連続する垂直面１４ｋを形成できる。図１８の工程でのエッチングは、図１７の工程のエッチングと異なるものであり、例えば、エッチングガスと、デポジションガス及びアッシングガスの合計量の比率をエッチングガス：（デポジションガス+アッシングガス）＝２：１とすることが好適である。
【００８７】
ＳｉＯ2からなる第１の絶縁層３の表面は、図１８のエッチングに対するストッパ面となっている。
【００８８】
図１７の点線で示すように、傾斜側面１４ｆを途中で止めずに、第１の絶縁層３の表面にまで形成すると、すなわち枠体１４の外周側面１４ａ全体が傾斜側面１４ｆで形成される構成とすると、第１の絶縁層３を介して接合される枠体１４と支持基板１間の接合面積が小さくなり、強度が低下する。したがって、図１７に示すように、傾斜側面１４ｆを途中まで形成し、傾斜側面１４ｆに連続する垂直面１４ｋを形成することで、前記接合面積を広くでき強度を保つことが可能になる。
図１８の工程以降は、図１４、図１５の工程に準ずる。
【符号の説明】
【００８９】
Ａ 仮想線
Ｂ 接合界面
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
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
１４ｆ 傾斜側面
１４ｇ 窪み表面
１４ｋ 垂直面
１５ 動作領域
１６ 外部領域
１８ 横方向溝部
２０ パッド部
２２ 第２の絶縁層
３０ａ，３０ｂ 金属接合部
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
４１ 保護絶縁層
４５、４７、５０ レジスト層
【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、動作領域が金属接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接合されて金属接合部が形成されている。この金属接合部を用いると、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
【特許文献３】特開２００９−４７６５０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、共晶接合または拡散接合で金属接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、高温多湿の環境下では金属接合部による封止性が低下し特性が劣化しやすかった。特に多湿環境下での使用では、水分とゲルマニウムとが反応して昇華する等、金属接合部が欠損する問題が生じた。
【０００７】
そこで、特許文献２や特許文献３に記載されているように、機能層と対向基板との間の金属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、金属接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】
しかしながら、従来の構成では、配線基板の表面に対して枠体の外周側面全体が垂直方向に延びている。そして、枠体と配線基板との各対向面間に金属接合部が介在している。このような構成であると、保護絶縁層の外周表面に保護絶縁層をスパッタ法等にて形成する際、垂直方向に延びる枠体の外周側面が壁となり、枠体の外周側面から下方に延出する保護絶縁層の外周表面全体に、つきまわりよく保護絶縁層を形成することが難しかった。
【０００９】
また、特許文献１では、機能層の枠体と対向基板との対向面間の接合部分を、枠体の外周側面よりも内側に位置させている。このため、枠体と対向基板との間には枠体の外周側面から内側に向って横方向に延びる微小な隙間（横方向溝部）が形成される。
【００１０】
このように枠体と対向基板との間に、横方向溝部が形成されて、この横方向溝部の内側に金属接合部が現れるため、金属接合部の外周表面に保護絶縁層を適切に形成するには、微小間隔の前記横方向溝部の内表面全体につきまわりよく保護絶縁層を形成しなければならない問題があった。
【００１１】
特に後述する比較例で示した構成では、横方向溝部の内側に向けて先細り、間隔が非常に狭くなるため、横方向溝部内にて保護絶縁層の成膜速度差が大きくなり、金属接合部を覆う保護絶縁層に空孔等の欠損部が形成されやすく、十分に、金属接合部の外周表面を被覆できない問題が生じた。
【００１２】
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、動作空間を囲む枠体と対向基板とを接合する金属接合部の腐食を防止しやすい構造の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】
【００１３】
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を外部領域と区画するための枠体と、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の部材との対向面間が前記動作領域の全周を囲む金属接合部を介して接合されており、
前記金属接合部では、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の金属層とが互いに接合されており、
前記枠体の外周側面には、前記第２の部材との対向面側の縁部から前記第１の部材の方向に向けて傾斜側面が設けられており、
前記対向面と平行な方向に延出させた仮想線に対する前記傾斜側面の傾き角度θ１は、鈍角であり、
前記金属接合部の外周表面が保護絶縁層により覆われていることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明では、傾斜側面の傾き角度θ１を鈍角とすることで、金属接合部の外周表面での保護絶縁層の成膜速度差を小さくでき、金属結合部の外周表面に対し保護絶縁層のつきまわりを向上させることができる。よって従来に比べて保護絶縁層に空孔等の欠損部が形成されるのを抑制でき、金属接合部の腐食を適切に防止できる。
【００１５】
本発明では、前記枠体の外周側面は、前記傾斜側面と、前記傾斜側面と連続して前記対向面に対して垂直方向に延びる垂直面とを有して構成され、前記保護絶縁層は、前記金属接合部の外周表面から前記傾斜側面及び前記垂直面にかけて形成されていることが好ましい。これにより、金属結合部の外周表面への保護絶縁層のつきまわりをより効果的に向上させることができる。
【００１６】
また本発明では、前記枠体の外周側面には、前記第２の部材との対向面側に、前記動作領域の方向である内側に向けて延出する横方向溝部が形成され、前記横方向溝部の側壁面が前記傾斜側面で形成されており、前記横方向溝部内に現れる前記金属接合部の前記外周表面が前記保護絶縁層により覆われている構成にすることもできる。
【００１７】
このように横方向溝部が形成された構成であっても、前記横方向溝部の側壁面を鈍角の傾斜側面とすることで、前記横方向溝部内での保護絶縁層の成膜速度差を小さくでき、金属結合部の外周表面への保護絶縁層のつきまわりを従来に比べて向上させることができる。
【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構成に適切に適用できる。
【００１９】
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レジスト層を形成する第１工程、
前記レジスト層に覆われていない前記表面をエッチングして前記枠体の外周側面を形成し、このとき、前記外周側面を前記表面から深さ方向に向けて徐々に前記動作領域の方向である内側に向けて傾斜した傾斜側面で形成する第２工程、
前記第１工程の前、あるいは前記第２工程と次の第４工程との間に、前記枠体の表面に第２の金属層を形成する第３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する第４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第５工程、
第２の部材の前記枠体と対向する表面に第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、互いに接合し前記第１の金属層と前記第２の金属層からなる金属接合部を形成する第６工程、
前記金属接合部の外周表面を保護絶縁層により覆う第７工程、
を有することを特徴とするものである。
【００２０】
本発明では、前記エッチングの際に用いられるデポジションガス及びアッシングガスの合計量の比率を、エッチングガスの比率よりも大きくすることが好ましい。これにより、傾斜側面を表面側から深さ方向に向けて逆テーパ形状で形成することができる。
【００２１】
本発明では、前記第２工程では、前記傾斜側面を形成した後、前記傾斜側面と連続し前記第１の部材との対向面に対して垂直方向の垂直面を形成して、前記傾斜側面及び前記垂直面を備える前記外周側面を形成することが好ましい。
【００２２】
あるいは本発明では、前記第１工程では、前記枠体の外周側面よりも内側の位置にレジスト層を形成し、
前記第６工程で前記金属結合部を形成した際、前記枠体の外周側面には、前記第２の部材との対向面側に、前記動作領域の方向である内側に向けて延出する横方向溝部が形成され、前記横方向溝部の側壁面が前記傾斜側面であり、
前記第７工程では、前記横方向溝部内にて現れる前記金属接合部の外周表面を前記保護絶縁層により覆うことができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明では、傾斜側面の傾き角度θ１を鈍角とすることで、保護絶縁層の外周表面に対する保護絶縁層の成膜速度差を小さくでき、金属接合部の外周表面への保護絶縁層のつきまわりを向上させることができる。よって従来に比べて保護絶縁層に空孔等の欠損部が形成されるのを抑制でき、金属接合部の腐食を適切に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、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（ただし保護絶縁層の成膜なし）
【図２】図２は、図１の一部を拡大して示したＭＥＭＳセンサの部分拡大縦断面図である（保護絶縁層の成膜あり）。
【図３】図３は、図２の一部を更に拡大して示したＭＥＭＳセンサの部分拡大縦断面図である。
【図４】図４は、比較例のＭＥＭＳセンサの部分拡大縦断面図である。
【図５】図５は、別の実施形態を示すＭＥＭＳセンサの部分拡大縦断面図である（保護絶縁層の成膜あり）。
【図６】図６（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（保護絶縁層の成膜なし）であり、図６（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（保護絶縁層の成膜なし）である。
【図７】図７（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（保護絶縁層の成膜あり）であり、図７（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（保護絶縁層の成膜あり）である。
【図８】図８は、別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】図１ないし図４に示す本実施形態のＭＥＭＳセンサの製造工程を示し、機能層の一部（枠体の部分）を拡大して示した部分拡大縦断面図である。
【図１０】図９の次の工程を示すＭＥＭＳセンサの部分拡大縦断面図である。
【図１１】図１０の次の工程を示すＭＥＭＳセンサの部分拡大縦断面図である。
【図１２】図１１の次の工程を示し、図１１よりもＭＥＭＳセンサの全体を示す部分縦断面図である。
【図１３】図１２の次の工程を示すＭＥＭＳセンサの部分縦断面図である。
【図１４】図１３の次の工程を示すＭＥＭＳセンサの部分縦断面図である。
【図１５】図１４の次の工程を示すＭＥＭＳセンサの部分縦断面図である。
【図１６】図５に示す本実施形態のＭＥＭＳセンサの製造工程を示し、機能層の一部（枠体の部分を拡大して示した部分拡大縦断面図である。
【図１７】図１６の次の工程を示すＭＥＭＳセンサの部分拡大縦断面図である。
【図１８】図１７の次の工程を示すＭＥＭＳセンサの部分拡大縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
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つのシリコンウエハが、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エハが、支持基板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。
【００２６】
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１４が形成されている。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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のシリコンウエ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。
【００３０】
ＳＯＩ基板の一方のシリコンウエ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。
【００３１】
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エハ（基材）２１と、シリコンウエハ２１の表面に形成された第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。
【００３２】
機能層１０のシリコンウエハで形成された枠体１４と配線基板２は、封止用の金属接合部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と配線基板２は、導通用の金属接合部３０ｂを介して固定されている。
【００３３】
封止用の金属接合部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との対向面）に第２の金属層３２ａが形成されている。導通用の金属接合部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の表面に第２の金属層３２ｂが形成されている。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
封止用の金属接合部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、金属接合部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。
【００３７】
導通用の金属接合部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、金属接合部３０ｂを介して内部配線層３５と導通している。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
図１に示すＭＥＭＳセンサの第１の金属層３１ａ及び第２の金属層３２ａに対して、加熱および加圧工程が施された後、図２（図１に示すＭＥＭＳセンサに対して保護絶縁層を形成した状態の部分拡大縦断面図）に示すように、金属接合部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の表面等も金属接合部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。
【００４２】
図２は図１に示すＭＥＭＳセンサに対して保護絶縁層を形成した状態の部分拡大縦断面図であり、図３は図２の一部を更に拡大して示した縦断面図である。
【００４３】
図２，図３に示すように、枠体１４の外周側面１４ａには、第２の絶縁層２２との対向面側に、動作領域１５の方向（Ｘ１）である内側に向けて延出する横方向溝部１８が形成されている。図２，図３は図１に示す右側の枠体１４を拡大したものであるから動作領域１５の方向はＸ１方向であるが、図１に示す左側の枠体１４から見れば、動作領域１５の方向はＸ２方向である。なお以下では、図２，図３に示す枠体１４に対する内側の方向及び外側の方向をＸ１，Ｘ２で表記する。
【００４４】
図２，図３に示すように横方向溝部１８の奥の側壁面は傾斜した傾斜側面１４ｆとされている。そして前記傾斜側面１４ｆよりも内側（Ｘ１）では、横方向溝部１８の側壁面（傾斜側面）１４ｆを介して枠体１４の表面（第２の絶縁層２２との対向面）に第２の絶縁層２２の方向に突き出した接合平面１４ｃが形成されている。ここで傾斜側面は、接合平面１４ｃから見て外側と内側の両方に形成される（図１参照）が、本実施形態において重要なのは、接合平面１４ｃから見て外側（外部領域１６側）に位置する傾斜側面１４ｆであるため、特に断らない限り、「傾斜側面」とは、接合平面１４ｃから見て外側の傾斜側面１４ｆを指すこととする。
【００４５】
上記のように横方向溝部１８の内側にて傾斜側面１４ｆを介して枠体１４の表面に第２の絶縁層２２の方向に突き出した接合平面１４ｃを形成したことで、枠体１４の接合平面１４ｃと、第２の絶縁層２２の接合平面２２ａとの間の間隔は、横方向溝部１８の位置での枠体１４と第２の絶縁層２２との間の間隔よりも近接した状態となっている。図２，図３の断面に現れる第２の絶縁層２２の接合平面２２ａ及び枠体１４の接合平面１４ｃはともにＸ１−Ｘ２方向に平行に延びている。
【００４６】
図２，図３に示すように、第１の金属層３１ａは、第２の絶縁層２２の接合平面２２ａに形成される。また、第２の金属層３２ａは、枠体１４の接合平面１４ｃから傾斜側面１４ｆ及び横方向溝部１８の天井に位置する枠体１４の窪み表面１４ｇにかけて成膜される。
【００４７】
図１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。
【００４８】
図２，図３に示すように、Ｘ１−Ｘ２方向に平行な仮想線Ａに対する傾斜側面１４ｆの傾き角度θ１は、鈍角となっている。ここで仮想線Ａは、傾斜側面１４ｆの接合平面１４ｃ側の縁部１４ｆ１から横方向溝部１８に向けて、前記接合平面１４ｃと平行な方向に延出させた線と定義される。
【００４９】
図４に、比較例のＭＥＭＳセンサの構造を示す。
図４でも図３の実施形態と同様に、横方向溝部１８よりも内側（Ｘ１）では、傾斜側面１４ｈを介して枠体１４の表面（対向面）に第２の絶縁層２２の方向に突き出した接合平面１４ｃが形成されている。
【００５０】
ただし図４の比較例では、図３と異なって、前記仮想線Ａに対する傾斜側面１４ｈの傾き角度θ３が鋭角となっている。
【００５１】
図４の比較例のように、傾斜側面１４ｈを鋭角にすると、横方向溝部１８の形状は、枠体１４の外周側面１４ａ側から内側（Ｘ１）に向けて傾斜側面１４ｈの付近から徐々に先細り、保護絶縁層４１を形成するための間隔が狭くなる。
【００５２】
特に図４に示すように第１の金属層３１ａは加熱、加圧されて潰されることで横方向溝部１８内で盛り上がりやすいため、第１の金属層３１ａと第２の金属層３２ａとの接合界面Ｂの外周端部Ｃ付近では、横方向溝部１８の間隔が極めて狭くなってしまう。
【００５３】
そのため図４のように保護絶縁層４１を横方向溝部１８の内表面全体に成膜したとき、成膜速度が、間隔の狭い接合界面Ｂの外周端部Ｃ付近で、間隔の広い他の箇所よりも遅くなる。その結果、接合界面Ｂの外周端部Ｃ付近に成膜される保護絶縁層４１に空孔４１ａが形成されたり、あるいは保護絶縁層４１が途切れて成膜される等、保護絶縁層４１に欠損部が形成されやすい。そのため、金属接合部３０ａの外周表面全体を適切に保護絶縁層４１により被覆できず、金属接合部３０ａの腐食を適切に防止できない。特に第２の金属層３２ａをゲルマニウムで形成した場合、多湿環境下では、ゲルマニウムが水分と反応して昇華する問題があり、図４に示す比較例の構成では、ゲルマニウムからなる第２の金属層３２ａの側面を十分に被覆できない場合が生じる。
【００５４】
これに対して、本実施形態では、図３に示したように、傾斜側面１４ｆの傾き角度θ１を鈍角としたため、横方向溝部１８における接合界面Ｂの外周端部Ｃ付近の間隔を図４の比較例に比べて広げることが出来る。
【００５５】
したがって図３に示すように、保護絶縁層４１を横方向溝部１８の内表面全体に成膜したとき、接合界面Ｂの外周端部Ｃ付近での成膜速度と、他の箇所での成膜速度との差を図４の比較例よりも小さくできる。よって、図３に示す実施形態では、保護絶縁層４１に空孔等の欠損部が形成される不具合を抑制することができ、金属接合部３０ａの外周表面全体を十分に保護絶縁層４１により被覆できる。
【００５６】
なお本実施形態において、第２の絶縁層２２との対向面側の枠体１４の外周側面１４ａに動作領域１５の方向である内側に向けて横方向溝部１８が形成されるのは、枠体１４の外周側面１４ａに沿ってシリコンウエハを切り出す際の製造誤差を考慮して、第２の金属層３２ａが削り取られずに第１の金属層３１ａと第２の金属層３２ａとを確実に接合させるために、第１の金属層３１ａと第２の金属層３２ａの接合界面Ｂを枠体１４の最も外側に突き出す外周側面１４ａよりも内側に後退させたためである。なお、横方向溝部１８の高さ方向への寸法Ｈ（図３に示すように、保護絶縁層４１を除いた最大高さを指す）は、１．０〜３．０μｍ程度で、横方向溝部１８のＸ１−Ｘ２方向への長さ寸法Ｌ（図３に示すように、保護絶縁層４１を除いた最大長さを指す）は、５．０〜１０．０μｍ程度である。
【００５７】
図５は、別の実施形態を示すＭＥＭＳセンサの部分拡大縦断面図である。図５は図２と同じ対象領域を示す。
【００５８】
図５に示すＭＥＭＳセンサでは、枠体１４の外周側面１４ａは、鈍角の傾斜側面１４ｆと、前記傾斜側面１４ｆと連続して接合平面１４ｃに対して垂直方向（Ｚ）に延びる垂直面１４ｋとを有して構成される。そして絶縁保護層４１は、金属接合部３０ａの外周表面から枠体１４の傾斜側面１４ｆ及び垂直面１４ｋにかけて形成されている。
【００５９】
図５に示す構成では、図２と異なって横方向溝部１８は形成されていない。図５では、傾斜側面１４ｆから連続する垂直面１４ｋを形成して枠体１４の外周側面１４ａとしており、これにより、傾斜側面１４ｆから金属接合部３０ａの外周表面にかけての部分が、枠体１４の最も外側に突き出した位置に出てくるため、金属接合部３０ａの外周表面への保護絶縁層４１のつきまわりをより効果的に向上させることができる。
【００６０】
図６（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６（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。ただし図６（ａ）（ｂ）では、いずれも保護絶縁層が設けられていない。
【００６１】
図７（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７（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７では、いずれも保護絶縁層が設けられている。
【００６２】
図６（ａ）に示す実施例では、横方向溝部の側壁面が鈍角の傾斜側面とされている。そのため図７（ａ）に示す実施例のように、横方向溝部の内表面全体にて保護絶縁層のつきまわりを向上させることができ、保護絶縁層により適切に金属接合部を被覆できることがわかった。
【００６３】
一方、図６（ｂ）に示す比較例では、横方向溝部の内側の傾斜側面が鋭角とされている。そのため、図７（ｂ）に示すように、横方向溝部のうち間隔が先細る内側部分での保護絶縁層のつきまりが悪化し、保護絶縁層に空孔が形成されていることがわかった（空孔の一つを矢印Ｄで示した）。
【００６４】
以上のように本実施形態では、Ｘ１−Ｘ２方向に平行な仮想線Ａに対する傾斜側面１４ｆの傾き角度θ１を鈍角としたが、具体的には傾き角度θ１を、９０°＜θ１＜１２０°の範囲内とすることで、保護絶縁層４１内に空孔が形成されることなく、及び、途切れることなく成膜することができる。
【００６５】
また、図３に示すように、第１の金属層３１ａは、加熱、加圧されて潰されることで横方向溝部１８内で盛り上がりやすい。この盛り上がり部３１ｃの内側側面３１ｃ１（動作領域１５方向を向く面）に対して傾斜側面１４ｆの傾き角度θ２が直角、あるいは鈍角であることが好適である。図３に示すように盛り上がり部３１ｃの表面が曲面状であるとき、前記内側側面３１ｃ１に対して頂部と裾部との中点にて接線Ｅを引き、前記接線Ｅに対して傾斜側面１４ｆの傾き角度θ２が規定される。
【００６６】
また図３や図５の実施形態では、傾斜側面１４ｆが直線状であるが図８のように、傾斜側面１４ｆは曲面状であってもよい。かかる場合、傾斜側面１４ｆの接合平面１４ｃと成す縁部１４ｆ１と窪み表面１４ｇと成す縁部１４ｆ２との中点での接線Ｆと、仮想線Ａとの間の角度にて傾斜側面の傾き角度θ１が規定される。
【００６７】
上記した実施形態の構成と異なって、横方向溝部１８を形成するための傾斜側面を配線基板２側に形成することもできる。しかしながら、かかる場合には、領域の狭い枠体と配線基板２との間を接合する際のずれの許容量が小さくなり製造効率が低下しやすいため、配線基板２側でなく枠体１４側に傾斜側面１４ｆを形成したほうが好ましい。また、枠体１４側及び支持部１２側の接合平面を配線基板２側に突き出し、前記接合平面に例えば高価なゲルマニウムからなる第２の金属層３２ａ，３２ｂを形成する構成とすることで、ゲルマニウムの使用量を減らすことができ製造コストの低減にも繋がり好適である。
【００６８】
図９ないし図１５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。図９ないし図１１は、機能層の特に枠体に傾斜側面を形成する部分を拡大して示した部分拡大縦断面図であり、図１２ないし図１５は、図１１の工程以降の各製造工程におけるＭＥＭＳセンサの部分縦断面図を示す。
【００６９】
まず、シリコンからなる支持基板１、ＳｉＯ2からなる第１の絶縁層３ａ，３ｂ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はウエハ状であり、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。図９ないし図１１では、機能層１０の一部分のみを拡大して示したものであり、特に図１に示す右側に示す枠体１４の部分を上下反対にして図示したものである。
【００７０】
図９に示すように、機能層１０の、動作領域１５と外部領域１６とを区画する枠体１４となる表面１４ｉに、レジスト層４５を形成する。このとき、レジスト層４５を、枠体１４の外周側面１４ａとなる位置よりも内側（動作領域１５側）の位置に形成する。レジスト層４５の幅方向（Ｘ１−Ｘ２）への寸法は、枠体１４の接合平面１４ｃの幅寸法に略一致している。
【００７１】
なお図９に示すレジストの形成工程は枠体１４の表面１４ｉのみならず、支持部１２（図１参照）となる表面も同様に行う。
【００７２】
続いて、レジスト層４５に覆われていない機能層１０の表面をエッチングする。このとき、本実施形態では、エッチングの際に使用されるデポジションガス及びアッシングガスの合計量の比率を、エッチングガスの比率よりも高く設定する。
【００７３】
エッチングガスは、エッチング面を深さ方向に掘っていくためのガスで、デポジションガスは、掘った側面を保護するためのガスで、アッシングガスはエッチングの際に生成される副生成分の除去のためのガスである。例えば、エッチングガスは、ＳＦ6で、デポジションガスは、Ｃ4Ｆ8で、アッシングガスは、Ｏ2である。
【００７４】
本実施形態では、デポジションガス及びアッシングガスの合計量の比率を、エッチングガスの比率よりも高く設定したことで、図１０に示すように、エッチングされて現れる外部領域１６側に向く傾斜側面１４ｆを表面１４ｉ（接合平面１４ｃ）から深さ方向に向けて徐々に動作領域１５の方向である内側に向けて傾斜させることが可能になる。このように本実施形態では傾斜側面１４ｆを逆テーパ面で形成できる。また図１０に示すように、エッチングされて現れる動作領域１５側に向く傾斜側面１４ｊも逆テーパ面となる。
【００７５】
本実施形態では、ガス比率を、例えば、エッチングガス：デポジションガス：アッシングガス＝７：５：３とすることが好適である。
【００７６】
続いてレジスト層４５を除去する。そして、図１１に示す工程では、接合平面１４ｃから傾斜側面１４ｆ，１４ｊ及び窪み表面１４ｇにかけて第２の金属層３２ａを形成する。なお、支持部１２に形成した接合平面についても同様に第２の金属層３２ｂを形成する。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。
【００７７】
次に図１２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の表面にレジスト層４７を形成する。
【００７８】
そして図１３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。
【００７９】
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。
【００８０】
次に図１４の工程では、レジスト層４７を除去した後、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。
【００８１】
そして図１５の工程では、ＳＯＩ基板４６を図１４の状態から上下１８０°、ひっくり返し、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。
【００８２】
続いて図１５に示すように支持基板１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を枠体１４と配線基板２との間であって、枠体１４の外周側面１４ａから動作領域１５である内側の方向に向けて形成された横方向溝部１８の内表面全域に成膜する。これにより保護絶縁層４１を金属接合部３０ａの外周表面及びその周辺部（枠体１４の外周側面１４ａ等）に連続して成膜できる。保護絶縁層４１を金属接合部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、金属接合部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。なお横方向溝部１８の内表面全体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。
その後、点線Ｊに沿って配線基板２を切断し、個々のＭＥＭＳセンサに分離する。
【００８３】
図１６から図１８は、図５に示す本実施形態のＭＥＭＳセンサの製造工程を示し、機能層の一部（枠体の部分を拡大して示した部分拡大縦断面図である。
【００８４】
図１６では、枠体１４の表面（接合平面１４ｃ）に第２の金属層３２ａを形成する。
そして図１６に示すように、第２の金属層３２ａの表面にレジスト層５０を形成する。レジスト層５０の外周側面５０ａは、枠体１４の外周側面１４ａの位置とほぼ一致している。
【００８５】
図１７に示す工程では、レジスト層５０に覆われていない枠体１４の表面をエッチングする。このとき、図１０で説明したように、本実施形態では、エッチングの際に使用されるデポジションガス及びアッシングガスの合計量の比率を、エッチングガスの比率よりも高く設定する。具体的には、エッチングガスと、デポジションガス及びアッシングガスの合計量の比率をエッチングガス：（デポジションガス+アッシングガス）＝２．８：３とすることが好適である。これにより、図１７に示すように、エッチングされて現れる傾斜側面１４ｆを表面（接合平面１４ｃ）から深さ方向に向けて逆テーパ面で形成できる。
【００８６】
次に、図１８では、深堀ＲＩＥなどのイオンエッチングを用いて、図１８に示す点線部分を除去する。これにより、傾斜側面１４ｆに連続する垂直面１４ｋを形成できる。図１８の工程でのエッチングは、図１７の工程のエッチングと異なるものであり、例えば、エッチングガスと、デポジションガス及びアッシングガスの合計量の比率をエッチングガス：（デポジションガス+アッシングガス）＝２：１とすることが好適である。
【００８７】
ＳｉＯ2からなる第１の絶縁層３の表面は、図１８のエッチングに対するストッパ面となっている。
【００８８】
図１７の点線で示すように、傾斜側面１４ｆを途中で止めずに、第１の絶縁層３の表面にまで形成すると、すなわち枠体１４の外周側面１４ａ全体が傾斜側面１４ｆで形成される構成とすると、第１の絶縁層３を介して接合される枠体１４と支持基板１間の接合面積が小さくなり、強度が低下する。したがって、図１７に示すように、傾斜側面１４ｆを途中まで形成し、傾斜側面１４ｆに連続する垂直面１４ｋを形成することで、前記接合面積を広くでき強度を保つことが可能になる。
図１８の工程以降は、図１４、図１５の工程に準ずる。
【符号の説明】
【００８９】
Ａ 仮想線
Ｂ 接合界面
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
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
１４ｆ 傾斜側面
１４ｇ 窪み表面
１４ｋ 垂直面
１５ 動作領域
１６ 外部領域
１８ 横方向溝部
２０ パッド部
２２ 第２の絶縁層
３０ａ，３０ｂ 金属接合部
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
４１ 保護絶縁層
４５、４７、５０ レジスト層
【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を外部領域と区画するための枠体と、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の部材との対向面間が前記動作領域の全周を囲む金属接合部を介して接合されており、
前記金属接合部では、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の金属層とが互いに接合されており、
前記枠体の外周側面には、前記第２の部材との対向面側の縁部から前記第１の部材の方向に向けて傾斜側面が設けられており、
前記対向面と平行な方向に延出させた仮想線に対する前記傾斜側面の傾き角度θ１は、鈍角であり、
前記金属接合部の外周表面が保護絶縁層により覆われていることを特徴とするＭＥＭＳセンサ。
【請求項２】
前記枠体の外周側面は、前記傾斜側面と、前記傾斜側面と連続して前記対向面に対して垂直方向に延びる垂直面とを有して構成され、前記保護絶縁層は、前記金属接合部の外周表面から前記傾斜側面及び前記垂直面にかけて形成されている請求項１記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項３】
前記枠体の外周側面には、前記第２の部材との対向面側に、前記動作領域の方向である内側に向けて延出する横方向溝部が形成され、前記横方向溝部の側壁面が前記傾斜側面で形成されており、前記横方向溝部内に現れる前記金属接合部の前記外周表面が前記保護絶縁層により覆われている請求項１記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項４】
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レジスト層を形成する第１工程、
前記レジスト層に覆われていない前記表面をエッチングして前記枠体の外周側面を形成し、このとき、前記外周側面を前記表面から深さ方向に向けて徐々に前記動作領域の方向である内側に向けて傾斜した傾斜側面で形成する第２工程、
前記第１工程の前、あるいは前記第２工程と次の第４工程との間に、前記枠体の表面に第２の金属層を形成する第３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する第４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第５工程、
第２の部材の前記枠体と対向する表面に第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、互いに接合し前記第１の金属層と前記第２の金属層からなる金属接合部を形成する第６工程、
前記金属接合部の外周表面を保護絶縁層により覆う第７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】
前記エッチングの際に用いられるデポジションガス及びアッシングガスの合計量の比率を、エッチングガスの比率よりも大きくする請求項５記載のＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項７】
前記第２工程では、前記傾斜側面を形成した後、前記傾斜側面と連続し前記第１の部材との対向面に対して垂直方向の垂直面を形成して、前記傾斜側面及び前記垂直面を備える前記外周側面を形成する請求項５又は６に記載のＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項８】
前記第１工程では、前記枠体の外周側面よりも内側の位置にレジスト層を形成し、
前記第６工程で前記金属結合部を形成した際、前記枠体の外周側面には、前記第２の部材との対向面側に、前記動作領域の方向である内側に向けて延出する横方向溝部が形成され、前記横方向溝部の側壁面が前記傾斜側面であり、
前記第７工程では、前記横方向溝部内にて現れる前記金属接合部の外周表面を前記保護絶縁層により覆う請求項５又は６に記載のＭＥＭＳセンサの製造方法。
【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を外部領域と区画するための枠体と、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の部材との対向面間が前記動作領域の全周を囲む金属接合部を介して接合されており、
前記金属接合部では、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の金属層とが互いに接合されており、
前記枠体の外周側面には、前記第２の部材との対向面側の縁部から前記第１の部材の方向に向けて傾斜側面が設けられており、
前記対向面と平行な方向に延出させた仮想線に対する前記傾斜側面の傾き角度θ１は、鈍角であり、
前記金属接合部の外周表面が保護絶縁層により覆われていることを特徴とするＭＥＭＳセンサ。
【請求項２】
前記枠体の外周側面は、前記傾斜側面と、前記傾斜側面と連続して前記対向面に対して垂直方向に延びる垂直面とを有して構成され、前記保護絶縁層は、前記金属接合部の外周表面から前記傾斜側面及び前記垂直面にかけて形成されている請求項１記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項３】
前記枠体の外周側面には、前記第２の部材との対向面側に、前記動作領域の方向である内側に向けて延出する横方向溝部が形成され、前記横方向溝部の側壁面が前記傾斜側面で形成されており、前記横方向溝部内に現れる前記金属接合部の前記外周表面が前記保護絶縁層により覆われている請求項１記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項４】
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レジスト層を形成する第１工程、
前記レジスト層に覆われていない前記表面をエッチングして前記枠体の外周側面を形成し、このとき、前記外周側面を前記表面から深さ方向に向けて徐々に前記動作領域の方向である内側に向けて傾斜した傾斜側面で形成する第２工程、
前記第１工程の前、あるいは前記第２工程と次の第４工程との間に、前記枠体の表面に第２の金属層を形成する第３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する第４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第５工程、
第２の部材の前記枠体と対向する表面に第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、互いに接合し前記第１の金属層と前記第２の金属層からなる金属接合部を形成する第６工程、
前記金属接合部の外周表面を保護絶縁層により覆う第７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】
前記エッチングの際に用いられるデポジションガス及びアッシングガスの合計量の比率を、エッチングガスの比率よりも大きくする請求項５記載のＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項７】
前記第２工程では、前記傾斜側面を形成した後、前記傾斜側面と連続し前記第１の部材との対向面に対して垂直方向の垂直面を形成して、前記傾斜側面及び前記垂直面を備える前記外周側面を形成する請求項５又は６に記載のＭＥＭＳセンサの製造方法。
【請求項８】
前記第１工程では、前記枠体の外周側面よりも内側の位置にレジスト層を形成し、
前記第６工程で前記金属結合部を形成した際、前記枠体の外周側面には、前記第２の部材との対向面側に、前記動作領域の方向である内側に向けて延出する横方向溝部が形成され、前記横方向溝部の側壁面が前記傾斜側面であり、
前記第７工程では、前記横方向溝部内にて現れる前記金属接合部の外周表面を前記保護絶縁層により覆う請求項５又は６に記載のＭＥＭＳセンサの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１２−２３６２７１（Ｐ２０１２−２３６２７１Ａ）
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０６４９２（Ｐ２０１１−２０６４９２）
【出願日】平成２３年９月２１日（２０１１．９．２１）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２１日（２０１１．９．２１）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
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