密閉空間内に形成されたゲッター膜を備えたＭＥＭＳデバイス
【課題】密閉空間内に形成されるＭＥＭＳデバイスの性能を維持しつつ、その密閉空間の容積の低減と製造プロセスの簡略化を図る。
【解決手段】ガラス基板の凹部３４，３６ａ，３６ｂ，３６ｃで形成される密閉空間内のＭＥＭＳデバイスが、可動部（例えば、リング，サスペンション）と固定部（例えば、一次振動検出用電極）を備えた振動子１０であり、かつ前記固定部のみの表面上に形成されたゲッター膜４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄを備える。
【解決手段】ガラス基板の凹部３４，３６ａ，３６ｂ，３６ｃで形成される密閉空間内のＭＥＭＳデバイスが、可動部（例えば、リング，サスペンション）と固定部（例えば、一次振動検出用電極）を備えた振動子１０であり、かつ前記固定部のみの表面上に形成されたゲッター膜４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密閉空間内に形成されたゲッター膜を備えたＭＥＭＳデバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリコンを用いたＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）デバイスが適用される技術分野は日進月歩で拡大しており、近年では、その技術がマイクロタービンやセンサーのみならず情報通信分野や医療分野へも適用されている。このＭＥＭＳ技術を支える主要な要素技術の一つがゲッターに関する技術である。ゲッターは、密閉空間内に形成されたＭＥＭＳデバイスの性能を安定化させるための重要な部材の一つであり、特に小型化が進むセンサー等の分野においては、このゲッターに関連する種々の技術の発展が不可欠となっている。
【０００３】
従来から採用されてきたゲッターは、ガラス基板に予め設けられた凹部の底部への蒸着によって形成される。例えば、このガラス基板とシリコンとの陽極接合によって密閉空間が形成され、このゲッターの存在によって陽極接合後に残留するガスが適宜吸収される（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
他方、上述の特許文献１には、ゲッターをシリコン基板表面に設けることを示唆する記載は存在する。しかし、その具体的な構成は全く開示ないし示唆されていない。
【特許文献１】特開平１０−１２２８６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、密閉空間内においてゲッターが形成される位置は、ＭＥＭＳデバイスの種々の性能を左右する要因の一つとなる。例えば、仮に密閉空間内にゲッターを形成する位置が不適切であった場合、ゲッターとゲッター領域が形成された基材との熱膨張係数の差や残留応力がＭＥＭＳデバイスの動作不良を引き起こす危険性がある。また、ゲッターとＭＥＭＳデバイスに形成された電極部との距離が近過ぎると、たとえそれらが接触しなくても、電気的なノイズが容量的に結合したゲッターを介して検出用又は駆動用の電極へ入り込むことによって、ＭＥＭＳデバイスの動作に悪影響を及ぼしうる。
【０００６】
このような問題は、小型化された、例えば、図１に示すような略正方形状の振動ジャイロのチップの正面図における面積が１００ｍｍ２以下のＭＥＭＳデバイスにおいて特に顕著に現れる。具体的には、デバイスの小型化が進むと、密閉空間の容積もそれに伴って小さくなるが、その容積が小さくなれば、製造工程中で密閉空間に放出されるガスや残留ガスが密閉空間の内圧に与える影響が大きくなる。その結果、例えばＭＥＭＳセンサーの場合は、その検出感度が著しく低下してしまう。従って、特に小型のＭＥＭＳデバイスにおいてゲッター領域を設けることの技術的意義は高まるが、既存のガス吸収性能を持つゲッターを採用する限り、上述の問題が解決されたゲッターの形成は非常に難しい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、そのような技術課題を解決することにより、密閉空間内に形成されたＭＥＭＳデバイスとその性能維持に役立つゲッターとの位置的関係の最適化に大きく貢献するものである。発明者らは、まず、密閉空間を形成するために基板に予め凹部を設けて、その底面にゲッター領域を形成する場合の凹部の掘り込み深さに着目した。種々の調査が行われた結果、ゲッター領域の位置と掘り込み深さとの関係に基づく技術上のジレンマが存在することが明らかになった。
【０００８】
具体的には、この掘り込み深さが浅い場合は、たとえマスクを用いて凹部の底面のみにゲッター膜を形成できたとしても、ゲッター膜の位置がＭＥＭＳデバイスの各電極と近づくため、電気的なノイズが容量的に結合したゲッター膜を介して検出用又は駆動用の電極へ入り込むことになる。他方、掘り込み深さを深くした場合の技術的課題を従来のＭＥＭＳデバイスを例に挙げて示す。図７は、従来のリング型振動ジャイロ３００の一部分の断面図（図２のＢ−Ｂ断面に相当）である。掘り込み深さを深くすると、一見、マスクを用いれば凹部７４の底部のみにゲッター膜を形成することが容易であるように見えるが、実際はそうではない。この図に示すように、既存のスパッタリング法等の形成方法を用いると、凹部７４の底面のみならず側面にもゲッター膜７３が形成されてしまう。従って、ゲッター膜７３と一次振動検出用電極７５等が相互に影響を及ぼさないような十分な距離を確保することが難しくなるため、結果として掘り込み深さが浅い場合と同様の問題が生じうる。また、掘り込み深さが深ければ、その掘り込み形成のためのプロセス上の不利益（例えば、プロセス時間の増加と歩留まり低下）を生じさせる。
【０００９】
発明者らは、上述の事情を踏まえて鋭意研究を重ねた。その結果、基板に設けられた凹部の底面を利用したゲッター領域の確保というこれまでの考え方を捨て、ゲッター領域についての発想を転換させるとともに、新たに見出された技術課題にも配慮することにより、上述の諸問題を一度に解決する構造が創出された。本発明はこのような知見に基づくものである。
【００１０】
本発明の一つのＭＥＭＳデバイスは、密閉空間内に形成されたＭＥＭＳデバイスであって、そのＭＥＭＳデバイスが、可動部と固定部を備え、かつその固定部のみの表面上に形成されたゲッター膜を備えている。
【００１１】
この構造を採用すれば、ＭＥＭＳデバイスにおける可動部の表面上を避け、固定部のみの表面上にゲッター膜を形成することにより、ＭＥＭＳデバイスを形成する母材とゲッター膜との熱膨張係数の差や残留応力によって生じるデバイス性能（例えば、振動ジャイロの場合は振動特性及び／又は温度特性）の劣化を防止することができる。また、密閉空間を形成するためのガラス基板の凹部の掘り込み深さが従来と比べて大幅に浅くなるため、プロセス時間の短縮及び製造工程の簡易化が達成されるとともに製造コストが大幅に削減される。
【００１２】
また、本発明のもう一つのＭＥＭＳデバイスは、密閉空間内に形成されたＭＥＭＳデバイスであって、そのＭＥＭＳデバイスが、可動部と固定部を備え、かつその固定部のみの表面上に複数の領域に分割されて形成されたゲッター膜を備え、その各領域のゲッター膜が、そのＭＥＭＳデバイスの母材を介してそのＭＥＭＳデバイスの任意の一つの電極、又はグラウンド電位に接続している。
【００１３】
この構造を採用すれば、密閉空間を形成するための基板の凹部の掘り込み深さを従来よりも大幅に浅くすることができる。また、ＭＥＭＳデバイスにおける可動部の表面上を避け、固定部のみの表面上に膜状のゲッターが形成されることにより、ＭＥＭＳデバイスを形成する母材とゲッター膜との間の応力差によって生じるデバイス性能（例えば、振動ジャイロの場合は振動特性及び／又は温度特性）の劣化を防止することができる。また、固定部のみの表面上に分散して膜状のゲッターが形成されることにより、ゲッター膜の形成による固定部の反りを緩和しつつ十分なゲッター膜の表面積の確保が得られやすい。さらに、複数に分割されたゲッター膜の各領域がそのＭＥＭＳデバイスの母材を介してそのＭＥＭＳデバイスの任意の一つの電極、又はグラウンド電位に接続することによってゲッター膜自身の電位が定められるため、換言すれば、その電位がフローティング状態にならない。その結果、電気的なノイズが容量的に結合したゲッター膜を介して検出用又は駆動用の電極へ入り込むことを防止することができる。
【００１４】
ところで、上記いずれの発明であっても、密閉空間内への放出ガス又は残留ガスの吸引性能の観点から、ゲッター膜の材質は、非蒸発型である、チタン、ジルコニウム、バナジウム、アルミニウム、タンタル、タングステン、モリブデン、の一群から選ばれる少なくとも一種類の金属であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の一つのＭＥＭＳデバイスによれば、ＭＥＭＳデバイスにおける可動部の表面上を避けて、固定部のみの表面上にゲッター膜を形成することにより、ＭＥＭＳデバイスを形成する母材とゲッター膜との熱膨張係数の差や残留応力によって生じるデバイス性能の劣化を防止することができる。また、密閉空間を形成するためのガラス基板の凹部の掘り込み深さが従来と比較して大幅に浅くなるため、プロセス時間の短縮及び製造工程の簡易化が達成されるとともに製造コストが大幅に削減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
つぎに、本発明の実施形態を、添付する図面に基づいて詳細に述べる。尚、この説明に際し、全図にわたり、特に言及がない限り、共通する部分には共通する参照符号が付されている。また、図中、本実施形態の要素は必ずしもスケール通りに示されていない。
【００１７】
＜第１の実施形態＞
図１は、本実施形態におけるＭＥＭＳデバイスの一つであるリング型振動ジャイロ１００の中心的役割を果たす構造体の正面図である。図２は、図１に示す構造体のＡ-Ａ部分拡大図である。また、図３は、図２におけるＢ−Ｂ断面図であり、図４は、パッケージを含めた本実施形態のリング型振動ジャイロ１００の分解斜視図である。
【００１８】
図１乃至図４示す本実施形態のＭＥＭＳデバイスは、リング型振動ジャイロ１００である。まず、図３に示すように、このリング型振動ジャイロ１００は、予め凹部３６ａ，３６ｂ，３６ｃが形成された上側のガラス基板３０と凹部３４が形成された下側のガラス基板３２が、トレンチエッチングプロセス等によって加工されたシリコン製の振動子（以下、単に振動子という）１０を挟み込んだ構造を有している。ここで、各ガラス基板３０，３２と振動子１０の対向面が陽極接合されることにより、凹部３４，３６ａ，３６ｂ，３６ｃを一部とする密閉空間が形成される。
【００１９】
図４に示すように、下側のガラス基板３２に形成された凹部は環状に形成されており、その中央には凹部が形成されていない柱状構造３９が形成されている。この柱状構造３９は最終的に振動子１０の中央部２４と接合することにより、振動子１０の一部を支持する。他方、振動子１０の中で、この柱状構造３９では支持されない他の部分（例えば、固有振動数調整用電極２０ａ，２０ｂ，・・・，２０ｓ）は、上側のガラス基板３０と接合することにより、上側のガラス基板３０に吊り下げられる。
【００２０】
上側のガラス基板３０には、リング型振動ジャイロ１００を駆動するために、各電極パッド３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄ等に接続するワイヤーのための貫通孔３７に代表される貫通孔が形成されている。具体的には、図４に示すように、各ガラス基板３０，３２と振動子１０が接合された後、各電極から引き出されたワイヤーによって図示しない振動ジャイロ設置台４４の出力ピンに接続される。その後、乾燥窒素雰囲気の下で、蓋部４２と振動ジャイロ設置台４４が、抵抗溶接によって溶接されることによってリング型振動ジャイロ１００が密封される。この接合によってリング型振動ジャイロ１００が外気から遮断されるため、水分等の浸入による動作不良の発生を防止することができる。
【００２１】
ここで、本実施形態のＭＥＭＳデバイスでは、ゲッター膜４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄは振動子１０における固定部の一方の表面上に形成されている。具体的には、一次振動検出用電極１８ｃ，１８ｇ、固有振動数調整用電極２０ａ，２０ｂ，・・・，２０ｓ、及びエッチング残し部２２，・・・，２２の表面上にゲッター膜４０ａ，４０ｂが形成されている。尚、このエッチング残し部２２，・・・，２２が振動子１０の一部として残されることにより、ゲッター膜の形成領域が広がる。また、本実施形態では、ゲッター膜は０.１μｍ以上２μｍ以下の厚みを持つチタン薄膜である。
【００２２】
上述の通り、本実施形態のゲッター膜４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄは、振動子１０における固定部の表面上に形成されているため、たとえシリコンとチタン間の応力差があってもリング型振動ジャイロの動作に影響しない。換言すれば、振動子１０の可動部であるリング１４やそのリングを中吊り状態で支えるジグザグ状（ドッグレッグ状）サスペンション１６,・・・,１６の表面上にゲッター膜が形成されると、シリコンとチタンとの熱膨張係数の差や残留応力によってリングの共振時に正常な動作が得られない。
【００２３】
また、従来のゲッター膜は、下側のガラス基板３２に形成された凹部３４の底面上に形成されていた。この場合、ゲッター膜自体がフローティング電極の役割を果たすため、凹部が十分な（例えば、２００μｍ以上）の掘り込み深さを有しなければ、振動子１０の各電極との容量的な結合によって、電気的なノイズがいずれかの検出用又は駆動用の電極へ入り込んでしまう。他方、本実施形態のゲッター膜は、振動子１０のうち、電位的に定まった固定部の表面上にのみ形成されているため、ゲッター膜は電位的にフローティング状態にはならない。具体的には、固有振動数調整用電極２０ａ，２０ｂ，・・・，２０ｓ及び一次振動検出用電極１８ｃ，１８ｇの表面上に形成されたゲッター膜４０ｃ，４０ｄは、それぞれの電極に与えられる電位と実質的に同じ電位が与えられる。他方、トレンチ２６により区画されたエッチング残し部２２，・・・，２２は、トレンチ２６，２８によってサスペンション１６，・・・，１６とその固定端である中央部２４を含めてリング１４と一体に成形されている。つまり、このエッチング残し部２２，・・・，２２は、中央部２４を介して電気的にサスペンション１６，・・・，１６、及びリング１４と接続していることになる。従って、このエッチング残し部２２，・・・，２２の表面上に形成されたゲッター膜４０ａ，４０ｂは、リング１４とともに、図示されていない直流電源から直流電圧を印加される中央部２４に与えられる電位を実質的に共有することになるため、フローティング状態とはならない。
【００２４】
上述の通り、本実施形態のＭＥＭＳデバイスでは、図３に示す凹部３４の掘り込み深さ（ｄ１）が３０μｍであっても、容量結合を原因とする電気的なノイズがゲッター膜に入り込まない。尚、可動部が固定部に対して実質的に同一平面上で運動する本実施形態のようなＭＥＭＳデバイスでは、上述の掘り込み深さ（ｄ１）が５μｍ以上であればよい。他方、可動部の運動面と固定部の形成面が実質的に垂直となるＭＥＭＳデバイスでは、上述の掘り込み深さ（ｄ１）が１０μｍ以上であることが好ましい。また、掘り込み深さの上限を特に定めるものではないが、凹部３４を形成するためのプロセス負担の低減、さらには、密閉空間の内壁面積に依存すると考えられる放出ガス量の低減を図るため、６０μｍ以下であることが好ましい。このように、従来と比べて掘り込み深さを浅くすることができるため、プロセス時間の短縮及び製造工程の簡易化が達成される。尚、上側のガラス基板３０に形成された各凹部の掘り込み深さは、下側のガラス基板３２のそれと同じか、振動子１０の動作に支障が出ない範囲でそれより浅い。
【００２５】
また、密閉空間内の過度の高真空化を防止して振動ジャイロのＱ値を調整するため、上述の密閉空間内にはゲッター膜によって吸収されない希ガス（例えば、アルゴンガス）が、圧力１Ｐａ以上２０Ｐａ以下となるように封入されている。上述のように、下側のガラス基板３２に形成された凹部３４の掘り込み深さが従来と比較して格段に浅くなったため、ＭＥＭＳデバイス全体の強度を考慮しても、ガラス厚を大幅に薄くすることができる。例えば、従来のガラス厚は６００μｍであったが、本実施形態のガラス厚は４５０μｍ厚である。また、よりコンパクトなＭＥＭＳデバイスを提供することができる。その結果、従来と比較して、製造コストを大幅に削減することが可能となる。
【００２６】
ところで、本実施形態では、上述の各電極等の表面上にゲッター膜が形成されているが、これに限定されない。その他の固定部である、一次振動駆動用電極１８ａ，１８ｅ、二次振動検出用電極１８ｂ，１８ｆ、又は二次振動打消し用電極１８ｄ，１８ｈの表面上にゲッター膜が形成されていてもよい。この場合も、ゲッター膜の電位はある値に定められるため、フローティング状態にはならない。
【００２７】
次に、本実施形態のＭＥＭＳデバイスの製造方法を図５Ａ乃至図５Ｆに基づいて説明する。尚、便宜上、図３に相当する箇所を取り上げながら、その製造方法を説明する。
【００２８】
まず、上側のガラス基板３０及び下側のガラス基板３２の凹部は、公知のガラスエッチング溶液を用いたウェットエッチングプロセスにより形成される。具体的には、各ガラス基板３０，３２に対して公知のフォトリソグラフィ技術によるパターニングがされた後、エッチング深さによって依存するが、各ガラス基板３０，３２を液温３０℃の１０％フッ酸溶液中に５〜３０分間浸漬することにより、図５Ａ及び図５Ｂに示すような凹部が形成される。尚、上側のガラス基板３０は、密閉空間を形成するために一方の面からエッチングされた後に、他方の面から貫通孔３７を形成するためのエッチング又はサンドブラスト加工がなされる。
【００２９】
次に、本実施形態のＭＥＭＳデバイスの中心的役割を果たす振動子１０の元となるシリコン基板（Ｓ）と上側のガラス基板３０が、公知の条件（例えば、特開２００５−１６９６５号公報に記載の条件）を用いた陽極接合により接合される（図５Ｃ）。
【００３０】
続いて、公知のフォトリソグラフィ技術によってシリコン基板上にレジストマスクが形成される。その後、公知の異方性エッチング技術によって、このシリコン基板（Ｓ）に対してトレンチ２６，２８が形成されることにより、振動子１０が上部のガラス基板３０上に形成される（図５Ｄ）。尚、このエッチング技術及びその関連技術は、本願出願人が先立って出願した複数の特許出願（例えば、特開２００７−３５９２９号、特開２００２−１５８２１４号、特開２００４−２２８５５６号、又は特開２００４−２９６４７４号）に記載されている。
【００３１】
次に、メタルマスクを利用した公知のスパッタリング法又は真空蒸着法により、チタン膜からなるゲッター膜４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄが振動子１０の表面上に形成される（図５Ｅ）。
【００３２】
その後、上記と同様、振動子１０は、公知の条件（例えば、特開２００５−１６９６５号公報に記載の条件）を用いた陽極接合により、下側のガラス基板３２に接合される。最後に、Ａｌ、Ａｌ合金、又はＡｕ膜からなる各電極パッド３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄ等が公知のスパッタリング法又は真空蒸着法により形成される（図５Ｆ）。
【００３３】
このようにして製造されたリング型振動ジャイロ１００は、その後、貫通孔３７に代表される貫通孔を利用して各電極パッド３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄ等からワイヤーが引き出されることにより、図示されていない各電源に接続される。さらに、その後、リング型振動ジャイロ１００は、上述のとおり、蓋部４２と振動ジャイロ設置台４４により窒素雰囲気の下で密封される。
【００３４】
次に、本実施形態のリング型振動ジャイロ１００の動作について説明する。上述のとおり、リング型振動ジャイロ１００の中心部２４には、図示されていない直流電源から直流電圧が印加され、一次振動駆動用電極１８ａ，１８ｅは、図示されていない交流電源から交流電圧が印加される。また、本実施形態では、一次振動駆動用電極１８ａ，１８ｅの他に、一次振動検出用電極１８ｃ，１８ｇ、二次振動検出用電極１８ｂ，１８ｆ、二次振動打消し用電極１８ｄ，１８ｈ、及び固有振動数調整用電極２０ａ，２０ｂ，・・・，２０ｓが設けられている。尚、二次振動打消し用電極１８ｄ，１８ｈは交流電源に接続され、固有振動数調整用電極２０ａ，２０ｂ，・・・，２０ｓは直流電源に接続されている。また、トレンチ２８によってリング１４とリング１４の外周の各電極１８ａ，・・・，１８ｈから物理的及び電気的に隔てられた周辺部１２はグラウンド電位に接続している。
【００３５】
まず、一次振動駆動用電極１８ａ，１８ｅに交流電圧が印加されることにより、リング１４と一次振動駆動用電極１８ａ，１８ｅとの間の静電引力を利用したリング型振動ジャイロ１００の一次振動が発生し、これが一次振動検出用電極１８ｃ，１８ｇによって検出される。その後、ある角速度が加えられると、コリオリ力が発生して２次振動が発生し、
これが、二次振動検出用電極１８ｂ，１８ｆによって検出される。予め固有振動数調整用電極２０ａ，２０ｂ，・・・，２０ｓがリング１４との間に電位差を与えることにより、１次振動の固有振動数と２次振動の固有振動数を一致させるように調整されている。その後、この加えられた角速度に応じた静電容量の変化によって発生する電流が二次振動検出用電極１８ｂ，１８ｆによって検出されるとともに、フィードバック回路によってこれを打ち消すための出力電圧が二次振動打消し用電極１８ｄ，１８ｈに印加される。この出力電圧をモニターすることにより、角速度が検出される。
【００３６】
＜第２の実施形態＞
図６は、本実施形態におけるもう一つのリング型振動ジャイロ２００の一部の断面図である。この断面図は、第１の実施形態の図３に相当する。本実施形態のリング型振動ジャイロ２００は、下側のガラス基板３２に形成された凹部６０、及びゲッター膜の形成位置を除き、第１の実施形態と同じ構成である。また、その製造方法や動作方法も第１の実施形態と同じである。従って、第１の実施形態と重複する説明は省略される。
【００３７】
図６に示すとおり、下側のガラス基板３２に形成された凹部６０は、第１の実施形態の凹部３４よりも周辺方向に広がっている。具体的には、トレンチ２８によってリング１４とリング１４の外周の各電極１８ａ，・・・，１８ｈから物理的及び電気的に隔てられた周辺部１２の一部が、凹部６０や上部のガラス基板３０の凹部３６ａ，３６ｂ，３６ｃ等によって形成される密閉空間と接している。さらに、その周辺部１２の一部の表面上にゲッター膜４０ｍが形成されている。他方、４０ｅ，４０ｆ，４０ｇ，４０ｈ，４０ｊ，４０ｋは、その他の固定部の表面上に形成されている。
【００３８】
その結果、本実施形態の密閉空間の容積は、第１の実施形態のそれと比較して増えていても、ゲッター膜４０ｍに代表される新たなゲッター領域の存在により、密閉空間内に放出されるガス又は残留するガスを吸収してＭＥＭＳデバイスの性能を維持するという目的は達成される。
【００３９】
また、本実施形態では、第１の実施形態と異なり、ゲッター膜４０ｅ，４０ｆ，４０ｇ，４０ｈは一つのエッチング残し部２２，・・・，２２の表面上に複数の領域に分割されて形成されている。このように分割して形成されることにより、シリコンとゲッター膜との熱膨張係数の差や残留応力によって生じる固定部の反りを緩和することができる。尚、固定部の表面上であっても、ゲッター膜を一体に形成するよりも複数の領域に分割して形成するほうが上記観点から好ましい。
【００４０】
なお、ゲッター膜はその材質や形成条件によってガスの吸収性能が異なり得るため、又は陽極接合条件等によって放出ガスの量が異なり得るため、場合によってはゲッター膜４０ｍが無くても上記目的は達成される。しかしながら、ゲッター膜４０ｍを形成する場所として上記周辺部１２の一部の表面上が一つの候補となり得ることは、ＭＥＭＳデバイスの性能維持のために好ましい。特に本実施形態では、周辺部１２は第１の実施形態のそれと同様にグラウンド電位に接続しているため、ゲッター膜４０ｍは電位的にフローティング状態にはならない。従って、電気的なノイズが容量的に結合したゲッター膜４０ｍを介して検出用又は駆動用の電極へ入り込むことを防止することが可能となる。
【００４１】
従って、本実施形態においては、図６に示す凹部６０の掘り込み深さ（ｄ２）が２０μｍであっても、容量結合を原因とする電気的なノイズがゲッター膜へ入り込まない。尚、可動部が固定部に対して実質的に同一平面上で運動する本実施形態のようなＭＥＭＳデバイスでは、上述の掘り込み深さ（ｄ２）が５μｍ以上であればよい。他方、可動部の運動面と固定部の形成面が実質的に垂直となるＭＥＭＳデバイスでは、上述の掘り込み深さ（ｄ２）が１０μｍ以上であることが好ましい。また、掘り込み深さの上限を特に定めるものではないが、凹部６０を形成するためのプロセス負担の低減、さらには、密閉空間の内壁面積に依存すると考えられる放出ガス量の低減を図るため、６０μｍ以下であることが好ましい。尚、本実施形態においても、上側のガラス基板３０に形成された各凹部の掘り込み深さは、下側のガラス基板３２のそれと同じか、振動子１０の動作に支障が出ない範囲でそれより浅い。
【００４２】
これまでに述べたとおり、各実施形態のＭＥＭＳデバイスでは、ＭＥＭＳデバイスの可動部の表面を避けてゲッター膜を形成しているため、ＭＥＭＳデバイスを形成する母材であるシリコンとゲッター膜との間の応力差によって生じるデバイス性能の劣化が防止される。より具体的には、シリコンとゲッター膜との間の熱膨張係数差により発生した残留応力や、ＭＥＭＳデバイスの使用環境の温度変化に伴って生ずる各部材の応力状態の変化に起因すると考えられる振動特性の劣化を防止することができる。さらに、上述の各実施形態のＭＥＭＳデバイスは、密閉空間を形成するためのガラス基板の凹部の掘り込み深さが従来と比べて大幅に浅くなるため、プロセス時間の短縮及び製造工程の簡易化が達成されるとともに製造コストが大幅に削減される。また、パッケージも含めた密閉空間内に形成されるＭＥＭＳデバイスの全体を更に小型化することが可能になる。
【００４３】
尚、上述の各実施形態では、ＭＥＭＳデバイスの一例としてリング型振動ジャイロが取り上げられたが、本発明が適用できるＭＥＭＳデバイスはこれに限定されない。密閉空間内に形成されることが好ましいその他のＭＥＭＳデバイスにも本発明が適用される。具体的には、マイクロミラー、又はＲＦスイッチは、本発明が適用しうるＭＥＭＳデバイスの代表的な例である。
【００４４】
加えて、ゲッター膜が形成される固定部表面の領域の面積は、様々なＭＥＭＳデバイスの仕様に合わせて増減される。従って、上述の各実施形態のように、常に各電極又はエッチング残し部の表面上にゲッター膜が形成される必要は無く、それらの一部のみの表面上にゲッター膜が形成されてもよい。尚、電位的な安定性を考慮すれば、ＭＥＭＳデバイスにおけるグラウンド電位となる領域（上述の各実施形態においては、周辺部１２の領域）にゲッター膜が形成されることが好ましい。
【００４５】
また、本実施形態では、ゲッター膜の材料としてチタンが採用されているが、これに限定されない。例えば、ゲッター膜が、ジルコニウム、バナジウム、アルミニウム、タンタル、タングステン、及びモリブデンの一群から選ばれる少なくとも一種類の金属から構成されていてもよい。さらに、本実施形態では、シリコンを母材とするリング型振動ジャイロが採用されているが、これにも限定されない。例えば、ＭＥＭＳデバイスの母材がゲルマニウム又はシリコンゲルマニウムであってもよい。以上、述べたとおり、本発明の範囲内に存在する変形例もまた、特許請求の範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、密閉空間内に形成される加速度センサ、角速度センサ、マイクロミラー、又はＲＦスイッチ等のＭＥＭＳデバイスに適している。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の１つの実施形態におけるＭＥＭＳデバイスの正面図である。
【図２】図１に示すＭＥＭＳデバイスのＡ-Ａ部分拡大図である。
【図３】図２におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図４】本発明の１つの実施形態におけるパッケージを含めたＭＥＭＳデバイスの分解斜視図である。
【図５Ａ】本発明の１つの実施形態におけるＭＥＭＳデバイスの製造工程の一過程を示す断面図である。
【図５Ｂ】本発明の１つの実施形態におけるＭＥＭＳデバイスの製造工程の一過程を示す断面図である。
【図５Ｃ】本発明の１つの実施形態におけるＭＥＭＳデバイスの製造工程の一過程を示す断面図である。
【図５Ｄ】本発明の１つの実施形態におけるＭＥＭＳデバイスの製造工程の一過程を示す断面図である。
【図５Ｅ】本発明の１つの実施形態におけるＭＥＭＳデバイスの製造工程の一過程を示す断面図である。
【図５Ｆ】本発明の１つの実施形態におけるＭＥＭＳデバイスの製造工程の一過程を示す断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態におけるＭＥＭＳデバイスの一部の断面図である。
【図７】従来のＭＥＭＳデバイスの一部分の断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０ 振動子
１４ リング
１６ サスペンション
１８ａ，１８ｅ 一次振動駆動用電極
１８ｂ，１８ｆ 二次振動検出用電極
１８ｃ，１８ｇ，７５ 一次振動検出用電極
１８ｄ，１８ｈ 二次振動打消し用電極
２２ エッチング残し部
２４ 中央部
２６，２８ トレンチ
３０，７１ 上側のガラス基板
３２，７２ 下側のガラス基板
３４，３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，６０，７４ 凹部
３７ 貫通孔
３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄ 電極パッド
４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，４０ｅ，４０ｆ，４０ｇ，４０ｈ，４０ｊ，４０ｋ，４０ｍ，７３ ゲッター膜
４２ 蓋部
４４ 振動ジャイロ設置台
１００，２００，３００ リング型振動ジャイロ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密閉空間内に形成されたゲッター膜を備えたＭＥＭＳデバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリコンを用いたＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）デバイスが適用される技術分野は日進月歩で拡大しており、近年では、その技術がマイクロタービンやセンサーのみならず情報通信分野や医療分野へも適用されている。このＭＥＭＳ技術を支える主要な要素技術の一つがゲッターに関する技術である。ゲッターは、密閉空間内に形成されたＭＥＭＳデバイスの性能を安定化させるための重要な部材の一つであり、特に小型化が進むセンサー等の分野においては、このゲッターに関連する種々の技術の発展が不可欠となっている。
【０００３】
従来から採用されてきたゲッターは、ガラス基板に予め設けられた凹部の底部への蒸着によって形成される。例えば、このガラス基板とシリコンとの陽極接合によって密閉空間が形成され、このゲッターの存在によって陽極接合後に残留するガスが適宜吸収される（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
他方、上述の特許文献１には、ゲッターをシリコン基板表面に設けることを示唆する記載は存在する。しかし、その具体的な構成は全く開示ないし示唆されていない。
【特許文献１】特開平１０−１２２８６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、密閉空間内においてゲッターが形成される位置は、ＭＥＭＳデバイスの種々の性能を左右する要因の一つとなる。例えば、仮に密閉空間内にゲッターを形成する位置が不適切であった場合、ゲッターとゲッター領域が形成された基材との熱膨張係数の差や残留応力がＭＥＭＳデバイスの動作不良を引き起こす危険性がある。また、ゲッターとＭＥＭＳデバイスに形成された電極部との距離が近過ぎると、たとえそれらが接触しなくても、電気的なノイズが容量的に結合したゲッターを介して検出用又は駆動用の電極へ入り込むことによって、ＭＥＭＳデバイスの動作に悪影響を及ぼしうる。
【０００６】
このような問題は、小型化された、例えば、図１に示すような略正方形状の振動ジャイロのチップの正面図における面積が１００ｍｍ２以下のＭＥＭＳデバイスにおいて特に顕著に現れる。具体的には、デバイスの小型化が進むと、密閉空間の容積もそれに伴って小さくなるが、その容積が小さくなれば、製造工程中で密閉空間に放出されるガスや残留ガスが密閉空間の内圧に与える影響が大きくなる。その結果、例えばＭＥＭＳセンサーの場合は、その検出感度が著しく低下してしまう。従って、特に小型のＭＥＭＳデバイスにおいてゲッター領域を設けることの技術的意義は高まるが、既存のガス吸収性能を持つゲッターを採用する限り、上述の問題が解決されたゲッターの形成は非常に難しい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、そのような技術課題を解決することにより、密閉空間内に形成されたＭＥＭＳデバイスとその性能維持に役立つゲッターとの位置的関係の最適化に大きく貢献するものである。発明者らは、まず、密閉空間を形成するために基板に予め凹部を設けて、その底面にゲッター領域を形成する場合の凹部の掘り込み深さに着目した。種々の調査が行われた結果、ゲッター領域の位置と掘り込み深さとの関係に基づく技術上のジレンマが存在することが明らかになった。
【０００８】
具体的には、この掘り込み深さが浅い場合は、たとえマスクを用いて凹部の底面のみにゲッター膜を形成できたとしても、ゲッター膜の位置がＭＥＭＳデバイスの各電極と近づくため、電気的なノイズが容量的に結合したゲッター膜を介して検出用又は駆動用の電極へ入り込むことになる。他方、掘り込み深さを深くした場合の技術的課題を従来のＭＥＭＳデバイスを例に挙げて示す。図７は、従来のリング型振動ジャイロ３００の一部分の断面図（図２のＢ−Ｂ断面に相当）である。掘り込み深さを深くすると、一見、マスクを用いれば凹部７４の底部のみにゲッター膜を形成することが容易であるように見えるが、実際はそうではない。この図に示すように、既存のスパッタリング法等の形成方法を用いると、凹部７４の底面のみならず側面にもゲッター膜７３が形成されてしまう。従って、ゲッター膜７３と一次振動検出用電極７５等が相互に影響を及ぼさないような十分な距離を確保することが難しくなるため、結果として掘り込み深さが浅い場合と同様の問題が生じうる。また、掘り込み深さが深ければ、その掘り込み形成のためのプロセス上の不利益（例えば、プロセス時間の増加と歩留まり低下）を生じさせる。
【０００９】
発明者らは、上述の事情を踏まえて鋭意研究を重ねた。その結果、基板に設けられた凹部の底面を利用したゲッター領域の確保というこれまでの考え方を捨て、ゲッター領域についての発想を転換させるとともに、新たに見出された技術課題にも配慮することにより、上述の諸問題を一度に解決する構造が創出された。本発明はこのような知見に基づくものである。
【００１０】
本発明の一つのＭＥＭＳデバイスは、密閉空間内に形成されたＭＥＭＳデバイスであって、そのＭＥＭＳデバイスが、可動部と固定部を備え、かつその固定部のみの表面上に形成されたゲッター膜を備えている。
【００１１】
この構造を採用すれば、ＭＥＭＳデバイスにおける可動部の表面上を避け、固定部のみの表面上にゲッター膜を形成することにより、ＭＥＭＳデバイスを形成する母材とゲッター膜との熱膨張係数の差や残留応力によって生じるデバイス性能（例えば、振動ジャイロの場合は振動特性及び／又は温度特性）の劣化を防止することができる。また、密閉空間を形成するためのガラス基板の凹部の掘り込み深さが従来と比べて大幅に浅くなるため、プロセス時間の短縮及び製造工程の簡易化が達成されるとともに製造コストが大幅に削減される。
【００１２】
また、本発明のもう一つのＭＥＭＳデバイスは、密閉空間内に形成されたＭＥＭＳデバイスであって、そのＭＥＭＳデバイスが、可動部と固定部を備え、かつその固定部のみの表面上に複数の領域に分割されて形成されたゲッター膜を備え、その各領域のゲッター膜が、そのＭＥＭＳデバイスの母材を介してそのＭＥＭＳデバイスの任意の一つの電極、又はグラウンド電位に接続している。
【００１３】
この構造を採用すれば、密閉空間を形成するための基板の凹部の掘り込み深さを従来よりも大幅に浅くすることができる。また、ＭＥＭＳデバイスにおける可動部の表面上を避け、固定部のみの表面上に膜状のゲッターが形成されることにより、ＭＥＭＳデバイスを形成する母材とゲッター膜との間の応力差によって生じるデバイス性能（例えば、振動ジャイロの場合は振動特性及び／又は温度特性）の劣化を防止することができる。また、固定部のみの表面上に分散して膜状のゲッターが形成されることにより、ゲッター膜の形成による固定部の反りを緩和しつつ十分なゲッター膜の表面積の確保が得られやすい。さらに、複数に分割されたゲッター膜の各領域がそのＭＥＭＳデバイスの母材を介してそのＭＥＭＳデバイスの任意の一つの電極、又はグラウンド電位に接続することによってゲッター膜自身の電位が定められるため、換言すれば、その電位がフローティング状態にならない。その結果、電気的なノイズが容量的に結合したゲッター膜を介して検出用又は駆動用の電極へ入り込むことを防止することができる。
【００１４】
ところで、上記いずれの発明であっても、密閉空間内への放出ガス又は残留ガスの吸引性能の観点から、ゲッター膜の材質は、非蒸発型である、チタン、ジルコニウム、バナジウム、アルミニウム、タンタル、タングステン、モリブデン、の一群から選ばれる少なくとも一種類の金属であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の一つのＭＥＭＳデバイスによれば、ＭＥＭＳデバイスにおける可動部の表面上を避けて、固定部のみの表面上にゲッター膜を形成することにより、ＭＥＭＳデバイスを形成する母材とゲッター膜との熱膨張係数の差や残留応力によって生じるデバイス性能の劣化を防止することができる。また、密閉空間を形成するためのガラス基板の凹部の掘り込み深さが従来と比較して大幅に浅くなるため、プロセス時間の短縮及び製造工程の簡易化が達成されるとともに製造コストが大幅に削減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
つぎに、本発明の実施形態を、添付する図面に基づいて詳細に述べる。尚、この説明に際し、全図にわたり、特に言及がない限り、共通する部分には共通する参照符号が付されている。また、図中、本実施形態の要素は必ずしもスケール通りに示されていない。
【００１７】
＜第１の実施形態＞
図１は、本実施形態におけるＭＥＭＳデバイスの一つであるリング型振動ジャイロ１００の中心的役割を果たす構造体の正面図である。図２は、図１に示す構造体のＡ-Ａ部分拡大図である。また、図３は、図２におけるＢ−Ｂ断面図であり、図４は、パッケージを含めた本実施形態のリング型振動ジャイロ１００の分解斜視図である。
【００１８】
図１乃至図４示す本実施形態のＭＥＭＳデバイスは、リング型振動ジャイロ１００である。まず、図３に示すように、このリング型振動ジャイロ１００は、予め凹部３６ａ，３６ｂ，３６ｃが形成された上側のガラス基板３０と凹部３４が形成された下側のガラス基板３２が、トレンチエッチングプロセス等によって加工されたシリコン製の振動子（以下、単に振動子という）１０を挟み込んだ構造を有している。ここで、各ガラス基板３０，３２と振動子１０の対向面が陽極接合されることにより、凹部３４，３６ａ，３６ｂ，３６ｃを一部とする密閉空間が形成される。
【００１９】
図４に示すように、下側のガラス基板３２に形成された凹部は環状に形成されており、その中央には凹部が形成されていない柱状構造３９が形成されている。この柱状構造３９は最終的に振動子１０の中央部２４と接合することにより、振動子１０の一部を支持する。他方、振動子１０の中で、この柱状構造３９では支持されない他の部分（例えば、固有振動数調整用電極２０ａ，２０ｂ，・・・，２０ｓ）は、上側のガラス基板３０と接合することにより、上側のガラス基板３０に吊り下げられる。
【００２０】
上側のガラス基板３０には、リング型振動ジャイロ１００を駆動するために、各電極パッド３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄ等に接続するワイヤーのための貫通孔３７に代表される貫通孔が形成されている。具体的には、図４に示すように、各ガラス基板３０，３２と振動子１０が接合された後、各電極から引き出されたワイヤーによって図示しない振動ジャイロ設置台４４の出力ピンに接続される。その後、乾燥窒素雰囲気の下で、蓋部４２と振動ジャイロ設置台４４が、抵抗溶接によって溶接されることによってリング型振動ジャイロ１００が密封される。この接合によってリング型振動ジャイロ１００が外気から遮断されるため、水分等の浸入による動作不良の発生を防止することができる。
【００２１】
ここで、本実施形態のＭＥＭＳデバイスでは、ゲッター膜４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄは振動子１０における固定部の一方の表面上に形成されている。具体的には、一次振動検出用電極１８ｃ，１８ｇ、固有振動数調整用電極２０ａ，２０ｂ，・・・，２０ｓ、及びエッチング残し部２２，・・・，２２の表面上にゲッター膜４０ａ，４０ｂが形成されている。尚、このエッチング残し部２２，・・・，２２が振動子１０の一部として残されることにより、ゲッター膜の形成領域が広がる。また、本実施形態では、ゲッター膜は０.１μｍ以上２μｍ以下の厚みを持つチタン薄膜である。
【００２２】
上述の通り、本実施形態のゲッター膜４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄは、振動子１０における固定部の表面上に形成されているため、たとえシリコンとチタン間の応力差があってもリング型振動ジャイロの動作に影響しない。換言すれば、振動子１０の可動部であるリング１４やそのリングを中吊り状態で支えるジグザグ状（ドッグレッグ状）サスペンション１６,・・・,１６の表面上にゲッター膜が形成されると、シリコンとチタンとの熱膨張係数の差や残留応力によってリングの共振時に正常な動作が得られない。
【００２３】
また、従来のゲッター膜は、下側のガラス基板３２に形成された凹部３４の底面上に形成されていた。この場合、ゲッター膜自体がフローティング電極の役割を果たすため、凹部が十分な（例えば、２００μｍ以上）の掘り込み深さを有しなければ、振動子１０の各電極との容量的な結合によって、電気的なノイズがいずれかの検出用又は駆動用の電極へ入り込んでしまう。他方、本実施形態のゲッター膜は、振動子１０のうち、電位的に定まった固定部の表面上にのみ形成されているため、ゲッター膜は電位的にフローティング状態にはならない。具体的には、固有振動数調整用電極２０ａ，２０ｂ，・・・，２０ｓ及び一次振動検出用電極１８ｃ，１８ｇの表面上に形成されたゲッター膜４０ｃ，４０ｄは、それぞれの電極に与えられる電位と実質的に同じ電位が与えられる。他方、トレンチ２６により区画されたエッチング残し部２２，・・・，２２は、トレンチ２６，２８によってサスペンション１６，・・・，１６とその固定端である中央部２４を含めてリング１４と一体に成形されている。つまり、このエッチング残し部２２，・・・，２２は、中央部２４を介して電気的にサスペンション１６，・・・，１６、及びリング１４と接続していることになる。従って、このエッチング残し部２２，・・・，２２の表面上に形成されたゲッター膜４０ａ，４０ｂは、リング１４とともに、図示されていない直流電源から直流電圧を印加される中央部２４に与えられる電位を実質的に共有することになるため、フローティング状態とはならない。
【００２４】
上述の通り、本実施形態のＭＥＭＳデバイスでは、図３に示す凹部３４の掘り込み深さ（ｄ１）が３０μｍであっても、容量結合を原因とする電気的なノイズがゲッター膜に入り込まない。尚、可動部が固定部に対して実質的に同一平面上で運動する本実施形態のようなＭＥＭＳデバイスでは、上述の掘り込み深さ（ｄ１）が５μｍ以上であればよい。他方、可動部の運動面と固定部の形成面が実質的に垂直となるＭＥＭＳデバイスでは、上述の掘り込み深さ（ｄ１）が１０μｍ以上であることが好ましい。また、掘り込み深さの上限を特に定めるものではないが、凹部３４を形成するためのプロセス負担の低減、さらには、密閉空間の内壁面積に依存すると考えられる放出ガス量の低減を図るため、６０μｍ以下であることが好ましい。このように、従来と比べて掘り込み深さを浅くすることができるため、プロセス時間の短縮及び製造工程の簡易化が達成される。尚、上側のガラス基板３０に形成された各凹部の掘り込み深さは、下側のガラス基板３２のそれと同じか、振動子１０の動作に支障が出ない範囲でそれより浅い。
【００２５】
また、密閉空間内の過度の高真空化を防止して振動ジャイロのＱ値を調整するため、上述の密閉空間内にはゲッター膜によって吸収されない希ガス（例えば、アルゴンガス）が、圧力１Ｐａ以上２０Ｐａ以下となるように封入されている。上述のように、下側のガラス基板３２に形成された凹部３４の掘り込み深さが従来と比較して格段に浅くなったため、ＭＥＭＳデバイス全体の強度を考慮しても、ガラス厚を大幅に薄くすることができる。例えば、従来のガラス厚は６００μｍであったが、本実施形態のガラス厚は４５０μｍ厚である。また、よりコンパクトなＭＥＭＳデバイスを提供することができる。その結果、従来と比較して、製造コストを大幅に削減することが可能となる。
【００２６】
ところで、本実施形態では、上述の各電極等の表面上にゲッター膜が形成されているが、これに限定されない。その他の固定部である、一次振動駆動用電極１８ａ，１８ｅ、二次振動検出用電極１８ｂ，１８ｆ、又は二次振動打消し用電極１８ｄ，１８ｈの表面上にゲッター膜が形成されていてもよい。この場合も、ゲッター膜の電位はある値に定められるため、フローティング状態にはならない。
【００２７】
次に、本実施形態のＭＥＭＳデバイスの製造方法を図５Ａ乃至図５Ｆに基づいて説明する。尚、便宜上、図３に相当する箇所を取り上げながら、その製造方法を説明する。
【００２８】
まず、上側のガラス基板３０及び下側のガラス基板３２の凹部は、公知のガラスエッチング溶液を用いたウェットエッチングプロセスにより形成される。具体的には、各ガラス基板３０，３２に対して公知のフォトリソグラフィ技術によるパターニングがされた後、エッチング深さによって依存するが、各ガラス基板３０，３２を液温３０℃の１０％フッ酸溶液中に５〜３０分間浸漬することにより、図５Ａ及び図５Ｂに示すような凹部が形成される。尚、上側のガラス基板３０は、密閉空間を形成するために一方の面からエッチングされた後に、他方の面から貫通孔３７を形成するためのエッチング又はサンドブラスト加工がなされる。
【００２９】
次に、本実施形態のＭＥＭＳデバイスの中心的役割を果たす振動子１０の元となるシリコン基板（Ｓ）と上側のガラス基板３０が、公知の条件（例えば、特開２００５−１６９６５号公報に記載の条件）を用いた陽極接合により接合される（図５Ｃ）。
【００３０】
続いて、公知のフォトリソグラフィ技術によってシリコン基板上にレジストマスクが形成される。その後、公知の異方性エッチング技術によって、このシリコン基板（Ｓ）に対してトレンチ２６，２８が形成されることにより、振動子１０が上部のガラス基板３０上に形成される（図５Ｄ）。尚、このエッチング技術及びその関連技術は、本願出願人が先立って出願した複数の特許出願（例えば、特開２００７−３５９２９号、特開２００２−１５８２１４号、特開２００４−２２８５５６号、又は特開２００４−２９６４７４号）に記載されている。
【００３１】
次に、メタルマスクを利用した公知のスパッタリング法又は真空蒸着法により、チタン膜からなるゲッター膜４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄが振動子１０の表面上に形成される（図５Ｅ）。
【００３２】
その後、上記と同様、振動子１０は、公知の条件（例えば、特開２００５−１６９６５号公報に記載の条件）を用いた陽極接合により、下側のガラス基板３２に接合される。最後に、Ａｌ、Ａｌ合金、又はＡｕ膜からなる各電極パッド３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄ等が公知のスパッタリング法又は真空蒸着法により形成される（図５Ｆ）。
【００３３】
このようにして製造されたリング型振動ジャイロ１００は、その後、貫通孔３７に代表される貫通孔を利用して各電極パッド３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄ等からワイヤーが引き出されることにより、図示されていない各電源に接続される。さらに、その後、リング型振動ジャイロ１００は、上述のとおり、蓋部４２と振動ジャイロ設置台４４により窒素雰囲気の下で密封される。
【００３４】
次に、本実施形態のリング型振動ジャイロ１００の動作について説明する。上述のとおり、リング型振動ジャイロ１００の中心部２４には、図示されていない直流電源から直流電圧が印加され、一次振動駆動用電極１８ａ，１８ｅは、図示されていない交流電源から交流電圧が印加される。また、本実施形態では、一次振動駆動用電極１８ａ，１８ｅの他に、一次振動検出用電極１８ｃ，１８ｇ、二次振動検出用電極１８ｂ，１８ｆ、二次振動打消し用電極１８ｄ，１８ｈ、及び固有振動数調整用電極２０ａ，２０ｂ，・・・，２０ｓが設けられている。尚、二次振動打消し用電極１８ｄ，１８ｈは交流電源に接続され、固有振動数調整用電極２０ａ，２０ｂ，・・・，２０ｓは直流電源に接続されている。また、トレンチ２８によってリング１４とリング１４の外周の各電極１８ａ，・・・，１８ｈから物理的及び電気的に隔てられた周辺部１２はグラウンド電位に接続している。
【００３５】
まず、一次振動駆動用電極１８ａ，１８ｅに交流電圧が印加されることにより、リング１４と一次振動駆動用電極１８ａ，１８ｅとの間の静電引力を利用したリング型振動ジャイロ１００の一次振動が発生し、これが一次振動検出用電極１８ｃ，１８ｇによって検出される。その後、ある角速度が加えられると、コリオリ力が発生して２次振動が発生し、
これが、二次振動検出用電極１８ｂ，１８ｆによって検出される。予め固有振動数調整用電極２０ａ，２０ｂ，・・・，２０ｓがリング１４との間に電位差を与えることにより、１次振動の固有振動数と２次振動の固有振動数を一致させるように調整されている。その後、この加えられた角速度に応じた静電容量の変化によって発生する電流が二次振動検出用電極１８ｂ，１８ｆによって検出されるとともに、フィードバック回路によってこれを打ち消すための出力電圧が二次振動打消し用電極１８ｄ，１８ｈに印加される。この出力電圧をモニターすることにより、角速度が検出される。
【００３６】
＜第２の実施形態＞
図６は、本実施形態におけるもう一つのリング型振動ジャイロ２００の一部の断面図である。この断面図は、第１の実施形態の図３に相当する。本実施形態のリング型振動ジャイロ２００は、下側のガラス基板３２に形成された凹部６０、及びゲッター膜の形成位置を除き、第１の実施形態と同じ構成である。また、その製造方法や動作方法も第１の実施形態と同じである。従って、第１の実施形態と重複する説明は省略される。
【００３７】
図６に示すとおり、下側のガラス基板３２に形成された凹部６０は、第１の実施形態の凹部３４よりも周辺方向に広がっている。具体的には、トレンチ２８によってリング１４とリング１４の外周の各電極１８ａ，・・・，１８ｈから物理的及び電気的に隔てられた周辺部１２の一部が、凹部６０や上部のガラス基板３０の凹部３６ａ，３６ｂ，３６ｃ等によって形成される密閉空間と接している。さらに、その周辺部１２の一部の表面上にゲッター膜４０ｍが形成されている。他方、４０ｅ，４０ｆ，４０ｇ，４０ｈ，４０ｊ，４０ｋは、その他の固定部の表面上に形成されている。
【００３８】
その結果、本実施形態の密閉空間の容積は、第１の実施形態のそれと比較して増えていても、ゲッター膜４０ｍに代表される新たなゲッター領域の存在により、密閉空間内に放出されるガス又は残留するガスを吸収してＭＥＭＳデバイスの性能を維持するという目的は達成される。
【００３９】
また、本実施形態では、第１の実施形態と異なり、ゲッター膜４０ｅ，４０ｆ，４０ｇ，４０ｈは一つのエッチング残し部２２，・・・，２２の表面上に複数の領域に分割されて形成されている。このように分割して形成されることにより、シリコンとゲッター膜との熱膨張係数の差や残留応力によって生じる固定部の反りを緩和することができる。尚、固定部の表面上であっても、ゲッター膜を一体に形成するよりも複数の領域に分割して形成するほうが上記観点から好ましい。
【００４０】
なお、ゲッター膜はその材質や形成条件によってガスの吸収性能が異なり得るため、又は陽極接合条件等によって放出ガスの量が異なり得るため、場合によってはゲッター膜４０ｍが無くても上記目的は達成される。しかしながら、ゲッター膜４０ｍを形成する場所として上記周辺部１２の一部の表面上が一つの候補となり得ることは、ＭＥＭＳデバイスの性能維持のために好ましい。特に本実施形態では、周辺部１２は第１の実施形態のそれと同様にグラウンド電位に接続しているため、ゲッター膜４０ｍは電位的にフローティング状態にはならない。従って、電気的なノイズが容量的に結合したゲッター膜４０ｍを介して検出用又は駆動用の電極へ入り込むことを防止することが可能となる。
【００４１】
従って、本実施形態においては、図６に示す凹部６０の掘り込み深さ（ｄ２）が２０μｍであっても、容量結合を原因とする電気的なノイズがゲッター膜へ入り込まない。尚、可動部が固定部に対して実質的に同一平面上で運動する本実施形態のようなＭＥＭＳデバイスでは、上述の掘り込み深さ（ｄ２）が５μｍ以上であればよい。他方、可動部の運動面と固定部の形成面が実質的に垂直となるＭＥＭＳデバイスでは、上述の掘り込み深さ（ｄ２）が１０μｍ以上であることが好ましい。また、掘り込み深さの上限を特に定めるものではないが、凹部６０を形成するためのプロセス負担の低減、さらには、密閉空間の内壁面積に依存すると考えられる放出ガス量の低減を図るため、６０μｍ以下であることが好ましい。尚、本実施形態においても、上側のガラス基板３０に形成された各凹部の掘り込み深さは、下側のガラス基板３２のそれと同じか、振動子１０の動作に支障が出ない範囲でそれより浅い。
【００４２】
これまでに述べたとおり、各実施形態のＭＥＭＳデバイスでは、ＭＥＭＳデバイスの可動部の表面を避けてゲッター膜を形成しているため、ＭＥＭＳデバイスを形成する母材であるシリコンとゲッター膜との間の応力差によって生じるデバイス性能の劣化が防止される。より具体的には、シリコンとゲッター膜との間の熱膨張係数差により発生した残留応力や、ＭＥＭＳデバイスの使用環境の温度変化に伴って生ずる各部材の応力状態の変化に起因すると考えられる振動特性の劣化を防止することができる。さらに、上述の各実施形態のＭＥＭＳデバイスは、密閉空間を形成するためのガラス基板の凹部の掘り込み深さが従来と比べて大幅に浅くなるため、プロセス時間の短縮及び製造工程の簡易化が達成されるとともに製造コストが大幅に削減される。また、パッケージも含めた密閉空間内に形成されるＭＥＭＳデバイスの全体を更に小型化することが可能になる。
【００４３】
尚、上述の各実施形態では、ＭＥＭＳデバイスの一例としてリング型振動ジャイロが取り上げられたが、本発明が適用できるＭＥＭＳデバイスはこれに限定されない。密閉空間内に形成されることが好ましいその他のＭＥＭＳデバイスにも本発明が適用される。具体的には、マイクロミラー、又はＲＦスイッチは、本発明が適用しうるＭＥＭＳデバイスの代表的な例である。
【００４４】
加えて、ゲッター膜が形成される固定部表面の領域の面積は、様々なＭＥＭＳデバイスの仕様に合わせて増減される。従って、上述の各実施形態のように、常に各電極又はエッチング残し部の表面上にゲッター膜が形成される必要は無く、それらの一部のみの表面上にゲッター膜が形成されてもよい。尚、電位的な安定性を考慮すれば、ＭＥＭＳデバイスにおけるグラウンド電位となる領域（上述の各実施形態においては、周辺部１２の領域）にゲッター膜が形成されることが好ましい。
【００４５】
また、本実施形態では、ゲッター膜の材料としてチタンが採用されているが、これに限定されない。例えば、ゲッター膜が、ジルコニウム、バナジウム、アルミニウム、タンタル、タングステン、及びモリブデンの一群から選ばれる少なくとも一種類の金属から構成されていてもよい。さらに、本実施形態では、シリコンを母材とするリング型振動ジャイロが採用されているが、これにも限定されない。例えば、ＭＥＭＳデバイスの母材がゲルマニウム又はシリコンゲルマニウムであってもよい。以上、述べたとおり、本発明の範囲内に存在する変形例もまた、特許請求の範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、密閉空間内に形成される加速度センサ、角速度センサ、マイクロミラー、又はＲＦスイッチ等のＭＥＭＳデバイスに適している。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の１つの実施形態におけるＭＥＭＳデバイスの正面図である。
【図２】図１に示すＭＥＭＳデバイスのＡ-Ａ部分拡大図である。
【図３】図２におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図４】本発明の１つの実施形態におけるパッケージを含めたＭＥＭＳデバイスの分解斜視図である。
【図５Ａ】本発明の１つの実施形態におけるＭＥＭＳデバイスの製造工程の一過程を示す断面図である。
【図５Ｂ】本発明の１つの実施形態におけるＭＥＭＳデバイスの製造工程の一過程を示す断面図である。
【図５Ｃ】本発明の１つの実施形態におけるＭＥＭＳデバイスの製造工程の一過程を示す断面図である。
【図５Ｄ】本発明の１つの実施形態におけるＭＥＭＳデバイスの製造工程の一過程を示す断面図である。
【図５Ｅ】本発明の１つの実施形態におけるＭＥＭＳデバイスの製造工程の一過程を示す断面図である。
【図５Ｆ】本発明の１つの実施形態におけるＭＥＭＳデバイスの製造工程の一過程を示す断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態におけるＭＥＭＳデバイスの一部の断面図である。
【図７】従来のＭＥＭＳデバイスの一部分の断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０ 振動子
１４ リング
１６ サスペンション
１８ａ，１８ｅ 一次振動駆動用電極
１８ｂ，１８ｆ 二次振動検出用電極
１８ｃ，１８ｇ，７５ 一次振動検出用電極
１８ｄ，１８ｈ 二次振動打消し用電極
２２ エッチング残し部
２４ 中央部
２６，２８ トレンチ
３０，７１ 上側のガラス基板
３２，７２ 下側のガラス基板
３４，３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，６０，７４ 凹部
３７ 貫通孔
３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄ 電極パッド
４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，４０ｅ，４０ｆ，４０ｇ，４０ｈ，４０ｊ，４０ｋ，４０ｍ，７３ ゲッター膜
４２ 蓋部
４４ 振動ジャイロ設置台
１００，２００，３００ リング型振動ジャイロ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉空間内に形成されたＭＥＭＳデバイスであって、
前記ＭＥＭＳデバイスが、可動部と固定部を備え、かつ前記固定部のみの表面上に形成されたゲッター膜を備える
ＭＥＭＳデバイス。
【請求項２】
前記ゲッター膜が、前記ＭＥＭＳデバイスの母材を介して前記ＭＥＭＳデバイスの任意の一つの電極、又はグラウンド電位に接続している
請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項３】
密閉空間内に形成されたＭＥＭＳデバイスであって、
前記ＭＥＭＳデバイスが、可動部と固定部を備え、かつ前記固定部のみの表面上に複数の領域に分割されて形成されたゲッター膜を備え、
前記各領域のゲッター膜が、前記ＭＥＭＳデバイスの母材を介して前記ＭＥＭＳデバイスの任意の一つの電極、又はグラウンド電位に接続している
ＭＥＭＳデバイス。
【請求項４】
前記可動部が前記固定部に対して実質的に同一平面上で運動し、かつ前記ＭＥＭＳデバイスの表面から前記表面と対向する前記密閉空間の壁面までの距離が５μｍ以上６０μｍ以下である
請求項１又は請求項３に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項５】
前記可動部の運動面と固定部の形成面が実質的に垂直であり、かつ前記ＭＥＭＳデバイスの表面から前記表面と対向する前記密閉空間の壁面までの距離が１０μｍ以上６０μｍ以下である
請求項１又は請求項３に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項６】
前記可動部と前記固定部の少なくとも一部が前記可動部の固定端を介して一体に形成されている、
請求項１又は請求項３に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項７】
前記ゲッター膜が、チタン、ジルコニウム、バナジウム、アルミニウム、タンタル、タングステン、及びモリブデンの一群から選ばれる少なくとも一種類の金属から構成される
請求項１又は請求項３に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項１】
密閉空間内に形成されたＭＥＭＳデバイスであって、
前記ＭＥＭＳデバイスが、可動部と固定部を備え、かつ前記固定部のみの表面上に形成されたゲッター膜を備える
ＭＥＭＳデバイス。
【請求項２】
前記ゲッター膜が、前記ＭＥＭＳデバイスの母材を介して前記ＭＥＭＳデバイスの任意の一つの電極、又はグラウンド電位に接続している
請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項３】
密閉空間内に形成されたＭＥＭＳデバイスであって、
前記ＭＥＭＳデバイスが、可動部と固定部を備え、かつ前記固定部のみの表面上に複数の領域に分割されて形成されたゲッター膜を備え、
前記各領域のゲッター膜が、前記ＭＥＭＳデバイスの母材を介して前記ＭＥＭＳデバイスの任意の一つの電極、又はグラウンド電位に接続している
ＭＥＭＳデバイス。
【請求項４】
前記可動部が前記固定部に対して実質的に同一平面上で運動し、かつ前記ＭＥＭＳデバイスの表面から前記表面と対向する前記密閉空間の壁面までの距離が５μｍ以上６０μｍ以下である
請求項１又は請求項３に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項５】
前記可動部の運動面と固定部の形成面が実質的に垂直であり、かつ前記ＭＥＭＳデバイスの表面から前記表面と対向する前記密閉空間の壁面までの距離が１０μｍ以上６０μｍ以下である
請求項１又は請求項３に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項６】
前記可動部と前記固定部の少なくとも一部が前記可動部の固定端を介して一体に形成されている、
請求項１又は請求項３に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項７】
前記ゲッター膜が、チタン、ジルコニウム、バナジウム、アルミニウム、タンタル、タングステン、及びモリブデンの一群から選ばれる少なくとも一種類の金属から構成される
請求項１又は請求項３に記載のＭＥＭＳデバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図５Ｅ】
【図５Ｆ】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図５Ｅ】
【図５Ｆ】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−６４２８（Ｐ２００９−６４２８Ａ）
【公開日】平成２１年１月１５日（２００９．１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１６８９６５（Ｐ２００７−１６８９６５）
【出願日】平成１９年６月２７日（２００７．６．２７）
【出願人】（０００１８３３６９）住友精密工業株式会社 (336)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月１５日（２００９．１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月２７日（２００７．６．２７）
【出願人】（０００１８３３６９）住友精密工業株式会社 (336)
【Ｆターム（参考）】
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