物理量センサとその製造方法
【課題】本発明は、測定誤差が小さいと共に気密性に優れる物理量センサを提供することを目的とする。
【解決手段】第１の基材２１と、第２の基材３１と、可動部３及び枠体部５を備える機能部と、可動部３の変位を検出する検知部とを有し、第１の枠体部５ａが第１の封止層２３を有し、第２の基材３１の第１の封止層２３と対向する位置に第２の封止層３３が形成され、第１の封止層２３が第２の封止層３３と対向する面に第１の接合面と第２の接合面とを有し、前記第１の接合面が前記第２の接合面よりも第２の基材３１側に位置するように第１の封止層２３と第２の封止層３３とが接合されてなる物理量センサ１。
【解決手段】第１の基材２１と、第２の基材３１と、可動部３及び枠体部５を備える機能部と、可動部３の変位を検出する検知部とを有し、第１の枠体部５ａが第１の封止層２３を有し、第２の基材３１の第１の封止層２３と対向する位置に第２の封止層３３が形成され、第１の封止層２３が第２の封止層３３と対向する面に第１の接合面と第２の接合面とを有し、前記第１の接合面が前記第２の接合面よりも第２の基材３１側に位置するように第１の封止層２３と第２の封止層３３とが接合されてなる物理量センサ１。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎ）基材を微細加工して形成される物理量センサに係り、特に、気密性に優れる物理量センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）層を備えるシリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎ）基材を微細加工することで、加速度センサ、衝撃センサ、圧力センサ、または振動型ジャイロ等の物理量センサが製作される。
【０００３】
この種の物理量センサにおいては、シリコン基材の一部で形成された物理量の変化を検知する可動部が中央部に設けられ、その周囲に前記可動部を囲むように枠体部が設けられる。
【０００４】
そして、この可動部が清浄な空間内で微細な距離で動作できるように、前記可動部の可動領域が、前記枠体部によって気密封止される。
【０００５】
そのため、特許文献１に開示される発明では、第１の基材と第２の基材との間に可動部を配置し、この可動部の周囲を囲むように枠体部が設けられる。そして、第１の基材と枠体部とが第１の絶縁層を介して接合され、枠体部の表面に第１の封止層が形成される。また、第２の基材の表面に第２の絶縁層が形成され、この第２の絶縁層の表面に第１の封止層に対向する位置に第２の封止層が形成される。
【０００６】
次に、第１の封止層と第２の封止層とを対向させて、所定の熱処理温度で圧接する。その結果、第１の封止層と第２の封止層とが共晶接合することで接合される。このようにして、可動部の可動領域は、枠体部によって気密封止される。
【０００７】
特許文献１に開示される発明では、第１の基材と第２の基材との間に可動部と固定電極とが対面するように配置され、第１の封止層と第２の封止層とが共晶接合される。また、可動部と固定電極との間に形成される静電容量の変化によって加速度等の物理量を検知している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特願２０１１−０１０９１９号
【特許文献２】国際公開ＷＯ２０１０／１４０４６８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に開示される発明では、第１の封層と第２の封層との互いに共晶接合されるそれぞれの面の酸化状態や汚れ等によって、共晶接合が不均一になることがあった。そのために、共晶接合層の厚さがばらつくことや共晶接合が不十分であることが、容量ギャップ（可動部と固定電極との間隔）のばらつきや封止不良の原因になっていた。尚、容量ギャップがばらつくと静電容量がばらつくことになり、その結果、出力信号である加速度等の物理量がばらつくために測定誤差が大きくなる。
【００１０】
よって、共晶接合層の厚さばらつき低減や安定的に共晶接合を形成することで、容量ギャップのばらつきや封止不良を低減することが必要であった。
【００１１】
本発明の目的は、このような課題を顧みてなされたものであり、測定誤差が小さいと共に気密性に優れる物理量センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１の基材と、第２の基材と、前記第１の基材と前記第２の基材との間に配置された可動部及び前記可動部の周囲を囲む枠体部を備える機能部と、前記可動部の変位を検出するための検知部と、を有して構成され、前記枠体部と前記第１の基材との間に第１の絶縁層を有し、前記枠体部が前記第２の基材と対向する面に枠状で形成された第１の封止層を有し、前記第２の基材の前記機能部と対向する面に第２の絶縁層を有し、前記第２の絶縁層の前記機能部と対向する面の前記第１の封止層と対向する位置に第２の封止層を有し、前記第１の封止層あるいは前記第２の封止層の一方に第１の接合面と第２の接合面とを有し、前記第１の接合面が前記第２の接合面よりも前記第１の封止層あるいは前記第２の封止層の他方に近く位置するように、前記第１の封止層と前記第２の封止層とが接合されてなることを特徴とする。
【００１３】
このような態様であれば、前記第１の封止層と前記第２の封止層との互いに接合されるそれぞれの面に酸化皮膜や汚れ等があっても、前記第１の接合面が前記酸化皮膜や前記汚れ等を突き破るので、前記第１の封止層と前記第２の封止層とが安定的に接合される。
【００１４】
その結果、容量ギャップのばらつきや封止不良を低減することができ、本発明によれば、測定誤差が小さいと共に気密性に優れる物理量センサを提供することが可能である。
【００１５】
前記第１の接合面が平面視で不連続な複数の接合面からなることが好ましい。
【００１６】
このような態様であれば、前記第１の封止層と前記第２の封止層とを接合する際に、この不連続な複数の接合面の間に形成される隙間から、酸化性ガス等の不要なガスを排出することができるので、前記第１の封止層と前記第２の封止層との接合面の酸化を抑制できる。よって、前記第１の封止層と前記第２の封止層との安定的な接合が容易になる。
【００１７】
前記第１の接合面が平面視で複数の多角形パターン、複数の円形パターンまたは複数の楕円形パターンの組み合わせからなることが好ましい。
【００１８】
このような態様であれば、前記第１の接合面を不連続な複数の接合面から構成することができる。
【００１９】
前記第１の接合面と前記第２の接合面との接合面間の距離が、前記第１の封止層と前記第２の封止層との間に形成される接合層の厚さより小さいことが好ましい。
【００２０】
このような態様であれば、前記接合層が前記第１の接合面と前記第２の接合面とに跨って形成されているので、前記第１の封止層と前記第２の封止層との間に充分な接合層が得られている。
【００２１】
前記第１の接合面と前記第２の接合面との接合面間の距離が、１００ｎｍから２００ｎｍであることが好ましい。このようにすることで前記第１の封止層と前記第２の封止層との接合面をより安定的に行うことが可能となる。
【００２２】
前記第１の接合面と前記第２の接合面との接合面間の距離及び前記第３の接合面と前記第４の接合面との接合面間の距離が１００ｎｍよりも小さい際には、第１の封止層と第２の封止層との互いに接合されるそれぞれの面にある酸化皮膜や汚れ等を突き破ることが不十分な段階で、前記第２の接合面が前記第２の封止層あるいは前記第１の封止層に接することがあるので、前記第１の封止層と前記第２の封止層との間の接合が不安定となる。
【００２３】
前記第１の接合面と前記第２の接合面との接合面間の距離が２００ｎｍよりも大きい際には、後述する第１の潰れ量と第２の潰れ量に対して前記接合面間の距離が大きくなり、前記第２の接合面が前記第１の封止層あるいは前記第２の封止層に埋め込まれないことがあり、前記第１の封止層と前記第２の封止層との間の接合が不安定となることがある。
【００２４】
前記第１の接合面と前記第２の接合面との接合面間の距離が、前記接合によって前記第２の封止層が圧縮される第１の潰れ量あるいは前記接合によって前記第１の封止層が圧縮される第２の潰れ量より小さいことが好ましい。
【００２５】
このような態様であれば、前記第１の接合面及び前記第２の接合面が、前記第１の封止層あるいは前記第２の封止層に埋め込まれた状態となり、前記第１の封止層と前記第２の封止層とが安定的に接合される。
【００２６】
前記第１の封止層と前記第２の封止層との接合面の面積に対して第１の接合面の面積が１０％から５０％であることが好ましい。
【００２７】
前記第１の封止層と前記第２の封止層との接合面の面積に対して前記第１の接合面の面積が１０％より小さいと、前記第１の接合面の面積が前記酸化皮膜や前記汚れ等の面積よりも小さいことがあり、前記酸化皮膜や前記汚れ等の一部に突き破られないで残る部分が発生することがある。
【００２８】
前記第１の封止層と前記第２の封止層との接合面の面積に対して前記第１の接合面の面積が５０％より大きいと、前記第１の接合面を通して前記第２の封止層に集中的に荷重される単位面積当りの力が小さくなり、前記酸化皮膜や前記汚れ等が十分に突き破られないことがある。
【００２９】
よって、前記第１の封止層と前記第２の封止層との接合面の面積に対して前記第１の接合面の面積を１０％から５０％にすることで、前記酸化皮膜や前記汚れ等が適切に突き破られるので、前記第１の封止層と前記第２の封止層とが安定的に接合される。
【００３０】
前記第１の接合面と前記第２の接合面を有する前記第１の封止層あるいは前記第２の封止層の一方がゲルマニウムを有して形成され、前記第１の封止層あるいは前記第２の封止層の他方がアルミニウムを有して形成されていることが好ましい。
【００３１】
このような態様であれば、前記第１の接合面と前記第２の接合面とがゲルマニウムで形成され、前記第１の接合面と前記第２の接合面とに対向する封止層がアルミニウムで形成される。前記接合の際に、ゲルマニウムはアルミニウムに比べて硬いので、前記第１の接合面と前記第２の接合面とは対向する封止層を容易に潰すことができるので、前記酸化皮膜や前記汚れ等が容易に突き破られる。よって、前記第１の封止層と前記第２の封止層とが安定的に接合される。
【００３２】
第１の基材と、第２の基材と、前記第１の基材と前記第２の基材との間に配置された可動部及び前記可動部の周囲を囲む枠体部を備える機能部と、前記可動部の変位を検出するための検知部と、から構成される物理量センサの製造方法であって、前記枠体部と前記第１の基材との間に第１の絶縁層を形成し、前記枠体部が前記第２の基材と対向する面に枠状で形成された第１の封止層を形成し、前記第１の封止層に第１の接合面と第２の接合面とを形成する工程と、前記第２の基材の前記機能部と対向する面に第２の絶縁層を形成し、前記第２の絶縁層の前記機能部と対向する面の前記第１の封止層と対向する位置に前記第１の封止層と接合する第２の封止層を設ける工程と、前記第１の接合面が前記第２の接合面よりも前記第２の絶縁層側に位置するように前記第１の封止層と前記第２の封止層とが接合されてなる工程と、を有することを特徴とする。
【００３３】
このような態様であれば、前記第１の封止層と前記第２の封止層との互いに接合されるそれぞれの面に酸化皮膜や汚れ等があっても、前記第１の接合面が前記酸化皮膜や前記汚れ等を突き破るので、前記第１の封止層と前記第２の封止層とは安定的に接合される。
【００３４】
その結果、容量ギャップのばらつきや封止不良を低減することができ、本発明によればは、測定誤差が小さいと共に気密性に優れる物理量センサを提供することが可能である。
【００３５】
第１の基材と、第２の基材と、前記第１の基材と前記第２の基材との間に配置された可動部及び前記可動部の周囲を囲む枠体部を備える機能部と、前記可動部の変位を検出するための検知部と、から構成される物理量センサの製造方法であって、前記枠体部と前記第１の基材との間に第１の絶縁層を形成し、前記枠体部が前記第２の基材と対向する面に枠状で形成された第１の封止層を形成する工程と、前記第２の基材の前記機能部と対向する面に第２の絶縁層を形成し、前記第２の絶縁層の前記機能部と対向する面の前記第１の封止層と対向する位置に前記第１の封止層と接合する第２の封止層を形成し、前記第２の封止層に第１の接合面と第２の接合面とを形成する工程と、前記第１の接合面が前記第２の接合面よりも前記第１の絶縁層側に位置するように前記第１の封止層と前記第２の封止層とが接合されてなる工程と、を有することを特徴とする。
【００３６】
このような態様であれば、前記第１の封止層と前記第２の封止層との互いに接合されるそれぞれの面に酸化皮膜や汚れ等があっても、前記第１の接合面が前記酸化皮膜や前記汚れ等を突き破るので、前記第１の封止層と前記第２の封止層とは安定的に接合される。
【００３７】
その結果、容量ギャップのばらつきや封止不良を低減することができ、本発明によればは、測定誤差が小さいと共に気密性に優れる物理量センサを提供することが可能である。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、測定誤差が小さいと共に気密性に優れる物理量センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】第１の実施形態における物理センサの平面略図である。
【図２】図１に示す物理量センサのＩＩ−ＩＩ線に沿って切断し矢印方向から見た部分断面略図である。
【図３】第１の実施形態の物理量センサが無重力下で静止している状態を示す斜視略図である。
【図４】第１の実施形態の物理量センサが動作している状態を示す斜視略図である。
【図５】図１に示す機能部の裏面状態を示す部分透視略図である。
【図６】図５に対向する電極基板側の部分透視略図である。
【図７】図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿って切断し矢印方向から見た部分断面略図である。
【図８】図５の第１の変形例である。
【図９】図５の第２の変形例である。
【図１０】第１の実施形態における物理量センサの製造工程説明図である。
【図１１】第１の実施形態における第１の封止層と第２の封止層の接合面の断面略図である。
【図１２】第２の実施形態である電極基板の表面状態を示す部分透視略図である。
【図１３】図１１に対向するセンサ基板側の部分透視略図である。
【図１４】第２の実施形態における第１の封止層と第２の封止層の接合面の断面略図である。
【図１５】第３の実施形態における第１の封止層と第２の封止層の接合面の断面略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
＜第１の実施形態＞
各図に示す物理量センサ１に関しては、Ｙ方向が左右方向であり、Ｙ１方向が左方向でＹ２方向が右方向、Ｘ方向が前後方向であり、Ｘ１方向が前方向でＸ２方向が後方向である。また、Ｘ方向とＹ方向の双方に直交する方向が上下方向（Ｚ方向；高さ方向）である。なお、各図面は、見やすくするために寸法を適宜異ならせて示している。
【００４１】
第１の実施形態では、物理量センサ１は加速度センサである。物理量センサ１は加速度センサに限定されるものではなく、衝撃センサ、圧力センサ、または振動型ジャイロ等も可能である。
【００４２】
図１に示す物理量センサ１は、例えば、長方形の平板である導電性の機能部（シリコン層）２を有して形成されている。即ち、機能部２に、各部分の形状に対応する平面形状のレジスト層を形成し、レジスト層が存在していない部分で、シリコン基材をディープＲＩＥ（ディープ・リアクティブ・イオン・エッチング）のエッチング工程で切断することで、各部分に分離している。したがって、物理量センサ１の機能部２に形成される各部分は、シリコン層の表面と裏面の厚みの範囲内で構成されている。物理量センサ１が無重力下で静止状態の際は、図３に示すように、可動部３は、表面全体と裏面全体とのそれぞれが同一面上に位置しており、表面及び裏面から突出する部分がない。なお、実際の物理量センサ１は地球上で使用されるため、地球の重力の影響で可動部３は静止状態であっても若干変位を生じている。
【００４３】
ただし、図１は第１の基材２１を透視して機能部２を第１の基材２１側から眺めた平面略図である。また、図３、図４は第１の基材２１、第２の基材３１及び枠体部５を省略している。
【００４４】
図１に示すように、物理量センサ１を構成する機能部２は、可動部３と、可動部３の周囲に第１の枠体部５ａを有している。
【００４５】
図１や図３に示すように、可動部３は、高さ方向（Ｚ）に平行に変位する錘部４と、錘部４の内側に設けられた回動支持部６、７、８、９を有して構成される。
【００４６】
図１に示すように、第１の回動支持部６は、前方向（Ｘ１）に延びる連結腕６ａと、後方向（Ｘ２）に延びる脚部６ｂとが一体に形成されている。また図１に示すように第２の回動支持部７は、後方向（Ｘ２）に延びる連結腕７ａと、前方向（Ｘ１）に延びる脚部７ｂとが一体に形成されている。
【００４７】
また、可動部３の内側には、中央アンカ部１０、左側アンカ部１１及び右側アンカ部１２が設けられている。各アンカ部１０〜１２は、左右方向（Ｙ）に所定の間隔を空けて設けられる。中央アンカ部１０、左側アンカ部１１及び右側アンカ部１２の前後方向（Ｘ）の幅寸法は略同一である。
【００４８】
連結腕６ａ、７ａ及び脚部６ｂ、７ｂは各アンカ部１０〜１２から離れる方向であって、前後方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に平行に所定の幅寸法にて延出する形状で形成されている。
【００４９】
各アンカ部１０〜１２は、図２（図２は図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿って切断し矢印方向から見た部分断面図である。ただし図２には中央アンカ部１０のみが図示されている。）に示すように、第１の基材２１に酸化絶縁層である第１の絶縁層２２を介して固定支持される。
【００５０】
また、可動部３の周囲に設けられる第１の枠体部５ａは、第１の基材２１に酸化絶縁層である第１の絶縁層２２を介して固定支持される。
【００５１】
図１に示すように、第１の回動支持部６の連結腕６ａの先端部と錘部４とが連結部４０ａによって回動自在に連結されており、第２の回動支持部７の連結腕７ａの先端部と錘部４とが連結部４０ｂによって回動自在に連結されている。
【００５２】
第１の回動支持部６の連結腕６ａは、左側アンカ部１１と支持連結部５０ｂ及び中央アンカ部１０と支持連結部５０ａによって回動自在に連結されている。第２の回動支持部７の連結腕７ａは、右側アンカ部１２と支持連結部５１ｂ及び中央アンカ部１０と支持連結部５１ａによって回動自在に連結されている。
【００５３】
左側アンカ部１１の後方向（Ｘ２）に、錘部４及び左側アンカ部１１と分離して形成される第３の回動支持部８が設けられ、右側アンカ部１２の前方向（Ｘ１）に、錘部４及び右側アンカ部１２と分離して形成される第４の回動支持部９が設けられている。
【００５４】
第３の回動支持部８の先端部と錘部４とは、連結部４１ａによって回動自在に連結されている。また、第４の回動支持部９の先端部と錘部４とは、連結部４１ｂによって回動自在に連結されている。
【００５５】
第３の回動支持部８と左側アンカ部１１とは、支持連結部５２ａによって回動自在に連結されている。また、第４の回動支持部９と右側アンカ部１２とは、支持連結部５２ｂによって回動自在に連結されている。
【００５６】
第１の回動支持部６の連結腕６ａと第３の回動支持部８との間が、連結部４２ａを介して連結されている。また、第２の回動支持部７の連結腕７ａと第４の回動支持部９との間が、連結部４２ｂを介して連結されている。
【００５７】
各連結部４０ａ、４０ｂ、４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ及び各支持連結部５０ａ、５０ｂ、５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂは、シリコン層をエッチングによって薄い板状に切り出すことで、ばね性を有するトーションバー（ばね部）で構成される。
【００５８】
導電性の第１の基材２１は、例えばシリコン基板である。第１の絶縁層２２は、回動支持部６〜９及び錘部４に対向する位置には設けられていない。ただし、図２には、第１の回動支持部６の脚部６ｂ、第２の回動支持部７の脚部７ｂ、及び錘部４のみが図示されている。機能部２は、可動部３、アンカ部１０〜１２、及び第１の枠体部５ａから構成され、例えばＳＯＩ層である。そして、センサ基板２０は、第１の基材２１、機能部２、及び第１の絶縁層２２から構成される。
【００５９】
ただし、可動部３は、錘部４、回動支持部６〜９、連結部４０〜４２、及び支持連結部５０〜５２から構成される。
【００６０】
図２に示すように、物理量センサ１には、可動部３と高さ方向（Ｚ）に離れた一方に第１の基材２１と他方に導電性の第２の基材３１が設けられている。配線基板３０は、第２の基材３１の第１の基材２１に対向する面に、第２の絶縁層３２が形成され、第２の絶縁層３２の表面に固定電極層３５が形成されて構成される。固定電極層３５は、第２の絶縁層３２の表面に導電性金属材料をスパッタし、またはメッキすることで形成される。そして、固定電極層３５と可動部３、錘部４及び枠体部５とが共に検知部を構成する。
【００６１】
各アンカ部１０〜１２（中央アンカ部１０のみ図示）と配線基板３０とは金属の接合層６０により共晶接合されている。第２の絶縁層３２の内部には配線層３６が形成されている。配線層３６は、接合層６０と電気的に接続されると共に、図示していないが第２の絶縁層３２の内部を通って外部に引き出されている。
【００６２】
センサ基板２０側の第１の枠体部５ａと配線基板３０側の第２の枠体部５ｂとの間が金属の封止層６１により共晶接合されている。
【００６３】
本実施形態では、接合層６０及び封止層６１は共晶接合としたが、これに限定されるものではなく、拡散接合も可能である。
【００６４】
物理量センサ１は、無重力下で外部から力（加速度等）が作用していない際は、それぞれの支持連結部５０〜５２及び連結部４０〜４２に設けられたトーションバー（ばね部）の弾性復元力により、図３に示すように、全ての部分の表面が同一平面となった状態を維持している。尚、物理量センサ１を実際に使用する際は、地球の重力の影響で若干変位している。
【００６５】
物理量センサ１に外部から例えば加速度が与えられると、加速度は回動支持部６〜９、錘部４、アンカ部１０〜１２等に作用する。この際、それぞれの構成部材の質量の大小に起因する慣性力の差によって、それぞれの構成部材は相対的に移動する。その結果、第１の基材２１と第２の基材３１に連結されたアンカ部１０〜１２が絶対空間に留まろうとし、錘部４は加速度の作用方向へ相対的に移動する。そのため、錘部４は加速度により図３の静止状態の位置から高さ方向へ向けて変位すべく、第１の回動支持部６が支持連結部５０ａ、５０ｂを中心に高さ方向に回動し、第２の回動支持部７が支持連結部５１ａ、５１ｂを中心して高さ方向に回動し、第３の回動支持部８が支持連結部５２ａを中心として高さ方向に回動し、第４の回動支持部９が支持連結部５２ｂを中心として高さ方向に回動する。その結果、図４に示すように各構成部材は変位する。（ただし、図４には構成部材の一部のみが図示されている。）この回動動作時、各連結部４０〜４２及び支持連結部５０〜５２に設けられるトーションバーは捩れ変形する。
【００６６】
図５は、図１に示す機能部２の裏面状態を示す部分透視図である。ただし、図５には図１に示す可動部３やアンカ部１０〜１２の構造は図示していない。また図６は、図５に対向する配線基板３０側の部分透視略図であり、配線基板３０の表面状態を示す部分透視略図である。ただし図２に示す固定電極層３５やアンカ部１０〜１２と対向する位置に設けられる第２の絶縁層３２の突起部１０ｂ〜１２ｂや突起部１０ｂ〜１２ｂ表面の金属層については図示していない。
【００６７】
また、図７は、図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿って切断し矢印方向から見た部分断面略図である。
【００６８】
図５、図２に示すように、センサ基板２０側の第１の枠体部５ａの裏面（配線基板３０との対向面）には、可動部３の周囲を囲むように枠状パターンの第１の封止層２３が形成されている。そして、図５、図７に示すように、第１の封止層２３には第２の接合面２５の内側に不連続な第１の接合面２４が形成されている。また、第１の接合面２４は、第２の接合面２５よりも配線基板３０側に突出して形成されている。この突出した量は、第１の接合面２４と第２の接合面２５との接合面間の距離（図７に示すＡ）である。
【００６９】
第１の封止層２３は、ゲルマニウムまたはゲルマニウム合金を有して形成され、スパッタ等により形成することができる。
【００７０】
図６、図２に示すように、配線基板３０側には第１の枠体部５ａに対向する位置に第２の枠体部５ｂが形成され、第２の枠体部５ｂの表面（センサ基板２０との対向面）に第２の封止層３３が形成されている。
【００７１】
第２の封止層３３は、アルミニウムまたはアルミニウム合金を有して形成され、スパッタ等により形成することができる。
【００７２】
第１の封止層２３と第２の封止層３３とは共晶接合されて、図２に示す封止層６１が形成される。
【００７３】
図８、図９は、図５の変形例である。図５に示す複数の矩形パターンからなる第１の接合面２４が、図８では複数の楕円パターン、図９では複数の２重に配置された矩形パターンに変形されている。
【００７４】
図１０は、物理量センサ１の製造方法を示す工程図である。各図は、製造工程中の部分断面図である。
【００７５】
図１０（ａ）に示す工程で、センサ基板２０を形成する。センサ基板２０は、２枚のシリコン基板がシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）を介して接合されたシリコン基材を加工して得られる。シリコン基材の一方の表面に、可動部３、アンカ部１０〜１２、及び第１の枠体部５ａのそれぞれの形状に対応する平面形状のレジスト層を形成し、レジスト層から露出しているシリコン基材の部分を、ディープＲＩＥなどのイオンエッチング手段で除去し、可動部３、アンカ部１０〜１２、及び第１の枠体部５ａを互いに分離する。ただし、左側アンカ部１１及び右側アンカ部１２は図示していない。
【００７６】
このとき、図示していないが、イオンエッチング手段にて可動部３に多数の微細孔を形成しておく。そして、シリコンを溶解せずシリコン酸化膜を溶解できる選択性の等方性エッチング処理を行う。この際、エッチングガスまたはエッチング液は、分離した溝内に浸透し、さらに微細孔から浸透して、シリコン酸化膜を除去する。
【００７７】
その結果、アンカ部１０〜１２及び第１の枠体部５ａと第１の基材２１との間のみに第１の絶縁層２２が残され、可動部３と第１の基材２１との間の第１の絶縁層２２は除去される。
【００７８】
第１の基材２１の厚さ寸法は０．２〜０．７ｍｍ程度、可動部３、アンカ部１０〜１２及び第１の枠体部５ａから構成される機能部２の厚さ寸法は１０〜３０μｍ程度、第１の絶縁層２２の厚さ寸法は１〜３μｍ程度である。
【００７９】
続いて機能部２の配線基板３０に対向する面に、第１の枠体部５ａの第１の接合面２４とアンカ部１０〜１２の第５の接合面２８とに相当する領域を覆うようにレジスト層を形成し、ディープＲＩＥなどのイオンエッチング手段によってシリコン層を除去して、第１の枠体部５ａとアンカ部１０〜１２との裏面（配線基板３０との対向面）にそれぞれ突出する接合面を形成する。
【００８０】
続いて第１の金属層をスパッタ等で形成する。そして、第１の金属層をレジスト層で覆い、ディープＲＩＥなどのイオンエッチング手段によって第１の枠体部５ａとアンカ部１０〜１２との裏面以外の第１の金属層を除去する。同時にシリコン層もエッチングし第１の枠体部５ａとアンカ部１０〜１２とを突起状構造に加工する。このようにして、第１の枠体部５ａの裏面に第１の封止層２３が形成され、第１の封止層２３は第２の接合面２５と突出する第１の接合面２４とを有するように形成される。
【００８１】
第１の金属層は、ゲルマニウムまたはゲルマニウム合金を主成分とする金属膜である。
【００８２】
図１０（ｂ）に示す工程で、配線基板３０を形成する。配線基板３０を構成する導電性の第２の基材３１の表面に第２の絶縁層３２を形成し、第２の絶縁層３２の表面に第２の枠体部５ｂ、アンカ部１０〜１２に対向する位置に突起部１０ｂ〜１２ｂをエッチングにより形成する。第２の基材３１は、厚さ寸法が０．２〜０．７ｍｍ程度のシリコン基板である。第２の絶縁層３２は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）、シリコンナイトライト膜（Ｓｉ３Ｎ４）、またはアルミナ膜（Ａｌ２Ｏ３）等であり、スパッタやＣＶＤ等で形成される。ただし、突起部１１ｂ、１２ｂは図示していない。
【００８３】
続いて第２の絶縁層３２の表面に第２の金属層をスパッタ等で形成する。そして、第２の金属層をレジスト層で覆い、ディープＲＩＥなどのイオンエッチング手段によって、第２の枠体部５ｂ及び突起部１０ｂ〜１２ｂの表面や固定電極層３５以外の第２の金属層が除去される。そして、第２の枠体部５ｂの表面に第２の封止層３３が形成される。
【００８４】
第２の金属層は、アルミニウムまたはアルミニウム合金を主成分とする金属膜である。
【００８５】
上述のように製造されたセンサ基板２０と配線基板３０とは、互いに対向させて位置調整をした状態で真空容器に挿入し、真空引きしながら所定の温度（およそ４３０℃）まで加熱され圧着される。これにより、図１０（ｃ）に示す工程で、第１の枠体部５ａの裏面に形成された第１の封止層２３と第２の枠体部５ｂの表面に形成された第２の封止層３３とが共晶接合して封止層６１が形成される。これにより、センサ基板２０と配線基板３０とが、第１の枠体部５ａ、第２の枠体部５ｂ、及び封止層６１を含む枠体部５によって気密に封止される。
【００８６】
本実施形態では、ゲルマニウムとアルミニウムとの共晶点（４２４℃）より高い温度である４３０℃付近まで加熱している。
【００８７】
この共晶接合では、接合面に生じる共晶反応を利用して原子を相互に拡散させて接合するので、第１の封止層２３と第２の封止層３３とのそれぞれの融点より低い温度で、塑性変形ができるだけ生じない程度に加圧して接合することができる。よって、接合面の残留応力を低減できるので、接合面の気密性劣化を抑制できる。また、接合時の温度を下げることができるので、接合面の酸化を抑制し封止不良を低減できる。
【００８８】
また、真空容器内での真空引きの際に、第１の接合面２４が不連続な複数の接合面で形成されていると、第１の封止層２３と第２の封止層３３とを接した状態で、不連続な複数の接合面の間に形成される隙間から、始めに物理量センサ１の内部から酸化性ガスである空気等を排出し、所定の温度までの昇温時に脱ガス（昇温により生じる）を排出することができる。よって、所定の温度まで加熱される際に、第１の封止層２３と第２の封止層３３との接合されるそれぞれの面の酸化を抑制することができる。
【００８９】
第１の封止層２３と第２の封止層３３との金属材料の主成分の組み合わせとして、互いに共晶接合することにより、アルミニウムと亜鉛、アルミニウムとマグネシウム、金とシリコン、金とインジウム、金とゲルマニウム、金と錫も可能である。
【００９０】
第１の封止層２３は、段差的に形成された第１の接合面２４と第２の接合面２５を有しており、第１の接合面２４が第２の接合面２５より突出して形成されている。そのため、センサ基板２０を配線基板３０に押し圧する際に、突出した第１の接合面２４が対向する第２の封止層３３に最初に押し圧される。そのため、加圧される力は、第１の接合面２４の面を通して集中的に荷重されるので、第１の接合面２４と第２の封止層３３との接合されるそれぞれの面にある酸化皮膜や汚れ等が突き破られ易くなる。
【００９１】
加熱に加えて、第１の接合面２４が第２の封止層３３に集中的に荷重する力によって、酸化皮膜や汚れ等は、消失、変形や破壊等をすることで突き破られる。そして、清浄な金属表面が接することで共晶反応が進行する。
【００９２】
その結果、第１の接合面２４と第２の封止層３３とが接する面の全面で均一に共晶接合が始まる。そして、共晶接合した層（共晶接合層）が前記接する面から第１の接合面２４と第２の封止層３３の内側に拡がる。次に、第２の接合面２５が第２の封止層３３に押し圧されると、第２の接合面２５と第２の封止層３３との接合面で共晶接合が始まる。この際に、第２の接合面２５と第２の封止層３３との接合されるそれぞれの面に酸化皮膜や汚れ等があっても、第１の接合面２４と第２の封止層３３及び第２の接合面２５と第２の封止層３３との正常な（酸化皮膜や汚れ等がない）箇所で進行する共晶接合が、第１の封止層２３と第２の封止層３３との接合面の全面に拡がる。よって、第１の封止層２３と第２の封止層３３との接合面の全面に安定的に共晶接合層が形成される。
【００９３】
このようにして、本実施形態によれば、第１の封止層２３と第２の封止層３３とは安定的に共晶接合される。よって、共晶接合層の厚さがばらつくことや共晶接合が不十分であることが抑制され、容量ギャップ（機能部２と固定電極層３５との対向する面の間隔）のばらつきやボイド等による封止不良が防止された。
【００９４】
そして、図１１に示すように、第１の接合面２４が第２の接合面２５よりも第２の絶縁層３２側に位置すると共に、共晶接合層が第１の封止層２３と第２の封止層３３との全体に拡がって封止層６１が形成されて、第１の封止層２３と第２の封止層３３とが接合される。
【００９５】
本実施形態は、原理的に液相拡散を利用する共晶接合に対して述べたが、固相拡散を利用する拡散接合に対しても基本的に同様な現象が起こる。よって、本発明によれば、共晶接合及び拡散接合に対して、測定誤差が小さいと共に気密性に優れる高信頼性の物理量センサ１を提供することが可能である。
【００９６】
共晶接合及び拡散接合に関しては、集束イオンビーム（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）等によって断面加工し、この断面をエネルギー分散型Ｘ線分析（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）等で元素分布を計測することで確認される。そして、接合層領域で構成元素がほぼ一定の比率で分布する場合が共晶接合であり、接合面から互いに元素が拡散し合い元素濃度が変化する場合が拡散接合である。
【００９７】
上記のエネルギー分散型Ｘ線分析以外にも、オージェ電子分光法（Ａｕｇｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）や二次イオン質量分析法（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ−ｍｉｃｒｏｐｒｏｂｅ Ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）等による深さ方向元素分布分析によっても確認できる。
【００９８】
また、第１の封止層２３が第２の封止層３３に圧着される際に、圧着される領域の膜厚は潰れることで薄くなる。最初に第１の接合面２４が第２の封止層３３に押し圧されるが、次に第２の接合面２５が第２の封止層３３に押し圧される際は、押し圧される単位面積当りの力が小さくなり第３の潰れ量（潰れて薄くなる膜厚：図１１に示すＣ）が制限されて、そのばらつきが小さくなる。その結果、封止層６１の厚さばらつきが小さくなる。このように、第１の接合面２４と第２の接合面２５を設けることは、容量ギャップを設計値に制御するために好ましい方法であり、容量ギャップのばらつきを低減する。
【００９９】
図１１に示すように、第１の接合面２４と第２の接合面２５との接合面間の距離（図１１（ｂ）に示すＡ）が、第２の封止層３３の第１の潰れ量（図１１に示すＥ）より小さいことが好ましい。このような態様であれば、第１の接合面２４と第２の接合面２５とは、第２の封止層３３に埋め込まれた状態となり、第１の封止層２３と第２の封止層３３とが安定的に強固及び気密に接合される。
【０１００】
第１の接合面２４と第２の接合面２５との接合面間の距離（図１１（ｂ）に示すＡ）が、第１の封止層２３と第２の封止層３３との間に形成される共晶接合層の厚さより小さいことが確認されると、上述に説明した共晶接合のメカニズムが正常に進行したことを意味する。即ち、共晶接合層が第１の接合面２４と第２の接合面２５とに跨って形成されて、第１の封止層２３と第２の封止層３３との間に充分な共晶接合層が得られている。逆の場合には、第２の接合面２５の位置に共晶接合されていない領域があることを意味する。
【０１０１】
第１の接合面２４と第２の接合面２５との接合面間の距離（図１１（ｂ）に示すＡ）が２００ｎｍよりも大きい際には、第１の潰れ量（図１１に示すＥ）に対して前記接合面間の距離が大きくなり、第２の接合面２５が第２の封止層３３に埋め込まれないことがあり、第１の封止層２３と第２の封止層３３との間の接合が不安定となることがある。
【０１０２】
第１の接合面２４と第２の接合面２５との接合面間の距離（図１１（ｂ）に示すＡ）が１００ｎｍよりも小さい際には、第１の封止層２３と第２の封止層３３との互いに接合されるそれぞれの面にある酸化皮膜や汚れ等を突き破ることが不十分な段階で、第２の接合面２５が第２の封止層３３に接することがあるので、第１の封止層２３と第２の封止層３３との間の接合が不安定となる。
【０１０３】
第１の封止層２３と第２の封止層３３との接合面の面積、即ち、平面視で第１の封止層２３と第２の封止層３３が重なりあった領域の全面積に対して、第１の接合面２４の面積、即ち、例えば図５に示すように、第１の接合面２４を構成する複数の矩形パターンの面積の総和が１０％より小さいと、第１の接合面２４の面積が酸化皮膜や汚れ等が占める面積よりも小さいことがあり、前記酸化皮膜や前記汚れ等の一部に突き破られないで残る部分が発生することがある。
【０１０４】
第１の封止層２３と第２の封止層３３との接合面の面積に対して第１の接合面２４の面積が５０％より大きいと、第１の接合面２４を通して第２の封止層３３に集中的に荷重される単位面積当りの力が小さくなり、前記酸化皮膜や前記汚れ等が十分に突き破られないことがある。
【０１０５】
第１の接合面２４と第２の接合面２５との接合面間の距離、第１の潰れ量や第３の潰れ量等は、集束イオンビーム（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）等によって断面加工し、この断面のＳＩＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｉｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）像、走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）像、透過型電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）像等から計測することができる。
【０１０６】
ゲルマニウムあるいはゲルマニウム合金とアルミニウムあるいはアルミニウム合金とは共晶反応することは良く知られている。また、ゲルマニウムがアルミニウムより硬いので、ゲルマニウムを含む第１の封止層２３の方に第１の接合面２４と第２の接合面２５を設けて、第２の封止層３３に押し圧して、酸化皮膜や汚れ等を突き破ることにした。
【０１０７】
また、第１の接合面２４と第２の接合面２５とは対向する第２の封止層３３を容易に潰すことができるので、その表面にある前記酸化皮膜や前記汚れ等が容易に突き破られる。
【０１０８】
本実施形態の加速度センサは、機能部２と固定電極層３５との間に形成される静電容量によって加速度を検知している。よって、機能部２と固定電極層３５との間隔である容量ギャップがばらつくと、機能部２と固定電極層３５との間に形成される静電容量がばらつくことになる。その結果、出力される加速度、即ち、出力信号がばらつくことになり、容量ギャップを要因とする測定誤差が大きくなる。
【０１０９】
共晶接合が不十分のために気密性が損なわれると、そこをリークパスとして空気や水等が物理量センサ１の機能部２に浸入し、物理量センサ１の信頼性を低下させる問題がある。
【０１１０】
よって、本実施形態によれば、共晶接合層の厚さがばらつくこと、第１の潰れ量及び第２の潰れ量がばらつくことや共晶接合が不十分であることが抑制されることで、容量ギャップのばらつきや封止不良が防止され、測定誤差が小さいと共に気密性に優れる高信頼性の物理量センサ１を提供することが可能である。
【０１１１】
＜第２の実施形態＞
第１の実施形態では、センサ基板２０側の第１の封止層２３に第１の接合面２４と第２の接合面２５とを形成した。図１２、図１４（ａ）に示すように、第２の実施形態では、配線基板３０側の第２の封止層３３に第２の接合面２５より突出する第１の接合面２４と第２の接合面２５とを形成した。図１３に示すように、センサ基板２０には、第２の封止層３３に対向する位置に第１の封止層２３が形成されている。
【０１１２】
また、第２の実施形態では、第１の封止層２３はアルミニウムまたはアルミニウム合金を主成分とする金属膜であり、第２の封止層３３はゲルマニウムまたはゲルマニウム合金を主成分とする金属膜である。
【０１１３】
図１４（ｂ）に示すように、第１の接合面２４と第２の接合面２５との接合面間の距離（図１４（ｂ）に示すＦ）が、第１の封止層２３の第２の潰れ量（図１４（ｂ）に示すＧ）より小さいことが好ましい。このような態様であれば、第１の接合面２４と第２の接合面２５とは、第１の封止層２３に埋め込まれた状態となり、第１の封止層２３と第２の封止層３３とが安定的に強固及び気密に接合される。
【０１１４】
第１の接合面２４と第２の接合面２５との接合面間の距離や第２の潰れ量等は、集束イオンビーム等によって断面加工し、この断面のＳＩＭ像や走査型電子顕微鏡像等から計測することができる。
【０１１５】
上述した以外に関しては、第２の実施形態は、基本的に第１の実施形態と同じである。
【０１１６】
＜第３の実施形態＞
図１１に示すように、第１の実施形態では第１の枠体部５ａに段差を設けることで、第１の接合面２４と第２の接合面２５を形成した。第３の実施形態では、図１５に示すように、第１の封止層となる第１の金属層を形成した後に、第１の金属層の一部をレジスト層で覆い、ディープＲＩＥなどのイオンエッチング手段によって、第１の金属層に段差を設けることにより第１の接合面２４と第２の接合面２５を形成した。
【０１１７】
上述した以外に関しては、第３の実施形態は、基本的に第１の実施形態と同じである。
【符号の説明】
【０１１８】
１ 物理量センサ
２ 機能部
３ 可動部
４ 錘部
５ 枠体部
５ａ 第１の枠体部
５ｂ 第２の枠体部
６、７、８、９ 回動支持部
１０、１１、１２ アンカ部
２０ センサ基板
２１ 第１の基材
２２ 第１の絶縁層
２３ 第１の封止層
２４ 第１の接合面
２５ 第２の接合面
２８ 第５の接合面
３０ 配線基板
３１ 第２の基材
３２ 第２の絶縁層
３３ 第２の封止層
３５ 固定電極層
３６ 配線層
４０、４１、４２ 連結部
５０、５１、５２ 支持連結部
６１ 封止層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎ）基材を微細加工して形成される物理量センサに係り、特に、気密性に優れる物理量センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）層を備えるシリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎ）基材を微細加工することで、加速度センサ、衝撃センサ、圧力センサ、または振動型ジャイロ等の物理量センサが製作される。
【０００３】
この種の物理量センサにおいては、シリコン基材の一部で形成された物理量の変化を検知する可動部が中央部に設けられ、その周囲に前記可動部を囲むように枠体部が設けられる。
【０００４】
そして、この可動部が清浄な空間内で微細な距離で動作できるように、前記可動部の可動領域が、前記枠体部によって気密封止される。
【０００５】
そのため、特許文献１に開示される発明では、第１の基材と第２の基材との間に可動部を配置し、この可動部の周囲を囲むように枠体部が設けられる。そして、第１の基材と枠体部とが第１の絶縁層を介して接合され、枠体部の表面に第１の封止層が形成される。また、第２の基材の表面に第２の絶縁層が形成され、この第２の絶縁層の表面に第１の封止層に対向する位置に第２の封止層が形成される。
【０００６】
次に、第１の封止層と第２の封止層とを対向させて、所定の熱処理温度で圧接する。その結果、第１の封止層と第２の封止層とが共晶接合することで接合される。このようにして、可動部の可動領域は、枠体部によって気密封止される。
【０００７】
特許文献１に開示される発明では、第１の基材と第２の基材との間に可動部と固定電極とが対面するように配置され、第１の封止層と第２の封止層とが共晶接合される。また、可動部と固定電極との間に形成される静電容量の変化によって加速度等の物理量を検知している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特願２０１１−０１０９１９号
【特許文献２】国際公開ＷＯ２０１０／１４０４６８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に開示される発明では、第１の封層と第２の封層との互いに共晶接合されるそれぞれの面の酸化状態や汚れ等によって、共晶接合が不均一になることがあった。そのために、共晶接合層の厚さがばらつくことや共晶接合が不十分であることが、容量ギャップ（可動部と固定電極との間隔）のばらつきや封止不良の原因になっていた。尚、容量ギャップがばらつくと静電容量がばらつくことになり、その結果、出力信号である加速度等の物理量がばらつくために測定誤差が大きくなる。
【００１０】
よって、共晶接合層の厚さばらつき低減や安定的に共晶接合を形成することで、容量ギャップのばらつきや封止不良を低減することが必要であった。
【００１１】
本発明の目的は、このような課題を顧みてなされたものであり、測定誤差が小さいと共に気密性に優れる物理量センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１の基材と、第２の基材と、前記第１の基材と前記第２の基材との間に配置された可動部及び前記可動部の周囲を囲む枠体部を備える機能部と、前記可動部の変位を検出するための検知部と、を有して構成され、前記枠体部と前記第１の基材との間に第１の絶縁層を有し、前記枠体部が前記第２の基材と対向する面に枠状で形成された第１の封止層を有し、前記第２の基材の前記機能部と対向する面に第２の絶縁層を有し、前記第２の絶縁層の前記機能部と対向する面の前記第１の封止層と対向する位置に第２の封止層を有し、前記第１の封止層あるいは前記第２の封止層の一方に第１の接合面と第２の接合面とを有し、前記第１の接合面が前記第２の接合面よりも前記第１の封止層あるいは前記第２の封止層の他方に近く位置するように、前記第１の封止層と前記第２の封止層とが接合されてなることを特徴とする。
【００１３】
このような態様であれば、前記第１の封止層と前記第２の封止層との互いに接合されるそれぞれの面に酸化皮膜や汚れ等があっても、前記第１の接合面が前記酸化皮膜や前記汚れ等を突き破るので、前記第１の封止層と前記第２の封止層とが安定的に接合される。
【００１４】
その結果、容量ギャップのばらつきや封止不良を低減することができ、本発明によれば、測定誤差が小さいと共に気密性に優れる物理量センサを提供することが可能である。
【００１５】
前記第１の接合面が平面視で不連続な複数の接合面からなることが好ましい。
【００１６】
このような態様であれば、前記第１の封止層と前記第２の封止層とを接合する際に、この不連続な複数の接合面の間に形成される隙間から、酸化性ガス等の不要なガスを排出することができるので、前記第１の封止層と前記第２の封止層との接合面の酸化を抑制できる。よって、前記第１の封止層と前記第２の封止層との安定的な接合が容易になる。
【００１７】
前記第１の接合面が平面視で複数の多角形パターン、複数の円形パターンまたは複数の楕円形パターンの組み合わせからなることが好ましい。
【００１８】
このような態様であれば、前記第１の接合面を不連続な複数の接合面から構成することができる。
【００１９】
前記第１の接合面と前記第２の接合面との接合面間の距離が、前記第１の封止層と前記第２の封止層との間に形成される接合層の厚さより小さいことが好ましい。
【００２０】
このような態様であれば、前記接合層が前記第１の接合面と前記第２の接合面とに跨って形成されているので、前記第１の封止層と前記第２の封止層との間に充分な接合層が得られている。
【００２１】
前記第１の接合面と前記第２の接合面との接合面間の距離が、１００ｎｍから２００ｎｍであることが好ましい。このようにすることで前記第１の封止層と前記第２の封止層との接合面をより安定的に行うことが可能となる。
【００２２】
前記第１の接合面と前記第２の接合面との接合面間の距離及び前記第３の接合面と前記第４の接合面との接合面間の距離が１００ｎｍよりも小さい際には、第１の封止層と第２の封止層との互いに接合されるそれぞれの面にある酸化皮膜や汚れ等を突き破ることが不十分な段階で、前記第２の接合面が前記第２の封止層あるいは前記第１の封止層に接することがあるので、前記第１の封止層と前記第２の封止層との間の接合が不安定となる。
【００２３】
前記第１の接合面と前記第２の接合面との接合面間の距離が２００ｎｍよりも大きい際には、後述する第１の潰れ量と第２の潰れ量に対して前記接合面間の距離が大きくなり、前記第２の接合面が前記第１の封止層あるいは前記第２の封止層に埋め込まれないことがあり、前記第１の封止層と前記第２の封止層との間の接合が不安定となることがある。
【００２４】
前記第１の接合面と前記第２の接合面との接合面間の距離が、前記接合によって前記第２の封止層が圧縮される第１の潰れ量あるいは前記接合によって前記第１の封止層が圧縮される第２の潰れ量より小さいことが好ましい。
【００２５】
このような態様であれば、前記第１の接合面及び前記第２の接合面が、前記第１の封止層あるいは前記第２の封止層に埋め込まれた状態となり、前記第１の封止層と前記第２の封止層とが安定的に接合される。
【００２６】
前記第１の封止層と前記第２の封止層との接合面の面積に対して第１の接合面の面積が１０％から５０％であることが好ましい。
【００２７】
前記第１の封止層と前記第２の封止層との接合面の面積に対して前記第１の接合面の面積が１０％より小さいと、前記第１の接合面の面積が前記酸化皮膜や前記汚れ等の面積よりも小さいことがあり、前記酸化皮膜や前記汚れ等の一部に突き破られないで残る部分が発生することがある。
【００２８】
前記第１の封止層と前記第２の封止層との接合面の面積に対して前記第１の接合面の面積が５０％より大きいと、前記第１の接合面を通して前記第２の封止層に集中的に荷重される単位面積当りの力が小さくなり、前記酸化皮膜や前記汚れ等が十分に突き破られないことがある。
【００２９】
よって、前記第１の封止層と前記第２の封止層との接合面の面積に対して前記第１の接合面の面積を１０％から５０％にすることで、前記酸化皮膜や前記汚れ等が適切に突き破られるので、前記第１の封止層と前記第２の封止層とが安定的に接合される。
【００３０】
前記第１の接合面と前記第２の接合面を有する前記第１の封止層あるいは前記第２の封止層の一方がゲルマニウムを有して形成され、前記第１の封止層あるいは前記第２の封止層の他方がアルミニウムを有して形成されていることが好ましい。
【００３１】
このような態様であれば、前記第１の接合面と前記第２の接合面とがゲルマニウムで形成され、前記第１の接合面と前記第２の接合面とに対向する封止層がアルミニウムで形成される。前記接合の際に、ゲルマニウムはアルミニウムに比べて硬いので、前記第１の接合面と前記第２の接合面とは対向する封止層を容易に潰すことができるので、前記酸化皮膜や前記汚れ等が容易に突き破られる。よって、前記第１の封止層と前記第２の封止層とが安定的に接合される。
【００３２】
第１の基材と、第２の基材と、前記第１の基材と前記第２の基材との間に配置された可動部及び前記可動部の周囲を囲む枠体部を備える機能部と、前記可動部の変位を検出するための検知部と、から構成される物理量センサの製造方法であって、前記枠体部と前記第１の基材との間に第１の絶縁層を形成し、前記枠体部が前記第２の基材と対向する面に枠状で形成された第１の封止層を形成し、前記第１の封止層に第１の接合面と第２の接合面とを形成する工程と、前記第２の基材の前記機能部と対向する面に第２の絶縁層を形成し、前記第２の絶縁層の前記機能部と対向する面の前記第１の封止層と対向する位置に前記第１の封止層と接合する第２の封止層を設ける工程と、前記第１の接合面が前記第２の接合面よりも前記第２の絶縁層側に位置するように前記第１の封止層と前記第２の封止層とが接合されてなる工程と、を有することを特徴とする。
【００３３】
このような態様であれば、前記第１の封止層と前記第２の封止層との互いに接合されるそれぞれの面に酸化皮膜や汚れ等があっても、前記第１の接合面が前記酸化皮膜や前記汚れ等を突き破るので、前記第１の封止層と前記第２の封止層とは安定的に接合される。
【００３４】
その結果、容量ギャップのばらつきや封止不良を低減することができ、本発明によればは、測定誤差が小さいと共に気密性に優れる物理量センサを提供することが可能である。
【００３５】
第１の基材と、第２の基材と、前記第１の基材と前記第２の基材との間に配置された可動部及び前記可動部の周囲を囲む枠体部を備える機能部と、前記可動部の変位を検出するための検知部と、から構成される物理量センサの製造方法であって、前記枠体部と前記第１の基材との間に第１の絶縁層を形成し、前記枠体部が前記第２の基材と対向する面に枠状で形成された第１の封止層を形成する工程と、前記第２の基材の前記機能部と対向する面に第２の絶縁層を形成し、前記第２の絶縁層の前記機能部と対向する面の前記第１の封止層と対向する位置に前記第１の封止層と接合する第２の封止層を形成し、前記第２の封止層に第１の接合面と第２の接合面とを形成する工程と、前記第１の接合面が前記第２の接合面よりも前記第１の絶縁層側に位置するように前記第１の封止層と前記第２の封止層とが接合されてなる工程と、を有することを特徴とする。
【００３６】
このような態様であれば、前記第１の封止層と前記第２の封止層との互いに接合されるそれぞれの面に酸化皮膜や汚れ等があっても、前記第１の接合面が前記酸化皮膜や前記汚れ等を突き破るので、前記第１の封止層と前記第２の封止層とは安定的に接合される。
【００３７】
その結果、容量ギャップのばらつきや封止不良を低減することができ、本発明によればは、測定誤差が小さいと共に気密性に優れる物理量センサを提供することが可能である。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、測定誤差が小さいと共に気密性に優れる物理量センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】第１の実施形態における物理センサの平面略図である。
【図２】図１に示す物理量センサのＩＩ−ＩＩ線に沿って切断し矢印方向から見た部分断面略図である。
【図３】第１の実施形態の物理量センサが無重力下で静止している状態を示す斜視略図である。
【図４】第１の実施形態の物理量センサが動作している状態を示す斜視略図である。
【図５】図１に示す機能部の裏面状態を示す部分透視略図である。
【図６】図５に対向する電極基板側の部分透視略図である。
【図７】図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿って切断し矢印方向から見た部分断面略図である。
【図８】図５の第１の変形例である。
【図９】図５の第２の変形例である。
【図１０】第１の実施形態における物理量センサの製造工程説明図である。
【図１１】第１の実施形態における第１の封止層と第２の封止層の接合面の断面略図である。
【図１２】第２の実施形態である電極基板の表面状態を示す部分透視略図である。
【図１３】図１１に対向するセンサ基板側の部分透視略図である。
【図１４】第２の実施形態における第１の封止層と第２の封止層の接合面の断面略図である。
【図１５】第３の実施形態における第１の封止層と第２の封止層の接合面の断面略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
＜第１の実施形態＞
各図に示す物理量センサ１に関しては、Ｙ方向が左右方向であり、Ｙ１方向が左方向でＹ２方向が右方向、Ｘ方向が前後方向であり、Ｘ１方向が前方向でＸ２方向が後方向である。また、Ｘ方向とＹ方向の双方に直交する方向が上下方向（Ｚ方向；高さ方向）である。なお、各図面は、見やすくするために寸法を適宜異ならせて示している。
【００４１】
第１の実施形態では、物理量センサ１は加速度センサである。物理量センサ１は加速度センサに限定されるものではなく、衝撃センサ、圧力センサ、または振動型ジャイロ等も可能である。
【００４２】
図１に示す物理量センサ１は、例えば、長方形の平板である導電性の機能部（シリコン層）２を有して形成されている。即ち、機能部２に、各部分の形状に対応する平面形状のレジスト層を形成し、レジスト層が存在していない部分で、シリコン基材をディープＲＩＥ（ディープ・リアクティブ・イオン・エッチング）のエッチング工程で切断することで、各部分に分離している。したがって、物理量センサ１の機能部２に形成される各部分は、シリコン層の表面と裏面の厚みの範囲内で構成されている。物理量センサ１が無重力下で静止状態の際は、図３に示すように、可動部３は、表面全体と裏面全体とのそれぞれが同一面上に位置しており、表面及び裏面から突出する部分がない。なお、実際の物理量センサ１は地球上で使用されるため、地球の重力の影響で可動部３は静止状態であっても若干変位を生じている。
【００４３】
ただし、図１は第１の基材２１を透視して機能部２を第１の基材２１側から眺めた平面略図である。また、図３、図４は第１の基材２１、第２の基材３１及び枠体部５を省略している。
【００４４】
図１に示すように、物理量センサ１を構成する機能部２は、可動部３と、可動部３の周囲に第１の枠体部５ａを有している。
【００４５】
図１や図３に示すように、可動部３は、高さ方向（Ｚ）に平行に変位する錘部４と、錘部４の内側に設けられた回動支持部６、７、８、９を有して構成される。
【００４６】
図１に示すように、第１の回動支持部６は、前方向（Ｘ１）に延びる連結腕６ａと、後方向（Ｘ２）に延びる脚部６ｂとが一体に形成されている。また図１に示すように第２の回動支持部７は、後方向（Ｘ２）に延びる連結腕７ａと、前方向（Ｘ１）に延びる脚部７ｂとが一体に形成されている。
【００４７】
また、可動部３の内側には、中央アンカ部１０、左側アンカ部１１及び右側アンカ部１２が設けられている。各アンカ部１０〜１２は、左右方向（Ｙ）に所定の間隔を空けて設けられる。中央アンカ部１０、左側アンカ部１１及び右側アンカ部１２の前後方向（Ｘ）の幅寸法は略同一である。
【００４８】
連結腕６ａ、７ａ及び脚部６ｂ、７ｂは各アンカ部１０〜１２から離れる方向であって、前後方向（Ｘ１−Ｘ２方向）に平行に所定の幅寸法にて延出する形状で形成されている。
【００４９】
各アンカ部１０〜１２は、図２（図２は図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿って切断し矢印方向から見た部分断面図である。ただし図２には中央アンカ部１０のみが図示されている。）に示すように、第１の基材２１に酸化絶縁層である第１の絶縁層２２を介して固定支持される。
【００５０】
また、可動部３の周囲に設けられる第１の枠体部５ａは、第１の基材２１に酸化絶縁層である第１の絶縁層２２を介して固定支持される。
【００５１】
図１に示すように、第１の回動支持部６の連結腕６ａの先端部と錘部４とが連結部４０ａによって回動自在に連結されており、第２の回動支持部７の連結腕７ａの先端部と錘部４とが連結部４０ｂによって回動自在に連結されている。
【００５２】
第１の回動支持部６の連結腕６ａは、左側アンカ部１１と支持連結部５０ｂ及び中央アンカ部１０と支持連結部５０ａによって回動自在に連結されている。第２の回動支持部７の連結腕７ａは、右側アンカ部１２と支持連結部５１ｂ及び中央アンカ部１０と支持連結部５１ａによって回動自在に連結されている。
【００５３】
左側アンカ部１１の後方向（Ｘ２）に、錘部４及び左側アンカ部１１と分離して形成される第３の回動支持部８が設けられ、右側アンカ部１２の前方向（Ｘ１）に、錘部４及び右側アンカ部１２と分離して形成される第４の回動支持部９が設けられている。
【００５４】
第３の回動支持部８の先端部と錘部４とは、連結部４１ａによって回動自在に連結されている。また、第４の回動支持部９の先端部と錘部４とは、連結部４１ｂによって回動自在に連結されている。
【００５５】
第３の回動支持部８と左側アンカ部１１とは、支持連結部５２ａによって回動自在に連結されている。また、第４の回動支持部９と右側アンカ部１２とは、支持連結部５２ｂによって回動自在に連結されている。
【００５６】
第１の回動支持部６の連結腕６ａと第３の回動支持部８との間が、連結部４２ａを介して連結されている。また、第２の回動支持部７の連結腕７ａと第４の回動支持部９との間が、連結部４２ｂを介して連結されている。
【００５７】
各連結部４０ａ、４０ｂ、４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ及び各支持連結部５０ａ、５０ｂ、５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂは、シリコン層をエッチングによって薄い板状に切り出すことで、ばね性を有するトーションバー（ばね部）で構成される。
【００５８】
導電性の第１の基材２１は、例えばシリコン基板である。第１の絶縁層２２は、回動支持部６〜９及び錘部４に対向する位置には設けられていない。ただし、図２には、第１の回動支持部６の脚部６ｂ、第２の回動支持部７の脚部７ｂ、及び錘部４のみが図示されている。機能部２は、可動部３、アンカ部１０〜１２、及び第１の枠体部５ａから構成され、例えばＳＯＩ層である。そして、センサ基板２０は、第１の基材２１、機能部２、及び第１の絶縁層２２から構成される。
【００５９】
ただし、可動部３は、錘部４、回動支持部６〜９、連結部４０〜４２、及び支持連結部５０〜５２から構成される。
【００６０】
図２に示すように、物理量センサ１には、可動部３と高さ方向（Ｚ）に離れた一方に第１の基材２１と他方に導電性の第２の基材３１が設けられている。配線基板３０は、第２の基材３１の第１の基材２１に対向する面に、第２の絶縁層３２が形成され、第２の絶縁層３２の表面に固定電極層３５が形成されて構成される。固定電極層３５は、第２の絶縁層３２の表面に導電性金属材料をスパッタし、またはメッキすることで形成される。そして、固定電極層３５と可動部３、錘部４及び枠体部５とが共に検知部を構成する。
【００６１】
各アンカ部１０〜１２（中央アンカ部１０のみ図示）と配線基板３０とは金属の接合層６０により共晶接合されている。第２の絶縁層３２の内部には配線層３６が形成されている。配線層３６は、接合層６０と電気的に接続されると共に、図示していないが第２の絶縁層３２の内部を通って外部に引き出されている。
【００６２】
センサ基板２０側の第１の枠体部５ａと配線基板３０側の第２の枠体部５ｂとの間が金属の封止層６１により共晶接合されている。
【００６３】
本実施形態では、接合層６０及び封止層６１は共晶接合としたが、これに限定されるものではなく、拡散接合も可能である。
【００６４】
物理量センサ１は、無重力下で外部から力（加速度等）が作用していない際は、それぞれの支持連結部５０〜５２及び連結部４０〜４２に設けられたトーションバー（ばね部）の弾性復元力により、図３に示すように、全ての部分の表面が同一平面となった状態を維持している。尚、物理量センサ１を実際に使用する際は、地球の重力の影響で若干変位している。
【００６５】
物理量センサ１に外部から例えば加速度が与えられると、加速度は回動支持部６〜９、錘部４、アンカ部１０〜１２等に作用する。この際、それぞれの構成部材の質量の大小に起因する慣性力の差によって、それぞれの構成部材は相対的に移動する。その結果、第１の基材２１と第２の基材３１に連結されたアンカ部１０〜１２が絶対空間に留まろうとし、錘部４は加速度の作用方向へ相対的に移動する。そのため、錘部４は加速度により図３の静止状態の位置から高さ方向へ向けて変位すべく、第１の回動支持部６が支持連結部５０ａ、５０ｂを中心に高さ方向に回動し、第２の回動支持部７が支持連結部５１ａ、５１ｂを中心して高さ方向に回動し、第３の回動支持部８が支持連結部５２ａを中心として高さ方向に回動し、第４の回動支持部９が支持連結部５２ｂを中心として高さ方向に回動する。その結果、図４に示すように各構成部材は変位する。（ただし、図４には構成部材の一部のみが図示されている。）この回動動作時、各連結部４０〜４２及び支持連結部５０〜５２に設けられるトーションバーは捩れ変形する。
【００６６】
図５は、図１に示す機能部２の裏面状態を示す部分透視図である。ただし、図５には図１に示す可動部３やアンカ部１０〜１２の構造は図示していない。また図６は、図５に対向する配線基板３０側の部分透視略図であり、配線基板３０の表面状態を示す部分透視略図である。ただし図２に示す固定電極層３５やアンカ部１０〜１２と対向する位置に設けられる第２の絶縁層３２の突起部１０ｂ〜１２ｂや突起部１０ｂ〜１２ｂ表面の金属層については図示していない。
【００６７】
また、図７は、図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿って切断し矢印方向から見た部分断面略図である。
【００６８】
図５、図２に示すように、センサ基板２０側の第１の枠体部５ａの裏面（配線基板３０との対向面）には、可動部３の周囲を囲むように枠状パターンの第１の封止層２３が形成されている。そして、図５、図７に示すように、第１の封止層２３には第２の接合面２５の内側に不連続な第１の接合面２４が形成されている。また、第１の接合面２４は、第２の接合面２５よりも配線基板３０側に突出して形成されている。この突出した量は、第１の接合面２４と第２の接合面２５との接合面間の距離（図７に示すＡ）である。
【００６９】
第１の封止層２３は、ゲルマニウムまたはゲルマニウム合金を有して形成され、スパッタ等により形成することができる。
【００７０】
図６、図２に示すように、配線基板３０側には第１の枠体部５ａに対向する位置に第２の枠体部５ｂが形成され、第２の枠体部５ｂの表面（センサ基板２０との対向面）に第２の封止層３３が形成されている。
【００７１】
第２の封止層３３は、アルミニウムまたはアルミニウム合金を有して形成され、スパッタ等により形成することができる。
【００７２】
第１の封止層２３と第２の封止層３３とは共晶接合されて、図２に示す封止層６１が形成される。
【００７３】
図８、図９は、図５の変形例である。図５に示す複数の矩形パターンからなる第１の接合面２４が、図８では複数の楕円パターン、図９では複数の２重に配置された矩形パターンに変形されている。
【００７４】
図１０は、物理量センサ１の製造方法を示す工程図である。各図は、製造工程中の部分断面図である。
【００７５】
図１０（ａ）に示す工程で、センサ基板２０を形成する。センサ基板２０は、２枚のシリコン基板がシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）を介して接合されたシリコン基材を加工して得られる。シリコン基材の一方の表面に、可動部３、アンカ部１０〜１２、及び第１の枠体部５ａのそれぞれの形状に対応する平面形状のレジスト層を形成し、レジスト層から露出しているシリコン基材の部分を、ディープＲＩＥなどのイオンエッチング手段で除去し、可動部３、アンカ部１０〜１２、及び第１の枠体部５ａを互いに分離する。ただし、左側アンカ部１１及び右側アンカ部１２は図示していない。
【００７６】
このとき、図示していないが、イオンエッチング手段にて可動部３に多数の微細孔を形成しておく。そして、シリコンを溶解せずシリコン酸化膜を溶解できる選択性の等方性エッチング処理を行う。この際、エッチングガスまたはエッチング液は、分離した溝内に浸透し、さらに微細孔から浸透して、シリコン酸化膜を除去する。
【００７７】
その結果、アンカ部１０〜１２及び第１の枠体部５ａと第１の基材２１との間のみに第１の絶縁層２２が残され、可動部３と第１の基材２１との間の第１の絶縁層２２は除去される。
【００７８】
第１の基材２１の厚さ寸法は０．２〜０．７ｍｍ程度、可動部３、アンカ部１０〜１２及び第１の枠体部５ａから構成される機能部２の厚さ寸法は１０〜３０μｍ程度、第１の絶縁層２２の厚さ寸法は１〜３μｍ程度である。
【００７９】
続いて機能部２の配線基板３０に対向する面に、第１の枠体部５ａの第１の接合面２４とアンカ部１０〜１２の第５の接合面２８とに相当する領域を覆うようにレジスト層を形成し、ディープＲＩＥなどのイオンエッチング手段によってシリコン層を除去して、第１の枠体部５ａとアンカ部１０〜１２との裏面（配線基板３０との対向面）にそれぞれ突出する接合面を形成する。
【００８０】
続いて第１の金属層をスパッタ等で形成する。そして、第１の金属層をレジスト層で覆い、ディープＲＩＥなどのイオンエッチング手段によって第１の枠体部５ａとアンカ部１０〜１２との裏面以外の第１の金属層を除去する。同時にシリコン層もエッチングし第１の枠体部５ａとアンカ部１０〜１２とを突起状構造に加工する。このようにして、第１の枠体部５ａの裏面に第１の封止層２３が形成され、第１の封止層２３は第２の接合面２５と突出する第１の接合面２４とを有するように形成される。
【００８１】
第１の金属層は、ゲルマニウムまたはゲルマニウム合金を主成分とする金属膜である。
【００８２】
図１０（ｂ）に示す工程で、配線基板３０を形成する。配線基板３０を構成する導電性の第２の基材３１の表面に第２の絶縁層３２を形成し、第２の絶縁層３２の表面に第２の枠体部５ｂ、アンカ部１０〜１２に対向する位置に突起部１０ｂ〜１２ｂをエッチングにより形成する。第２の基材３１は、厚さ寸法が０．２〜０．７ｍｍ程度のシリコン基板である。第２の絶縁層３２は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）、シリコンナイトライト膜（Ｓｉ３Ｎ４）、またはアルミナ膜（Ａｌ２Ｏ３）等であり、スパッタやＣＶＤ等で形成される。ただし、突起部１１ｂ、１２ｂは図示していない。
【００８３】
続いて第２の絶縁層３２の表面に第２の金属層をスパッタ等で形成する。そして、第２の金属層をレジスト層で覆い、ディープＲＩＥなどのイオンエッチング手段によって、第２の枠体部５ｂ及び突起部１０ｂ〜１２ｂの表面や固定電極層３５以外の第２の金属層が除去される。そして、第２の枠体部５ｂの表面に第２の封止層３３が形成される。
【００８４】
第２の金属層は、アルミニウムまたはアルミニウム合金を主成分とする金属膜である。
【００８５】
上述のように製造されたセンサ基板２０と配線基板３０とは、互いに対向させて位置調整をした状態で真空容器に挿入し、真空引きしながら所定の温度（およそ４３０℃）まで加熱され圧着される。これにより、図１０（ｃ）に示す工程で、第１の枠体部５ａの裏面に形成された第１の封止層２３と第２の枠体部５ｂの表面に形成された第２の封止層３３とが共晶接合して封止層６１が形成される。これにより、センサ基板２０と配線基板３０とが、第１の枠体部５ａ、第２の枠体部５ｂ、及び封止層６１を含む枠体部５によって気密に封止される。
【００８６】
本実施形態では、ゲルマニウムとアルミニウムとの共晶点（４２４℃）より高い温度である４３０℃付近まで加熱している。
【００８７】
この共晶接合では、接合面に生じる共晶反応を利用して原子を相互に拡散させて接合するので、第１の封止層２３と第２の封止層３３とのそれぞれの融点より低い温度で、塑性変形ができるだけ生じない程度に加圧して接合することができる。よって、接合面の残留応力を低減できるので、接合面の気密性劣化を抑制できる。また、接合時の温度を下げることができるので、接合面の酸化を抑制し封止不良を低減できる。
【００８８】
また、真空容器内での真空引きの際に、第１の接合面２４が不連続な複数の接合面で形成されていると、第１の封止層２３と第２の封止層３３とを接した状態で、不連続な複数の接合面の間に形成される隙間から、始めに物理量センサ１の内部から酸化性ガスである空気等を排出し、所定の温度までの昇温時に脱ガス（昇温により生じる）を排出することができる。よって、所定の温度まで加熱される際に、第１の封止層２３と第２の封止層３３との接合されるそれぞれの面の酸化を抑制することができる。
【００８９】
第１の封止層２３と第２の封止層３３との金属材料の主成分の組み合わせとして、互いに共晶接合することにより、アルミニウムと亜鉛、アルミニウムとマグネシウム、金とシリコン、金とインジウム、金とゲルマニウム、金と錫も可能である。
【００９０】
第１の封止層２３は、段差的に形成された第１の接合面２４と第２の接合面２５を有しており、第１の接合面２４が第２の接合面２５より突出して形成されている。そのため、センサ基板２０を配線基板３０に押し圧する際に、突出した第１の接合面２４が対向する第２の封止層３３に最初に押し圧される。そのため、加圧される力は、第１の接合面２４の面を通して集中的に荷重されるので、第１の接合面２４と第２の封止層３３との接合されるそれぞれの面にある酸化皮膜や汚れ等が突き破られ易くなる。
【００９１】
加熱に加えて、第１の接合面２４が第２の封止層３３に集中的に荷重する力によって、酸化皮膜や汚れ等は、消失、変形や破壊等をすることで突き破られる。そして、清浄な金属表面が接することで共晶反応が進行する。
【００９２】
その結果、第１の接合面２４と第２の封止層３３とが接する面の全面で均一に共晶接合が始まる。そして、共晶接合した層（共晶接合層）が前記接する面から第１の接合面２４と第２の封止層３３の内側に拡がる。次に、第２の接合面２５が第２の封止層３３に押し圧されると、第２の接合面２５と第２の封止層３３との接合面で共晶接合が始まる。この際に、第２の接合面２５と第２の封止層３３との接合されるそれぞれの面に酸化皮膜や汚れ等があっても、第１の接合面２４と第２の封止層３３及び第２の接合面２５と第２の封止層３３との正常な（酸化皮膜や汚れ等がない）箇所で進行する共晶接合が、第１の封止層２３と第２の封止層３３との接合面の全面に拡がる。よって、第１の封止層２３と第２の封止層３３との接合面の全面に安定的に共晶接合層が形成される。
【００９３】
このようにして、本実施形態によれば、第１の封止層２３と第２の封止層３３とは安定的に共晶接合される。よって、共晶接合層の厚さがばらつくことや共晶接合が不十分であることが抑制され、容量ギャップ（機能部２と固定電極層３５との対向する面の間隔）のばらつきやボイド等による封止不良が防止された。
【００９４】
そして、図１１に示すように、第１の接合面２４が第２の接合面２５よりも第２の絶縁層３２側に位置すると共に、共晶接合層が第１の封止層２３と第２の封止層３３との全体に拡がって封止層６１が形成されて、第１の封止層２３と第２の封止層３３とが接合される。
【００９５】
本実施形態は、原理的に液相拡散を利用する共晶接合に対して述べたが、固相拡散を利用する拡散接合に対しても基本的に同様な現象が起こる。よって、本発明によれば、共晶接合及び拡散接合に対して、測定誤差が小さいと共に気密性に優れる高信頼性の物理量センサ１を提供することが可能である。
【００９６】
共晶接合及び拡散接合に関しては、集束イオンビーム（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）等によって断面加工し、この断面をエネルギー分散型Ｘ線分析（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）等で元素分布を計測することで確認される。そして、接合層領域で構成元素がほぼ一定の比率で分布する場合が共晶接合であり、接合面から互いに元素が拡散し合い元素濃度が変化する場合が拡散接合である。
【００９７】
上記のエネルギー分散型Ｘ線分析以外にも、オージェ電子分光法（Ａｕｇｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）や二次イオン質量分析法（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ−ｍｉｃｒｏｐｒｏｂｅ Ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）等による深さ方向元素分布分析によっても確認できる。
【００９８】
また、第１の封止層２３が第２の封止層３３に圧着される際に、圧着される領域の膜厚は潰れることで薄くなる。最初に第１の接合面２４が第２の封止層３３に押し圧されるが、次に第２の接合面２５が第２の封止層３３に押し圧される際は、押し圧される単位面積当りの力が小さくなり第３の潰れ量（潰れて薄くなる膜厚：図１１に示すＣ）が制限されて、そのばらつきが小さくなる。その結果、封止層６１の厚さばらつきが小さくなる。このように、第１の接合面２４と第２の接合面２５を設けることは、容量ギャップを設計値に制御するために好ましい方法であり、容量ギャップのばらつきを低減する。
【００９９】
図１１に示すように、第１の接合面２４と第２の接合面２５との接合面間の距離（図１１（ｂ）に示すＡ）が、第２の封止層３３の第１の潰れ量（図１１に示すＥ）より小さいことが好ましい。このような態様であれば、第１の接合面２４と第２の接合面２５とは、第２の封止層３３に埋め込まれた状態となり、第１の封止層２３と第２の封止層３３とが安定的に強固及び気密に接合される。
【０１００】
第１の接合面２４と第２の接合面２５との接合面間の距離（図１１（ｂ）に示すＡ）が、第１の封止層２３と第２の封止層３３との間に形成される共晶接合層の厚さより小さいことが確認されると、上述に説明した共晶接合のメカニズムが正常に進行したことを意味する。即ち、共晶接合層が第１の接合面２４と第２の接合面２５とに跨って形成されて、第１の封止層２３と第２の封止層３３との間に充分な共晶接合層が得られている。逆の場合には、第２の接合面２５の位置に共晶接合されていない領域があることを意味する。
【０１０１】
第１の接合面２４と第２の接合面２５との接合面間の距離（図１１（ｂ）に示すＡ）が２００ｎｍよりも大きい際には、第１の潰れ量（図１１に示すＥ）に対して前記接合面間の距離が大きくなり、第２の接合面２５が第２の封止層３３に埋め込まれないことがあり、第１の封止層２３と第２の封止層３３との間の接合が不安定となることがある。
【０１０２】
第１の接合面２４と第２の接合面２５との接合面間の距離（図１１（ｂ）に示すＡ）が１００ｎｍよりも小さい際には、第１の封止層２３と第２の封止層３３との互いに接合されるそれぞれの面にある酸化皮膜や汚れ等を突き破ることが不十分な段階で、第２の接合面２５が第２の封止層３３に接することがあるので、第１の封止層２３と第２の封止層３３との間の接合が不安定となる。
【０１０３】
第１の封止層２３と第２の封止層３３との接合面の面積、即ち、平面視で第１の封止層２３と第２の封止層３３が重なりあった領域の全面積に対して、第１の接合面２４の面積、即ち、例えば図５に示すように、第１の接合面２４を構成する複数の矩形パターンの面積の総和が１０％より小さいと、第１の接合面２４の面積が酸化皮膜や汚れ等が占める面積よりも小さいことがあり、前記酸化皮膜や前記汚れ等の一部に突き破られないで残る部分が発生することがある。
【０１０４】
第１の封止層２３と第２の封止層３３との接合面の面積に対して第１の接合面２４の面積が５０％より大きいと、第１の接合面２４を通して第２の封止層３３に集中的に荷重される単位面積当りの力が小さくなり、前記酸化皮膜や前記汚れ等が十分に突き破られないことがある。
【０１０５】
第１の接合面２４と第２の接合面２５との接合面間の距離、第１の潰れ量や第３の潰れ量等は、集束イオンビーム（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）等によって断面加工し、この断面のＳＩＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｉｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）像、走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）像、透過型電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）像等から計測することができる。
【０１０６】
ゲルマニウムあるいはゲルマニウム合金とアルミニウムあるいはアルミニウム合金とは共晶反応することは良く知られている。また、ゲルマニウムがアルミニウムより硬いので、ゲルマニウムを含む第１の封止層２３の方に第１の接合面２４と第２の接合面２５を設けて、第２の封止層３３に押し圧して、酸化皮膜や汚れ等を突き破ることにした。
【０１０７】
また、第１の接合面２４と第２の接合面２５とは対向する第２の封止層３３を容易に潰すことができるので、その表面にある前記酸化皮膜や前記汚れ等が容易に突き破られる。
【０１０８】
本実施形態の加速度センサは、機能部２と固定電極層３５との間に形成される静電容量によって加速度を検知している。よって、機能部２と固定電極層３５との間隔である容量ギャップがばらつくと、機能部２と固定電極層３５との間に形成される静電容量がばらつくことになる。その結果、出力される加速度、即ち、出力信号がばらつくことになり、容量ギャップを要因とする測定誤差が大きくなる。
【０１０９】
共晶接合が不十分のために気密性が損なわれると、そこをリークパスとして空気や水等が物理量センサ１の機能部２に浸入し、物理量センサ１の信頼性を低下させる問題がある。
【０１１０】
よって、本実施形態によれば、共晶接合層の厚さがばらつくこと、第１の潰れ量及び第２の潰れ量がばらつくことや共晶接合が不十分であることが抑制されることで、容量ギャップのばらつきや封止不良が防止され、測定誤差が小さいと共に気密性に優れる高信頼性の物理量センサ１を提供することが可能である。
【０１１１】
＜第２の実施形態＞
第１の実施形態では、センサ基板２０側の第１の封止層２３に第１の接合面２４と第２の接合面２５とを形成した。図１２、図１４（ａ）に示すように、第２の実施形態では、配線基板３０側の第２の封止層３３に第２の接合面２５より突出する第１の接合面２４と第２の接合面２５とを形成した。図１３に示すように、センサ基板２０には、第２の封止層３３に対向する位置に第１の封止層２３が形成されている。
【０１１２】
また、第２の実施形態では、第１の封止層２３はアルミニウムまたはアルミニウム合金を主成分とする金属膜であり、第２の封止層３３はゲルマニウムまたはゲルマニウム合金を主成分とする金属膜である。
【０１１３】
図１４（ｂ）に示すように、第１の接合面２４と第２の接合面２５との接合面間の距離（図１４（ｂ）に示すＦ）が、第１の封止層２３の第２の潰れ量（図１４（ｂ）に示すＧ）より小さいことが好ましい。このような態様であれば、第１の接合面２４と第２の接合面２５とは、第１の封止層２３に埋め込まれた状態となり、第１の封止層２３と第２の封止層３３とが安定的に強固及び気密に接合される。
【０１１４】
第１の接合面２４と第２の接合面２５との接合面間の距離や第２の潰れ量等は、集束イオンビーム等によって断面加工し、この断面のＳＩＭ像や走査型電子顕微鏡像等から計測することができる。
【０１１５】
上述した以外に関しては、第２の実施形態は、基本的に第１の実施形態と同じである。
【０１１６】
＜第３の実施形態＞
図１１に示すように、第１の実施形態では第１の枠体部５ａに段差を設けることで、第１の接合面２４と第２の接合面２５を形成した。第３の実施形態では、図１５に示すように、第１の封止層となる第１の金属層を形成した後に、第１の金属層の一部をレジスト層で覆い、ディープＲＩＥなどのイオンエッチング手段によって、第１の金属層に段差を設けることにより第１の接合面２４と第２の接合面２５を形成した。
【０１１７】
上述した以外に関しては、第３の実施形態は、基本的に第１の実施形態と同じである。
【符号の説明】
【０１１８】
１ 物理量センサ
２ 機能部
３ 可動部
４ 錘部
５ 枠体部
５ａ 第１の枠体部
５ｂ 第２の枠体部
６、７、８、９ 回動支持部
１０、１１、１２ アンカ部
２０ センサ基板
２１ 第１の基材
２２ 第１の絶縁層
２３ 第１の封止層
２４ 第１の接合面
２５ 第２の接合面
２８ 第５の接合面
３０ 配線基板
３１ 第２の基材
３２ 第２の絶縁層
３３ 第２の封止層
３５ 固定電極層
３６ 配線層
４０、４１、４２ 連結部
５０、５１、５２ 支持連結部
６１ 封止層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基材と、第２の基材と、前記第１の基材と前記第２の基材との間に配置された可動部及び前記可動部の周囲を囲む枠体部を備える機能部と、前記可動部の変位を検出するための検知部と、を有して構成され、
前記枠体部と前記第１の基材との間に第１の絶縁層を有し、
前記枠体部が前記第２の基材と対向する面に枠状で形成された第１の封止層を有し、
前記第２の基材の前記機能部と対向する面に第２の絶縁層を有し、
前記第２の絶縁層の前記機能部と対向する面の前記第１の封止層と対向する位置に第２の封止層を有し、
前記第１の封止層あるいは前記第２の封止層の一方に第１の接合面と第２の接合面とを有し、前記第１の接合面が前記第２の接合面よりも前記第１の封止層あるいは前記第２の封止層の他方に近く位置するように、前記第１の封止層と前記第２の封止層とが接合されてなることを特徴とする物理量センサ。
【請求項２】
前記第１の接合面が平面視で不連続な複数の接合面からなることを特徴とする請求項１に記載の物理量センサ。
【請求項３】
前記第１の接合面が平面視で複数の多角形パターン、複数の円形パターンまたは複数の楕円形パターンの組み合わせからなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の物理量センサ。
【請求項４】
前記第１の接合面と前記第２の接合面との接合面間の距離が、前記第１の封止層と前記第２の封止層との間に形成される接合層の厚さより小さいことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の物理量センサ。
【請求項５】
前記第１の接合面と前記第２の接合面との接合面間の距離が、１００ｎｍから２００ｎｍであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の物理量センサ。
【請求項６】
前記第１の接合面と前記第２の接合面との接合面間の距離が、前記接合によって前記第２の封止層が圧縮される第１の潰れ量あるいは前記接合によって前記第１の封止層が圧縮される第２の潰れ量より小さいことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の物理量センサ。
【請求項７】
前記第１の封止層と前記第２の封止層との接合面の面積に対して第１の接合面の面積が１０％から５０％であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の物理量センサ。
【請求項８】
前記第１の接合面と前記第２の接合面を有する前記第１の封止層あるいは前記第２の封止層の一方がゲルマニウムを有して形成され、前記第１の封止層あるいは前記第２の封止層の他方がアルミニウムを有して形成されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の物理量センサ。
【請求項９】
第１の基材と、第２の基材と、前記第１の基材と前記第２の基材との間に配置された可動部及び前記可動部の周囲を囲む枠体部を備える機能部と、前記可動部の変位を検出するための検知部と、から構成される物理量センサの製造方法であって、
前記枠体部と前記第１の基材との間に第１の絶縁層を形成し、前記枠体部が前記第２の基材と対向する面に枠状で形成された第１の封止層を形成し、前記第１の封止層に第１の接合面と第２の接合面とを形成する工程と、
前記第２の基材の前記機能部と対向する面に第２の絶縁層を形成し、前記第２の絶縁層の前記機能部と対向する面の前記第１の封止層と対向する位置に前記第１の封止層と接合する第２の封止層を設ける工程と、
前記第１の接合面が前記第２の接合面よりも前記第２の絶縁層側に位置するように前記第１の封止層と前記第２の封止層とが接合されてなる工程と、
を有することを特徴とする物理量センサの製造方法。
【請求項１０】
第１の基材と、第２の基材と、前記第１の基材と前記第２の基材との間に配置された可動部及び前記可動部の周囲を囲む枠体部を備える機能部と、前記可動部の変位を検出するための検知部と、から構成される物理量センサの製造方法であって、
前記枠体部と前記第１の基材との間に第１の絶縁層を形成し、前記枠体部が前記第２の基材と対向する面に枠状で形成された第１の封止層を形成する工程と、
前記第２の基材の前記機能部と対向する面に第２の絶縁層を形成し、前記第２の絶縁層の前記機能部と対向する面の前記第１の封止層と対向する位置に前記第１の封止層と接合する第２の封止層を形成し、前記第２の封止層に第１の接合面と第２の接合面とを形成する工程と、
前記第１の接合面が前記第２の接合面よりも前記第１の絶縁層側に位置するように前記第１の封止層と前記第２の封止層とが接合されてなる工程と、
を有することを特徴とする物理量センサの製造方法。
【請求項１】
第１の基材と、第２の基材と、前記第１の基材と前記第２の基材との間に配置された可動部及び前記可動部の周囲を囲む枠体部を備える機能部と、前記可動部の変位を検出するための検知部と、を有して構成され、
前記枠体部と前記第１の基材との間に第１の絶縁層を有し、
前記枠体部が前記第２の基材と対向する面に枠状で形成された第１の封止層を有し、
前記第２の基材の前記機能部と対向する面に第２の絶縁層を有し、
前記第２の絶縁層の前記機能部と対向する面の前記第１の封止層と対向する位置に第２の封止層を有し、
前記第１の封止層あるいは前記第２の封止層の一方に第１の接合面と第２の接合面とを有し、前記第１の接合面が前記第２の接合面よりも前記第１の封止層あるいは前記第２の封止層の他方に近く位置するように、前記第１の封止層と前記第２の封止層とが接合されてなることを特徴とする物理量センサ。
【請求項２】
前記第１の接合面が平面視で不連続な複数の接合面からなることを特徴とする請求項１に記載の物理量センサ。
【請求項３】
前記第１の接合面が平面視で複数の多角形パターン、複数の円形パターンまたは複数の楕円形パターンの組み合わせからなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の物理量センサ。
【請求項４】
前記第１の接合面と前記第２の接合面との接合面間の距離が、前記第１の封止層と前記第２の封止層との間に形成される接合層の厚さより小さいことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の物理量センサ。
【請求項５】
前記第１の接合面と前記第２の接合面との接合面間の距離が、１００ｎｍから２００ｎｍであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の物理量センサ。
【請求項６】
前記第１の接合面と前記第２の接合面との接合面間の距離が、前記接合によって前記第２の封止層が圧縮される第１の潰れ量あるいは前記接合によって前記第１の封止層が圧縮される第２の潰れ量より小さいことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の物理量センサ。
【請求項７】
前記第１の封止層と前記第２の封止層との接合面の面積に対して第１の接合面の面積が１０％から５０％であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の物理量センサ。
【請求項８】
前記第１の接合面と前記第２の接合面を有する前記第１の封止層あるいは前記第２の封止層の一方がゲルマニウムを有して形成され、前記第１の封止層あるいは前記第２の封止層の他方がアルミニウムを有して形成されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の物理量センサ。
【請求項９】
第１の基材と、第２の基材と、前記第１の基材と前記第２の基材との間に配置された可動部及び前記可動部の周囲を囲む枠体部を備える機能部と、前記可動部の変位を検出するための検知部と、から構成される物理量センサの製造方法であって、
前記枠体部と前記第１の基材との間に第１の絶縁層を形成し、前記枠体部が前記第２の基材と対向する面に枠状で形成された第１の封止層を形成し、前記第１の封止層に第１の接合面と第２の接合面とを形成する工程と、
前記第２の基材の前記機能部と対向する面に第２の絶縁層を形成し、前記第２の絶縁層の前記機能部と対向する面の前記第１の封止層と対向する位置に前記第１の封止層と接合する第２の封止層を設ける工程と、
前記第１の接合面が前記第２の接合面よりも前記第２の絶縁層側に位置するように前記第１の封止層と前記第２の封止層とが接合されてなる工程と、
を有することを特徴とする物理量センサの製造方法。
【請求項１０】
第１の基材と、第２の基材と、前記第１の基材と前記第２の基材との間に配置された可動部及び前記可動部の周囲を囲む枠体部を備える機能部と、前記可動部の変位を検出するための検知部と、から構成される物理量センサの製造方法であって、
前記枠体部と前記第１の基材との間に第１の絶縁層を形成し、前記枠体部が前記第２の基材と対向する面に枠状で形成された第１の封止層を形成する工程と、
前記第２の基材の前記機能部と対向する面に第２の絶縁層を形成し、前記第２の絶縁層の前記機能部と対向する面の前記第１の封止層と対向する位置に前記第１の封止層と接合する第２の封止層を形成し、前記第２の封止層に第１の接合面と第２の接合面とを形成する工程と、
前記第１の接合面が前記第２の接合面よりも前記第１の絶縁層側に位置するように前記第１の封止層と前記第２の封止層とが接合されてなる工程と、
を有することを特徴とする物理量センサの製造方法。
【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】
【公開番号】特開２０１３−７７１３（Ｐ２０１３−７７１３Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４１９４６（Ｐ２０１１−１４１９４６）
【出願日】平成２３年６月２７日（２０１１．６．２７）
【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２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２７日（２０１１．６．２７）
【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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