ＭＥＭＳセンサ
【目的】 特に、Ａｌ−Ｇｅ共晶接合を有する接合部の接合強度を従来に比べて向上させることが可能なＭＥＭＳセンサを提供することを目的としている。
【解決手段】 第１基材２１と、第２基材２２と、第１基材２１と第２基材２２間に位置し、第１基材２１側に形成された第１の接続金属層５４と第２基材２２側に形成された第２の接続金属層５５とを共晶接合してなる接合部５０と、を有して構成され、接合部５０は、第１基材２１側から第２基材２２側にかけて、Ｔａ層５３、ＡｌあるいはＡｌ合金で形成された第１の接続金属層５４、及び、Ｇｅで形成された第２の接続金属層５５の順に積層されており、Ｔａ層５３の膜厚ｔ１は、２００Å以上１５００Å以下の範囲内であることを特徴とする。
【解決手段】 第１基材２１と、第２基材２２と、第１基材２１と第２基材２２間に位置し、第１基材２１側に形成された第１の接続金属層５４と第２基材２２側に形成された第２の接続金属層５５とを共晶接合してなる接合部５０と、を有して構成され、接合部５０は、第１基材２１側から第２基材２２側にかけて、Ｔａ層５３、ＡｌあるいはＡｌ合金で形成された第１の接続金属層５４、及び、Ｇｅで形成された第２の接続金属層５５の順に積層されており、Ｔａ層５３の膜厚ｔ１は、２００Å以上１５００Å以下の範囲内であることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１基材と、第２基材とが接合部を介して接合されたＭＥＭＳセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は従来におけるＭＥＭＳセンサの部分縦断面図である。
図６に示すＭＥＭＳセンサ１では、第１基材２、第２基材３、及び支持基材４がこの順に積層され、第１基材２と第２基材３の間が封止接合部５により接合されている。また第２基材３と支持基材４との間が絶縁層（シリコン酸化層）６を介して接合されている。各基材２〜４はシリコン等で形成されている。
【０００３】
図６に示すように、封止接合部５は、第１基材２側に形成されたＡｌ層８と、第２基材３側に形成されたＧｅ層９とを所定の熱処理温度及び加圧下により共晶接合させて成る。図６に示すように、Ａｌ層８の下面には第１基材２側との密着性を向上させるための下地としてＴｉ層７が形成されている。例えば下記の特許文献１には、Ｔｉ／Ａｌ／Ｇｅの積層構造が開示されている。
【０００４】
しかしながら、共晶接合の際の熱処理によりＴｉとＡｌとが拡散し、脆性材料のＴｉＡｌが形成された。このため封止接合部５の接合強度が劣化し、基板間にストレスが印加されると剥離の問題等が生じた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２６０３８５号公報
【特許文献２】特開２００４−３４２２８７号公報
【特許文献３】ＷＯ２００６／１０１７６９ Ａ２
【特許文献４】ＵＳ ７，２７６，７８９ Ｂ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、特に、Ａｌ−Ｇｅ共晶接合を有する接合部の接合強度を従来に比べて向上させることが可能なＭＥＭＳセンサを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明におけるＭＥＭＳセンサは、
第１基材と、第２基材と、前記第１基材と前記第２基材間に位置し、前記第１基材側に形成された第１の接続金属層と前記第２基材側に形成された第２の接続金属層とを共晶接合してなる接合部と、を有して構成され、
前記接合部は、前記第１基材側から前記第２基材側にかけて、Ｔａ層、ＡｌあるいはＡｌ合金で形成された前記第１の接続金属層、及び、Ｇｅで形成された前記第２の接続金属層の順に積層されていることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明では、接合部を、第１基材側から第２基材側にかけて、Ｔａ層、ＡｌあるいはＡｌ合金による第１の接続金属層、及びＧｅの第２の接続金属層の順に積層して形成した。Ｔａ層は膜応力としては圧縮応力である。このため第１基材側との密着性を向上させることができる。またＴａ層の膜厚を２００Å〜１５００Åに設定することで、Ｔａ層の応力による基材の反りが生じるのを抑制できるとともに、ＴａとＡｌとが適度に拡散しあい、Ｔａ層と第１の接続金属層間の密着性を向上させることができる。なお特許文献１〜４には、本発明のようにＭＥＭＳセンサにおいて、膜厚が２００Å〜１５００ÅのＴａ層／ＡｌあるいはＡｌ合金の第１の接続金属層／Ｇｅの第２の接続金属層からなる接合部は開示されていない。
【０００９】
以上により本発明では、従来に比べて基材間のシェア強度を向上させることができる。よってＭＥＭＳセンサの長寿命、高信頼性を確保できる。
【００１０】
本発明では、前記Ｔａ層の膜厚は、６００Å以上１５００Å以下の範囲内であることが好ましい。これにより、より効果的に安定してシェア強度を向上させることができる。
【００１１】
また本発明では、前記第１基材の前記第２基材との対向面側に絶縁層が形成され、前記絶縁層内に配線層が埋設されており、
前記接合部は、前記絶縁層と前記第２の基材間に形成されていることが構成に効果的に適用できる。かかる構成では、前記第１基材側には前記配線層の表面を覆うＳｉＮから成る前記絶縁層が形成されていることが好ましい。ＳｉＮに含まれる酸素がＴａと反応し、絶縁層とＴａ層間の接合強度を効果的に向上させることができる。また、ＳｉＮを用いることで配線層を劣化等させることなく適切に配線層を保護することが出来る。
【００１２】
また本発明では、前記Ｔａ層内には、前記第１の接続金属層を構成するＡｌが拡散しており、前記Ｔａ層内のＴａ濃度は、前記第１の接続金属層との界面から前記第１基材の方向に向けて大きくなっていることが好ましい。ＡｌはＴａ層の第１の接続金属層側で多く拡散し、Ａｌ濃度は第１基材側に向うにしたがって徐々に減少し、一方、Ｔａ濃度は第１の接続金属層側から第１基材側に向うにしたがって徐々に増大している。これによりＴａ層の第１基材側との密着性、及び第１の接続金属層との密着性の双方を効果的に向上させることができる。
【００１３】
また本発明では、前記Ｔａ層の膜厚方向のほぼ全域にて、Ｔａ濃度のほうがＡｌ濃度よりも大きいことが好ましい。Ｔａ層へＡｌが過剰に進入するのを防ぐことで、シェア強度を効果的に向上させることができる。
【００１４】
また本発明では、前記Ｔａ層の前記第１基材側との界面付近では、Ｔａ濃度がほぼ１００％であることが好ましい。このように本発明では、ＴａとＡｌとを合わせた濃度を１００％としたとき、第１基材側との界面付近でのＴａ濃度がほぼ１００％であり、すなわちＡｌがほとんど混ざっていない状態になっており、第１基材側との密着性を効果的に向上させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のＭＥＭＳセンサによれば、従来に比べて基材間のシェア強度を向上させることができ、よってＭＥＭＳセンサの長寿命、高信頼性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１（ａ）は、本実施形態のＭＥＭＳセンサの模式図（縦断面図）、図１（ｂ）は、図１（ａ）の一部を拡大して示した部分拡大縦断面図、図１（ｃ）は、図１（ｂ）に示す接合部を拡大して示した部分拡大縦断面図である。
【図２】図２は、Ｔａ及びＴｉの膜応力を示すグラフである。
【図３】図３は、本実施形態におけるＴａ層の膜厚とシェア強度との関係を示すグラフである。
【図４】図４は、本実施例のＭＥＭＳセンサにおける接合部のＳＥＭ写真とＥＤＳ分析結果である。
【図５】図５は、比較例のＭＥＭＳセンサにおける接合部のＳＥＭ写真とＥＤＳ分析結果である。
【図６】図６は、従来におけるＭＥＭＳセンサの部分縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１（ａ）は本実施形態のＭＥＭＳセンサの模式図（縦断面図）、図１（ｂ）は、図１（ａ）の一部を拡大して示した部分拡大縦断面図、図１（ｃ）は、図１（ｂ）に示す接合部を拡大して示した部分拡大縦断面図である。
【００１８】
図１（ａ）に示すようにＭＥＭＳセンサ２０は、第１基材２１と第２基材２２とを備える。第１基材２１及び第２基材２２はともにシリコンで構成される。
【００１９】
図１（ａ）に示すように絶縁下地層２９が第１基材２１の表面（第２基材２２との対向面）２１ａの全面に形成される。図１（ａ）に示すように第１配線層２４及び第２配線層２５が絶縁下地層２９上に形成される。更に絶縁層２３が第１配線層２４及び第２配線層２５上に形成される。このように各配線層２４，２５は絶縁層２３に埋設されている。絶縁下地層２９は、ＳｉＯ2層で形成される。また絶縁層２３は、ＳｉＮで形成される。絶縁下地層２９はシリコンからなる第１基材２１の表面を熱酸化することで得られる。絶縁層２３は、スパッタ法等、既存の方法で成膜できる。また、ＳｉＮは製造段階で表面が酸化された状態となっている。また、各配線層２４，２５の材質は特に限定されるものでないが例えばＡｌＣｕで形成される。
【００２０】
また図１（ａ）では、絶縁層２３の表面２３ｂには突起部２３ｃが形成されて後述する可動部３８に対するストッパを構成しているが、絶縁層２３の表面２３ｂの形状は特に限定されない。また突起部２３ｃは絶縁層２３と一体に形成されてもよいし別体で形成されてもよい。
【００２１】
図１（ａ）に示すように、第２基材２２は、第１基材２１の反対面側に酸化絶縁層（儀性層）３５を介して支持基板３６に固定支持される。第２基材２２、酸化絶縁層３５及び支持基板３６によりＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を構成することが出来る。支持基板３６はシリコンで形成される。
【００２２】
図１（ａ）に示すように第２基材２２は、アンカ部３７、可動部３８、ばね部３９及び枠体部４０とを有して構成される。第２基材２２をエッチング加工することで各パーツを構成できる。可動部３８はアンカ部３７にばね部３９を介して高さ方向（Ｚ）に変位可能に支持される。可動部３８と枠体部４０は分離されている。枠体部４０の平面形状（Ｘ−Ｙ平面の形状）は、可動部３８の周囲を囲む枠形状で形成されている。図１（ａ）にはＭＥＭＳセンサ２０を高さ方向から切断したときに可動部３８の両側に現れる枠体部４０の断面が示されている。なお第２基材２２の各パーツの構成や形状は図１（ａ）に示すものに限定されない。
【００２３】
図１（ａ）に示すように、可動部３８及びばね部３９と支持基板３６との間には酸化絶縁層３５が形成されていない。このため可動部３８は高さ方向（Ｚ）への変位を可能としている。酸化絶縁層３５はＳｉＯ2で形成されることが好適である。
【００２４】
図１（ａ）に示すように、第１基材２１の表面２１ａに形成された絶縁層２３と枠体部４０との間には複数の金属層を積層して成る封止接合部５０が形成されている。封止接合部５０の上面は枠体部４０に当接している。また封止接合部５０の下面は、絶縁層２３の表面２３ｂに当接し、絶縁層２３内に埋設された配線層とは絶縁された状態となっている。また、絶縁層２３とアンカ部３７との間にも前記封止接合部５０と同じ積層構成の電気接合部５１が形成されている。図１（ａ）に示すように、電気接合部５１の上面はアンカ部３７に当接し、下面は第２配線層２５と電気的に接続された状態となっている。
【００２５】
図１（ａ）に示すように、第１配線層２４は、封止接合部５０の内側（枠体部４０により囲まれた内側）から封止接合部５０を平面視で交差して外側にまで引き出されている。
【００２６】
図１（ａ）に示すように、電極パッド２７が封止接合部５０の外側に形成されている。出力信号用である第１配線層２４の外側端部の位置には絶縁層２３に貫通孔２３ａが形成され、第１配線層２４と電極パッド２７とが前記貫通孔２３ａを介して電気的に接続されている。
【００２７】
また図１（ａ）に示すように、固定電極層２６が、可動部３８と高さ方向にて対向する絶縁層２３の表面に形成されている。そして、第１配線層２４の内側端部が絶縁層２３に形成された貫通孔２３ａを介して固定電極層２６と電気的に接続されている。
【００２８】
図１（ａ）に示す固定電極層２６及び電極パッド２７の材質は特に限定されないが導電性に優れた材質が好ましく適用される。
【００２９】
また図１（ａ）に示すように、アンカ部３７は、電気接合部５１を介して入力信号用の第２配線層２５と電気的に接続されている。図示していないが第２配線層２５も第１配線層２４と同様に封止接合部５０の外側に引き出され、図示しない電極パッドに接続されている。
【００３０】
図１（ａ）に示すように可動部３８と固定電極層２６との間には高さ方向に所定の間隔（ギャップ）が設けられている。そして図１（ａ）に示すＭＥＭＳセンサ２０は、可動部３８が高さ方向（Ｚ）に変位すると固定電極層２６との間の距離が変化して静電容量が変化し、静電容量変化を、電極パッド２７を通じて電気回路にて検出することで例えば加速度の変化や加速度の大きさを検知することができる。
【００３１】
図１（ｂ），図１（ｃ）の拡大図に示すように、封止接合部５０は、絶縁層２３の上面から枠体部４０の下面にかけて、下からＴａ層５３、第１の接続金属層５４、及び、第２の接続金属層５５の順に積層された構造である。第１の接続金属層５４は、ＡｌあるいはＡｌ合金から成り、第２の接続金属層５５は、Ｇｅからなる。Ａｌ合金としては、アルミ銅合金（ＡｌＣｕ）やアルミスカンジウム銅合金（ＡｌＳｃＣｕ）等を例示できる。
【００３２】
図１（ｂ）に示すように、第１の接続金属層５４及びＴａ層５３は、第２の接続金属層５５よりもＸ−Ｙ平面に広く形成されている。これにより、第２の接続金属層５５を第１の接続金属層５４の面積内で適切に接合でき、接合の安定化を図ることが出来る。
【００３３】
封止接合部５０の最下層であるＴａ層５３は絶縁層２３の表面２３ｂに当接し密着して形成されている。また封止接合部５０の最上層である第２の接続金属層５５は、枠体部４０の下面に当接して形成されている。
【００３４】
Ｔａ層５３、及び第１の接続金属層５４の２層は、第１基材２１側にスパッタ等の既存の方法で形成されたものであり、第２の接続金属層５５は、第２基材２２側にスパッタ等の既存の方法で形成されたものである。
【００３５】
そして第１の接続金属層５４と第２の接続金属層５５間を突き合わせて、所定の圧力を加えながら所定の熱処理を施すことでＡｌあるいはＡｌ合金からなる第１の接続金属層５４とＧｅからなる第２の接続金属層５５間を共晶接合させる。なお、第１の接続金属層５４の上面全体には、薄くＧｅ層が形成されることが好ましい。つまり、第１基材２１側には、下からＴａ層５３、第１の接続金属層５４及び薄いＧｅ層を形成し、Ｇｅで形成された第２の接続金属層５５と突き合せて熱処理を施す。これにより、適切に、第１の接続金属層５４と第２の接続金属層５５とを共晶接合させることが出来る。
【００３６】
本実施形態では、第１の接続金属層５４と第２の接続金属層５５との材質の組み合わせにより、各金属の融点以下の温度で熱処理を行い共晶接合させることができる。
【００３７】
本実施形態では、Ｔａ層５３の膜厚ｔ１は、２００Å〜１５００Åの範囲内である。また、第１の接続金属層５４の膜厚ｔ２は、５００Å〜１５００Å程度、第２の接続金属層５５の膜厚は、３００Å〜１０００Å程度である。
【００３８】
上記では封止接合部５０について説明したが、電気接合部５１も封止接合部５０と同じ積層構造である。
【００３９】
図２は、ＴａとＴｉとの膜応力を比較したものである。図２に示す膜応力データは、Ｔａの膜厚が１０００Å、Ｔｉの膜厚が１０００Åのときである。図２には、熱処理なし（as-depo）のときの膜応力と、４３０℃で熱処理した際の膜応力が記載されている。
【００４０】
図２に示すように熱処理によってＴｉは引張応力に転じる。一方、Ｔａは圧縮応力である。従来では本実施形態のＴａ層５３の位置にＴｉを用いていたが、Ｔｉの場合、熱処理によって引張応力となり、第１基材２１との間で剥離が生じやすい問題が生じた。これに対して本実施形態では、Ｔａ層５３は圧縮応力であり、絶縁層２３と封止接合部５０間の密着性を向上させることができる。
【００４１】
また本実施形態では、Ｔａ層５３の膜厚を２００Å〜１５００Åの範囲内に設定した。Ｔａ層５３の膜厚を１５００Å以下とすることでＴａ層５３の応力による基材の反りが生じるのを抑制でき、２００Å以上とすることでＴａと第１の接続金属層５４のＡｌとが適度に拡散しあい、Ｔａ層５３と第１の接続金属層５４との接合強度を高めるとともに、ＡｌがＴａ層５３の絶縁層２３との界面付近まで到達することを防止し、ＡｌがＴａ層５３と絶縁層２３との接合強度を劣化させることを防止しする。その結果、Ｔａ層５３と第１の接続金属層５４間の密着性を向上させることができる。
【００４２】
以上により本実施形態では、従来に比べて基材間のシェア強度を向上させることができる。これによって、封止接合部５０により封止性を向上させることができ、また電気接合部５１により安定した導電性を得ることができ、ＭＥＭＳセンサ２０の長寿命、高信頼性を確保できる。
【００４３】
また本実施形態ではＴａ層５３の膜厚ｔ１は、６００Å〜１５００Åの範囲内であることが好ましい。これにより、より安定してシェア強度を向上させることができる。また、Ｔａ層５３の膜厚ｔ１は、６００Å〜１０００Åの範囲内であることが好ましい。これにより、Ｔａ層５３の応力による基材の反りが生じるのを効果的に抑制できる。
【００４４】
また本実施形態では、第１基材２１側には配線層２４，２５の表面を覆うＳｉＮから成る絶縁層２３が形成されている。そして、絶縁層２３の表面２３ｂにＴａ層５３が形成されている。ＳｉＮは、製造段階でその表面が酸化されており、ＳｉＮとＴａとを重ねることで、ＳｉＮに含まれる酸素がＴａと反応して酸化Ｔａ（例えば、Ｔａ2Ｏ5）を形成し、絶縁層２３とＴａ層５３間の接合強度を効果的に向上させることができる。また、ＳｉＮを用いることで配線層２４，２５を劣化等させることなく適切に配線層２４，２５を保護することが出来る。すなわちＳｉＮとすることで、高い熱処理温度を施すなどして絶縁層２３を形成することがなく、絶縁層２３の形成の際に、配線層２４，２５に対して熱的影響を与えないで済む。また、ＳｉＮとすることで、シリコン基板である基材との熱膨張係数差を小さくできる。また絶縁層２３の表面２３ｂに適切に突起部２３ｃを形成することが可能である。
【００４５】
また本実施形態では、前述したようにＴａ層５３内には、第１の接続金属層５４を構成するＡｌが拡散しており、Ｔａ層５３内のＴａ濃度は、第１の接続金属層５４との界面５３ａから絶縁層２３との界面５３ｂに向けて大きくなっている（図１（ｃ）参照）。ＡｌはＴａ層５３の第１の接続金属層５４側で多く拡散し、Ａｌ濃度は界面５３ｂに向うにしたがって徐々に減少し、一方、Ｔａ濃度は第１の接続金属層５４側から絶縁層２３側に向うにしたがって徐々に増大している。これによりＴａ層５３の絶縁層２３との密着性、及び第１の接続金属層５４との密着性の双方を効果的に向上させることができる。
【００４６】
また、Ｔａ層５３の膜厚方向のほぼ全域にて、Ｔａ濃度のほうがＡｌ濃度よりも大きいことが好ましい。Ｔａ層５３内へＡｌが過剰に進入するのを防ぐことで、シェア強度を効果的に向上させることができる。
【００４７】
また、Ｔａ層５３の絶縁層２３との界面５３ｂ付近では、ＴａとＡｌとを合わせた濃度（質量％）を１００％としたとき、Ｔａ濃度がほぼ１００％であることが好ましい。このように本実施形態では、絶縁層２３との界面５３ｂ付近でのＴａ濃度がほぼ１００％となっており、すなわちＡｌがほとんど混ざっていない状態になり、絶縁層２３との密着性を効果的に向上させることができる。
【実施例】
【００４８】
（Ｔａ層の膜厚ｔ１の実験）
実験では、シリコンからなる第１基材２１の表面にＴａ層、ＡｌＣｕ層からなる第１の接続金属層及び表面金属層を形成した。またＡｌＣｕ層の膜厚を８０００Åに統一した。また表面金属層をＧｅとし膜厚を４００Åに統一した。一方、第２基材２２の表面にＧｅからなる第２の接続金属層を形成した。第２の接続金属層の膜厚を５０００Åに統一した。そして、第１の接続金属層側と第２の接続金属層とを重ね合わせて、荷重７０００Ｎを印加し、４３０℃の熱処理を施し、第１の接続金属層と第２の接続金属層とを共晶接合した。
【００４９】
実験では、Ｔａ層の膜厚を、０Å、２００Å、４００Å、５００Å、６００Å、１０００Åと変化させ、基材間を引き剥がすのに必要なシェア強度（接着強度）を測定した。その実験結果が図３に示されている。なお、シェア強度の測定は、基材間を引き剥がしたときに必要な力をシェア強度測定器にて測定して行った。
【００５０】
図３に示すように、Ｔａ層を厚くすることでシェア強度を向上させることができるとわかった。ただし、Ｔａ層の膜厚が２００Å程度を超えると、シェア強度はほぼ一定となるものと考えられる。逆にＴａ層の膜厚が２００Åより薄くなると急激にシェア強度が低下することがわかる。なおＴａ層の膜厚が１５００Åを越えると、Ｔａ層の応力が大きくなりすぎて基材の反りが大きくなりＭＥＭＳセンサの製造が困難になる。したがってＴａ層の膜厚を１５００Å以下に設定した。また図３に示すように、Ｔａ層２００Å以上にすることで、高いシェア強度を得ることが出来た。したがって本実施例でのＴａ層の膜厚を、２００Å〜１５００Åの範囲内とした。また、Ｔａ層の膜厚の好ましい範囲を、２００Å〜１０００Åの範囲内とし、Ｔａ層の膜厚のより好ましい範囲を、５００Å〜１０００Åの範囲内とした。これにより安定して高いシェア強度を得ることが出来た。
【００５１】
（ＥＤＳ実験結果−実施例）
続いて、本実施例においてＴａ層を１０００Å、Ａｌ層を８０００Åとした接合部のＥＤＳ分析を行った。また接合時の荷重を７０００Ｎ、熱処理温度を４３０℃とした。
【００５２】
図４の右の写真は、本実施例における接合部でのＳＥＭ写真である。図４の左図は、ＥＤＳ（エネルギー分散形Ｘ線分光器）の分析結果である。図４のＳＥＭ写真にある縦ラインは、この位置でＥＤＳ分析を行ったことを示している。左図のＥＤＳ分析結果には、Ｔａ層とＡｌ層（第１の接続金属層）との界面（１）と、Ｔａと第１基材表面のＳｉＮ絶縁層との界面（２）とを点線で示した。Ｔａ（１）は、Ｔａ層内での濃度変化、Ｔａ（２）は、Ａｌ層内での濃度変化，Ａｌ（１）は、Ｔａ層内での濃度変化、Ａｌ（２）は、Ａｌ層内での濃度変化を示している。
【００５３】
図４のＥＤＳ分析結果にあるように、Ｔａ層内にはＡｌ（１）が拡散しているが、下方向（Ａｌ層との界面（１）から第１基材方向）に向けて徐々に小さくなっていることがわかった。一方、Ｔａ層内のＴａ（１）濃度は、下方向（Ａｌ層との界面（１）から第１基材方向）に向けて徐々に大きくなっていることがわかった。またＴａ（２）はＡｌ層内にも拡散していることがわかった。Ｔａ（２）はＡｌ層へ６００〜７００Å程度の膜厚範囲内で拡散していた。
【００５４】
Ａｌ（１）はＴａ層の広い範囲に拡散しているが、界面（２）付近でのＡｌ（１）濃度はほぼ０％であった。Ｔａ（１）とＡｌ（１）とを合わせた濃度を１００％としたとき、界面（２）付近でのＴａ濃度はほぼ１００％であった。またＴａ（１）濃度は、Ａｌ（１）濃度よりもＴａ層の膜厚方向のほぼ全域で大きくなっていることがわかった。「ほぼ」とは数％程度を誤差範囲とする意味である。
【００５５】
図４に示すように本実施例ではＴａ層内でのＴａ（１）濃度はＡｌ（１）濃度よりも全域で大きくなっているが、Ｔａ層内におけるＡｌ（１）の濃度は、界面（１）付近では最も大きくなっており、これにより界面（１）での接合強度が向上しているものと考えられる。また、界面（２）ではＴａ（１）濃度がほぼ１００％、Ａｌ（１）濃度がほぼ０％であり、Ｔａの圧縮応力が適切に作用して、ＳｉＮ層（絶縁層）との密着性が向上しているものと考えられる。
【００５６】
（ＥＤＳ実験結果−比較例）
続いて、比較例として、第１基材側から第２基材側（図示上方）に向けて、Ｔｉ層／Ｔａ層／ＡｌＣｕ層／Ｇｅ層の順に積層した接合部を形成した。Ｔｉ層の膜厚を４００Å、Ｔａ層の膜厚を２００Å、ＡｌＣｕ層の膜厚を８０００Å、Ｇｅ層の膜厚を５４００Åとした。そして、接合時の荷重を７０００Ｎとし、４３０℃の熱処理を施した。
【００５７】
図５のＥＤＳ分析結果の界面（３）は、Ｔａ層とＡｌＣｕ層との界面であり、界面（４）は、Ｔｉ層とＴａ層との界面を示す。図５に示すように、界面（３）と界面（４）との間、すなわちＴａ層では、Ｔａ濃度よりＡｌ濃度が大きくなっており、また界面（４）の下方、すなわちＴｉ層でも、Ｔｉ濃度よりＡｌ濃度が大きくなっていることがわかった。またＴｉは、界面（３）の上方、すなわちＡｌＣｕ層内にも拡散していることがわかった。このように比較例の構成では、接合部の一部に脆性材料のＴｉＡｌが形成されていることがわかった。
【００５８】
比較例のように、Ｔｉ層とＡｌＣｕ層間にＴａ層を挿入することで、Ｔａを挿入せず、Ｔｉ／ＡｌＣｕ／Ｇｅの積層構造とした従来に比べてシェア強度を強めることができると期待されるが、本実施例では、比較例の構成に比べて更にシェア強度を強めることが可能になる。
【符号の説明】
【００５９】
２０ ＭＥＭＳセンサ
２１ 第１基材
２２ 第２基材
２３ 絶縁層
２４、２５ 配線層
２６ 固定電極層
２７ 電極パッド
３６ 支持基板
３７ アンカ部
３８ 可動部
４０ 枠体部
５０ 封止接合部
５１ 電気接合部
５３ Ｔａ層
５４ 第１の接続金属層
５５ 第２の接続金属層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１基材と、第２基材とが接合部を介して接合されたＭＥＭＳセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は従来におけるＭＥＭＳセンサの部分縦断面図である。
図６に示すＭＥＭＳセンサ１では、第１基材２、第２基材３、及び支持基材４がこの順に積層され、第１基材２と第２基材３の間が封止接合部５により接合されている。また第２基材３と支持基材４との間が絶縁層（シリコン酸化層）６を介して接合されている。各基材２〜４はシリコン等で形成されている。
【０００３】
図６に示すように、封止接合部５は、第１基材２側に形成されたＡｌ層８と、第２基材３側に形成されたＧｅ層９とを所定の熱処理温度及び加圧下により共晶接合させて成る。図６に示すように、Ａｌ層８の下面には第１基材２側との密着性を向上させるための下地としてＴｉ層７が形成されている。例えば下記の特許文献１には、Ｔｉ／Ａｌ／Ｇｅの積層構造が開示されている。
【０００４】
しかしながら、共晶接合の際の熱処理によりＴｉとＡｌとが拡散し、脆性材料のＴｉＡｌが形成された。このため封止接合部５の接合強度が劣化し、基板間にストレスが印加されると剥離の問題等が生じた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２６０３８５号公報
【特許文献２】特開２００４−３４２２８７号公報
【特許文献３】ＷＯ２００６／１０１７６９ Ａ２
【特許文献４】ＵＳ ７，２７６，７８９ Ｂ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、特に、Ａｌ−Ｇｅ共晶接合を有する接合部の接合強度を従来に比べて向上させることが可能なＭＥＭＳセンサを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明におけるＭＥＭＳセンサは、
第１基材と、第２基材と、前記第１基材と前記第２基材間に位置し、前記第１基材側に形成された第１の接続金属層と前記第２基材側に形成された第２の接続金属層とを共晶接合してなる接合部と、を有して構成され、
前記接合部は、前記第１基材側から前記第２基材側にかけて、Ｔａ層、ＡｌあるいはＡｌ合金で形成された前記第１の接続金属層、及び、Ｇｅで形成された前記第２の接続金属層の順に積層されていることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明では、接合部を、第１基材側から第２基材側にかけて、Ｔａ層、ＡｌあるいはＡｌ合金による第１の接続金属層、及びＧｅの第２の接続金属層の順に積層して形成した。Ｔａ層は膜応力としては圧縮応力である。このため第１基材側との密着性を向上させることができる。またＴａ層の膜厚を２００Å〜１５００Åに設定することで、Ｔａ層の応力による基材の反りが生じるのを抑制できるとともに、ＴａとＡｌとが適度に拡散しあい、Ｔａ層と第１の接続金属層間の密着性を向上させることができる。なお特許文献１〜４には、本発明のようにＭＥＭＳセンサにおいて、膜厚が２００Å〜１５００ÅのＴａ層／ＡｌあるいはＡｌ合金の第１の接続金属層／Ｇｅの第２の接続金属層からなる接合部は開示されていない。
【０００９】
以上により本発明では、従来に比べて基材間のシェア強度を向上させることができる。よってＭＥＭＳセンサの長寿命、高信頼性を確保できる。
【００１０】
本発明では、前記Ｔａ層の膜厚は、６００Å以上１５００Å以下の範囲内であることが好ましい。これにより、より効果的に安定してシェア強度を向上させることができる。
【００１１】
また本発明では、前記第１基材の前記第２基材との対向面側に絶縁層が形成され、前記絶縁層内に配線層が埋設されており、
前記接合部は、前記絶縁層と前記第２の基材間に形成されていることが構成に効果的に適用できる。かかる構成では、前記第１基材側には前記配線層の表面を覆うＳｉＮから成る前記絶縁層が形成されていることが好ましい。ＳｉＮに含まれる酸素がＴａと反応し、絶縁層とＴａ層間の接合強度を効果的に向上させることができる。また、ＳｉＮを用いることで配線層を劣化等させることなく適切に配線層を保護することが出来る。
【００１２】
また本発明では、前記Ｔａ層内には、前記第１の接続金属層を構成するＡｌが拡散しており、前記Ｔａ層内のＴａ濃度は、前記第１の接続金属層との界面から前記第１基材の方向に向けて大きくなっていることが好ましい。ＡｌはＴａ層の第１の接続金属層側で多く拡散し、Ａｌ濃度は第１基材側に向うにしたがって徐々に減少し、一方、Ｔａ濃度は第１の接続金属層側から第１基材側に向うにしたがって徐々に増大している。これによりＴａ層の第１基材側との密着性、及び第１の接続金属層との密着性の双方を効果的に向上させることができる。
【００１３】
また本発明では、前記Ｔａ層の膜厚方向のほぼ全域にて、Ｔａ濃度のほうがＡｌ濃度よりも大きいことが好ましい。Ｔａ層へＡｌが過剰に進入するのを防ぐことで、シェア強度を効果的に向上させることができる。
【００１４】
また本発明では、前記Ｔａ層の前記第１基材側との界面付近では、Ｔａ濃度がほぼ１００％であることが好ましい。このように本発明では、ＴａとＡｌとを合わせた濃度を１００％としたとき、第１基材側との界面付近でのＴａ濃度がほぼ１００％であり、すなわちＡｌがほとんど混ざっていない状態になっており、第１基材側との密着性を効果的に向上させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のＭＥＭＳセンサによれば、従来に比べて基材間のシェア強度を向上させることができ、よってＭＥＭＳセンサの長寿命、高信頼性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１（ａ）は、本実施形態のＭＥＭＳセンサの模式図（縦断面図）、図１（ｂ）は、図１（ａ）の一部を拡大して示した部分拡大縦断面図、図１（ｃ）は、図１（ｂ）に示す接合部を拡大して示した部分拡大縦断面図である。
【図２】図２は、Ｔａ及びＴｉの膜応力を示すグラフである。
【図３】図３は、本実施形態におけるＴａ層の膜厚とシェア強度との関係を示すグラフである。
【図４】図４は、本実施例のＭＥＭＳセンサにおける接合部のＳＥＭ写真とＥＤＳ分析結果である。
【図５】図５は、比較例のＭＥＭＳセンサにおける接合部のＳＥＭ写真とＥＤＳ分析結果である。
【図６】図６は、従来におけるＭＥＭＳセンサの部分縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１（ａ）は本実施形態のＭＥＭＳセンサの模式図（縦断面図）、図１（ｂ）は、図１（ａ）の一部を拡大して示した部分拡大縦断面図、図１（ｃ）は、図１（ｂ）に示す接合部を拡大して示した部分拡大縦断面図である。
【００１８】
図１（ａ）に示すようにＭＥＭＳセンサ２０は、第１基材２１と第２基材２２とを備える。第１基材２１及び第２基材２２はともにシリコンで構成される。
【００１９】
図１（ａ）に示すように絶縁下地層２９が第１基材２１の表面（第２基材２２との対向面）２１ａの全面に形成される。図１（ａ）に示すように第１配線層２４及び第２配線層２５が絶縁下地層２９上に形成される。更に絶縁層２３が第１配線層２４及び第２配線層２５上に形成される。このように各配線層２４，２５は絶縁層２３に埋設されている。絶縁下地層２９は、ＳｉＯ2層で形成される。また絶縁層２３は、ＳｉＮで形成される。絶縁下地層２９はシリコンからなる第１基材２１の表面を熱酸化することで得られる。絶縁層２３は、スパッタ法等、既存の方法で成膜できる。また、ＳｉＮは製造段階で表面が酸化された状態となっている。また、各配線層２４，２５の材質は特に限定されるものでないが例えばＡｌＣｕで形成される。
【００２０】
また図１（ａ）では、絶縁層２３の表面２３ｂには突起部２３ｃが形成されて後述する可動部３８に対するストッパを構成しているが、絶縁層２３の表面２３ｂの形状は特に限定されない。また突起部２３ｃは絶縁層２３と一体に形成されてもよいし別体で形成されてもよい。
【００２１】
図１（ａ）に示すように、第２基材２２は、第１基材２１の反対面側に酸化絶縁層（儀性層）３５を介して支持基板３６に固定支持される。第２基材２２、酸化絶縁層３５及び支持基板３６によりＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を構成することが出来る。支持基板３６はシリコンで形成される。
【００２２】
図１（ａ）に示すように第２基材２２は、アンカ部３７、可動部３８、ばね部３９及び枠体部４０とを有して構成される。第２基材２２をエッチング加工することで各パーツを構成できる。可動部３８はアンカ部３７にばね部３９を介して高さ方向（Ｚ）に変位可能に支持される。可動部３８と枠体部４０は分離されている。枠体部４０の平面形状（Ｘ−Ｙ平面の形状）は、可動部３８の周囲を囲む枠形状で形成されている。図１（ａ）にはＭＥＭＳセンサ２０を高さ方向から切断したときに可動部３８の両側に現れる枠体部４０の断面が示されている。なお第２基材２２の各パーツの構成や形状は図１（ａ）に示すものに限定されない。
【００２３】
図１（ａ）に示すように、可動部３８及びばね部３９と支持基板３６との間には酸化絶縁層３５が形成されていない。このため可動部３８は高さ方向（Ｚ）への変位を可能としている。酸化絶縁層３５はＳｉＯ2で形成されることが好適である。
【００２４】
図１（ａ）に示すように、第１基材２１の表面２１ａに形成された絶縁層２３と枠体部４０との間には複数の金属層を積層して成る封止接合部５０が形成されている。封止接合部５０の上面は枠体部４０に当接している。また封止接合部５０の下面は、絶縁層２３の表面２３ｂに当接し、絶縁層２３内に埋設された配線層とは絶縁された状態となっている。また、絶縁層２３とアンカ部３７との間にも前記封止接合部５０と同じ積層構成の電気接合部５１が形成されている。図１（ａ）に示すように、電気接合部５１の上面はアンカ部３７に当接し、下面は第２配線層２５と電気的に接続された状態となっている。
【００２５】
図１（ａ）に示すように、第１配線層２４は、封止接合部５０の内側（枠体部４０により囲まれた内側）から封止接合部５０を平面視で交差して外側にまで引き出されている。
【００２６】
図１（ａ）に示すように、電極パッド２７が封止接合部５０の外側に形成されている。出力信号用である第１配線層２４の外側端部の位置には絶縁層２３に貫通孔２３ａが形成され、第１配線層２４と電極パッド２７とが前記貫通孔２３ａを介して電気的に接続されている。
【００２７】
また図１（ａ）に示すように、固定電極層２６が、可動部３８と高さ方向にて対向する絶縁層２３の表面に形成されている。そして、第１配線層２４の内側端部が絶縁層２３に形成された貫通孔２３ａを介して固定電極層２６と電気的に接続されている。
【００２８】
図１（ａ）に示す固定電極層２６及び電極パッド２７の材質は特に限定されないが導電性に優れた材質が好ましく適用される。
【００２９】
また図１（ａ）に示すように、アンカ部３７は、電気接合部５１を介して入力信号用の第２配線層２５と電気的に接続されている。図示していないが第２配線層２５も第１配線層２４と同様に封止接合部５０の外側に引き出され、図示しない電極パッドに接続されている。
【００３０】
図１（ａ）に示すように可動部３８と固定電極層２６との間には高さ方向に所定の間隔（ギャップ）が設けられている。そして図１（ａ）に示すＭＥＭＳセンサ２０は、可動部３８が高さ方向（Ｚ）に変位すると固定電極層２６との間の距離が変化して静電容量が変化し、静電容量変化を、電極パッド２７を通じて電気回路にて検出することで例えば加速度の変化や加速度の大きさを検知することができる。
【００３１】
図１（ｂ），図１（ｃ）の拡大図に示すように、封止接合部５０は、絶縁層２３の上面から枠体部４０の下面にかけて、下からＴａ層５３、第１の接続金属層５４、及び、第２の接続金属層５５の順に積層された構造である。第１の接続金属層５４は、ＡｌあるいはＡｌ合金から成り、第２の接続金属層５５は、Ｇｅからなる。Ａｌ合金としては、アルミ銅合金（ＡｌＣｕ）やアルミスカンジウム銅合金（ＡｌＳｃＣｕ）等を例示できる。
【００３２】
図１（ｂ）に示すように、第１の接続金属層５４及びＴａ層５３は、第２の接続金属層５５よりもＸ−Ｙ平面に広く形成されている。これにより、第２の接続金属層５５を第１の接続金属層５４の面積内で適切に接合でき、接合の安定化を図ることが出来る。
【００３３】
封止接合部５０の最下層であるＴａ層５３は絶縁層２３の表面２３ｂに当接し密着して形成されている。また封止接合部５０の最上層である第２の接続金属層５５は、枠体部４０の下面に当接して形成されている。
【００３４】
Ｔａ層５３、及び第１の接続金属層５４の２層は、第１基材２１側にスパッタ等の既存の方法で形成されたものであり、第２の接続金属層５５は、第２基材２２側にスパッタ等の既存の方法で形成されたものである。
【００３５】
そして第１の接続金属層５４と第２の接続金属層５５間を突き合わせて、所定の圧力を加えながら所定の熱処理を施すことでＡｌあるいはＡｌ合金からなる第１の接続金属層５４とＧｅからなる第２の接続金属層５５間を共晶接合させる。なお、第１の接続金属層５４の上面全体には、薄くＧｅ層が形成されることが好ましい。つまり、第１基材２１側には、下からＴａ層５３、第１の接続金属層５４及び薄いＧｅ層を形成し、Ｇｅで形成された第２の接続金属層５５と突き合せて熱処理を施す。これにより、適切に、第１の接続金属層５４と第２の接続金属層５５とを共晶接合させることが出来る。
【００３６】
本実施形態では、第１の接続金属層５４と第２の接続金属層５５との材質の組み合わせにより、各金属の融点以下の温度で熱処理を行い共晶接合させることができる。
【００３７】
本実施形態では、Ｔａ層５３の膜厚ｔ１は、２００Å〜１５００Åの範囲内である。また、第１の接続金属層５４の膜厚ｔ２は、５００Å〜１５００Å程度、第２の接続金属層５５の膜厚は、３００Å〜１０００Å程度である。
【００３８】
上記では封止接合部５０について説明したが、電気接合部５１も封止接合部５０と同じ積層構造である。
【００３９】
図２は、ＴａとＴｉとの膜応力を比較したものである。図２に示す膜応力データは、Ｔａの膜厚が１０００Å、Ｔｉの膜厚が１０００Åのときである。図２には、熱処理なし（as-depo）のときの膜応力と、４３０℃で熱処理した際の膜応力が記載されている。
【００４０】
図２に示すように熱処理によってＴｉは引張応力に転じる。一方、Ｔａは圧縮応力である。従来では本実施形態のＴａ層５３の位置にＴｉを用いていたが、Ｔｉの場合、熱処理によって引張応力となり、第１基材２１との間で剥離が生じやすい問題が生じた。これに対して本実施形態では、Ｔａ層５３は圧縮応力であり、絶縁層２３と封止接合部５０間の密着性を向上させることができる。
【００４１】
また本実施形態では、Ｔａ層５３の膜厚を２００Å〜１５００Åの範囲内に設定した。Ｔａ層５３の膜厚を１５００Å以下とすることでＴａ層５３の応力による基材の反りが生じるのを抑制でき、２００Å以上とすることでＴａと第１の接続金属層５４のＡｌとが適度に拡散しあい、Ｔａ層５３と第１の接続金属層５４との接合強度を高めるとともに、ＡｌがＴａ層５３の絶縁層２３との界面付近まで到達することを防止し、ＡｌがＴａ層５３と絶縁層２３との接合強度を劣化させることを防止しする。その結果、Ｔａ層５３と第１の接続金属層５４間の密着性を向上させることができる。
【００４２】
以上により本実施形態では、従来に比べて基材間のシェア強度を向上させることができる。これによって、封止接合部５０により封止性を向上させることができ、また電気接合部５１により安定した導電性を得ることができ、ＭＥＭＳセンサ２０の長寿命、高信頼性を確保できる。
【００４３】
また本実施形態ではＴａ層５３の膜厚ｔ１は、６００Å〜１５００Åの範囲内であることが好ましい。これにより、より安定してシェア強度を向上させることができる。また、Ｔａ層５３の膜厚ｔ１は、６００Å〜１０００Åの範囲内であることが好ましい。これにより、Ｔａ層５３の応力による基材の反りが生じるのを効果的に抑制できる。
【００４４】
また本実施形態では、第１基材２１側には配線層２４，２５の表面を覆うＳｉＮから成る絶縁層２３が形成されている。そして、絶縁層２３の表面２３ｂにＴａ層５３が形成されている。ＳｉＮは、製造段階でその表面が酸化されており、ＳｉＮとＴａとを重ねることで、ＳｉＮに含まれる酸素がＴａと反応して酸化Ｔａ（例えば、Ｔａ2Ｏ5）を形成し、絶縁層２３とＴａ層５３間の接合強度を効果的に向上させることができる。また、ＳｉＮを用いることで配線層２４，２５を劣化等させることなく適切に配線層２４，２５を保護することが出来る。すなわちＳｉＮとすることで、高い熱処理温度を施すなどして絶縁層２３を形成することがなく、絶縁層２３の形成の際に、配線層２４，２５に対して熱的影響を与えないで済む。また、ＳｉＮとすることで、シリコン基板である基材との熱膨張係数差を小さくできる。また絶縁層２３の表面２３ｂに適切に突起部２３ｃを形成することが可能である。
【００４５】
また本実施形態では、前述したようにＴａ層５３内には、第１の接続金属層５４を構成するＡｌが拡散しており、Ｔａ層５３内のＴａ濃度は、第１の接続金属層５４との界面５３ａから絶縁層２３との界面５３ｂに向けて大きくなっている（図１（ｃ）参照）。ＡｌはＴａ層５３の第１の接続金属層５４側で多く拡散し、Ａｌ濃度は界面５３ｂに向うにしたがって徐々に減少し、一方、Ｔａ濃度は第１の接続金属層５４側から絶縁層２３側に向うにしたがって徐々に増大している。これによりＴａ層５３の絶縁層２３との密着性、及び第１の接続金属層５４との密着性の双方を効果的に向上させることができる。
【００４６】
また、Ｔａ層５３の膜厚方向のほぼ全域にて、Ｔａ濃度のほうがＡｌ濃度よりも大きいことが好ましい。Ｔａ層５３内へＡｌが過剰に進入するのを防ぐことで、シェア強度を効果的に向上させることができる。
【００４７】
また、Ｔａ層５３の絶縁層２３との界面５３ｂ付近では、ＴａとＡｌとを合わせた濃度（質量％）を１００％としたとき、Ｔａ濃度がほぼ１００％であることが好ましい。このように本実施形態では、絶縁層２３との界面５３ｂ付近でのＴａ濃度がほぼ１００％となっており、すなわちＡｌがほとんど混ざっていない状態になり、絶縁層２３との密着性を効果的に向上させることができる。
【実施例】
【００４８】
（Ｔａ層の膜厚ｔ１の実験）
実験では、シリコンからなる第１基材２１の表面にＴａ層、ＡｌＣｕ層からなる第１の接続金属層及び表面金属層を形成した。またＡｌＣｕ層の膜厚を８０００Åに統一した。また表面金属層をＧｅとし膜厚を４００Åに統一した。一方、第２基材２２の表面にＧｅからなる第２の接続金属層を形成した。第２の接続金属層の膜厚を５０００Åに統一した。そして、第１の接続金属層側と第２の接続金属層とを重ね合わせて、荷重７０００Ｎを印加し、４３０℃の熱処理を施し、第１の接続金属層と第２の接続金属層とを共晶接合した。
【００４９】
実験では、Ｔａ層の膜厚を、０Å、２００Å、４００Å、５００Å、６００Å、１０００Åと変化させ、基材間を引き剥がすのに必要なシェア強度（接着強度）を測定した。その実験結果が図３に示されている。なお、シェア強度の測定は、基材間を引き剥がしたときに必要な力をシェア強度測定器にて測定して行った。
【００５０】
図３に示すように、Ｔａ層を厚くすることでシェア強度を向上させることができるとわかった。ただし、Ｔａ層の膜厚が２００Å程度を超えると、シェア強度はほぼ一定となるものと考えられる。逆にＴａ層の膜厚が２００Åより薄くなると急激にシェア強度が低下することがわかる。なおＴａ層の膜厚が１５００Åを越えると、Ｔａ層の応力が大きくなりすぎて基材の反りが大きくなりＭＥＭＳセンサの製造が困難になる。したがってＴａ層の膜厚を１５００Å以下に設定した。また図３に示すように、Ｔａ層２００Å以上にすることで、高いシェア強度を得ることが出来た。したがって本実施例でのＴａ層の膜厚を、２００Å〜１５００Åの範囲内とした。また、Ｔａ層の膜厚の好ましい範囲を、２００Å〜１０００Åの範囲内とし、Ｔａ層の膜厚のより好ましい範囲を、５００Å〜１０００Åの範囲内とした。これにより安定して高いシェア強度を得ることが出来た。
【００５１】
（ＥＤＳ実験結果−実施例）
続いて、本実施例においてＴａ層を１０００Å、Ａｌ層を８０００Åとした接合部のＥＤＳ分析を行った。また接合時の荷重を７０００Ｎ、熱処理温度を４３０℃とした。
【００５２】
図４の右の写真は、本実施例における接合部でのＳＥＭ写真である。図４の左図は、ＥＤＳ（エネルギー分散形Ｘ線分光器）の分析結果である。図４のＳＥＭ写真にある縦ラインは、この位置でＥＤＳ分析を行ったことを示している。左図のＥＤＳ分析結果には、Ｔａ層とＡｌ層（第１の接続金属層）との界面（１）と、Ｔａと第１基材表面のＳｉＮ絶縁層との界面（２）とを点線で示した。Ｔａ（１）は、Ｔａ層内での濃度変化、Ｔａ（２）は、Ａｌ層内での濃度変化，Ａｌ（１）は、Ｔａ層内での濃度変化、Ａｌ（２）は、Ａｌ層内での濃度変化を示している。
【００５３】
図４のＥＤＳ分析結果にあるように、Ｔａ層内にはＡｌ（１）が拡散しているが、下方向（Ａｌ層との界面（１）から第１基材方向）に向けて徐々に小さくなっていることがわかった。一方、Ｔａ層内のＴａ（１）濃度は、下方向（Ａｌ層との界面（１）から第１基材方向）に向けて徐々に大きくなっていることがわかった。またＴａ（２）はＡｌ層内にも拡散していることがわかった。Ｔａ（２）はＡｌ層へ６００〜７００Å程度の膜厚範囲内で拡散していた。
【００５４】
Ａｌ（１）はＴａ層の広い範囲に拡散しているが、界面（２）付近でのＡｌ（１）濃度はほぼ０％であった。Ｔａ（１）とＡｌ（１）とを合わせた濃度を１００％としたとき、界面（２）付近でのＴａ濃度はほぼ１００％であった。またＴａ（１）濃度は、Ａｌ（１）濃度よりもＴａ層の膜厚方向のほぼ全域で大きくなっていることがわかった。「ほぼ」とは数％程度を誤差範囲とする意味である。
【００５５】
図４に示すように本実施例ではＴａ層内でのＴａ（１）濃度はＡｌ（１）濃度よりも全域で大きくなっているが、Ｔａ層内におけるＡｌ（１）の濃度は、界面（１）付近では最も大きくなっており、これにより界面（１）での接合強度が向上しているものと考えられる。また、界面（２）ではＴａ（１）濃度がほぼ１００％、Ａｌ（１）濃度がほぼ０％であり、Ｔａの圧縮応力が適切に作用して、ＳｉＮ層（絶縁層）との密着性が向上しているものと考えられる。
【００５６】
（ＥＤＳ実験結果−比較例）
続いて、比較例として、第１基材側から第２基材側（図示上方）に向けて、Ｔｉ層／Ｔａ層／ＡｌＣｕ層／Ｇｅ層の順に積層した接合部を形成した。Ｔｉ層の膜厚を４００Å、Ｔａ層の膜厚を２００Å、ＡｌＣｕ層の膜厚を８０００Å、Ｇｅ層の膜厚を５４００Åとした。そして、接合時の荷重を７０００Ｎとし、４３０℃の熱処理を施した。
【００５７】
図５のＥＤＳ分析結果の界面（３）は、Ｔａ層とＡｌＣｕ層との界面であり、界面（４）は、Ｔｉ層とＴａ層との界面を示す。図５に示すように、界面（３）と界面（４）との間、すなわちＴａ層では、Ｔａ濃度よりＡｌ濃度が大きくなっており、また界面（４）の下方、すなわちＴｉ層でも、Ｔｉ濃度よりＡｌ濃度が大きくなっていることがわかった。またＴｉは、界面（３）の上方、すなわちＡｌＣｕ層内にも拡散していることがわかった。このように比較例の構成では、接合部の一部に脆性材料のＴｉＡｌが形成されていることがわかった。
【００５８】
比較例のように、Ｔｉ層とＡｌＣｕ層間にＴａ層を挿入することで、Ｔａを挿入せず、Ｔｉ／ＡｌＣｕ／Ｇｅの積層構造とした従来に比べてシェア強度を強めることができると期待されるが、本実施例では、比較例の構成に比べて更にシェア強度を強めることが可能になる。
【符号の説明】
【００５９】
２０ ＭＥＭＳセンサ
２１ 第１基材
２２ 第２基材
２３ 絶縁層
２４、２５ 配線層
２６ 固定電極層
２７ 電極パッド
３６ 支持基板
３７ アンカ部
３８ 可動部
４０ 枠体部
５０ 封止接合部
５１ 電気接合部
５３ Ｔａ層
５４ 第１の接続金属層
５５ 第２の接続金属層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基材と、第２基材と、前記第１基材と前記第２基材間に位置し、前記第１基材側に形成された第１の接続金属層と前記第２基材側に形成された第２の接続金属層とを共晶接合してなる接合部と、を有して構成され、
前記接合部は、前記第１基材側から前記第２基材側にかけて、Ｔａ層、ＡｌあるいはＡｌ合金で形成された前記第１の接続金属層、及び、Ｇｅで形成された前記第２の接続金属層の順に積層されていることを特徴とするＭＥＭＳセンサ。
【請求項２】
前記Ｔａ層の膜厚は、２００Å以上１５００Å以下の範囲内である請求項１記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項３】
前記Ｔａ層の膜厚は、６００Å以上１５００Å以下の範囲内である請求項１記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項４】
前記Ｔａ層の膜厚は、５００Å以上１０００Å以下の範囲内である請求項１記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項５】
前記第１基材の前記第２基材との対向面側に絶縁層が形成され、前記絶縁層内に配線層が埋設されており、
前記接合部は、前記絶縁層と前記第２の基材間に形成されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項６】
前記第１基材側には前記配線層の表面を覆うＳｉＮから成る前記絶縁層が形成されている請求項５記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項７】
前記Ｔａ層内には、前記第１の接続金属層を構成するＡｌが拡散しており、前記Ｔａ層内のＴａ濃度は、前記第１の接続金属層との界面から前記第１基材の方向に向けて大きくなっている請求項１ないし６のいずれか１項に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項８】
前記Ｔａ層の膜厚方向のほぼ全域にて、Ｔａ濃度のほうがＡｌ濃度よりも大きい請求項７記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項９】
前記Ｔａ層の前記第１基材側との界面付近では、ＴａとＡｌとを合わせた濃度を１００％としたとき、Ｔａ濃度がほぼ１００％である請求項７又は８に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項１】
第１基材と、第２基材と、前記第１基材と前記第２基材間に位置し、前記第１基材側に形成された第１の接続金属層と前記第２基材側に形成された第２の接続金属層とを共晶接合してなる接合部と、を有して構成され、
前記接合部は、前記第１基材側から前記第２基材側にかけて、Ｔａ層、ＡｌあるいはＡｌ合金で形成された前記第１の接続金属層、及び、Ｇｅで形成された前記第２の接続金属層の順に積層されていることを特徴とするＭＥＭＳセンサ。
【請求項２】
前記Ｔａ層の膜厚は、２００Å以上１５００Å以下の範囲内である請求項１記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項３】
前記Ｔａ層の膜厚は、６００Å以上１５００Å以下の範囲内である請求項１記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項４】
前記Ｔａ層の膜厚は、５００Å以上１０００Å以下の範囲内である請求項１記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項５】
前記第１基材の前記第２基材との対向面側に絶縁層が形成され、前記絶縁層内に配線層が埋設されており、
前記接合部は、前記絶縁層と前記第２の基材間に形成されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項６】
前記第１基材側には前記配線層の表面を覆うＳｉＮから成る前記絶縁層が形成されている請求項５記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項７】
前記Ｔａ層内には、前記第１の接続金属層を構成するＡｌが拡散しており、前記Ｔａ層内のＴａ濃度は、前記第１の接続金属層との界面から前記第１基材の方向に向けて大きくなっている請求項１ないし６のいずれか１項に記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項８】
前記Ｔａ層の膜厚方向のほぼ全域にて、Ｔａ濃度のほうがＡｌ濃度よりも大きい請求項７記載のＭＥＭＳセンサ。
【請求項９】
前記Ｔａ層の前記第１基材側との界面付近では、ＴａとＡｌとを合わせた濃度を１００％としたとき、Ｔａ濃度がほぼ１００％である請求項７又は８に記載のＭＥＭＳセンサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−５２４４９（Ｐ２０１３−５２４４９Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９０３６０（Ｐ２０１１−１９０３６０）
【出願日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【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３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【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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