WO2010032822A1

WO2010032822A1 - Ｍｅｍｓセンサ

Info

Publication number: WO2010032822A1
Application number: PCT/JP2009/066356
Authority: WO
Inventors: 小林　潔; 佐藤　清; 宜隆宇都; 一好高橋; 高橋　亨; 鈴木　潤
Original assignee: アルプス電気株式会社
Priority date: 2008-09-22
Filing date: 2009-09-18
Publication date: 2010-03-25

Abstract

【課題】　特に、可動領域へ溶融金属が流れ出すのを適切に防止できるＭＥＭＳセンサを提供することを目的としている。【解決手段】　支持導通部１２の表面には、第１の接続金属層４１が形成され、支持導通部１２に対向する配線基板２の表面には第２の接続金属層３１が形成される。第１の接続金属層４１と第２の接続金属層３１とが接合されて金属接合層５１が形成される。支持導通部１２の表面には、金属接合層５１の周囲を囲むように溝（金属流出防止部）５３が形成される。これにより、第１の接続金属層４１と第２の接続金属層３１間を加圧加熱して接合した際、仮に溶融金属が流れ出しても、溶融金属は溝５３で堰き止められ、可動領域にまで流れ出るのを適切に防止できる。

Description

ＭＥＭＳセンサ

　本発明は、シリコン基板を微細加工して形成されたＭＥＭＳセンサに係り、特に、可動領域へ溶融金属が流れ出すのを防止できるＭＥＭＳセンサに関する。

　ＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical Systems）センサは、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を構成するＳＯＩ層を微細加工することで、可動電極部と固定電極部が形成される。この微細なセンサは、可動電極部の動作により、加速度センサ、圧力センサ、振動型ジャイロ、またはマイクロリレーなどとして使用される。

　図１３は、従来のＭＥＭＳセンサの部分断面図、図１４は、図１３に示す支持導通部（アンカ部）付近の拡大断面図である。

　図１３に示すＭＥＭＳセンサは、支持基板２００、酸化絶縁層２０３及びＳＯＩ層２１０にて構成されるＳＯＩ基板と、ＳＯＩ基板に対向して設けられた配線基板２１１とを有して構成される。

　可動電極部及び固定電極部で構成される可動領域２０１と、可動電極部及び固定電極部の各支持導通部２０２は前記ＳＯＩ層２１０を微細加工して形成されたものである。

　図１３，図１４に示すように支持導通部２０２の表面２０２ａには第１の接続金属層２１２が設けられている。

　配線基板２１１は、シリコン基板２０４、絶縁層２０５、及び、リード層２０６等を備えて構成され、前記支持導通部２０２と対向する側に第２の接続金属層２１３が形成されている。第２の接続金属層２１３はリード層２０６と電気的に接続されている。そして、図１３に示すように、第１の接続金属層２１２と第２の接続金属層２１３とが接合されている。
特開２００５－２３６１５９号公報

　しかしながら、第１の接続金属層２１２と第２の接続金属層２１３とを加熱しながら接合したときに溶融金属が図１４の矢印に示すように可動領域２０１にまで流れ出し、可動領域２０１での可動電極部の動作を阻害したり、可動電極部と固定電極部間がショートする可能性があった。

　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、可動領域へ溶融金属が流れ出すのを適切に防止できるＭＥＭＳセンサを提供することを目的としている。

　本発明におけるＭＥＭＳセンサは、支持基板、中間層、及び機能層の順に積層される第１の基板と、前記機能層と対向して、前記機能層に形成される可動電極部及び前記固定電極部との導通経路を備える配線基板と、を有し、
　前記機能層には、前記中間層に固定支持されるとともに、前記配線基板と金属接合層を介して接合される接合部が形成されており、
　前記接合部、及び、前記接合部と対向する配線基板の少なくとも一方の表面には、前記金属接合層に対する金属流出防止部が形成されていることを特徴とするものである。

　これにより溶融金属が可動領域にまで流れ出すことを適切に防止できる。したがって、可動電極部の動作の阻害や、可動電極部と固定電極部間のショートを防止できる。

　本発明では、例えば、前記接合部は、前記可動電極部及び前記固定電極部の夫々に接続される支持導通部である。このとき、前記金属流出防止部は、前記金属接合層を囲んで形成されていることが、溶融金属が可動領域にまで流れ出すのを効果的に防止できて好ましい。

　あるいは本発明では、例えば、前記接合部は、前記可動電極部及び前記固定電極部と分離して形成され、前記可動電極部の可動領域を囲む枠体であり、前記枠体と前記配線基板との間に前記金属接合層である金属シール層が形成されている形態でもよい。このとき、前記金属流出防止部は、前記金属シール層より前記可動領域側である内側に形成されていることが、溶融金属が可動領域にまで流れ出すことを効果的に防止できて好ましい。

　また本発明では、前記金属流出防止部は、溝あるいは壁で形成されていることが好ましい。これにより、簡単な構造で、効果的に、溶融金属が可動領域にまで流れ出すことを防止できる。

　また本発明では、前記金属接合層は、前記接合部の表面に形成された第１の接続金属層と、前記配線基板の表面に形成された第２の接続金属層とが共晶接合又は拡散接合されて形成されることが好ましい。これにより、第１の接続金属層と第２の接続金属層間を強固に接合できる。また接合層の厚さ寸法は薄く、支持基板と配線基板の間隔を高精度に決めることができる。よって寸法精度に優れ接合強度が強いＭＥＭＳセンサに出来る。

　また本発明では、前記配線基板は、シリコン基板と、前記シリコン基板の表面に、絶縁層とこの絶縁層の内部に埋設された前記可動電極部及び前記固定電極部の夫々に電気的に接続されるリード層と、を有して形成されることが好ましい。これにより配線基板を簡単な構造で形成できると共に、ＭＥＭＳセンサの薄型化を実現できる。

　本発明のＭＥＭＳセンサによれば、溶融金属が可動領域にまで流れ出すことを適切に防止できる。したがって、可動電極部の動作の阻害や、可動電極部と固定電極部間のショートを防止できる。

　図１は本発明の実施の形態のＭＥＭＳセンサを示すものであり、可動電極部と固定電極部および枠体を示す平面図である。図１では支持基板および配線基板の図示は省略している。図２は図１のＩＩ部の拡大図、図３はＩＩＩ部の拡大図である。図４は、ＭＥＭＳセンサの全体構造を示す断面図であり、図１をＩＶ－ＩＶ線で切断した断面図に相当している。図５は図４の支持導通部１２付近及びそれに対向する配線基板を拡大して示した部分拡大断面図、図６は、図５の支持導通部１２の平面図である。図７ないし図９は図５と異なる他の実施形態のＭＥＭＳセンサの部分拡大断面図、図１０は、枠体に形成される金属流出防止部の形成位置を説明するための平面図、である。なお図５、図７ないし図９は、図４に対して各層の配置構成が上下逆となっている。

　図４に示すように、ＭＥＭＳセンサは、支持基板１と配線基板２の間に、ＳＯＩ層（機能層）１０が挟まれている。支持基板１とＳＯＩ層１０の各部は、酸化絶縁層（中間層）３ａ，３ｂ，３ｃを介して接合されている。

　支持基板１、ＳＯＩ層１０および酸化絶縁層３ａ，３ｂ，３ｃは、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板（第１の基板）を微細加工して形成されたものである。

　ＳＯＩ層１０には、第１の固定電極部１１、第２の固定電極部１３、可動電極部１５および枠体２５が分離して形成されている。さらに酸化絶縁層の一部が除去されて、互いに分離された酸化絶縁層３ａ，３ｂ，３ｃが形成されている。

　図１に示すように、ＳＯＩ層１０の平面形状は、中心（図心）Ｏに対して１８０度の回転対称であり、且つ中心Ｏを通りＸ方向に延びる線に対して上下方向（Ｙ方向）に対称である。

　図１に示すように、中心ＯよりもＹ１側に第１の固定電極部１１が設けられている。第１の固定電極部１１では、中心Ｏに接近する位置に四角形の支持導通部（アンカ部）１２が一体に形成されている。図４に示すように、支持導通部１２は酸化絶縁層３ａによって支持基板１の表面１ａに固定されている。第１の固定電極部１１は、前記支持導通部１２のみが前記酸化絶縁層３ａによって支持基板１の表面１ａに固定されており、その他の部分は、支持基板１との間の酸化絶縁層が除去されて、支持基板１の表面１ａとの間に、酸化絶縁層３ａの厚さに相当する間隔の隙間が形成されている。

　図１に示すように、第１の固定電極部１１は、支持導通部１２からＹ１方向に直線的に延びる一定の幅寸法の電極支持部１１ａを有している。電極支持部１１ａのＸ１側には、複数の対向電極１１ｂが一体に形成されており、電極支持部１１ａのＸ２側には、複数の対向電極１１ｃが一体に形成されている。図２には、一方の対向電極１１ｃが示されている。複数の対向電極１１ｃはいずれもＸ２方向へ直線的に延びており、Ｙ方向の幅寸法は一定である。そして、複数の対向電極１１ｃは、Ｙ方向へ一定の間隔を空けて櫛歯状に配列している。Ｘ１側に延びる他方の対向電極１１ｂと、Ｘ２方向に延びる前記対向電極１１ｃは、中心Ｏを通ってＹ方向に延びる線に対して左右対称の形状である。

　中心ＯよりもＹ２側には第２の固定電極部１３が設けられている。第２の固定電極部１３と前記第１の固定電極部１１は、中心Ｏを通ってＸ方向に延びる線に対して上下方向（Ｙ方向）へ対称形状である。すなわち、第２の固定電極部１３は、中心Ｏに接近する位置に設けられた四角形の支持導通部（アンカ部）１４と、この支持導通部１４からＹ２方向へ直線的に延びる一定の幅寸法の電極支持部１３ａを有している。電極支持部１３ａのＸ１側には、電極支持部１３ａから一体に延びる複数の対向電極１３ｂが設けられ、電極支持部１３ａのＸ２側には、電極支持部１３ａから一体に延びる複数の対向電極１３ｃが設けられている。

　図３に示すように、対向電極１３ｃはＸ２方向へ直線状に延び幅寸法が一定であり、且つＹ方向へ一定の間隔で互いに平行に形成されている。Ｘ１側の対向電極１３ｂも同様に一定の幅寸法でＸ１方向へ直線的に延び、Ｙ方向へ一定の間隔で平行に延びている。

　第２の固定電極部１３も、支持導通部１４のみが酸化絶縁層３ａを介して支持基板１の表面１ａに固定されている。それ以外の部分である電極支持部１３ａおよび対向電極１３ｂ，１３ｃは、支持基板１の表面１ａとの間の酸化絶縁層が除去されており、電極支持部１３ａおよび対向電極１３ｂ，１３ｃと、支持基板１の表面１ａとの間に、酸化絶縁層の厚さに相当する間隔の隙間が形成されている。

　図１に示すＳＯＩ層１０は、四角形の枠体２５の内側が可動領域であり、可動領域では、前記第１の固定電極部１１と第２の固定電極部１３を除く部分が可動電極部１５となっている。可動電極部１５は、前記第１の固定電極部１１と第２の固定電極部１３および枠体２５から分離されて形成されている。

　図１に示すように、可動電極部１５は、中心ＯよりもＸ１側に、Ｙ１－Ｙ２方向に延びる第１の支持腕部１６を有しており、中心ＯのＸ１側に接近した位置に、第１の支持腕部１６と一体に形成された四角形の支持導通部（アンカ部）１７が設けられている。可動電極部１５は、中心ＯよりもＸ２側に、Ｙ１－Ｙ２方向に延びる第２の支持腕部１８を有しており、中心ＯのＸ２側に接近した位置に、第２の支持腕部１８と一体に形成された四角形の支持導通部（アンカ部）１９が設けられている。

　第１の支持腕部１６と第２の支持腕部１８とで挟まれた領域で、且つ第１の固定電極部１１と第２の固定電極部１３を除く部分が、錘部２０となっている。錘部２０のＹ１側の縁部は、弾性支持部２１を介して第１の支持腕部１６に支持されているとともに弾性支持部２３を介して第２の支持腕部１８に支持されている。錘部２０のＹ１側の縁部は、弾性支持部２２を介して第１の支持腕部１６に支持されているとともに、弾性支持部２４を介して第２の支持腕部１８に支持されている。

　中心ＯよりもＹ１側では、錘部２０のＸ１側の縁部からＸ２側に延びる複数の可動対向電極２０ａが一体に形成されているとともに、錘部２０のＸ２側の縁部からＸ１側に延びる複数の可動対向電極２０ｂが一体に形成されている。図２に示すように、錘部２０と一体に形成された可動対向電極２０ｂは、第１の固定電極部１１の対向電極１１ｃのＹ２側の辺に対して静止時に距離δ１を介して対向している。同様に、Ｘ１側の可動対向電極２０ａも、第１の固定電極部１１の対向電極１１ｂのＹ２側の辺に対して静止時に距離δ１を介して対向している。

　錘部２０には、中心ＯよりもＹ２側において、Ｘ１側の縁部からＸ２方向に平行に延びる複数の可動対向電極２０ｃが一体に形成されているとともに、Ｘ２側の縁部からＸ１方向に平行に延びる複数の可動対向電極２０ｄが一体に形成されている。

　図３に示すように、可動対向電極２０ｄは、第２の固定電極部１３の対向電極１３ｃのＹ１側の辺に対して静止時に距離δ２を介して対向している。これは、Ｘ１側の可動対向電極２０ｃと対向電極１３ｂとの間においても同じである。静止時の対向距離δ１とδ２は、同じ寸法となるようように設計されている。

　図４に示すように、第１の支持腕部１６に連続する支持導通部１７と支持基板１の表面１ａとが酸化絶縁層３ｂを介して固定されており、第２の支持腕部１８に連続する支持導通部１９と支持基板１の表面１ａも酸化絶縁層３ｂを介して固定されている。可動電極部１５は、支持導通部１７と支持導通部１９のみが前記酸化絶縁層３ｂによって支持基板１に固定されており、それ以外の部分、すなわち第１の支持腕部１６、第２の支持腕部１８、錘部２０、可動対向電極２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄおよび弾性支持部２１，２２，２３，２４は、支持基板１の表面１ａとの間の酸化絶縁層が除去されており、これら各部と支持基板１の表面１ａとの間に酸化絶縁層３ｂの厚さ寸法に相当する間隔の隙間が形成されている。

　弾性支持部２１，２２，２３，２４は、薄い板バネ部でミアンダパターンとなるように形成されている。弾性支持部２１，２２，２３，２４が変形することで、錘部２０がＹ１方向またはＹ２方向へ移動可能となっている。

　図１に示すように、枠体２５は、ＳＯＩ層１０を四角い枠状に切り出すことで形成されている。この枠体２５と支持基板１の表面１ａとの間には、酸化絶縁層３ｃが残されている。この酸化絶縁層３ｃは、可動電極部１５の可動領域の外側の全周を囲むように設けられている。

　図１，図４に示す形状のＳＯＩ層１０の製造方法は、加工前のＳＯＩ層１０の表面に、第１の固定電極部１１、第２の固定電極部１３、可動電極部１５および枠体２５を覆うレジスト層を形成し、レジスト層から露出している部分のＳＯＩ層を、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除去し、第１の固定電極部１１、第２の固定電極部１３、可動電極部１５および枠体２５を互いに分離させる。

　このとき、支持導通部１２，１４，１７，１９および枠体２５を除く全ての領域に、前記深堀ＲＩＥによって、多数の微細孔を形成しておく。図２と図３には、対向電極１１ｃに形成された微細孔１１ｄ、対向電極１３ｃに形成された微細孔１３ｄ、および錘部２０に形成された微細孔２０ｅが図示されている。

　深堀ＲＩＥなどによってパターン加工した後に、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、ＳＯＩ層１０の前記各部を分離した溝内に浸透し、さらに前記微細孔内に浸透して、酸化絶縁層が除去される。

　その結果、支持導通部１２，１４，１７，１９および枠体２５と、支持基板１の表面１ａとの間のみ、酸化絶縁層３ａ，３ｂ，３ｃが残され、それ以外の部分で絶縁層が除去される。

　なお、支持基板１は、厚さ寸法が０．２～０．７ｍｍ程度、ＳＯＩ層１０の厚さ寸法は１０～３０μｍ程度、酸化絶縁層３ａ，３ｂ，３ｃの厚さは１～３μｍ程度である。

　配線基板２を構成するシリコン基板５は、厚さ寸法が０．２～０．７ｍｍ程度で形成される。シリコン基板５の表面５ａに絶縁層３０が形成される。絶縁層３０は、ＳｉＯ₂、ＳｉＮまたはＡｌ₂Ｏ₃などの無機絶縁層であり、スパッタ工程やＣＶＤ工程で形成される。無機絶縁層としては、シリコン基板との熱膨張係数の差が、接続金属層を構成する導電性金属とシリコン基板の熱膨張係数の差よりも小さい材料が選択される。好ましくは、シリコン基板との熱膨張係数の差が比較的小さいＳｉＯ₂またはＳｉＮが使用される。

　図４に示すように、絶縁層３０の表面に、第１の固定電極部１１の支持導通部１２に対面する第２の接続金属層３１が形成され、同様に第２の固定電極部１３の支持導通部１４に対面する第２の接続金属層３１（図示せず）が形成される。また、絶縁層３０の表面に、可動電極部１５の一方の支持導通部１７に対面する第２の接続金属層３２が形成され、同様に、他方の支持導通部１９と対面する第２の接続金属層３２（図示せず）も形成されている。

　絶縁層３０の表面には、前記枠体２５の表面に対向する第２のシール接続金属層３３が形成されている。この第２のシール接続金属層３３は、前記第２の接続金属層３１，３２と同じ導電性金属材料によって形成されている。第２のシール接続金属層３３は、枠体２５に対面して四角形に形成されており、可動電極部１５の可動領域の外周でこの可動領域の周囲全周を囲むように形成されている。第２の接続金属層３１，３２および第２のシール接続金属層３３はアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。

　絶縁層３０の内部には、一方の第２の接続金属層３１に導通するリード層３４と、他方の第２の接続金属層３２に導通するリード層３５が設けられている。リード層３４，３５はアルミニウムで形成されている。複数のリード層３４，３５は、それぞれの第２の接続金属層３１，３２に個別に導通している。そして、それぞれのリード層３４，３５は、絶縁層３０の内部を通過し、第２のシール接続金属層３３と接触することなく、第２のシール接続金属層３３が形成されている部分を横断して、第２のシール接続金属層３３で囲まれている領域の外側へ延びている。配線基板２には、前記領域の外側において、それぞれのリード層３４，３５に導通する接続パッド３６が設けられている。接続パッド３６は、低抵抗で酸化しにくい導電性材料であるアルミニウムや金などで形成されている。

　絶縁層３０は、第２の接続金属層３１，３２が形成されている表面および第２のシール接続金属層３３が形成されている表面が同一平面上に位置している。そして、絶縁層３０には、第２の接続金属層３１，３２と第２のシール接続金属層３３が形成されていない領域に、シリコン基板５の表面５ａに向けて凹部３８が形成されている。この凹部３８は、絶縁層３０において、支持導通部１２，１４，１７，１９および枠体２５に対向する前記表面以外の全ての部分に形成されている。また、凹部３８は、絶縁層３０の内部の途中までの深さであって、リード層３４，３５が露出しない深さに形成されている。

　図４に示すように、ＳＯＩ層１０の支持導通部１２，１４の表面には、それぞれ前記第２の接続金属層３１に対面する第１の接続金属層４１が形成され、支持導通部１７，１９の表面には、それぞれの第２の接続金属層３２に対面する第１の接続金属層４２がスパッタ工程で形成される。さらに、枠体２５の表面には、第２のシール接続金属層３３に対面する第１のシール接続金属層４３が形成される。第１のシール接続金属層４３は、第１の接続金属層４１，４２と同じ金属材料で同時に形成される。

　例えば、第１の接続金属層４１，４２と第１のシール接続金属層４３は、第２の接続金属層３１，３２および第２のシール接続金属層３３を形成するアルミニウムと共晶接合あるいは拡散接合しやすい金属材料であるゲルマニウムで形成されている。

　図４に示すように、第２の接続金属層３１と第１の接続金属層４１とを対面させ、第２の接続金属層３２と第１の接続金属層４２とを対面させ、さらに第２のシール接続金属層３３と第１のシール接続金属層４３とを対面させる。そして、加熱しながら支持基板１とシリコン基板５間を加圧する。これにより、第２の接続金属層３１と第１の接続金属層４１とが接合された金属接合層５１が形成され、第２の接続金属層３２と第１の接続金属層４２とが接合された金属接合層５２が形成される。金属接合層５１，５２の形成により、支持導通部１２，１４，１７，１９が酸化絶縁層３ａ，３ｂと絶縁層３０との間で動かないように挟持される。

　同時に、第２のシール接続金属層３３と第１のシール接続金属層４３とが接合される。この金属接合により、枠体２５と絶縁層３０とが強固に固定されるとともに、可動電極部１５の可動領域の周囲全周を囲む金属シール層（金属接合層）４５が形成される。

　図５，図６に示すように、支持導通部１２の表面であって、金属接合層５１の周囲には、溝（金属流出防止部）５３が形成されている。図６に示すように溝５３は、金属接合層５１の周囲全長を連続して囲むように形成されている。

　これにより、第１の接続金属層４１と第２の接続金属層３１間を加圧加熱して接合した際、仮に溶融金属が流れ出しても、溶融金属は溝５３で堰き止められ、可動電極部１５の錘部２０の可動領域や図２と図３に示す電極対向部に流れ出るのを適切に防止できる。したがって、可動電極部１５の動作を阻害しない。また、可動電極部１５と固定電極部１１間がショートすることもない。また、仮に、溶融金属が流れ出しても堰き止めることができるので、第１の接続金属層４１と第２の接続金属層３１間の接合条件を従来に比べて緩やかに設定できる。

　図１に示す実施形態では、支持導通部１２，１４，１７，１９、及び可動電極部１５の可動領域は枠体２５で囲まれた領域内にて形成される。支持導通部１２，１４，１７，１９は、枠体２５で囲まれた領域の略中央位置に集約され、可動電極部１５の可動領域が、支持導通部１２，１４，１７，１９と枠体２５の間の領域に形成される。したがって、図１に示すように、各支持導通部１２，１４，１７，１９の周囲に可動領域が近づく形態となっている。よって、上記のように、溝５３を、金属接合層５１の周囲全長を連続して囲むように形成することが、より効果的に、溶融金属が可動領域に流れ出すのを防止できて好適である。ただし溝５３は、金属接合層５１の周囲に一部、不連続な部分があってもよい。

　溝５３の外周形状は、金属接合層５１の外周形状、あるいは、接合前の第１の接続金属層４１又は第２の接続金属層３１の外周形状と相似形状であることが好ましい。

　図７に示す実施形態では、第２の接続金属層３１と第１の接続金属層４１とが接合されて形成された金属接合層５４の一部が、溝（金属流出防止部）５５の内部まで形成されている。図７の形態においても、図６と同様に、溶融金属が溝５５で堰き止められ、可動電極部１５の錘部２０の可動領域や図２と図３に示す電極対向部に流れ出るのを適切に防止できる。

　図８に示す実施形態では、支持導通部１２の表面１２ａに凹む凹部５６が形成され、凹部５６の周囲を囲む壁（金属流出防止部）５７が形成されている。第２の接続金属層３１と第１の接続金属層４１とが接合されて形成された金属接合層５８は凹部５６内に形成されている。

　図８に示す実施形態においても、溶融金属が壁５７で堰き止められ、可動電極部１５の錘部２０の可動領域や図２と図３に示す電極対向部に流れ出るのを適切に防止できる。

　図９に示す実施形態では、支持導通部１２側のみならず配線基板２側にも金属流出防止用の溝５９が形成されている。図９の形態では、ＳＯＩ基板と配線基板２とを接合する際に、どちらの基板を下側にしても、溶融金属を溝５３か溝５９のどちらかで堰き止めることができ、可動電極部１５の錘部２０の可動領域や図２と図３に示す電極対向部に流れ出るのを防止できる。

　図９では、配線基板２の表面に形成された絶縁層３０の表面に溝５９を形成している。
　金属流出防止用としての溝は、いずれもエッチング等の既存の方法を用いて形成できる。また図８では、支持導通部１２の表面１２ａに凹部５６をエッチングで形成することもできるが、平坦な支持導通部１２の表面１２ａに壁５７をスパッタや塗布等で形成することも出来る。

　また金属流出防止部は、各支持導通部と対向する配線基板２側にのみ形成することも出来る。

　また、金属流出防止部は、溝及び壁以外の形状であってもよい。
　また図５に示すように第２の接続金属層３１の略中央部には凹部３１ａが形成されるが、凹部３１ａが形成されず、第２の接続金属層３１の表面が第１の接続金属層４１と同様に平面で形成された形態であってもよい。特に、凹部３１ａは未接合領域となるので、凹部３１ａをできる限り小さく形成するか、あるいは完全に平面で接合できるようにしたほうが、接合面積を大きくでき、第１の接続金属層４１と第２の接続金属層３１間を強固に接合できて好ましい。

　上記ではいずれも支持導通部１２を用いて説明したが、他の支持導通部１４，１７，１９についても同様の溝あるいは壁の金属流出防止部が形成されている。

　また、図４，図１０に示すように、溝（金属流出防止部）６０は、枠体（接合部）２５の表面にも形成される。図４，図１０に示すように、溝６０は金属シール層（金属接合層）４５の可動領域側である内側の枠体表面に形成されている。これにより、溶融金属が可動領域方向である内側に流れ出しても溝６０で堰き止めることができ、可動電極部１５の錘部２０の可動領域や図２と図３に示す電極対向部に流れ出るのを防止できる。なお、溝（金属流出防止部）を、金属シール層４５の外側の枠体表面にも形成すれば、溶融金属が外側に流れ出すのを適切に防止できる。

　なお、第１のシール接続金属層４３と第２のシール接続金属層３３との接合による金属シール層４５が形成されない形態では、支持導通部１２，１４，１７，１９にのみ金属流出防止部を形成すればよい。また、支持導通部１２，１４，１７，１９から可動領域が遠い位置に形成され、支持導通部１２，１４，１７，１９と配線基板２間に形成された金属接合層からの溶融金属がさほど問題とならない場合には、枠体表面あるいはそれ以外の接合層の表面にのみ金属流出防止部を形成する形態でもよい。ただし、ＭＥＭＳセンサの小型化に対応すべく、全ての接合部（本実施形態では、支持導通部１２，１４，１７，１９と枠体２５）の表面、あるいは、接合部と対向する配線基板２の表面、又は、双方の表面に金属流出防止部を形成することが望ましい。

　上記したＭＥＭＳセンサは、ＳＯＩ基板と配線基板２を重ねた構造であり、全体に薄型である。

　また、支持導通部１２，１４，１７，１９が配線基板２に、第２の接続金属層３１，３２と第１の接続金属層４１，４２との共晶接合あるいは拡散接合で接合されていることが好ましい。この接合層は薄く且つ面積が小さく、しかも支持導通部１２，１４，１７，１９と支持基板１とが無機絶縁材料の酸化絶縁層３ａ，３ｂを介して接合されている。そのため、周囲温度が高くなったとしても、接合層の熱応力が支持導通部１２，１４，１７，１９の支持構造に影響を与えにくく、熱応力による固定電極部１１，１３や可動電極部１５の歪みなどが発生しにくい。

　同様に、可動電極部１５の可動領域の周囲を囲む金属シール層４５は、枠体２５と絶縁層３０との間で薄く形成された接合層であることが好ましい。枠体２５が十分な厚み寸法を有しているため、金属シール層４５の熱応力によって、シリコンで形成された支持基板１やシリコン基板５に歪みなどが発生しにくい。

　このＭＥＭＳセンサは、支持基板１とシリコン基板５の厚さ寸法、およびＳＯＩ層１０の厚さ寸法、さらに絶縁層３０の厚さ寸法によって、全体の厚さ寸法がほぼ決められる。それぞれの層の厚さ寸法は、高精度に管理できるため、厚さのばらつきが生じにくくなる。しかも、絶縁層３０には、可動電極部１５の可動領域に対向する凹部３８が形成されているため、全体が薄型であっても、可動電極部１５に厚さ方向の移動余裕（マージン）を与えることができ、外部から厚さ方向への大きな加速度が作用しても、錘部２０および可動対向電極２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが絶縁層３０に当たりにくく、誤動作を生じにくい。

　また図４に示す実施形態では、配線基板２は、シリコン基板５と、シリコン基板５の表面５ａに、絶縁層３０とリード層３４，３５と第２の接続金属層３１とを有して構成される。したがって後述する図１２のようにシリコン基板に貫通する貫通配線を用いて支持導通部との導通経路を確保する形態に比べて、簡単な構造で薄型化を実現できる。

　このＭＥＭＳセンサは、Ｙ１方向またはＹ２方向の加速度を検知する加速度センサとして使用することができる。例えば、ＭＥＭＳセンサにＹ１方向への加速度が作用すると、その反作用により可動電極部１５の錘部２０がＹ２方向へ移動する。このとき、図２に示す、可動対向電極２０ｂと固定側の対向電極１１ｃとの対向距離δ１が広がって、可動対向電極２０ｂと対向電極１１ｃとの間の静電容量が低下する。同時に、図３に示す、可動対向電極２０ｄと対向電極１３ｃとの対向距離δ２が狭くなって、可動対向電極２０ｂと対向電極１３ｃとの間の静電容量が増大する。

　静電容量の減少と増大を電気回路で検出し、対向距離δ１の増大による出力の変化と対向距離δ２の減小による出力の変化との差を求めることにより、Ｙ１方向へ作用した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。

　なお、本実施形態では、可動電極部１５の錘部２０が、Ｘ－Ｙ平面と直交する向きの加速度に反応して厚さ方向へ移動して、固定電極部１１，１３の対向電極１１ｂ，１１ｃ，１３ｂ，１３ｃと、可動電極部１５の可動対向電極２０ａ，２０ｂ，２０ｃとの対向状態が、可動電極部１５の厚さ方向へずれて、対向面積が変化し、このときの可動対向電極と対向電極との間の静電容量の変化を検知するものであってもよい。

　なお、前記実施の形態では、第２の接続金属層３１，３２および第２のシール接続金属層３３がアルミニウムで、第１の接続金属層４１，４２および第１のシール接続金属層４３がゲルマニウムであるが、共晶接合あるいは拡散接合が可能な金属の組み合わせとしては、アルミニウム－亜鉛、金－シリコン、金－インジウム、金－ゲルマニウム、金－錫などがある。これら金属の組み合わせにより、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接合を行うことが可能になる。

　図１１は、さらに他の実施の形態のＭＥＭＳセンサを示す断面図である。
　このＭＥＭＳセンサは、シリコン基板５の代わりにＩＣパッケージ１００が使用されている。ＩＣパッケージ１００内には、対向電極と可動対向電極との静電容量の変化を検出する検出回路などが内蔵されている。

　ＩＣパッケージ１００の上面１０１に絶縁層３０が形成され、この絶縁層３０の表面に、第２の接続金属層３１，３２および第２のシール接続金属層３３が形成されている。第２の接続金属層３１，３２は、絶縁層３０を貫通するスルーホールなどの接続層１３４，１３５を介して、ＩＣパッケージ１００の上面１０１に現れている電極パッドなどに導通し、ＩＣパッケージ１００内の電気回路に接続されている。

　図１１に示すＭＥＭＳセンサでは、接合部（支持導通部１２，１４，１７，１９や枠体２５）と対向する絶縁層３０の表面に金属流出防止部である溝６１が形成されている。よって溶融金属が溝６１により堰き止められ、可動領域にまで流れ出るのを適切に防止できる。

　図１２は、さらに他の実施の形態のＭＥＭＳセンサを示す断面図である。
　図１２に示す実施形態では、配線基板２６を構成するシリコン基板２７に貫通する同じくシリコンで形成された貫通配線層２８が設けられている。貫通配線層２８とシリコン基板２７の間は絶縁層２９にて絶縁されている。図１２に示すように貫通配線層２８に接してＳＯＩ層１０と対向するシリコン基板２７の表面２７ａに第２の接続金属層３１，３２が形成されている。また絶縁層２９は、シリコン基板２７のＳＯＩ層１０との対向面と反対面２７ｂを覆い、図１２に示すように、絶縁層２９の内部には、貫通配線層２８に接するリード層３７が形成されている。

　図１２に示すＭＥＭＳセンサも、接合部（支持導通部１２，１４，１７，１９や枠体２５）の各表面に、金属流出防止部である溝６２が形成されている。よって溶融金属が溝６２により堰き止められ、可動領域にまで流れ出るのを適切に防止できる。

　なお、例えば、金属流出防止部が溝であるとき、溝内に溶融金属が流出した状態でなくても、その溝が本実施形態における支持導通部の表面にて金属接合層の周囲を囲む形状になっている等、可動領域への溶融金属の流出を抑制することが可能な位置に設けられていれば、その溝は本実施形態における金属流出防止部と推定できる。

　また、溝や壁等で形成された部位が、金属流出防止部の目的として形成したものでなくても、その部位が、金属接合層の金属流出を抑制することが副次的効果としてあれば、その部位は本実施形態における金属流出防止部である。

本発明の実施の形態のＭＥＭＳセンサの可動電極部と固定電極部および枠体の分離パターンを示す平面図、図１のＩＩ矢視部の拡大平面図、図１のＩＩＩ矢視部の拡大平面図、ＭＥＭＳセンサの積層構造を示す断面図であり、図１のＩＶ－ＩＶ線での断面図に相当している、図４の一部分を拡大して示した部分拡大断面図、図５の支持導通部の平面図、図５の実施形態の一部を変更した他の実施形態のＭＥＭＳセンサの部分拡大断面図、図５の実施形態の一部を変更した他の実施形態のＭＥＭＳセンサの部分拡大断面図、図５の実施形態の一部を変更した他の実施形態のＭＥＭＳセンサの部分拡大断面図、枠体に形成される溝（金属流出防止部）を説明するための図１と同様の平面図、第２の基板の代わりにＩＣパッケージを使用した実施の形態を示す断面図、図４，図１１と異なる実施形態を示す断面図、従来におけるＭＥＭＳセンサの部分断面図、図１３の支持導通部付近を拡大した部分拡大断面図、

１　支持基板
２　配線基板
３ａ，３ｂ，３ｃ　酸化絶縁層
５、２７　シリコン基板
１０　ＳＯＩ層
１１　第１の固定電極部
１１ｂ，１１ｃ　対向電極
１２　支持導通部（アンカ部）
１３　第２の固定電極部
１３ｂ，１３ｃ　対向電極
１４　支持導通部（アンカ部）
１５　可動電極部
１６　第１の支持腕部
１７　支持導通部（アンカ部）
１８　第２の支持腕部
１９　支持導通部（アンカ部）
２０　錘部
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ　可動対向電極
２１，２２，２３，２４　弾性支持部
２５　枠体
２８　貫通配線層
２９、３０　絶縁層
３１，３２　第２の接続金属層
３３　第２のシール接続金属層
３４，３５　リード層
３８　凹部
４１，４２　第１の接続金属層
４３　第１のシール接続金属層
４５　金属シール層
５３、５５、５９、６０、６１、６２　溝（金属流出防止部）
５４　金属接合層
５６　凹部
５７　壁（金属流出防止部）
１００　ＩＣパッケージ

Claims

　支持基板、中間層、及び機能層の順に積層される第１の基板と、前記機能層と対向して、前記機能層に形成される可動電極部及び前記固定電極部との導通経路を備える配線基板と、を有し、
　前記機能層には、前記中間層に固定支持されるとともに、前記配線基板と金属接合層を介して接合される接合部が形成されており、
　前記接合部、及び、前記接合部と対向する配線基板の少なくとも一方の表面には、前記金属接合層に対する金属流出防止部が形成されていることを特徴とするＭＥＭＳセンサ。
　前記接合部は、前記可動電極部及び前記固定電極部の夫々に接続される支持導通部である請求項１記載のＭＥＭＳセンサ。
　前記金属流出防止部は、前記金属接合層を囲んで形成されている請求項２記載のＭＥＭＳセンサ。
　前記接合部は、前記可動電極部及び前記固定電極部と分離して形成され、前記可動電極部の可動領域を囲む枠体であり、前記枠体と前記配線基板との間に前記金属接合層である金属シール層が形成されている請求項１ないし３のいずれかに記載のＭＥＭＳセンサ。
　前記金属流出防止部は、前記金属シール層より前記可動領域側である内側に形成されている請求項４記載のＭＥＭＳセンサ。
　前記金属流出防止部は、溝あるいは壁で形成されている請求項１ないし５のいずれかに記載のＭＥＭＳセンサ。
　前記金属接合層は、前記接合部の表面に形成された第１の接続金属層と、前記配線基板の表面に形成された第２の接続金属層とが共晶接合又は拡散接合されて形成される請求項１ないし６のいずれかに記載のＭＥＭＳセンサ。
　前記配線基板は、シリコン基板と、前記シリコン基板の表面に、絶縁層とこの絶縁層の内部に埋設された前記可動電極部及び前記固定電極部の夫々に電気的に接続されるリード層と、を有して形成される請求項１ないし７のいずれかに記載のＭＥＭＳセンサ。