JP2011148073A - Ｍｅｍｓセンサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 特に、内部配線層への電気的接続性及び内部空間の高さ寸法のばらつきを小さくすることが可能なＭＥＭＳセンサ及びその製造方法を提供することを目的としている。
【解決手段】 第１の基板２１と、第２の基板２２と、前記第１の基板２１の表面に形成される第１のＳｉＯ₂層２５と、前記第１の基板２１と前記第１のＳｉＯ₂層２５との間に形成される内部配線層２４と、前記第１のＳｉＯ₂層２５の表面２５ａから前記内部配線層２４にかけて形成される貫通孔２６と、前記貫通孔２６内に形成され前記内部配線層２４と電気的に接続される電気接続層２８と、前記第２の基板２２と前記第１のＳｉＯ₂層２５との間に位置し、前記第２の基板２２と前記第１の基板２１間に形成される内部空間Ｓ２の高さ寸法を規制する突出形状の第１の窒化シリコン層３３と、を有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、第１の基板と、第２の基板とが高さ方向に間隔を空けて配置されたＭＥＭＳセンサに関する。

特許文献１には、相対向する２つの基板が金属の接合部を介して接合されたＭＥＭＳセンサが開示されている。前記接合部は封止層であり、これにより２つの基板間には内部空間が形成される。

しかしながら特許文献１に記載された発明では接合部を半田としており、２つの基板間の高さ寸法の調整を高精度に行うことが困難であるものと考えられる。また、特許文献１では２つの基板の一方を配線基板として構成することを想定していない。

図６（ａ）は、本発明に対する比較例のＭＥＭＳセンサの部分縦断面図を示している。
図６（ａ）に示すように第１の基板１の表面にＳｉＯ₂層２が形成され、ＳｉＯ₂層２の表面に内部配線層３が形成されている。またＳｉＯ₂層２上から内部配線層３上にかけて窒化シリコン層４が形成されている。図６（ａ）に示すように、窒化シリコン層４には内部配線層３に通じる貫通孔４ａが形成され、前記貫通孔４ａ内に電気接続層５が形成されている。また窒化シリコン層４からＳｉＯ₂層２にかけて貫通孔６が形成され、第１の基板１に通じる前記貫通孔６内に電気接続層７が形成される。

図６（ａ）に示すように、窒化シリコン層４には突出部４ｂが形成され、この突出部４ｂは高さ寸法Ｌ１（キャビティ高さ）で形成される。

図６（ａ）に示すように第２の基板８と突出部４ｂとの間は接合部９を介して接合されている。

図６（ａ）に示す比較例のＭＥＭＳセンサでは、第１の基板１側を配線基板として構成できる。また窒化シリコン層４の突出部４ｂの高さ寸法Ｌ１により内部空間Ｓ１の間隔を規制することが出来る。

しかしながら図６（ａ）に示すＭＥＭＳセンサの構造では次のような問題点があった。すなわち窒化シリコン層４は、ＳｉＯ₂層２や内部配線層３（例えばＡｌＣｕ）に比べてエッチングレートが高く、図６（ａ）に示す貫通孔４ａ，６を形成する過程で、窒化シリコン層４が横方向にもオーバーエッチングされて、窒化シリコン層４の側面に図６（ｂ）（図６（ａ）の点線Ａで囲んだ部分を示す部分拡大縦断面図）に示すような逆テーパ面１０が形成されるといった問題があった。この結果、貫通孔４ａ，６内に電気接続層５，７を埋め込み形成した際に逆テーパ面１０での付着が悪いため、逆テーパ面１０付近で断線が生じやすくなる。また逆テーパ面１０付近に空隙が形成され、熱処理工程等を経た際に、逆テーパ面１０付近にストレスが生じて断線や剥離等を引き起こしやすくなる。

また図６（ａ）に示すＭＥＭＳセンサでは、窒化シリコン層４を途中までエッチングして突出部４ｂを形成するが、この構成では、突出部４ｂの高さ寸法Ｌ１にばらつきが生じやすい。０．５％〜８％程度のばらつき（基準の高さ寸法Ｌ１に対するばらつき）が生じることがわかった。このように突出部４ｂの高さ寸法Ｌ１にばらつきが生じると内部空間Ｓ１の間隔が変動してしまう。例えば、第２の基板８に高さ方向に変位可能な可動部が形成された構成では、突出部４ｂの高さ寸法Ｌ１の変動により内部空間Ｓ１内での可動部のギャップ長Ｌ２が変動してしまい検出特性の劣化やばらつきに繋がり好ましくない。

一方、窒化シリコン層４の部分もＳｉＯ₂層とすると、ＳｉＯ₂層のエッチングレートは非常に遅いために、突出部４ｂの形成に非常に時間がかかり、また高さ寸法Ｌ１のみならず面内方向への寸法ばらつきも生じやすくなる。更にＳｉＯ₂層は応力が大きいために第２の基板８と突出部４ｂ間が剥離されやすくなる。

特開２００５−２３６１５９号公報

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、特に、電気配線の安定性を向上させることができ、さらには内部空間の高さ寸法のばらつきを小さくすることが可能なＭＥＭＳセンサ及びその製造方法を提供することを目的としている。

本発明におけるＭＥＭＳセンサは、
第１の基板と、第２の基板と、前記第１の基板の表面に形成される第１のＳｉＯ₂層と、前記第１の基板と前記第１のＳｉＯ₂層との間に形成される内部配線層と、前記第１のＳｉＯ₂層の表面から前記内部配線層にかけて形成される貫通孔と、前記貫通孔内に形成され前記内部配線層と電気的に接続される電気接続層と、前記第２の基板と前記第１のＳｉＯ₂層との間に位置し、前記第２の基板と前記第１の基板間に形成される内部空間の高さ寸法を規制する突出形状の第１の窒化シリコン層と、を有することを特徴とするものである。

本発明では、内部配線層に通じる電気接続層の形成のための貫通孔を第１の窒化シリコン層に形成せずに第１のＳｉＯ₂層に形成し、突出形状の第１の窒化シリコン層は内部空間の高さ寸法を規制する規制層として第１のＳｉＯ₂層上に形成した。これにより、比較例のように貫通孔の側面に逆テーパ面が形成されるのを抑制でき、電気接続層の断線を抑制できる。また、内部空間の高さ寸法のばらつきを小さくすることができる。更に、ＳｉＯ₂層に比べて応力が小さい突出形状の第１の窒化シリコン層と第２の基板間を接合することで応力緩和でき基板間の剥離等の不具合を抑制できる。

本発明では、前記第１の窒化シリコン層を、前記第２の基板の周囲を囲む封止層として機能させることが出来る。

また本発明では、前記内部配線層は、前記第１の窒化シリコン層の前記電気接続層が形成されている内側から前記第１の窒化シリコン層の外側に引き出されており、前記第１の窒化シリコン層の外方にて外部接続層と電気的に接続されていることが好ましい。

また本発明では、前記第２の基板は、アンカ部と、前記アンカ部に高さ方向へ変位可能に支持される可動部と、前記アンカ部及び前記可動部の周囲に形成された枠体部とを有して構成され、前記第２の基板の前記第１の基板と対向する反対側には前記アンカ部及び前記枠体部に固定される支持基板が設けられており、
前記枠体部と前記第１のＳｉＯ₂層間に前記第１の窒化シリコン層が形成されており、前記アンカ部と前記第１のＳｉＯ₂層間に突出形状の第２の窒化シリコン層が形成されており、前記第１の窒化シリコン層と前記枠体層間、及び、前記第２の窒化シリコン層と前記アンカ部間が金属層により共晶接合されている構成に好ましく適用できる。

本発明では、アンカ部と接合される第２の窒化シリコン層を第１の窒化シリコン層と同じ高さ寸法にて形成できる。また共晶接合により、第１の窒化シリコン層と枠体層間、及び、第２の窒化シリコン層とアンカ部間を強固に接合することが出来る。

上記構成において、前記電気接続層から前記可動部と対向する位置にかけて前記第１のＳｉＯ₂層の表面に延出する固定電極層を形成することができる。これにより可動部と固定電極層間の静電容量変化を利用したＭＥＭＳセンサを構成することが出来る。

あるいは上記構成において、前記内部配線層と同一形成面に前記可動部と対向する固定電極層が形成されており、前記固定電極層は前記第１のＳｉＯ₂層から露出して形成されていることが、ＭＥＭＳセンサの信頼性を向上させることができ、より好ましい。

また本発明では、前記アンカ部と前記第２の窒化シリコン層間に形成された前記金属層からなる接合部が、前記貫通孔内にて前記電気接続層として前記内部配線層と接続されている構成に好ましく適用できる。

また本発明では、前記第２の基板と前記第１の窒化シリコン層間が金属層により共晶接合されていることが好ましい。これにより適切に第１の基板と第２の基板間を封止できる。

または本発明におけるＭＥＭＳセンサは、
第１の基板と、第２の基板と、前記第２の基板の前記第１の基板と対向する反対側に形成された支持基板と、を有し、
前記第２の基板は、アンカ部と、前記アンカ部に高さ方向へ変位可能に支持される可動部と、前記アンカ部及び前記可動部の周囲に形成された枠体部とを有して構成され、前記アンカ部及び前記枠体部と前記支持基板間が固定されており、
前記第１の基板の前記第２の基板との対向面側には絶縁層が形成され、前記絶縁層は、前記アンカ部及び前記枠体部と対向する位置で突出し、前記絶縁層と前記アンカ部間、及び前記絶縁層と前記枠体部間が、金属層により共晶接合されており、
前記絶縁層内には内部配線層が形成されており、前記内部配線層と同一形成面に前記可動部と対向する固定電極層が形成されており、前記固定電極層は前記絶縁層から露出して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、電気配線の安定性を向上させることができ、信頼性に優れたＭＥＭＳセンサにできる。

また上記構成において、前記絶縁層には前記内部配線層と対向する位置に貫通孔が形成され、前記貫通孔を介して前記内部配線層と、前記絶縁層及び前記アンカ部間に形成された金属層よりなる接合部とが接続されていることが好ましい。

また本発明では、前記第１の基板の表面に第２のＳｉＯ₂層が形成され、前記第２のＳｉＯ₂層の表面に前記内部配線層が形成され、前記内部配線層上から前記第２のＳｉＯ₂層上にかけて前記第１のＳｉＯ₂層が形成されている構成に出来る。これにより、第１の基板と内部配線層間を適切に電気的に絶縁することが出来る。また第１のＳｉＯ₂層の下に同じエッチングレートの第２のＳｉＯ₂層を設けたことで、第１のＳｉＯ₂層から第２のＳｉＯ₂層にかけて貫通孔を形成するときに逆テーパ面等が形成されることなく適切に前記貫通孔を形成することができる。

また本発明におけるＭＥＭＳセンサの製造方法は、
第１の基板の一方の表面側に内部配線層を形成し、前記第１の基板の表面から前記内部配線層上にかけて第１のＳｉＯ₂層を形成する工程、
前記第１のＳｉＯ₂層上に重ねて窒化シリコン層を形成する工程、
不要な前記窒化シリコン層を除去して突出形状の第１の窒化シリコン層を形成する工程、
前記第１のＳｉＯ₂層に前記内部配線層に通じる貫通孔を形成し、前記貫通孔内に前記内部配線層と電気的に接続される電気接続層を形成する工程、
前記第１の基板に対して第２の基板を対向配置し、このとき、前記第１の基板と前記第２の基板間に形成される内部空間の高さ寸法を前記第１の窒化シリコン層の高さ寸法にて規制する工程、
を有することを特徴とするものである。

本発明のＭＥＭＳセンサの製造方法によれば、比較例のように貫通孔の側面に逆テーパ面が形成されるのを抑制でき、電気接続層の断線を抑制できる。また、第１の窒化シリコン層の高さ寸法を高精度に規制でき、内部空間の高さ寸法のばらつきを小さくすることができる。

本発明のＭＥＭＳセンサ及びその製造方法によれば、貫通孔の側面に逆テーパ面が形成されるのを抑制でき、電気接続層の断線を抑制できる。また、第１の窒化シリコン層の高さ寸法を高精度に規制でき、内部空間の高さ寸法のばらつきを小さくすることができる。本発明では、電気配線の安定性を向上させることができ、信頼性に優れたＭＥＭＳセンサにできる。

本発明の第１実施形態のＭＥＭＳセンサの模式図（縦断面図）、 図１に示すＭＥＭＳセンサの配線基板の製造方法を示す工程図（縦断面図）、 本発明の第２実施形態のＭＥＭＳセンサの模式図（縦断面図）、 本発明の第３実施形態のＭＥＭＳセンサの模式図（縦断面図）、 本発明の第４実施形態のＭＥＭＳセンサの模式図（縦断面図）、 比較例におけるＭＥＭＳセンサの模式図（縦断面図）、

図１は本発明の第１実施形態のＭＥＭＳセンサの模式図（縦断面図）、図２は図１に示すＭＥＭＳセンサの配線基板の製造方法を示す工程図（縦断面図）、図３は、本発明の第２実施形態のＭＥＭＳセンサの模式図（縦断面図）、図４は本発明の第３実施形態のＭＥＭＳセンサの模式図（縦断面図）、図５は、本発明の第４実施形態のＭＥＭＳセンサの模式図（縦断面図）、である。

図１に示すようにＭＥＭＳセンサ２０は、第１の基板２１と第２の基板２２とを備える。第１の基板２１及び第２の基板２２はともにシリコンで構成される。

図１に示すように第１の基板２１の表面２１ａには、第２のＳｉＯ₂層２３が全面に形成されている。第２のＳｉＯ₂層２３の表面２３ａには、内部配線層２４が形成されている。内部配線層２４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。図１に示すように内部配線層２４はＸ方向に延出して形成されている。

図１に示すように第２のＳｉＯ₂層２３上から内部配線層２４上にかけて第１のＳｉＯ₂層２５が形成される。これにより内部配線層２４はＳｉＯ₂層の内部に埋設された状態になる。第１のＳｉＯ₂層２５の表面２５ａは平坦化面である。

図１に示すように第１のＳｉＯ₂層２５には内部配線層２４と対向する位置に貫通孔２６，２７が形成される。貫通孔２６は後述する第１の窒化シリコン層３３により囲まれた内側（内部空間Ｓ２側）に形成され、貫通孔２７は第１の窒化シリコン層３３の外側に形成される。

図１に示すように、貫通孔２６の内部は導電性材料の電気接続層２８により埋められる。また電気接続層２８から一体となって第１のＳｉＯ₂層２５の表面２５ａに延出する固定電極層２９が形成される。また貫通孔２７の内部も電気接続層４６により埋められる。そして電気接続層４６と一体となって第１のＳｉＯ₂層２５の表面２５ａに延出する出力信号用の外部接続層３０が形成されている。

また図１に示すように、第１のＳｉＯ₂層２５から第２のＳｉＯ₂層２３にかけて連続する貫通孔３１が形成されている。貫通孔３１は第１の基板２１の表面２１ａにまで通じている。そして貫通孔３１の内部は電気接続層３２により埋められている。電気接続層３２の表面は第１のＳｉＯ₂層２５の表面２５ａに露出している。

各貫通孔２６，２７，３１は、上面側から下面方向（第１の基板２１方向）に向けて徐々に間隔が狭くなるように側面がテーパ面にて形成されている。

各電気接続層２８，３２，４６や固定電極層２９、外部接続層３０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。

図１に示すように、第１のＳｉＯ₂層２５の表面２５ａ（平坦化面）には突出形状の第１の窒化シリコン層３３が形成される。第１の窒化シリコン層３３は平面視にて枠形状で形成される。図１に示す実施形態では、第１の窒化シリコン層３３にて囲まれた空間（キャビティ）内に固定電極層２９及び電気接続層３２が露出し、更に突出形状の第２の窒化シリコン層３４が設けられている。第１の窒化シリコン層３３及び第２の窒化シリコン層３４は共にＬ３の高さ寸法で形成されている。ここで高さ寸法Ｌ３とは、第１のＳｉＯ₂層２５の表面２５ａから第１の窒化シリコン層３３の上面までの高さ寸法で規定される。第１の窒化シリコン層３３及び第２の窒化シリコン層３４は、ＳｉＮやＳｉＮｘ等である。

第１の窒化シリコン層３３及び第２の窒化シリコン層３４の縦断面形状はいずれも略台形状である。すなわち下面から上面に向かうにしたがって徐々に窒化シリコン層の両側面間の幅寸法が小さくなる形状となっている。

図１に示す第１の基板２１から後述する窒化シリコン層３３，３４の表面に形成される第１の金属層４３までの積層構造により配線基板４５が構成される。

図１に示すように、第２の基板２２は、第１の基板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の基板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。

図１に示すように第２の基板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の基板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の平面形状は、第１の窒化シリコン層３３とほぼ同一形状であり、枠体部４０と第１の窒化シリコン層３３とは高さ方向（Ｚ）で対向している。

図１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は形成されていない。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。

また図１に示すように一方の可動部３８は固定電極層２９と高さ方向（Ｚ）で対向した位置にある。また他方の可動部３８は、アース電位にある電気接続層３２と対向した位置にある。このため可動部３８が高さ方向（Ｚ）に変位すると固定電極層２９及び電気接続層３２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、外部接続層３０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。

図１に示すように、第１の窒化シリコン層３３と枠体部４０との間、及び第２の窒化シリコン層３４とアンカ部３７との間には金属層による接合部４１，４２が形成されている。図１に示すように接合部４１，４２は第１の金属層４３と第２の金属層４４とが共晶接合されたものである。第１の金属層４３と第２の金属層４４とのどちらか一方がＡｌ（アルミニウム）で形成され、他方がＧｅ（ゲルマニウム）で形成されることが好適である。

図１に示すように、アンカ部３７と第２の窒化シリコン層３４間に介在する接合部４２の第１の金属層４３は、第２の窒化シリコン層３４の側面にかけて形成され図示しない入力信号用の配線層に延びている。なお前記配線層はＳｉＯ₂層２３，２５内に埋められた図示しない内部配線層に接続されて外部にまで電気的に引き出されている。

図２は、図１に示す配線基板４５の製造方法を示す工程図である。図２（ａ）に示す工程では、シリコンで形成された第１の基板２１上に第２のＳｉＯ₂層２３を形成し、更に第２のＳｉＯ₂層２３上の所定領域に内部配線層２４を形成する。そして、内部配線層２４上から第２のＳｉＯ₂層２３上にかけて第１のＳｉＯ₂層２５を形成する。

次に図２（ｂ）の工程では、ＣＭＰ技術等により、第１のＳｉＯ₂層２５の表面２５ａを平坦化する。なお、図２（ａ）（ｂ）の工程にて、内部配線層２４はＳｉＯ₂層内に埋め込まれた状態となる。

次に図２（ｃ）の工程では、第１のＳｉＯ₂層２５の表面２５ａに窒化シリコン層５０を形成する。

そして図２（ｄ）の工程では、不要な窒化シリコン層５０をエッチングにて除去し、第１のＳｉＯ₂層２５の表面２５ａに突出形状の第１の窒化シリコン層３３及び第２の窒化シリコン層３４を残す。第１の窒化シリコン層３３は、平面視にて枠形状で形成されており、第１の窒化シリコン層３３にて囲まれた空間（キャビティ）を形成できる。第２の窒化シリコン層３４は第２の基板２２に形成されるアンカ部３７と対向する領域に形成される（図１参照）。

次に図２（ｅ）の工程では、第１のＳｉＯ₂層２５に内部配線層２４に通じる貫通孔２６，２７をエッチングにて形成する。貫通孔２６を第１の窒化シリコン層３３にて囲まれた空間の内側に形成し、貫通孔２７を外側に形成する。また、貫通孔２６，２７の形成と同時に、第１のＳｉＯ₂層２５に貫通孔５１を形成する。

次に図２（ｆ）の工程では、貫通孔５１の部分を更に深くエッチングして、第１の基板２１にまで通じる貫通孔３１を形成する。なお貫通孔３１を２回のエッチングにより形成するため貫通孔３１の側面に段差が形成されている。

次に図２（ｇ）の工程では、第１の窒化シリコン層３３上、第２の窒化シリコン層３４上、及び第１のＳｉＯ₂層２５上の全領域に導電層５２をスパッタ法等で形成する。このとき、各貫通孔２６，２７，３１内も導電層５２にて埋められる。

次に図２（ｈ）の工程では、不要な導電層５２をエッチングにて除去する。これにより、貫通孔２６内にて内部配線層２４と電気的に接続される電気接続層２８及び電気接続層２８と一体に形成される固定電極層２９を形成できる。更に、貫通孔２７内にて内部配線層２４と電気的に接続される電気接続層４６及び電気接続層４６と一体に形成される外部接続層３０を形成できる。更に貫通孔３１内にて第１の基板２１に接続される電気接続層３２を形成できる。また第１の窒化シリコン層３３及び第２の窒化シリコン層３４上に第１の金属層４３を形成できる。なお第２の窒化シリコン層３４上に形成された第１の金属層４３は第１のＳｉＯ₂層２５上に形成された図示しない配線層と一体に形成される。

このようにして配線基板４５を形成することができる。続いて、アンカ部３７、可動部３８及び枠体部４０を備える第２の基板２２と配線基板４５とを第１の金属層４３及び第２の金属層４４により共晶接合する。このとき、第１の金属層４３と第２の金属層４４との間で適切に共晶接合を起こすべく所定の熱処理を施す。

本実施形態のＭＥＭＳセンサ２０によれば、内部配線層２４に通じる貫通孔２６、２７を第１のＳｉＯ₂層２５に形成し、窒化シリコン層に形成していない。そして突出形状の第１の窒化シリコン層３３を内部空間Ｓ２の高さ寸法を規制する規制層として第１のＳｉＯ₂層２５上に形成している。

貫通孔２６，２７は、上面を除いて囲まれた非常に狭い空間であるためエッチングの際のエッチングガス（例えばＣＦ₄ガス）が貫通孔内に溜まりやすく、エッチングレートが高い（速い）窒化シリコン層に空間の狭い貫通孔を形成するとエッチングガスの滞留により横方向にもエッチングが進行し図６（ｂ）で示した窒化シリコン層４の側面のように逆テーパ面１０が形成されやすくなる。これに対して、本実施形態では、貫通孔２６，２７を、窒化シリコン層に比べてＳｉＯ₂層のエッチングレートが低い（遅い）第１のＳｉＯ₂層２５に貫通孔２６，２７を形成しているから、貫通孔２６，２７に逆テーパ面が形成されるのを抑制でき、貫通孔２６，２７を適切に導電材料で埋めることができ、電気接続層２８，４６の断線を抑制することが出来る。また電気接続層２８，４６に空隙が形成されるのを抑制でき、共晶接合のための熱処理等によっても電気接続層２８，４６が断線する等の不具合が生じるのを適切に防止することが出来る。

また図１に示す実施形態では、第１のＳｉＯ₂層２５と第２のＳｉＯ₂層２３との２層構造とし、第１のＳｉＯ₂層２５及び第２のＳｉＯ₂層２３に連続する貫通孔３１を形成しているが、この貫通孔３１にも逆テーパ面が形成されるのを抑制でき、電気接続層３２の断線を抑制することができる。

よって本実施形態では比較例に比べて電気配線の安定性を向上させることができ、信頼性に優れたＭＥＭＳセンサにできる。

また図１に示す実施形態のＭＥＭＳセンサ２０の構造では、内部空間Ｓ２の高さ寸法のばらつきを小さくすることができる。図２（ｄ）の工程では、不要な窒化シリコン層５０をエッチングで除去する。このとき、エッチングレートが低い（遅い）第１のＳｉＯ₂層２５がストッパとなるため（多少、第１のＳｉＯ₂層２５がオーバーエッチングされる場合がある）、本実施形態では、第１のＳｉＯ₂層２５の表面２５ａから突出形状の第１の窒化シリコン層３３の上面までの高さ寸法Ｌ３を、図２（ｃ）に示す窒化シリコン層５０の成膜時の膜厚によりほぼ規制することが出来る。本実施形態では、高さ寸法Ｌ３のばらつきを１％前後に小さくすることができることがわかった。

なお図１に示すように、内部空間Ｓ２の高さ寸法は、第１の窒化シリコン層３３の高さ寸法Ｌ３と接合部４１の膜厚とを足した寸法となるが、接合部４１の膜厚は高さ寸法Ｌ３に比べて非常に薄く、したがって、内部空間Ｓ２の高さ寸法を概ね第１の窒化シリコン層３３の高さ寸法Ｌ３で決定できる。

また本実施形態では、ＳｉＯ₂層に比べて応力が小さい窒化シリコン層３３，３４と第２の基板２２間を接合することで応力緩和でき基板間の剥離等の不具合を抑制することが出来る。

図１に示す実施形態では、配線基板４５側に第１の窒化シリコン層３３とともに、アンカ部３７と接合される第２の窒化シリコン層３４を第１の窒化シリコン層３３と同じ膜厚にて形成することができる。また本実施形態では、接合部４１，４２の共晶接合により、第１の窒化シリコン層３３と枠体部４０間、及び、第２の窒化シリコン層３４とアンカ部３７間を強固に接合することが出来る。

また、固定電極を可動部３８とともに第２の基板２２側に形成することもできるが（例えば可動部３８を櫛歯状電極とし、各電極間に櫛歯状の固定電極を介在させる）、本実施形態では、図１のように配線基板４５側に固定電極層２９を簡単且つ適切に形成でき、可動部３８と固定電極層２９間の静電容量変化を利用したＭＥＭＳセンサ２０を適切に構成することが出来る。

また第１のＳｉＯ₂層２５の下に第２のＳｉＯ₂層２３が形成されていなくてもよいが、図１の構成により内部配線層２４を適切にＳｉＯ₂層の内部に埋め込むことが出来る。また第１のＳｉＯ₂層２５下に、同じエッチングレートの第２のＳｉＯ₂層２３を形成したことで、第１のＳｉＯ₂層２５から第２のＳｉＯ₂層２３にかけて形成される貫通孔３１に逆テーパ面が形成される不具合を抑制することが出来る。

図３は、本発明における第２実施形態のＭＥＭＳセンサの模式図（縦断面図）である。なお図１と同じ部分は図１と同じ符号を付した。また図３では図１に示すばね部３９やアース電位にある電気接続層３２の図示を省略した。

この実施形態でも図１と同様に第１の基板２１側に形成されたＳｉＯ₂層２３，２５に内部配線層２４が埋設されている。

図３に示す実施形態では、内部配線層２４と同じ形成面である第２のＳｉＯ₂層２３の表面２３ａに固定電極層２９が形成されている。そして固定電極層２９は内部配線層２４を覆う第１のＳｉＯ₂層２５から露出して形成されている。

更に、第１のＳｉＯ₂層２５上に突出形状の窒化シリコン層３３，３４が形成されている。

ところで本実施形態では、貫通孔を、窒化シリコン層に比べてエッチングレートが低い（遅い）第１のＳｉＯ₂層２５に形成しているから、貫通孔に逆テーパ面が形成されるのを抑制できるが、貫通孔内では導電材料が薄く付き回ることがあり、特に微小な貫通孔の形状変化による付き回りの悪化、共晶接合時における熱ストレス、パターン形成時に使用されるエッチング剤が付着することによる断線や配線抵抗の増大等、ＭＥＭＳセンサの信頼性を低下させる場合がある。

そのため図３に示す実施形態では、可動部３８と対向する部分に形成された第１のＳｉＯ₂層を除去して配線層の一部を露出させ、その露出した配線層の部分を固定電極層２９としている。したがって図３では、貫通孔を介して固定電極層２９と内部配線層とを高さ方向に接続する必要がない。よって、電気配線の安定性をより効果的に向上させることができ、信頼性に優れたＭＥＭＳセンサ２０にできる。

一方、図３に示すように、第１のＳｉＯ₂層２５に形成された貫通孔６０，６０を介して内部配線層２４と、アンカ部３７及び第２の窒化シリコン層３４間を接合する接合部４２とが接続されている。この部分は共晶接合の際の熱処理により接合部４２を構成する金属層の一部が貫通孔６０内に流れ込みやすい。このため貫通孔６０を適切に導電材料で埋めることができ、接合部４２と内部配線層２４間には安定した電気接続性を得ることができる。

図４は、本発明における第３実施形態のＭＥＭＳセンサの模式図（縦断面図）である。なお図１，図３と同じ部分は図１と同じ符号を付した。また図４では図１に示すばね部３９やアース電位にある電気接続層３２の図示を省略した。

図４に示す実施形態では、第１の基板２１上にＳｉＯ₂層６１が形成され、ＳｉＯ₂層６１上に内部配線層２４が形成されている。また内部配線層２４と同じ形成面であるＳｉＯ₂層６１の表面６１ａに固定電極層２９が形成されている。

図４に示す実施形態では、内部配線層２４上が絶縁層６２で埋められている。絶縁層６２はＳｉＯ₂層や窒化シリコン層等である。絶縁層６２の表面には、アンカ部３７及び枠体部４０との対向する部分が突出しており、他の部分が凹形状のキャビティ部となっている。

図４に示す実施形態でも図３と同様に、可動部３８と対向する部分に形成された絶縁層６２を除去して配線層の一部を露出させ、その露出した配線層の部分を固定電極層２９としている。したがって図４では、貫通孔を介して固定電極層２９と内部配線層とを高さ方向に接続する必要がない。よって、電気配線の安定性をより効果的に向上させることができ、信頼性に優れたＭＥＭＳセンサ２０にできる。

また図４に示す実施形態でも図３と同様に、絶縁層６２に形成された貫通孔６３，６３を介して内部配線層２４と、アンカ部３７及び絶縁層６２間を接合する接合部４２とが接続されている。この部分は共晶接合の際の熱処理により接合部４２の一部が貫通孔６３内に流れ込みやすい。このため貫通孔６３を適切に導電材料で埋めることができ、接合部４２と内部配線層２４間には安定した電気接続性を得ることができる。

図３に示す実施形態では第１のＳｉＯ₂層２５の表面であって可動部３８と対向する箇所に、図４に示す実施形態では、絶縁層６２の表面であって可動部３８と対向する箇所に、夫々、突起部６５が形成されている。突起部６５は、可動部３８が高さ方向へ所定以上変位するのを抑制する機能やスティキング防止機能を有する。

図３，図４に示す実施形態では、製造過程で固定電極層２９上を覆っていた第１のＳｉＯ₂層２５や絶縁層６２を全て除去せず、一部を突起部６５として残すことで、固定電極層２９上にも突起部６５を設けることが可能である。

図５は、図１とは別の実施形態を示すＭＥＭＳセンサの部分縦断面図を示す。図５では、第１の基板２１上に電気的絶縁性の下地層５３を介して内部配線層２４が形成されている。下地層５３はＳｉＯ₂層以外であってもよい。図３に示すように、内部配線層２４上には第１のＳｉＯ₂層２５が形成されている。そして第１のＳｉＯ₂層２５には内部配線層２４に通じる貫通孔２６，２７が形成されている。そして貫通孔２６，２７内に電気接続層２８，４６が形成されている。

図５に示す実施形態では、第１のＳｉＯ₂層２５上に平面視にて枠形状の第１の窒化シリコン層３３が突出形成されている。そして、第１の窒化シリコン層３３上に共晶接合による接合部４１を介して第２の基板５５が形成されている。これにより第１の基板２１と第２の基板５５間に内部空間Ｓ３が形成され、内部空間Ｓ３の高さ寸法を第１の窒化シリコン層３３の高さ寸法（膜厚）により適切に規制することが出来る。

図５に示す実施形態では、内部空間Ｓ３内に、センサ素子５６が設置され、センサ素子５６の接続端子部５７が電気接続層４６と電気的に接続された状態となっている（図３では一方の接続端子部の接続状態を示す）。

２０ ＭＥＭＳセンサ
２１ 第１の基板
２２、５５ 第２の基板
２３ 第２のＳｉＯ₂層
２４ 内部配線層
２５ 第１のＳｉＯ₂層
２６、２７、３１、５１、６０、６３ 貫通孔
２８、３２、４６ 電気接続層
２９ 固定電極層
３０ 外部接続層
３３ 第１の窒化シリコン層
３４ 第２の窒化シリコン層
３５ 酸化絶縁層
３６ 支持基板
３７ アンカ部
３８ 可動部
４０ 枠体部
４１、４２ 接合部
４５ 配線基板
５０ 窒化シリコン層
５２ 導電層
５３ 下地層
５６ センサ素子
６１ ＳｉＯ₂層
６２ 絶縁層
６５ 突起部

Claims (10)

1. 第１の基板と、第２の基板と、前記第１の基板の表面に形成される第１のＳｉＯ₂層と、前記第１の基板と前記第１のＳｉＯ₂層との間に形成される内部配線層と、前記第１のＳｉＯ₂層の表面から前記内部配線層にかけて形成される貫通孔と、前記貫通孔内に形成され前記内部配線層と電気的に接続される電気接続層と、前記第２の基板と前記第１のＳｉＯ₂層との間に位置し、前記第２の基板と前記第１の基板間に形成される内部空間の高さ寸法を規制する突出形状の第１の窒化シリコン層と、を有することを特徴とするＭＥＭＳセンサ。
2. 前記第１の窒化シリコン層は、前記第２の基板の周囲を囲む封止層として機能する請求項１記載のＭＥＭＳセンサ。
3. 前記内部配線層は、前記第１の窒化シリコン層の前記電気接続層が形成されている内側から前記第１の窒化シリコン層の外側に引き出されており、前記第１の窒化シリコン層の外方にて外部接続層と電気的に接続されている請求項１又は２に記載のＭＥＭＳセンサ。
4. 前記第２の基板は、アンカ部と、前記アンカ部に高さ方向へ変位可能に支持される可動部と、前記アンカ部及び前記可動部の周囲に形成された枠体部とを有して構成され、前記第２の基板の前記第１の基板と対向する反対側には前記アンカ部及び前記枠体部に固定される支持基板が設けられており、
   前記枠体部と前記第１のＳｉＯ₂層間に前記第１の窒化シリコン層が形成されており、前記アンカ部と前記第１のＳｉＯ₂層間に突出形状の第２の窒化シリコン層が形成されており、前記第１の窒化シリコン層と前記枠体層間、及び、前記第２の窒化シリコン層と前記アンカ部間が金属層により共晶接合されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載のＭＥＭＳセンサ。
5. 前記電気接続層から前記可動部と対向する位置にかけて前記第１のＳｉＯ₂層の表面に延出する固定電極層が形成されている請求項４記載のＭＥＭＳセンサ。
6. 前記内部配線層と同一形成面に前記可動部と対向する固定電極層が形成されており、前記固定電極層は前記第１のＳｉＯ₂層から露出して形成されている請求項４記載のＭＥＭＳセンサ。
7. 前記アンカ部と前記第２の窒化シリコン層間に形成された前記金属層からなる接合部が、前記貫通孔内にて前記電気接続層として前記内部配線層と接続されている請求項４ないし６のいずれか１項に記載のＭＥＭＳセンサ。
8. 前記第２の基板と前記第１の窒化シリコン層間が金属層により共晶接合されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載のＭＥＭＳセンサ。
9. 前記第１の基板の表面に第２のＳｉＯ₂層が形成され、前記第２のＳｉＯ₂層の表面に前記内部配線層が形成され、前記内部配線層上から前記第２のＳｉＯ₂層上にかけて前記第１のＳｉＯ₂層が形成されている請求項１ないし８のいずれか１項に記載のＭＥＭＳセンサ。
10. 第１の基板の一方の表面側に内部配線層を形成し、前記第１の基板の表面から前記内部配線層上にかけて第１のＳｉＯ₂層を形成する工程、
    前記第１のＳｉＯ₂層上に重ねて窒化シリコン層を形成する工程、
    不要な前記窒化シリコン層を除去して突出形状の第１の窒化シリコン層を形成する工程、
    前記第１のＳｉＯ₂層に前記内部配線層に通じる貫通孔を形成し、前記貫通孔内に前記内部配線層と電気的に接続される電気接続層を形成する工程、
    前記第１の基板に対して第２の基板を対向配置し、このとき、前記第１の基板と前記第２の基板間に形成される内部空間の高さ寸法を前記第１の窒化シリコン層の高さ寸法にて規制する工程、
    を有することを特徴とするＭＥＭＳセンサの製造方法。

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