專利名稱：Mems傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及第一基材和第二基材隔著密封接合部接合而成的MEMS傳感器。
背景技術(shù)：
圖5是用于說(shuō)明相對(duì)于本發(fā)明的比較例的結(jié)構(gòu)的MEMS傳感器的局部縱向剖視圖。在圖5所示的MEMS傳感器I中，第一基材2、第二基材3以及支承基材4按照該順序?qū)盈B，第一基材2與第二基材3之間通過(guò)密封接合部5接合。另外，第二基材3與支承基材4之間隔著絕緣層(硅氧化層)6接合。各基材2 4由硅等形成。如圖5所示那樣，密封接合部5通過(guò)使形成在第一基材側(cè)的Al層8和形成在第二 基材3側(cè)的Ge層9在規(guī)定的熱處理溫度及加壓下共晶接合而成。如圖5所示那樣，在Al層8的下表面，作為用于提高與第一基材2側(cè)的密接性的基底而形成有Ti層7。然而，通過(guò)上述的共晶接合工序而特別在Al層8的內(nèi)部形成空隙部(空隙(void))的情況通過(guò)后述的實(shí)驗(yàn)得以確認(rèn)?？梢韵氲降氖?，通過(guò)基于共晶接合工序的熱處理，在Ti層7與Al層8之間產(chǎn)生擴(kuò)散，在Al層8再結(jié)晶化時(shí)產(chǎn)生了空隙部。如上述那樣，由于在Al層8中形成有空隙部，因此Al層8與Ge層9的界面的接合強(qiáng)度變?nèi)酰⑶覠o(wú)法獲得良好的密封氣密性。以下所示的專利文獻(xiàn)所記載的發(fā)明均使用Ti層7作為Al層8的基底，并使Al層8與Ge層9共晶接合，在該結(jié)構(gòu)中并不能抑制Ti層7與Al層8間的擴(kuò)散并提高Al層8與Ge層9的共晶接合面處的接合強(qiáng)度。在先技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本特開(kāi)平10-256503號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 :日本特開(kāi)2000-21914號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 :日本特開(kāi)平9-64185號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4 :日本特開(kāi)2000-208518號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明用于解決上述以往的課題，尤其是其目的在于提供一種能夠提高密封接合部的Al-Ge共晶接合界面處的接合強(qiáng)度及密封氣密性的MEMS傳感器。用于解決課題的手段本發(fā)明為一種MEMS傳感器,其特征在于,具有第一基材；第二基材；密封接合部，該密封接合部位于所述第一基材與所述第二基材之間，通過(guò)使形成在所述第一基材側(cè)的第一連接金屬層和形成在所述第二基材側(cè)的第二連接金屬層共晶接合而成，所述密封接合部從所述第一基材側(cè)到所述第二基材側(cè)依次層疊有Ti層、Ta層、由Al或Al合金形成的所述第一連接金屬層、由Ge形成的所述第二連接金屬層。如此，通過(guò)在Ti層與由Al或Al合金形成的第一連接金屬層之間夾設(shè)Ta層，從而即使為了使所述第一連接金屬層和由Ge形成的第二連接金屬層共晶接合而實(shí)施規(guī)定的熱處理，也能夠抑制比較例那樣Al和Ti發(fā)生擴(kuò)散的情況。由此，能夠抑制在第一連接金屬層形成空隙部(空隙)，能夠提高第一連接金屬層與第二連接金屬層間的共晶接合界面處的接合強(qiáng)度及密封氣密性。在本發(fā)明中，優(yōu)選，在所述第一基材的與所述第二基材對(duì)置的對(duì)置面?zhèn)刃纬捎薪^緣層，在所述絕緣層內(nèi)埋設(shè)有配線層，所述密封接合部形成在所述絕緣層與所述第二基材之間。另外，在本發(fā)明中，優(yōu)選，所述配線層被引出到所述密封接合部的外側(cè)，在所述密封接合部的外側(cè)的位置設(shè)置有與所述配線層電連接的電極焊盤。另外，在本發(fā)明中，優(yōu)選，所述第二基材具有錨定部、被所述錨定部支承成能夠在 高度方向上位移的可動(dòng)部、形成在所述錨定部及所述可動(dòng)部的周圍的框體部，在所述第二基材的與所述第一基材對(duì)置的相反側(cè)設(shè)置有固定在所述錨定部及所述框體部上的支承基板。優(yōu)選在所述框體部與所述第一基材之間形成有所述密封接合部，與所述密封接合部為相同層疊結(jié)構(gòu)的接合部設(shè)置在所述錨定部與所述第一基材之間。由此，能夠提高設(shè)置在錨定部與第一基材之間的接合部的共晶接合界面處的接合強(qiáng)度。另外，在本發(fā)明中，優(yōu)選在所述第一基材的與所述第二基材對(duì)置的對(duì)置面?zhèn)刃纬捎薪^緣層，在所述絕緣層內(nèi)埋設(shè)有配線層，所述密封接合部形成在所述絕緣層與所述第二基材之間，所述配線層在所述密封接合部的內(nèi)側(cè)與設(shè)置于與所述可動(dòng)部對(duì)置的位置上的固定電極層電連接。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的MEMS傳感器，能夠提高由Al或Al合金構(gòu)成的第一連接金屬層和由Ge構(gòu)成的第二連接金屬層間的共晶接合界面處的接合強(qiáng)度以及密封氣密性。


圖I是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的MEMS傳感器的示意圖(縱向剖視圖)。圖2是本實(shí)施方式的密封接合部的放大縱向剖視圖。圖3是本發(fā)明的第二實(shí)施方式的MEMS傳感器的示意圖(縱向剖視圖)。圖4(a)是本實(shí)施例的密封接合部的剖面SIM照片，(b)是比較例的密封接合部的剖面SIM照片。圖5是用于說(shuō)明相對(duì)于本發(fā)明的比較例的結(jié)構(gòu)的MEMS傳感器的局部縱向剖視圖。
具體實(shí)施例方式圖I是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的MEMS傳感器的示意圖(縱向剖視圖)，圖2是本實(shí)施方式的密封接合部的放大縱向剖視圖，圖3是本發(fā)明的第二實(shí)施方式的MEMS傳感器的示意圖(縱向剖視圖)。如圖I所示那樣，MEMS傳感器20具備第一基材21和第二基材22。第一基材21以及第二基材22均由硅構(gòu)成。如圖I所示那樣，絕緣基底層29形成在第一基材21的表面(與第二基材22對(duì)置的對(duì)置面)21a的整個(gè)面上。如圖I所示那樣，第一配線層24及第二配線層25形成在絕緣基底層29上。進(jìn)而，絕緣層23形成在第一配線層24及第二配線層25上。于是，各配線層24,25埋設(shè)于絕緣層23中。對(duì)于絕緣基底層29及絕緣層23的材質(zhì)沒(méi)有特別限定，例如由SiO2層形成。此外，對(duì)于各配線層24、25的材質(zhì)沒(méi)有特別限定，例如由AlCu形成。此外，在圖I中，在絕緣層23的表面23b形成有突起部23c，從而構(gòu)成后述的相對(duì)于可動(dòng)部38的限位件，對(duì)于絕緣層23的表面23b的形狀沒(méi)有特別的限定。另外，突起部23c可以與絕緣層23 —體形成，也可以獨(dú)立形成。如圖I所示那樣，第二基材22在第一基材21的背面?zhèn)雀糁趸^緣層(犧牲層)35而固定支承在支承基板36上?？梢酝ㄟ^(guò)第二基材22、氧化絕緣層35及支承基板36構(gòu)成SOI (Silicon on Insulator)基板。支承基板36由娃形成。如圖I所示那樣，第二基材22構(gòu)成為具有錨定部37、可動(dòng)部38、彈簧部39及框體部40?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)第二基材22進(jìn)行蝕刻加工而構(gòu)成各部件?？蓜?dòng)部38被錨定部37經(jīng)由 彈簧部39支承成能夠在高度方向(Z)上位移?？蓜?dòng)部38與框體部40分離?？蝮w部40的平面形狀(X-Y平面的形狀)以包圍可動(dòng)部38的周圍的框形狀形成。圖I中示出了在從高度方向切斷MEMS傳感器20時(shí)在可動(dòng)部38的兩側(cè)出現(xiàn)的框體部40的剖面。需要說(shuō)明的是，第二基材22的各部件的結(jié)構(gòu)和形狀不局限于圖I所示的結(jié)構(gòu)和形狀。如圖I所示那樣，在可動(dòng)部38及彈簧部39與支承基板36之間未形成氧化絕緣層35。因此，可動(dòng)部38能夠在高度方向(Z)上位移。氧化絕緣層35優(yōu)選由SiO2形成。如圖I所示那樣，在形成于第一基材21的表面21a上的絕緣層23與框體部40之間形成有層疊多個(gè)金屬層而成的密封接合部50。密封接合部50的上表面與框體部40抵接。另外，密封接合部50的下表面與絕緣層23的表面23b抵接，從而成為與埋設(shè)在絕緣層23內(nèi)的配線層絕緣的狀態(tài)。此外，在絕緣層23與錨定部37之間也形成有與所述密封接合部50為相同層疊結(jié)構(gòu)的接合部51。如圖I所示那樣，接合部51成為上表面與錨定部37抵接而下表面與第二配線層25電連接的狀態(tài)。需要說(shuō)明的是，與圖I所示的形態(tài)不同，例如對(duì)于在與框體部40對(duì)置的絕緣層23上形成有與絕緣層23不同體的突出部的這種形態(tài)而言，在所述突出部與框體部之間形成有密封接合部50。突出部例如由氮化硅形成。突出部用于調(diào)整可動(dòng)部38與固定電極層26 (后述)之間的間隙等。如圖I所示那樣，第一配線層24從密封接合部50的內(nèi)側(cè)(由框體部40圍起的內(nèi)偵D被引出，并在俯視下與密封接合部50交叉而被弓I出到外側(cè)。如圖I所示那樣，電極焊盤27形成在密封接合部50的外側(cè)。在輸出信號(hào)用的第一配線層24的外側(cè)端部的位置，在絕緣層23上形成有貫通孔23a，第一配線層24與電極焊盤27經(jīng)由所述貫通孔23a電連接。另外，如圖I所示那樣，固定電極層26形成在與可動(dòng)部38在高度方向上對(duì)置的絕緣層23的表面上。此外，第一配線層24的內(nèi)側(cè)端部經(jīng)由形成在絕緣層23上的貫通孔23a而與固定電極層26電連接。對(duì)于圖I所示的固定電極層26及電極焊盤27的材質(zhì)沒(méi)有特別的限定，但優(yōu)選使用導(dǎo)電性良好的材質(zhì)。另外，如圖I所示那樣，錨定部37經(jīng)由接合部51與輸入信號(hào)用的第二配線層25電連接。雖然未圖示，但第二配線層25與第一配線層24同樣，也被向密封接合部50的外側(cè)引出，并與未圖示的電極焊盤連接。如圖I所示那樣，在可動(dòng)部38與固定電極層26之間，在高度方向上設(shè)有規(guī)定的間隔(間隙)。并且，對(duì)于圖I所示的MEMS傳感器20而言，當(dāng)可動(dòng)部38在高度方向(Z)上位移時(shí)，其與固定電極層26之間的距離變化而使靜電電容變化，MEMS傳感器20通過(guò)電極焊盤27而利用電路檢測(cè)靜電電容變化，從而能夠檢測(cè)例如加速度的變化和加速度的大小。如圖2所示那樣，密封接合部50從下方起依次層疊有Ti層52、Ta層53、由Al或Al合金構(gòu)成的第一連接金屬層54及由Ge構(gòu)成的第二連接金屬層55。作為Al合金可以例示出招銅合金(AlCu)或招鈧銅合金(AlScCu)等。 密封接合部50的最下層的Ti層52與絕緣層23的表面23b抵接并且密接形成。此外，密封接合部50的最上層的第二連接金屬層55與框體部40的下表面抵接形成。需要說(shuō)明的是，密封接合部50的下面?zhèn)群蜕厦鎮(zhèn)鹊慕Y(jié)構(gòu)不局限于圖I所示的結(jié)構(gòu)，可以與MEMS傳感器的結(jié)構(gòu)配合地適當(dāng)變更與密封接合部50的最下層的Ti層52相接的面及與密封接合部50的最上層的第二連接金屬層55相接的面。圖2所示的Ti層52、Ta層53、及第一連接金屬層54這三層最初在第一基材21側(cè)通過(guò)濺射等現(xiàn)有方法形成，第二連接金屬層55最初在第二基材2兩側(cè)通過(guò)濺射等現(xiàn)有方法形成。然后，使第一連接金屬層54與第二連接金屬層55之間對(duì)合，通過(guò)在施加規(guī)定壓力的同時(shí)實(shí)施規(guī)定的熱處理，從而使由Al或Al合金構(gòu)成的第一連接金屬層54和由Ge構(gòu)成的第二連接金屬層55間共晶接合。在本實(shí)施方式中，通過(guò)對(duì)第一連接金屬層54和第二連接金屬層55的材質(zhì)進(jìn)行組合，能夠以各金屬的熔點(diǎn)以下的溫度進(jìn)行熱處理而實(shí)現(xiàn)共晶接合。然而，對(duì)于作為基底的Ti層52上直接形成由Al或Al合金構(gòu)成的第一連接金屬層54的形態(tài)(比較例)而言，通過(guò)共晶接合時(shí)的熱處理，在Ti與Al之間產(chǎn)生擴(kuò)散，從而產(chǎn)生在第一連接金屬層54形成空隙部的不良情況。因此，在本實(shí)施方式中，在作為基底的Ti層52與由Al或Al合金構(gòu)成的第一連接金屬層54之間夾設(shè)有Ta層53。可以想到的是，Ta以比Ti高的熔點(diǎn)作為擴(kuò)散阻擋層發(fā)揮作用。因此，通過(guò)共晶接合時(shí)的熱處理也能夠抑制Ti與Al的擴(kuò)散，能夠抑制在第一連接金屬層54形成空隙部(空隙)。由此，能夠使由Al或Al合金構(gòu)成的第一連接金屬層54和由Ge構(gòu)成的第二連接金屬層55間以高接合強(qiáng)度共晶接合。而且，不會(huì)在第一連接金屬層54形成空隙部(空隙)，通過(guò)使第一連接金屬層54與第二連接金屬層55間的整面適當(dāng)密接，從而能夠適當(dāng)提高密封氣密性。Ti層52的膜厚為O. 01 O. I μ m左右，Ta層53的膜厚為O. 01 O. I μ m左右，由Al或Al合金構(gòu)成的第一連接金屬層54的膜厚為O. 5 I. 5 μ m左右，由Ge構(gòu)成的第二連接金屬層55的膜厚為O. 3 I. O μ m左右。在本實(shí)施方式中，圖I所示的將錨定部37與第二配線層25間接合的接合部51也由與密封接合部50相同的層疊結(jié)構(gòu)形成。即，接合部51也從下方依次層疊有Ti層/Ta層/由Al或Al合金構(gòu)成的第一連接金屬層/由Ge構(gòu)成的第二連接金屬層。由此,能夠適當(dāng)?shù)靥岣呓雍喜?1在第一連接金屬層與第二連接金屬層間的共晶接合界面的接合強(qiáng)度。
另外，圖I所示的形成在絕緣層23上的固定電極層26及電極焊盤27也優(yōu)選由Ti層/Ta層/Al層或Al合金層的層疊結(jié)構(gòu)形成。即，通過(guò)在第一基材21側(cè)形成構(gòu)成密封接合部50以及接合部51的3層結(jié)構(gòu)(Ti層/Ta層/Al層或Al合金層的層疊結(jié)構(gòu))的同時(shí)利用所述3層結(jié)構(gòu)形成固定電極層26以及電極焊盤27，從而能夠使制造工序容易化。圖3示出表示與圖I不同的實(shí)施方式的MEMS傳感器的局部縱向剖視圖。在圖3中，在第一基材68上經(jīng)由電絕緣性的絕緣基底層63形成有配線層64。如圖3所示那樣，在配線層64上形成有絕緣層65。由此，配線層64成為埋設(shè)在絕緣層65內(nèi)的狀態(tài)。如圖3所示那樣，在絕緣層65上形成有與配線層64相通的貫通孔69、73。在圖3所示的實(shí)施方式中，在絕緣層65上形成有俯視下為框形狀的突出層66。突出層66例如由氮化硅形成。此外，在突出層66上隔著由與圖2同樣的層疊結(jié)構(gòu)(Ti層52/Ta層53/由Al或Al合金構(gòu)成的第一連接金屬層54/由Ge構(gòu)成的第二連接金屬層55)構(gòu)成的密封接合部50而形成有第二基材67。由此，在第一基材68與第二基材67之間形成有 封閉的內(nèi)部空間SI。在圖3所示的實(shí)施方式中，在內(nèi)部空間SI內(nèi)設(shè)置有傳感器元件70，形成傳感器元件70的連接端子部71成為與電連接層72電連接的狀態(tài)(在圖3中示出一方的連接端子部的連接狀態(tài))。
實(shí)施例圖4(a)是本實(shí)施例的密封接合部的剖面SIM照片，圖4(b)是比較例的密封接合部的剖面SIM照片。在圖4(a)所示的本實(shí)施例中，在第一基材側(cè)按照從下方起為Ti(0.02)/Ta (O. 02)/第一連接金屬層、Al (O. 8)的順序?qū)盈B密封接合部，在第二基材側(cè)形成第二連接金屬層Ge(0.5)。括號(hào)內(nèi)的數(shù)值表示膜厚，其單位是ym。此外，在使由Al構(gòu)成的第一連接金屬層和由Ge構(gòu)成的第二連接金屬層對(duì)合的狀態(tài)下，在430°C的條件下實(shí)施了熱處理。由此進(jìn)行了 Al-Ge共晶接合。另一方面，在圖4(b)所示的比較例中，在第一基材側(cè)按照從下方起為層疊Ti (O. 02)/第一連接金屬層、Al (O. 8)的順序?qū)盈B密封接合部，在第二基材側(cè)形成第二連接金屬層、Ge(0. 5)。括號(hào)內(nèi)的數(shù)值表示膜厚，其單位是μπι。然后，在使由Al構(gòu)成的第一連接金屬層和由Ge構(gòu)成的第二連接金屬層對(duì)合的狀態(tài)下，在430°C的條件下實(shí)施了熱處理。由此進(jìn)行了 Al-Ge共晶接合。如圖4(a)的實(shí)施例所示那樣，可知Al層(第一連接金屬層)與Ge層(第二連接金屬層)的界面平整地密接，并且沒(méi)有在Al層形成空隙部(空隙)。與此相對(duì)，在圖4(b)的比較例中，在Al層(第一連接金屬層)與Ge層(第二連接金屬層)的界面附近的Al層形成有空隙部(空隙)。接著，對(duì)圖4(a)所示的本實(shí)施例的MEMS傳感器及圖4(b)所示的比較例的MEMS傳感器進(jìn)行拉伸試驗(yàn)而測(cè)定了密封接合部的接合強(qiáng)度。在圖4(b)所示的比較例中，以Ikgf左右的負(fù)載從Al層與Ge層的界面實(shí)施了剝離。另一方面，在圖4(a)所示的實(shí)施例中可知，以I. 5kgf左右的負(fù)載進(jìn)行作用時(shí)，在Al層與Ge層的界面以外的位置(Al層內(nèi)部或與基材之間的界面等)產(chǎn)生了破壞。由此可知，在實(shí)施例中，與比較例相比，Al層與Ge層的Al-Ge共晶接合界面處的接合強(qiáng)度高。符號(hào)說(shuō)明20MEMS 傳感器21、68 第一基材22、67 第二基材23、65 絕緣層24、25、64 配線層26固定電極層27電極焊盤36支承基板37錨定部38可動(dòng)部40框體部50密封接合部51接合部52Τ 層53Ta 層54第一連接金屬層55第二連接金屬層70傳感器元件
權(quán)利要求
1.一種MEMS傳感器，其特征在于，具有第一基材；第二基材；密封接合部，該密封接合部位于所述第一基材與所述第二基材之間，通過(guò)使形成在所述第一基材側(cè)的第一連接金屬層和形成在所述第二基材側(cè)的第二連接金屬層共晶接合而形成， 所述密封接合部從所述第一基材側(cè)到所述第二基材側(cè)依次層疊有Ti層、Ta層、由Al或Al合金形成的所述第一連接金屬層、由Ge形成的所述第二連接金屬層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的MEMS傳感器，其特征在于， 在所述第一基材的與所述第二基材對(duì)置的對(duì)置面?zhèn)刃纬捎薪^緣層，在所述絕緣層內(nèi)埋設(shè)有配線層， 所述密封接合部形成在所述絕緣層與所述第二基材之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的MEMS傳感器，其特征在于， 所述配線層被引出到所述密封接合部的外側(cè)，在所述密封接合部的外側(cè)的位置設(shè)置有與所述配線層電連接的電極焊盤。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的MEMS傳感器，其特征在于， 所述第二基材具有錨定部、被所述錨定部支承成能夠在高度方向上位移的可動(dòng)部、形成在所述錨定部及所述可動(dòng)部的周圍的框體部，在所述第二基材的與所述第一基材對(duì)置的相反側(cè)設(shè)置有固定于所述錨定部及所述框體部的支承基板， 在所述框體部與所述第一基材之間形成有所述密封接合部，與所述密封接合部為相同的層疊結(jié)構(gòu)的接合部設(shè)置在所述錨定部與所述第一基材之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的MEMS傳感器，其特征在于， 在所述第一基材的與所述第二基材對(duì)置的對(duì)置面?zhèn)刃纬捎薪^緣層，在所述絕緣層內(nèi)埋設(shè)有配線層， 所述密封接合部形成在所述絕緣層與所述第二基材之間，所述配線層在所述密封接合部的內(nèi)側(cè)與設(shè)置于與所述可動(dòng)部對(duì)置的位置上的固定電極層電連接。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種MEMS傳感器，特別是能夠提高密封接合部的Al-Ge共晶接合界面處的接合強(qiáng)度以及密封氣密性。所述MEMS傳感器構(gòu)成為具有第一基材；第二基材；密封接合部，該密封接合部位于所述第一基材與所述第二基材之間，通過(guò)使形成在所述第一基材側(cè)的第一連接金屬層和形成在所述第二基材側(cè)的第二連接金屬層共晶接合而成，所述密封接合部(50)從所述第一基材側(cè)至所述第二基材側(cè)依次層疊有Ti層(52)、Ta層(53)、由Al或Al合金形成的所述第一連接金屬層(54)、以及由Ge形成的所述第二連接金屬層(55)。
文檔編號(hào)G01P15/08GK102792168SQ201180013009
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2011年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月9日
發(fā)明者宇都宜隆, 宮武亨, 小林俊宏, 矢澤久幸, 高橋亨 申請(qǐng)人:阿爾卑斯電氣株式會(huì)社