特許 6166185 ＭＥＭＳセンサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6166185

(24)【登録日】2017年6月30日

(45)【発行日】2017年7月19日

(54)【発明の名称】ＭＥＭＳセンサ

(51)【国際特許分類】

   G01L 9/00 20060101AFI20170710BHJP

   H01L 29/84 20060101ALI20170710BHJP

   B81B 3/00 20060101ALI20170710BHJP

【ＦＩ】

   G01L9/00 303M

   H01L29/84 B

   H01L29/84 A

   B81B3/00

【請求項の数】7

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-93(P2014-93)

(22)【出願日】2014年1月6日

(65)【公開番号】特開2015-129643(P2015-129643A)

(43)【公開日】2015年7月16日

【審査請求日】2016年10月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000010098

【氏名又は名称】アルプス電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100085453

【弁理士】

【氏名又は名称】野▲崎▼ 照夫

(74)【代理人】

【識別番号】100108006

【弁理士】

【氏名又は名称】松下 昌弘

(72)【発明者】

【氏名】田中 健一

(72)【発明者】

【氏名】大川 尚信

(72)【発明者】

【氏名】矢澤 久幸

(72)【発明者】

【氏名】朝比奈 宏行

(72)【発明者】

【氏名】臼井 学

(72)【発明者】

【氏名】石曽根 昌彦

(72)【発明者】

【氏名】梅津 英治

【審査官】 菅藤 政明

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１５１６１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１７１０４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−２９１０７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０１４５８５３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｌ ９／００

Ｂ８１Ｂ ３／００

Ｈ０１Ｌ ２９／８４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

共にシリコン基板である第１の基板ならびに第２の基板が重ねられたＭＥＭＳセンサにおいて、
前記第１の基板は、空間部とこの空間部を囲む枠体部とを有し、前記第２の基板には、前記空間部に対向する撓み変形可能な感知部と、前記感知部の撓み変形に応じた検知出力を得る検知素子部とが形成され、
前記第２の基板の表面に絶縁層が形成されて、前記絶縁層の表面に電極パッドが形成され、前記電極パッドと前記検知素子部との間に連結配線層が形成されており、
前記連結配線層は、前記第２の基板と前記絶縁層との間に形成されて前記検知素子部に接続されるアルミニウムの下部配線層と、前記絶縁層の表面で前記電極パッドから延びる上部配線層とから成り、前記上部配線層がアルミニウムよりも温度変化による残留応力の変動が小さい導電性金属材料で形成されており、前記上部配線層と前記下部配線層とが、前記絶縁層を介して互いに導通されていることを特徴とするＭＥＭＳセンサ。

【請求項2】

前記上部配線層が金で形成されている請求項１記載のＭＥＭＳセンサ。

【請求項3】

前記第２の基板は正方形で、前記電極パッドが正方形の全ての角部に位置しており、前記連結配線層は、正方形の各辺と平行に形成されており、前記連結配線層の長さならびに前記下部配線層と前記上部配線層の長さの比は、正方形のそれぞれの辺において同じである請求項１または２記載のＭＥＭＳセンサ。

【請求項4】

前記連結配線層の配線パターンは、前記第２の基板の図心を中心として１８０度の回転対称である請求項３記載のＭＥＭＳセンサ。

【請求項5】

前記下部配線層と前記検知素子部との導通部と前記金属パッドとを除く前記連結配線層の全長をＬ０とし、前記上部配線層と前記下部配線層との導通部を含み且つ前記金属パッドを除いた前記上部配線層の長さをＬ１としたときに、Ｌ１／Ｌ０は、０．４６〜０．８８である請求項３または４記載のＭＥＭＳセンサ。

【請求項6】

Ｌ１／Ｌ０が、０．７６〜０．８８である請求項５記載のＭＥＭＳセンサ。

【請求項7】

前記第２の基板と逆側で、前記第２の基板に接合された支持基板が設けられて、前記空間部が閉鎖され、前記感知部が気体の圧力で変形する圧力センサである請求項１ないし６のいずれかに記載のＭＥＭＳセンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シリコン基板に外力で変形する感知部と前記変形を検知する検知素子部とが形成されたＭＥＭＳセンサに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１と特許文献２にＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）で構成された圧力センサが開示されている。圧力センサはシリコンで形成されたセンサチップを有しており、センサチップに、圧力によって変形するダイヤフラム部と、ダイヤフラム部の変形を検知する歪みゲージが形成されている。歪みゲージは、シリコンに不純物を拡散させることで形成されている。

【0003】

特許文献１に記載された圧力センサは、センサチップがシリコーン系接着剤でガラス台座に接着固定されている。特許文献１には、この構成によると、雰囲気温度を低温から高温などへ変化させたときに、熱ヒステリシスによる応力がセンサチップに作用して、出力変動が発生すると記載され、これを防止するために、ダイヤフラム部を囲むようにアルミニウム膜が形成されて、アルミニウム膜の残留歪みにより、センサチップに設けられた歪みゲージに対する応力の影響を低減させることが示されている。

【0004】

次に、特許文献２に記載された圧力センサでは、Ｎ型シリコン基板にＰ型ボロンを注入して歪みゲージとなるピエゾ抵抗が形成されるが、このピエゾ抵抗から延び出る配線としてアルミニウム膜が使用され、または、配線がアルミニウム膜で形成され、導通用ハンダが載せられる部分にのみ、アルミニウム膜にＴｉ，Ｎｉ，Ａｕなどが積層される構成が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平１１−３４４４０２号公報

【特許文献2】特開２００８−２０４３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

アルミニウムは熱の変化が与えられたときの残留応力のヒステリシスが大きい。特許文献１に記載の発明は、ダイヤフラム部の外周をアルミニウム膜で囲む構成とすることで、外周に形成されたアルミニウム膜に発生する残留応力で、アルミニウム配線の残留応力を相殺させ、熱ヒステリシスによる出力変動を低減させるというものである。

【0007】

しかしながら、前記構造ではダイヤフラム部の外周にアルミニウム膜を形成するためのスペースを広く形成しておくことが必要となり、センサチップのサイズを小さくするのが困難である。

【0008】

また、特許文献２に記載された圧力センサのように、ピエゾ抵抗から延び出る配線がアルミニウム膜で形成されているものでは、温度変化があったときにアルミニウム膜に残留する応力がピエゾ抵抗に作用し、圧力の検知出力に変動が生じやすくなる。

【0009】

これらの問題に対処するためには、ピエゾ抵抗（歪みゲージ）から延びる配線を温度変化による残留応力の変動が小さい金などで形成することも考えられる。しかし、金はシリコンとの相溶性があるため、熱が与えられると金がシリコン基板に入り込み、配線層として機能できなくなる。

【0010】

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、シリコン基板に形成された検知素子部からの配線層を安定して形成でき、しかも、製品サイズを大きくすることなく、熱ヒステリシスの影響を低減できる構造の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】

【0011】

本発明は、共にシリコン基板である第１の基板ならびに第２の基板が重ねられたＭＥＭＳセンサにおいて、
前記第１の基板は、空間部とこの空間部を囲む枠体部とを有し、前記第２の基板には、前記空間部に対向する撓み変形可能な感知部と、前記感知部の撓み変形に応じた検知出力を得る検知素子部とが形成され、
前記第２の基板の表面に絶縁層が形成されて、前記絶縁層の表面に電極パッドが形成され、前記電極パッドと前記検知素子部との間に連結配線層が形成されており、
前記連結配線層は、前記第２の基板と前記絶縁層との間に形成されて前記検知素子部に接続されるアルミニウムの下部配線層と、前記絶縁層の表面で前記電極パッドから延びる上部配線層とから成り、前記上部配線層がアルミニウムよりも温度変化による残留応力の変動が小さい導電性金属材料で形成されており、前記上部配線層と前記下部配線層とが、前記絶縁層を介して互いに導通されていることを特徴とするものである。

【0012】

本発明のＭＥＭＳセンサは、シリコン基板である第２の基板の表面にアルミニウムの下部配線層が形成されているため、下部配線層を安定した状態で形成できる。また、連結配線層が前記下部配線層と、アルミニウムよりも温度変化による残留応力の変動が小さい導電性金属材料の上部配線層とから構成されているため、アルミニウムの熱ヒステリシスが過大になるのを制限でき、熱による出力変動を抑制できるようになる。

【0013】

本発明は、前記上部配線層が金で形成されていることが好ましい。
本発明は、前記第２の基板は正方形で、前記電極パッドが正方形の全ての角部に位置しており、前記連結配線層は、正方形の各辺と平行に形成されており、前記連結配線層の長さならびに前記下部配線層と前記上部配線層の長さの比は、正方形のそれぞれの辺において同じであることが好ましい。

【0014】

また、前記連結配線層の配線パターンは、前記第２の基板の図心を中心として１８０度の回転対称であることが好ましい。

【0015】

本発明では、下部配線層と上部配線層を正方形の各辺において同じ状態で形成することで、アルミニウムの下部配線層の残留応力が各辺の相互でバランスをとれるようになり、よって検知素子部に作用する残留応力の影響を低減できるようになる。

【0016】

本発明のＭＥＭＳセンサは、前記下部配線層と前記検知素子部との導通部と前記金属パッドとを除く前記連結配線層の全長をＬ０とし、前記上部配線層と前記下部配線層との導通部を含み且つ前記金属パッドを除いた前記上部配線層の長さをＬ１としたときに、Ｌ１／Ｌ０は、０．４６〜０．８８であることが好ましい。
さらには、Ｌ１／Ｌ０が、０．７６〜０．８８であることが好ましい。

【0017】

本発明のＭＥＭＳセンサは、例えば、前記第２の基板と逆側で、前記第２の基板に接合された支持基板が設けられて、前記空間部が閉鎖され、前記感知部が気体の圧力で変形する圧力センサである。

【発明の効果】

【0018】

本発明のＭＥＭＳセンサは、シリコン基板である第２の基板の上に形成された下部配線層がアルミニウムであるため、下部配線層は常に安定した状態を保てるようになる。アルミニウムは残留応力が熱ヒステリシスを持つ特性があるが、検知素子部と電極パッドとを導通させる連結配線層を、アルミニウムの下部配線層と、金などの導電性金属材料で形成された上部配線層とで形成しているため、アルミニウムの下部配線層を残留応力による影響が小さくなる長さ寸法に調整できるようになる。そのため、アルミニウムの残留応力による検知出力の変動を抑制できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】（Ａ）は本発明の実施の形態のＭＥＭＳセンサの平面図、（Ｂ）は検知素子部のパターン構成を示す説明図、

【図2】図１に示すＭＥＭＳセンサをＩＩ−ＩＩ線で切断した断面図、

【図3】図１に示すＭＥＭＳセンサをＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した断面図、

【図4】比較例１のＭＥＭＳセンサを示す平面図、

【図5】比較例２のＭＥＭＳセンサを示す平面図、

【図6】図５に示す比較例２のＭＥＭＳセンサをＶＩ−ＶＩ線で切断した断面図、

【図7】アルミニウムを配線層として使用したＭＥＭＳセンサの熱ヒステリシスによる出力変動を説明する線図、

【図8】実施例と比較例との出力変動を比較した線図、

【発明を実施するための形態】

【0020】

図１ないし図３に示すＭＥＭＳセンサ１は圧力センサとして使用される。本発明のＭＥＭＳセンサ１は、圧力センサの他に押圧力を検知する力センサなどとして構成することも可能である。

【0021】

図２の断面図に示すように、ＭＥＭＳセンサ１は、ＳＯＩ基板（Silicon On Insurator wafer）２の図示下側に支持基板３が接合されて構成されている。ＳＯＩ基板２は、第１の基板１１と第２の基板１２が酸化絶縁層１３を介して接合されている。第１の基板１１と第２の基板１２はシリコン（Ｓｉ）基板であり、酸化絶縁層１３は酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）層である。

【0022】

図１（Ａ）に示すように、ＭＥＭＳセンサ１を平面で見たときの形状は正方形であり、第１の辺１ａと第２の辺１ｂと第３の辺１ｃならびに第４の辺１ｄを有している。第１の基板１１と第２の基板１２も正方形であり、その形状ならびに寸法は、ＭＥＭＳセンサ１の平面形状ならびに寸法と同じである。

【0023】

図２に示すように、第１の基板１１は、中央部の空間部１１ａと、空間部１１ａを囲む枠体部１１ｂとを有している。空間部１１ａは第１の基板１１を上下に貫通して形成されている。図１（Ａ）に、空間部１１ａの内壁面１１ｃが破線で示されている。第１の辺１ａと第２の辺１ｂと第３の辺１ｃならびに第４の辺１ｄのそれぞれと、内壁面１１ｃとの間隔は、全て同じであす。すなわち、枠体部１１ｂの幅寸法は、全ての辺１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄで均一である。

【0024】

第２の基板１２は、前記空間部１１ａを覆っている部分（空間部１１ａと対向する部分）が、撓み変形可能な感知部（変形部または撓み部）１２ａであり、枠体部１１ｂと重ねられている枠状部分が配線部（配線領域）１２ｂである。

【0025】

図３に拡大して示すように、第２の基板１２の表面１２ｃに、絶縁層１４が形成されている。絶縁層１４は、第２の基板１２の表面１２ｃに薄く形成された下部絶縁層１４ａとその上に積層された上部絶縁層１４ｂとから構成されている。両絶縁層１４ａ，１４ｂは無機絶縁層である。下部絶縁層１４ａは酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）層であり、上部絶縁層１４ｂは窒化ケイ素（Ｓｉ_２Ｎ_３）層である。

【0026】

図１（Ａ）に示すように、第２の基板１２の４か所に検知素子部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄが形成されている。第１の検知素子部１５ａは第１の辺１ａから離れて位置し、第２の検知素子部１５ｂは第２の辺１ｂから離れて位置し、第３の検知素子部１５ｃは第３の辺１ｃから離れて位置し、第４の検知素子部１５ｄは第４の辺１ｄから離れて位置している。

【0027】

検知素子部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄは少なくとも一部が感知部１２ａに位置し、感知部１２ａが変形したときに歪みを生じる領域に形成されている。検知素子部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄは、Ｎ型シリコン基板である第２の基板１２の表面１２ｃに、Ｐ型ボロンなどの不純物がドープされて、第２の基板１２の一部に形成されたピエゾ抵抗であり、このピエゾ抵抗は歪みゲージとして機能する。

【0028】

図１（Ａ）に示すように、第２の基板１２の表面１２ｃに形成されている絶縁層１４の表面１４ｃに電極パッド１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄが形成されている。電極パッド１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄは、正方形のＭＥＭＳセンサ１の角部のそれぞれに配置されている。電極パッド１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄは、熱ヒステリシスに関してアルミニウムよりも温度変化による残留応力の変動が小さい導電性金属材料で形成されており、例えば金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）などであり、以下で説明する好ましい実施の形態では金で形成されている。導電性金属材料はスパッタ工程などで形成されている。

【0029】

図１（Ａ）に示すように、電極パッド１６ａと第１の検知素子部１５ａとの間、ならびに電極パッド１６ａと第３の検知素子部１５ｃとの間が第１の連結配線層２０によって導通されている。電極パッド１６ａと対角線側に位置している電極パッド１６ｃと第２の検知素子部１５ｂとの間、ならびに電極パッド１６ｃと第４の検知素子部１５ｄとの間も第１の連結配線層２０によって連結されている。

【0030】

図１（Ａ）と図３に示すように、第１の連結配線層２０は、第２の基板１２の表面の下部絶縁層１４ａと上部絶縁層１４ｂとの間に形成された下部配線層２１と、上部絶縁層１４ｂの表面１４ｃに形成された上部配線層２２とから構成されている。上部配線層２２は電極パッド１６ａならびに電極パッド１６ｃと一体に形成されている。

【0031】

下部配線層２１はアルミニウムによって、下部絶縁層１４ａの表面に形成されている。下部配線層２１の一部は、検知素子部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄのいずれかと導通する導通部２１ａとなっている。図３に示すように、導通部２１ａでは、下部絶縁層１４ａが部分的に除去されて、下部配線層２１の一部が検知素子部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄと接触している。上部配線層２２の一部は、下部配線層２１と導通する導通部２２ａとなっている。図３に示すように、導通部２２ａでは、上部絶縁層１４ｂが部分的に除去されて、上部配線層２２が下部配線層２１と接触している。

【0032】

本明細書での第１の連結配線層２０の長さＬ０は、電極パッド１６ａ，１６ｃと前記導通部２１ａを除く部分での、下部配線層２１と上部配線層２２の長さの合計を意味している。また、上部配線層２２の長さＬ１は、電極パッド１６ａ，１６ｃを除き且つ導通部２２ａを含む長さ寸法を意味している。第１の連結配線層２０を構成する下部配線層２１と上部配線層２２は、ＭＥＭＳセンサ１の各辺１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄと平行で直線的に延びている。

【0033】

図１（Ａ）に示すように、電極パッド１６ｂと第１の検知素子部１５ａとの間、ならびに電極パッド１６ｂと第４の検知素子部１５ｄとの間は第２の連結配線層２５によって導通させられている。電極パッド１６ｂと対角線側に位置している電極パッド１６ｄと第２の検知素子部１５ｂとの間、ならびに電極パッド１６ｄと第３の検知素子部１５ｃとの間は、第２の連結配線層２５によって導通させられている。

【0034】

第２の連結配線層２５は、下部配線層２６と上部配線層２７を有している。下部配線層２６は第１の連結配線層２０の下部配線層２１と同様に、下部絶縁層１４ａの上に形成されて、その一部が検知素子部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄに接触する導通部となっている。上部配線層２７は、第１の連結配線層２０の上部配線層２２と同じであり、上部絶縁層１４ｂの表面１４ｃにおいて電極パッド１６ｂ，１６ｄと一体に形成されており、その一部が上部絶縁層１４ｂの部分除去部において下部配線層２６に接触する導通部となっている。

【0035】

第２の連結配線層２５の長さ寸法Ｌａは、電極パッド１６ｂ，１６ｄを除き、且つ下部配線層２６のうちの検知素子部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄとの導通部を除く長さ寸法である。上部配線層２７の長さ寸法Ｌｂは、電極パッド１６ｂ，１６ｄを除き且つ上部配線層２７のうちの下部配線層２６との導通部を含む長さ寸法である。すなわち長さ寸法ＬａはＬ０と同じ基準で設定され、長さ寸法Ｌｂは長さ寸法Ｌ１と同じ基準で設定されている。

【0036】

第２の連結配線層２５は、ＭＥＭＳ素子１の各辺１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄと平行で直線的に形成されている。ただし、第２の連結配線層２５の長さ寸法Ｌａは、第１の連結配線層２０の長さ寸法Ｌ０よりも短い。

【0037】

電極パッド１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄのパターンと、第１の連結配線層２０ならびに第２の連結配線層２５のパターンは、図１（Ａ）に示されるＭＥＭＳセンサ１の図心（重心）Ｏを中心とする１８０度の回転対称形状である。また、電極パッド１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄならびに第１の連結配線層２０と第２の連結配線層２５は、全て第２の基板１２の配線部１２ｂの上に形成されている。

【0038】

図２に示すように、支持基板３は第１の基板１１の図示下面側に接合され、空間部１１ａが支持基板３で下側から塞がれている。

【0039】

図１（Ｂ）に示すように、検知素子部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄでは、ピエゾ抵抗層がいわゆるミアンダ形状に形成されており、抵抗体の長手方向が全ての検知素子部で同じ方向に向けられている。したがって、第２の基板１２の感知部１２ａが図２の下方に向けて撓んだときに、検知素子部１５ａ，１５ｂで抵抗が増大し検知素子部１５ｃ，１５ｄで抵抗が低下するように、互いに逆極性の抵抗値となる。

【0040】

図１（Ａ）に示すように、４つの電極パッド１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄによって、検知素子部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄがブリッジ回路を構成するように接続されている。例えば電極パッド１６ａに電源電圧が印加され、電極パッド１６ｃが接地される。感知部１２ａが変形し、検知素子部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄに歪みが与えられると、電極パッド１６ｂと電極パッド１６ｄのそれぞれの中点電位が変化する。電極パッド１６ｂの中点電位と電極パッド１６ｄの中点電位は逆極性で変化するため、２つの中点電位の差動をとることで、感知部１２ａに作用する気体の圧力に比例した検知出力を得ることができる。

【0041】

図１ないし図３に示す本発明の実施の形態のＭＥＭＳセンサ１では、第１の連結配線層２０がアルミニウムの下部配線層２１と金の上部配線層２２とで構成され、第２の連結配線層２５もアルミニウムの下部配線層２６と金の上部配線層２７とで形成されている。

【0042】

図３に示すように、金の上部配線層２２，２７は上部絶縁層１４ｂの表面１４ｃに形成され、金の層が第２の基板１２から離れている。そのため、高温になっても、上部配線層２２，２７の金が第２の基板１２であるシリコン基板に拡散することがなく、電極パッド１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄと上部配線層２２，２７を安定した状態を保つことができる。一方、第２の基板１２の表面の下部絶縁層１４ａの上に形成されている下部配線層２１，２６はアルミニウムであるが、アルミニウムは、シリコン基板に拡散しにくく安定した状態を維持するため、高温となったときでも下部配線層２１，２６のパターンは安定した状態を保つことができる。

【0043】

ただし、アルミニウムは熱サイクル内に置かれると応力残留が大きく変動する性質を有しており、この応力が検知素子部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄに直接に作用すると、圧力を検知すべき検知出力に変動が生じる。しかし、図１ないし図３に示す本発明の実施の形態のＭＥＭＳセンサ１では、第１の連結配線層２０がアルミニウムの下部配線層２１と金の上部配線層２２とで構成され、第２の連結配線層２５がアルミニウムの下部配線層２６と金の上部配線層２７とで構成されているため、アルミニウムの残留応力に起因する検知素子部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄへの残留歪みの影響を低減できるようになっている。

【0044】

図７は、後に説明する実施例３のＭＥＭＳセンサ１を温度サイクル下においたときの検知出力の変化を示している。横軸が環境温度で、縦軸が大気圧下における検知出力の変化を示している。図７では、大気圧の下で環境温度を２５℃から８０℃まで上昇させ、その後２５℃まで戻している。温度を初期の２５℃としたときの検知出力と、温度を８０℃から２５℃に戻したときの検知出力との差が出力変動（Ｐａ：パスカル）である。この出力の変動は、熱ヒステリシスによるＭＥＭＳセンサ１内の残留応力の変動が原因と考えられるが、本発明の実施の形態の好ましい例である実施例３では、熱ヒステリシスによる出力変動が２０Ｐａ（パスカル）程度のきわめて微細な値となっている。

【0045】

その第１の理由は次のように予測できる。第１の連結配線層２０と第２の連結配線層２５では、アルミニウムの下部配線層２１，２６を配線長の一部分にのみ形成し、その他を金の上部配線層２２，２７で形成している。そのため、アルミニウムの長さを残留応力の影響を及ぼしにくい最適な長さに設定することが可能である。すなわち、図１に示す上部配線層２２，２７の長さ寸法Ｌ１，Ｌｂを選択することで、アルミニウムの下部配線層２１，２６を残留応力の影響を及ぼしにくい寸法に設定しやすくなる。

【0046】

第２の理由は次のように予測できる。図１（Ａ）に示す電極パッド１６ａに着目すると、１つの電極パッド１６ａから互い直交して延びる２つの配線層が、同じ長さの第１の連結配線層２０となっている。これにより、電極パッド１６ａを起点として、その両側に２つのアルミニウムの下部配線層２２が同じ長さで同じ距離を空けて均等に配置される。そのため、アルミニウムに内部応力が残留したとしても、その応力が電極パッド１６ａの両側で均等に作用するようになる。しかも、電極パッド１６ａの両側に互いに逆極性の抵抗変化となる第１の検知素子部１５ａと第３の検知素子部１５ｃが配置されているため、下部配線層２２に応力が残留しても、２つの検知素子部１５ａと１５ｃに、抵抗変化を打ち消すように均等な応力が与えられる。しかも、上部配線層２２の長さ寸法Ｌ１を適正に選択することで、検知素子部１５ａ，１５ｃに作用する応力をバランスのよい値に設定できるようになる。

【0047】

上記理由は、電極パッド１６ｃとその両側の第１の連結配線層２０，２０との関係において同じである。さらに電極パッド１６ｂ，１６ｄはその両側に同じ長さの第２の連結配線層２５が配置されている。よってこの構造もバランスの良いものであり、下部配線層２６に応力が残留したとしても検知素子部に対してバランスよく作用するものとなる。

【実施例】

【0048】

実施例１ないし４として、図１ないし３の示す構造のＭＥＭＳセンサ１についてシミュレーションを行った。図１に示す正方形の１辺の寸法は５００μｍ、第２の基板１２の厚みを５μｍとした。上部配線層２２，２７の幅寸法をそれぞれ１８μｍとし、下部配線層２１，２６の幅寸法をそれぞれ１０μｍとした。

【0049】

第２の連結配線層２５の長さ寸法は、Ｌａを６０μｍ、Ｌｂを５２μｍに固定した。第１の連結配線層２０のＬ０を１１２μｍに固定し、上部配線層２２の長さ寸法Ｌ１を実施例ごとに変化させた。
（実施例１）：Ｌ１＝５２μｍ、
（実施例２）：Ｌ１＝６０μｍ、
（実施例３）：Ｌ１＝８５μｍ、
（実施例４）：Ｌ１＝９８μｍ、

【0050】

図４は、（比較例１）のＭＥＭＳセンサ１０１の平面図である。このＭＥＭＳセンサ１０１は、第２の基板１２の表面に上部絶縁層１４ｂが形成されておらず、下部絶縁層１４ａの表面に、電極パッド１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃ，１１６ｄならびに第１の連結配線層１２０と第２の連結配線層１２５が、全てアルミニウムで形成されている。そして、アルミニウムの第１の連結配線層１２０と第２の連結配線層１２５が、検知素子部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄに導通している。それ以外の構造は前記実施例と同じである。

【0051】

図５と図６は、（比較例２）のＭＥＭＳセンサ２０１を示している。このＭＥＭＳセンサ２０１は、電極パッド１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄが、上部絶縁層１４ｂの表面１４ｃにおいて金で形成されている。電極パッド１６ａ，１６ｃの両側に延びる第１の連結配線層は、金の上部配線層２２のみで形成され、電極パッド１６ｂ，１６ｄの両側に延びる第２の連結配線層は、金の上部配線層２７のみで形成されている。

【0052】

そして、図６に示すように、上部配線層２２の先部の導通部２２ａと検知素子部１５ａとの間に、アルミニウムの接続層１２１が形成されている。これは、上部配線層２７と検知素子層との導通部２７ａにおいても同じである。比較例２は、第１の連結配線層と第２の連結配線層が金のみで形成され、金と検知素子との接続部にのみアルミニウムが形成されたものである。

【0053】

実施例１ないし４と比較例１ならびに比較例２に関して、図７に示すように、大気圧下で初期検知出力を得る。その後温度を２５℃から８０℃まで上昇させ、２５℃まで低下させたときの検知出力と、前記初期検知出力との差を算出して出力変動とした。

【0054】

結果は図８に示す通りであり、実施例１の熱ヒステリシスによる出力変動は−３４．１６Ｐａ，実施例２の出力変動は−２７．９８Ｐａ，実施例３の出力変動は−１９．０２、実施例４の出力変動は＋１５．６６であった。比較例２の出力変動は−１１１．１１、比較例２の出力変動は＋５２．６６であった。

【0055】

比較例１は、電極パッドと検知素子部とを導通させる連結配配線層が全長に渡ってアルミニウムで形成されているため、熱ヒステリシスによりアルミニウムに残留する応力の範囲が広くなり、検知素子部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｃに大きな歪みを与える結果になり、熱ヒステリシスによる出力変動が大きくなっている。

【0056】

実施例１，２，３，４のＭＥＭＳセンサ１は、電極パッド１６ａ，１６ｃの両側に第１の連結配線層２０が均一に配置され、電極パッド１６ｂ，１６ｄの両側に第２の連結配線層２５が均一に配置されている。これより、検知素子部１５ａ，１５ｂとこれとは抵抗値の変化が逆となる検知素子部１５ｃ，１５ｄに対し、アルミニウムの残留応力に起因するバランスのよい適度な力が作用し、これによって出力変動が相殺されて抑制されている。

【0057】

これに対し、比較例２は、応力のバランスを与えるアルミニウム層がほとんどなくなるため、本来は、アルミニウムの応力によって相殺すべき潜在的な応力がＭＥＭＳセンサ全体に作用し、その結果、比較例１とは逆位相の出力変動が生じているものと予測される。

【0058】

このように、実施例１，２，３，４は、アルミニウムによる下部配線層の配置と長さのバランスがよいため、熱ヒステリシスによる出力変動を抑制できるようになる。実施例１，２，３，４から、第１の連結配線層２０の長さＬ０に対する上部配線層２２の長さＬ１の比の好ましい範囲Ｌ１／Ｌ０は、０．４６〜０．８８である。

【0059】

図８から実施例３から実施例４の範囲で出力変動がきわめて小さくなる。したがって、Ｌ１／Ｌ０が、０．７６〜０．８８であることがさらに好ましい。

【符号の説明】

【0060】

１ ＭＥＭＳセンサ
２ ＳＯＩ基板
１１ 第１の基板
１１ａ 空間部
１１ｂ 枠体部
１２ 第２の基板
１２ａ 感知部
１２ｂ 配線部
１４ 絶縁層
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｃ 検知素子部
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ 電極パッド
２０ 第１の連結配線層
２１ 下部配線層
２２ 上部配線層
２５ 第２の連結配線層
２６下部配線層
２７ 上部配線層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】