JP6555238B2 - Mechanical quantity sensor and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、静電容量の変化を利用して力学量を検出する力学量センサおよびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a mechanical quantity sensor that detects a mechanical quantity using a change in capacitance and a method for manufacturing the same.

従来、互いに対向する2つの電極を有し、2つの電極のうち1つの電極の変位により2つの電極間の静電容量が変化することを利用して力学量を検出する力学量センサが提案されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a mechanical quantity sensor that has two electrodes facing each other and detects a mechanical quantity using a change in capacitance between two electrodes due to displacement of one of the two electrodes has been proposed. ing.

例えば特許文献1では、基板の表面に堆積やスパッタリングを用いて成膜された固定電極と、基板の表面に配置されたヒンジエレメントによって支持される可動電極とを対向させて配置した加速度センサが提案されている。この加速度センサは、慣性力による可動電極の変位と、これによる電極間の静電容量の変化とを利用して、加速度を検出するものである。   For example, Patent Document 1 proposes an acceleration sensor in which a fixed electrode formed by deposition or sputtering on the surface of a substrate and a movable electrode supported by a hinge element disposed on the surface of the substrate are opposed to each other. Has been. This acceleration sensor detects acceleration by using displacement of a movable electrode due to inertial force and change in capacitance between the electrodes due to the displacement.

特表2010−517014号公報Special table 2010-517014

しかしながら、特許文献1に記載の加速度センサでは、堆積やスパッタリングを用いて固定電極を基板の表面に成膜している。そのため、成膜厚さのばらつきにより、固定電極と可動電極との間の距離に大きなばらつきが生じる。これにより検出精度にばらつきが生じるため、加速度センサの信頼性が低下する。   However, in the acceleration sensor described in Patent Document 1, the fixed electrode is formed on the surface of the substrate using deposition or sputtering. For this reason, a large variation occurs in the distance between the fixed electrode and the movable electrode due to the variation in the film thickness. As a result, the detection accuracy varies, and the reliability of the acceleration sensor decreases.

本発明は上記点に鑑みて、信頼性の高い力学量センサおよびその製造方法を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide a highly reliable mechanical quantity sensor and its manufacturing method in view of the said point.

上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、互いに対向する2つの電極を有し、2つの電極のうち1つの電極の変位により2つの電極の間の静電容量が変化することを利用して力学量を検出する力学量センサであって、一部が可動電極(105)として厚み方向に変位可能とされた第1基板(100)と、犠牲層(202)と犠牲層を両側から挟む支持層(203)および活性層(201)とを有し、活性層の一部により構成された固定電極(205)を有し、活性層に形成された枠状の凹部(204)によって固定電極と活性層のうち固定電極とは異なる部分とが電気的に絶縁されており、固定電極が可動電極に対向するように配置された第2基板(200)と、を備える。   In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 has two electrodes facing each other, and the capacitance between the two electrodes changes due to displacement of one of the two electrodes. A mechanical quantity sensor that detects a mechanical quantity by using a first substrate (100) that is partially movable in the thickness direction as a movable electrode (105), a sacrificial layer (202), and a sacrificial layer. A frame-shaped recess (204) formed in the active layer, having a support layer (203) and an active layer (201) sandwiched from both sides, and having a fixed electrode (205) constituted by a part of the active layer And the second substrate (200) disposed such that the fixed electrode and the active layer are electrically insulated from a portion different from the fixed electrode, and the fixed electrode faces the movable electrode.

このように活性層の一部を固定電極とした場合、固定電極のうち可動電極に対向する面は活性層の表面で構成される。したがって、固定電極と可動電極との間の距離にばらつきが生じにくくなるため、力学量センサの信頼性を向上させることができる。   As described above, when a part of the active layer is a fixed electrode, the surface of the fixed electrode that faces the movable electrode is constituted by the surface of the active layer. Therefore, the distance between the fixed electrode and the movable electrode is less likely to vary, and the reliability of the mechanical quantity sensor can be improved.

また、請求項17に記載の発明では、互いに対向する2つの電極を有し、2つの電極のうち1つの電極の変位により2つの電極の間の静電容量が変化することを利用して力学量を検出する力学量センサの製造方法であって、第1基板(100)を用意することと、第1基板に可動電極(105)を形成し、第1基板のうち可動電極とは異なる部分に対して可動電極を変位可能とすることと、犠牲層(202)と犠牲層を両側から挟む支持層(203)および活性層(201)とを有する第2基板(200)を用意することと、活性層に枠状の凹部(204)を形成することにより、活性層のうち凹部の内側に位置する部分を外側に位置する部分と電気的に絶縁された固定電極(205)とすることと、固定電極を可動電極に対向するように配置することと、を備える。   Further, the invention according to claim 17 has two electrodes facing each other, and uses the fact that the capacitance between the two electrodes changes due to the displacement of one of the two electrodes. A method of manufacturing a mechanical quantity sensor for detecting a quantity, comprising: preparing a first substrate (100); forming a movable electrode (105) on the first substrate; and a portion of the first substrate different from the movable electrode Making the movable electrode displaceable, and preparing a second substrate (200) having a sacrificial layer (202), a support layer (203) and an active layer (201) sandwiching the sacrificial layer from both sides, Forming a frame-shaped recess (204) in the active layer, so that the portion of the active layer located inside the recess becomes a fixed electrode (205) electrically insulated from the portion located outside. The fixed electrode is arranged to face the movable electrode. Provided with that, a.

このように活性層の一部を固定電極とした場合、固定電極のうち可動電極に対向する面は活性層の表面で構成される。したがって、固定電極と可動電極との間の距離にばらつきが生じにくくなるため、力学量センサの信頼性を向上させることができる。   As described above, when a part of the active layer is a fixed electrode, the surface of the fixed electrode that faces the movable electrode is constituted by the surface of the active layer. Therefore, the distance between the fixed electrode and the movable electrode is less likely to vary, and the reliability of the mechanical quantity sensor can be improved.

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows an example of a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.

第1実施形態にかかる力学量センサの断面図であって、図2のI−I断面図である。It is sectional drawing of the mechanical quantity sensor concerning 1st Embodiment, Comprising: It is II sectional drawing of FIG. 第1実施形態にかかる力学量センサの平面図である。It is a top view of the mechanical quantity sensor concerning 1st Embodiment. 力学量センサの製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of a mechanical quantity sensor. 力学量センサの製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of a mechanical quantity sensor. 力学量センサの製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of a mechanical quantity sensor. 力学量センサの製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of a mechanical quantity sensor. 力学量センサの動作を示す断面図である。It is sectional drawing which shows operation | movement of a mechanical quantity sensor. 力学量センサの動作を示す断面図である。It is sectional drawing which shows operation | movement of a mechanical quantity sensor. 第1実施形態の変形例の断面図である。It is sectional drawing of the modification of 1st Embodiment. 第2実施形態にかかる力学量センサの断面図であって、図11のX−X断面図である。It is sectional drawing of the mechanical quantity sensor concerning 2nd Embodiment, Comprising: It is XX sectional drawing of FIG. 第2実施形態にかかる力学量センサの平面図である。It is a top view of the mechanical quantity sensor concerning 2nd Embodiment. 力学量センサの製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of a mechanical quantity sensor. 力学量センサの製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of a mechanical quantity sensor. 力学量センサの製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of a mechanical quantity sensor. 第3実施形態にかかる力学量センサの平面図である。It is a top view of the mechanical quantity sensor concerning 3rd Embodiment. 図15のXVI−XVI断面図である。It is XVI-XVI sectional drawing of FIG. 図15のXVII−XVII断面図である。It is XVII-XVII sectional drawing of FIG. 図15のXVIII−XVIII断面図である。It is XVIII-XVIII sectional drawing of FIG. 力学量センサの製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of a mechanical quantity sensor. 第4実施形態にかかる力学量センサの平面図である。It is a top view of the mechanical quantity sensor concerning 4th Embodiment. 第4実施形態の変形例の平面図である。It is a top view of the modification of 4th Embodiment. 他の実施形態にかかる力学量センサの断面図である。It is sectional drawing of the mechanical quantity sensor concerning other embodiment. 他の実施形態にかかる力学量センサの断面図である。It is sectional drawing of the mechanical quantity sensor concerning other embodiment. 他の実施形態にかかる力学量センサの断面図である。It is sectional drawing of the mechanical quantity sensor concerning other embodiment. 他の実施形態にかかる力学量センサの平面図である。It is a top view of the mechanical quantity sensor concerning other embodiment. 他の実施形態にかかる力学量センサの断面図である。It is sectional drawing of the mechanical quantity sensor concerning other embodiment.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other will be described with the same reference numerals.

(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について説明する。図1に示すように、本実施形態の力学量センサ1は、基板100と、基板200と、接合部300とを備えている。力学量センサ1は、基板100および基板200を加工して製造されるMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)デバイスであり、基板100の厚み方向の加速度を検出するセンサである。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 1, the mechanical quantity sensor 1 according to the present embodiment includes a substrate 100, a substrate 200, and a joint portion 300. The mechanical quantity sensor 1 is a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) device manufactured by processing the substrate 100 and the substrate 200, and is a sensor that detects acceleration in the thickness direction of the substrate 100.

基板100は、活性層101、犠牲層102、支持層103を順に積層してなるSOI(Silicon on Insulator)ウェハであり、活性層101をパターニングすることにより、後述する可動電極105が形成されている。本実施形態では、活性層101、支持層103は単結晶シリコンで構成され、犠牲層102はSiOで構成されている。基板100は第1基板に相当する。 The substrate 100 is an SOI (Silicon on Insulator) wafer in which an active layer 101, a sacrificial layer 102, and a support layer 103 are sequentially stacked, and a movable electrode 105 (to be described later) is formed by patterning the active layer 101. . In this embodiment, the active layer 101 and the support layer 103 are made of single crystal silicon, and the sacrificial layer 102 is made of SiO 2 . The substrate 100 corresponds to the first substrate.

活性層101、犠牲層102、支持層103は、それぞれ一部が除去されており、これにより、凹部104および可動電極105が形成されている。図1、図2に示すように、可動電極105は、それぞれ活性層101の一部で構成される固定部106と、梁部107と、2つの錘部108とを備えている。固定部106は上面形状が矩形状とされ、固定部106の裏面においては犠牲層102および支持層103が除去されずに残されている。   The active layer 101, the sacrificial layer 102, and the support layer 103 are partially removed, whereby the concave portion 104 and the movable electrode 105 are formed. As shown in FIGS. 1 and 2, the movable electrode 105 includes a fixed portion 106, a beam portion 107, and two weight portions 108 each formed of a part of the active layer 101. The fixed portion 106 has a rectangular top surface, and the sacrificial layer 102 and the support layer 103 are left on the back surface of the fixed portion 106 without being removed.

梁部107は、固定部106に支持され、固定部106を中心として活性層101の表面に平行な一方向(図2中紙面上下方向)の両側に延設されている。2つの錘部108は、それぞれ上面形状がU字状とされており、固定部106の両側に互いに対向して配置され、それぞれの両端部において梁部107に連結されている。   The beam portion 107 is supported by the fixing portion 106 and extends on both sides in one direction (up and down direction in FIG. 2) parallel to the surface of the active layer 101 with the fixing portion 106 as the center. The two weight portions 108 each have a U-shaped upper surface, are disposed opposite to each other on both sides of the fixed portion 106, and are connected to the beam portion 107 at both ends.

梁部107および錘部108の裏面においては、犠牲層102と支持層103の一部とが除去されており、梁部107および錘部108は、支持層103からリリースされている。これにより、錘部108は、厚み方向に変位可能とされている。そして、2つの錘部108は、梁部107、固定部106、犠牲層102、支持層103を介して、活性層101のうち可動電極105とは異なる部分に接続されている。一方の錘部108は、他方の錘部108よりも図2中紙面左右方向における幅が大きくされるとともに、質量が大きくされている。   The sacrificial layer 102 and a part of the support layer 103 are removed from the back surface of the beam portion 107 and the weight portion 108, and the beam portion 107 and the weight portion 108 are released from the support layer 103. Thereby, the weight part 108 can be displaced in the thickness direction. The two weight portions 108 are connected to a portion of the active layer 101 different from the movable electrode 105 through the beam portion 107, the fixed portion 106, the sacrificial layer 102, and the support layer 103. One weight 108 has a larger width and a larger mass in the left-right direction in FIG. 2 than the other weight 108.

活性層101、犠牲層102、支持層103がこのような形状とされた本実施形態では、梁部107がねじれることにより、2つの錘部108が基板100の厚み方向に変位する。具体的には、梁部107がねじれることにより、一方の錘部108は基板100の厚み方向の一方側に変位し、他方の錘部108は基板100の厚み方向の他方側に変位する。このように、固定部106を支点とした梃子構造が構成されている。   In this embodiment in which the active layer 101, the sacrificial layer 102, and the support layer 103 have such shapes, the two weight portions 108 are displaced in the thickness direction of the substrate 100 when the beam portion 107 is twisted. Specifically, when the beam portion 107 is twisted, one weight portion 108 is displaced to one side in the thickness direction of the substrate 100, and the other weight portion 108 is displaced to the other side in the thickness direction of the substrate 100. In this way, an insulator structure with the fixed portion 106 as a fulcrum is configured.

基板200は、活性層201、犠牲層202、支持層203を順に積層してなるSOIウェハであり、活性層201をパターニングすることにより、後述する固定電極205が形成されている。本実施形態では、活性層201、支持層203は単結晶シリコンで構成され、犠牲層202はSiOで構成されている。基板200は第2基板に相当する。 The substrate 200 is an SOI wafer in which an active layer 201, a sacrificial layer 202, and a support layer 203 are stacked in this order, and a fixed electrode 205 (to be described later) is formed by patterning the active layer 201. In this embodiment, the active layer 201 and the support layer 203 are made of single crystal silicon, and the sacrificial layer 202 is made of SiO 2 . The substrate 200 corresponds to a second substrate.

図1、図2に示すように、基板200には、枠状の凹部204が形成されている。これにより、活性層201のうち凹部204の内側に位置する部分が、凹部204の外側に位置する部分と電気的に絶縁されている。活性層201のうち凹部204の内側に位置する部分を、固定電極205とする。   As shown in FIGS. 1 and 2, the substrate 200 is formed with a frame-shaped recess 204. Thereby, the part located inside the recessed part 204 among the active layers 201 is electrically insulated from the part located outside the recessed part 204. A portion of the active layer 201 positioned inside the recess 204 is referred to as a fixed electrode 205.

基板200は、固定電極205が可動電極105に対向するように配置されている。本実施形態では、凹部204が2つ形成されることにより固定電極205が2つ形成されており、基板200は、2つの固定電極205が2つの錘部108に対向するように配置されている。   The substrate 200 is disposed so that the fixed electrode 205 faces the movable electrode 105. In the present embodiment, two fixed electrodes 205 are formed by forming two recesses 204, and the substrate 200 is arranged so that the two fixed electrodes 205 face the two weight portions 108. .

なお、本実施形態では、固定電極205は可動電極105に対して重力方向上側に配置されており、力学量センサ1は重力方向の加速度を検出するが、固定電極205が可動電極105に対して重力方向下側に配置されていてもよい。また、力学量センサ1が重力方向とは異なる方向の加速度を検出するように可動電極105および固定電極205が配置されていてもよい。   In the present embodiment, the fixed electrode 205 is disposed above the movable electrode 105 in the gravitational direction, and the mechanical quantity sensor 1 detects acceleration in the gravitational direction. You may arrange | position on the gravity direction lower side. Further, the movable electrode 105 and the fixed electrode 205 may be arranged so that the mechanical quantity sensor 1 detects acceleration in a direction different from the direction of gravity.

基板200には、支持層203のうち犠牲層202とは反対側の表面において開口し、基板200および接合部300を貫通して固定部106に接続されるTSV(Through-Silicon Via)であるビア206が形成されている。   In the substrate 200, a via that is a TSV (Through-Silicon Via) that opens on the surface of the support layer 203 on the side opposite to the sacrificial layer 202, passes through the substrate 200 and the joint portion 300, and is connected to the fixed portion 106. 206 is formed.

また、基板200には、支持層203のうち犠牲層202とは反対側の表面において開口し、支持層203および犠牲層202を貫通して固定電極205に接続されるTSVであるビア207が形成されている。   Further, the substrate 200 is formed with a via 207 that is an TSV that opens on the surface of the support layer 203 opposite to the sacrificial layer 202 and passes through the support layer 203 and the sacrificial layer 202 and is connected to the fixed electrode 205. Has been.

また、基板200には、支持層203のうち犠牲層202とは反対側の表面において開口し、支持層203および犠牲層202を貫通して活性層201のうち固定電極205の外側に位置する部分に接続されるTSVであるビア208が形成されている。   Further, the substrate 200 has an opening on the surface of the support layer 203 on the side opposite to the sacrificial layer 202, and passes through the support layer 203 and the sacrificial layer 202, and a portion of the active layer 201 located outside the fixed electrode 205. A via 208, which is a TSV connected to, is formed.

また、基板200には、支持層203のうち犠牲層202とは反対側の表面において開口し、基板200を貫通して活性層101の外周部に接続されるTSVであるビア209が形成されている。なお、活性層101のうち可動電極105の外側に位置する部分を活性層101の外周部とする。   Also, the substrate 200 is formed with a via 209 that is a TSV that opens on the surface of the support layer 203 opposite to the sacrificial layer 202 and is connected to the outer peripheral portion of the active layer 101 through the substrate 200. Yes. Note that a portion of the active layer 101 located outside the movable electrode 105 is an outer peripheral portion of the active layer 101.

ビア206〜209の内部と、支持層203のうち犠牲層202とは反対側の表面とを覆うように、絶縁層210が形成されている。絶縁層210の表面には、力学量センサ1を外部の回路と接続するための配線層211が形成されている。   An insulating layer 210 is formed so as to cover the inside of the vias 206 to 209 and the surface of the support layer 203 opposite to the sacrificial layer 202. On the surface of the insulating layer 210, a wiring layer 211 for connecting the mechanical quantity sensor 1 to an external circuit is formed.

ビア206〜209の底部においては絶縁層210の一部が除去されており、配線層211は、ビア206〜209を通って、固定部106、固定電極205、活性層201のうち固定電極205の外側に位置する部分、および、活性層101の外周部に接続されている。   A part of the insulating layer 210 is removed at the bottoms of the vias 206 to 209, and the wiring layer 211 passes through the vias 206 to 209, and the fixed part 205 of the fixed part 106, the fixed electrode 205, and the active layer 201. It is connected to the outer portion and the outer peripheral portion of the active layer 101.

また、支持層203の表面においては、絶縁層210の一部が除去されて開口部212が形成されており、配線層211は、開口部212を通って支持層203に接続されている。   In addition, on the surface of the support layer 203, a part of the insulating layer 210 is removed to form an opening 212, and the wiring layer 211 is connected to the support layer 203 through the opening 212.

絶縁層210、配線層211の表面は保護膜213で覆われている。保護膜213は、力学量センサ1に耐湿性を持たせるためのものであり、ここでは、SiNにより構成されている。なお、保護膜213をポリイミド系樹脂であるPIQ(登録商標)等により構成してもよい。   The surfaces of the insulating layer 210 and the wiring layer 211 are covered with a protective film 213. The protective film 213 is for imparting moisture resistance to the mechanical quantity sensor 1, and is made of SiN here. The protective film 213 may be made of PIQ (registered trademark), which is a polyimide resin.

保護膜213のうち、配線層211の上面に形成された部分には、開口部214が形成されている。これにより、配線層211を介して、活性層101の外周部と、可動電極105と、固定電極205と、活性層201のうち固定電極205の外側に位置する部分とを外部の回路に接続することができる。   An opening 214 is formed in a portion of the protective film 213 formed on the upper surface of the wiring layer 211. Thus, the outer peripheral portion of the active layer 101, the movable electrode 105, the fixed electrode 205, and the portion of the active layer 201 located outside the fixed electrode 205 are connected to an external circuit via the wiring layer 211. be able to.

後述するように、力学量センサ1に加速度が印加されると、一方の錘部108と一方の固定電極205との間、他方の錘部108と他方の固定電極205との間の静電容量が変化する。本実施形態では、加速度印加時に発生するこれらの容量の変化を差動増幅するように、力学量センサ1と図示しない制御装置とが接続される。例えば電源電圧が5Vの場合、錘部108の電位は5Vとされる。固定電極205は、配線層211を介して、図示しない制御装置の入力端子に接続されている。また、活性層201のうち固定電極205の外側に位置する部分、および、活性層101の外周部は、ビア208、209を通して接地され、電位が固定されている。   As will be described later, when acceleration is applied to the mechanical quantity sensor 1, electrostatic capacitance between one weight portion 108 and one fixed electrode 205, and between the other weight portion 108 and the other fixed electrode 205. Changes. In the present embodiment, the mechanical quantity sensor 1 and a control device (not shown) are connected so as to differentially amplify these capacitance changes that occur during acceleration application. For example, when the power supply voltage is 5V, the potential of the weight portion 108 is 5V. The fixed electrode 205 is connected to an input terminal of a control device (not shown) through the wiring layer 211. In addition, the portion of the active layer 201 located outside the fixed electrode 205 and the outer peripheral portion of the active layer 101 are grounded through the vias 208 and 209, and the potential is fixed.

基板100と基板200との間には接合部300が配置されている。接合部300は、後述する図5(a)に示す工程で基板100と基板200との接合を行う際の接合材となるものであり、基板100と基板200との間の距離は、接合部300の厚みによって規定される。本実施形態では、接合部300は、活性層201の表面を熱酸化することにより形成されたSiOの層で構成されている。 A bonding portion 300 is disposed between the substrate 100 and the substrate 200. The bonding portion 300 serves as a bonding material when bonding the substrate 100 and the substrate 200 in the process shown in FIG. 5A described later. The distance between the substrate 100 and the substrate 200 is determined by the bonding portion. It is defined by a thickness of 300. In the present embodiment, the bonding part 300 is composed of a layer of SiO 2 formed by thermally oxidizing the surface of the active layer 201.

接合部300は、活性層101の外周部の表面に配置された部分と、固定部106の表面に配置された部分とを有する。接合部300のうち活性層101の外周部に配置された部分は、可動電極105を内側に含むように枠状に形成されている。接合部300を介して基板100と基板200とが接続されており、これにより、可動電極105が気密封止されている。   The joining part 300 has a part arranged on the surface of the outer peripheral part of the active layer 101 and a part arranged on the surface of the fixing part 106. A portion of the joint portion 300 disposed on the outer peripheral portion of the active layer 101 is formed in a frame shape so as to include the movable electrode 105 inside. The substrate 100 and the substrate 200 are connected to each other through the bonding portion 300, whereby the movable electrode 105 is hermetically sealed.

力学量センサ1の製造方法について説明する。力学量センサ1は、図3に示す工程で基板100を製造し、図4に示す工程で基板200を製造した後、図5、図6に示す工程で、基板100と基板200とを接合し、配線の形成等を行うことにより製造される。   A method for manufacturing the mechanical quantity sensor 1 will be described. The mechanical quantity sensor 1 manufactures the substrate 100 in the process shown in FIG. 3, manufactures the substrate 200 in the process shown in FIG. 4, and then bonds the substrate 100 and the substrate 200 in the processes shown in FIGS. 5 and 6. It is manufactured by forming a wiring or the like.

図3を用いて、基板100の製造方法について説明する。まず、単結晶シリコン基板を用意して支持層103とし、図3(a)に示すように、支持層103を熱酸化することにより支持層103の表面、裏面に犠牲層102、酸化膜109を形成する。   A method for manufacturing the substrate 100 will be described with reference to FIG. First, a single crystal silicon substrate is prepared and used as a support layer 103. As shown in FIG. 3A, the support layer 103 is thermally oxidized to form a sacrificial layer 102 and an oxide film 109 on the front and back surfaces of the support layer 103. Form.

そして、図3(b)に示すように、可動電極105に対応する部分において、エッチングを用いて犠牲層102を除去し、犠牲層102をマスクとしたエッチングを用いて支持層103の一部を除去することにより、凹部104を形成する。ただし、固定部106に対応する部分においては、犠牲層102および支持層103を除去せずに残す。   Then, as shown in FIG. 3B, the sacrificial layer 102 is removed by etching at a portion corresponding to the movable electrode 105, and a part of the support layer 103 is removed by etching using the sacrificial layer 102 as a mask. By removing, the recess 104 is formed. However, in the portion corresponding to the fixed portion 106, the sacrificial layer 102 and the support layer 103 are left without being removed.

図3(b)に示す工程の後、図3(c)に示すように、直接接合により活性層101を犠牲層102の表面に接合するCavity−SOI工程を行う。図3(d)に示す工程では、エッチングにより活性層101を加工し、凹部104を活性層101の表面において開口させて、可動電極105を形成する。   After the step shown in FIG. 3B, as shown in FIG. 3C, a cavity-SOI step is performed in which the active layer 101 is bonded to the surface of the sacrificial layer 102 by direct bonding. In the step shown in FIG. 3D, the active layer 101 is processed by etching, and the recess 104 is opened on the surface of the active layer 101 to form the movable electrode 105.

図4を用いて、基板200の製造方法について説明する。まず、図4(a)に示すような、活性層201、犠牲層202、支持層203を順に積層してなるSOIウェハを用意する。そして、図4(b)に示すように、活性層201および支持層203を熱酸化することにより、接合部300および酸化膜215を形成する。   A method for manufacturing the substrate 200 will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 4A, an SOI wafer in which an active layer 201, a sacrificial layer 202, and a support layer 203 are sequentially laminated is prepared. Then, as shown in FIG. 4B, the active layer 201 and the support layer 203 are thermally oxidized to form the junction 300 and the oxide film 215.

図4(c)に示す工程では、接合部300のうち、可動電極105の錘部108に対応する部分をエッチングにより除去し、活性層201の一部を露出させる。図4(d)に示す工程では、図4(c)に示す工程で露出した活性層201の一部をエッチングにより除去し、枠状の凹部204を形成する。また、これにより、活性層201のうち凹部204の内側に位置する部分が凹部204の外側に位置する部分と電気的に絶縁されて、固定電極205が形成される。   In the step shown in FIG. 4C, a portion of the joint portion 300 corresponding to the weight portion 108 of the movable electrode 105 is removed by etching, and a part of the active layer 201 is exposed. In the step shown in FIG. 4D, a part of the active layer 201 exposed in the step shown in FIG. 4C is removed by etching to form a frame-shaped recess 204. As a result, the portion of the active layer 201 positioned inside the recess 204 is electrically insulated from the portion positioned outside the recess 204, thereby forming the fixed electrode 205.

このように製造した基板100および基板200の貼り合わせと、貼り合わせ後の工程について図5、図6を用いて説明する。図5(a)に示す工程では、直接接合により、基板100と基板200の表面に形成された接合部300とを貼り合わせる。これにより、可動電極105が気密封止される。   The bonding of the substrate 100 and the substrate 200 manufactured in this way and the steps after the bonding will be described with reference to FIGS. In the process shown in FIG. 5A, the substrate 100 and the bonding portion 300 formed on the surface of the substrate 200 are bonded together by direct bonding. Thereby, the movable electrode 105 is hermetically sealed.

図5(b)に示す工程では、酸化膜215のうち、固定部106、固定電極205、活性層201の外周部に対応する部分の一部を除去する。図5(c)に示す工程では、酸化膜215をマスクとしたエッチングを用いて支持層203の一部を除去することにより、ビア206〜208を形成し、犠牲層202を露出させる。その後、酸化膜215を除去する。   5B, a part of the oxide film 215 corresponding to the outer peripheral portion of the fixed portion 106, the fixed electrode 205, and the active layer 201 is removed. In the step shown in FIG. 5C, a part of the support layer 203 is removed by etching using the oxide film 215 as a mask to form vias 206 to 208 and the sacrificial layer 202 is exposed. Thereafter, the oxide film 215 is removed.

図5(d)に示す工程では、ビア206に対応する部分に開口部が形成され、ビア207、208に対応する部分には開口部が形成されていない図示しないマスクを用いたエッチングにより、犠牲層202および活性層201を貫通するようにビア206を形成して、接合部300を露出させる。   In the step shown in FIG. 5D, an opening is formed in a portion corresponding to the via 206, and an opening is not formed in the portions corresponding to the vias 207 and 208, and sacrifice is performed by etching using a mask (not shown). A via 206 is formed so as to penetrate the layer 202 and the active layer 201 to expose the junction 300.

図6(a)に示す工程では、支持層203およびビア206〜208の表面を熱酸化して絶縁層210を形成する。そして、ビア206の底部に形成された絶縁層210の一部、および、接合部300の一部をエッチングにより除去し、固定部106を露出させる。また、ビア207、208の底部に形成された絶縁層210の一部をエッチングにより除去し、固定電極205、活性層201の外周部を露出させる。また、絶縁層210のうち支持層203の表面に形成された部分の一部を除去して、支持層203を露出させる開口部212を形成する。   In the step shown in FIG. 6A, the surfaces of the support layer 203 and the vias 206 to 208 are thermally oxidized to form the insulating layer 210. Then, a part of the insulating layer 210 formed at the bottom of the via 206 and a part of the bonding part 300 are removed by etching, and the fixing part 106 is exposed. Further, a part of the insulating layer 210 formed at the bottoms of the vias 207 and 208 is removed by etching, and the outer peripheral portions of the fixed electrode 205 and the active layer 201 are exposed. Further, a part of the insulating layer 210 formed on the surface of the support layer 203 is removed to form an opening 212 that exposes the support layer 203.

図6(b)に示す工程では、ビア206〜208の内部、開口部212の内部、および絶縁層210の表面に配線層211を形成する。図6(c)に示す工程では、絶縁層210、配線層211の表面にCVD(Chemical Vapor Deposition)法または塗布法などにより保護膜213を形成する。また、エッチングを用いて保護膜213に開口部214を形成し、配線層211の一部を露出させる。これにより、固定部106、固定電極205、活性層201を外部の回路に接続することが可能となる。   In the step shown in FIG. 6B, the wiring layer 211 is formed inside the vias 206 to 208, inside the opening 212, and on the surface of the insulating layer 210. In the step shown in FIG. 6C, a protective film 213 is formed on the surfaces of the insulating layer 210 and the wiring layer 211 by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or a coating method. Further, an opening 214 is formed in the protective film 213 using etching, and a part of the wiring layer 211 is exposed. As a result, the fixed portion 106, the fixed electrode 205, and the active layer 201 can be connected to an external circuit.

なお、図5、図6では図示していないが、活性層101の外周部に対応する部分に、ビア206と同様にビア209が形成される。そして、ビア209の表面に絶縁層210が形成され、ビア209の底部に形成された絶縁層210の一部、および、接合部300の一部が除去された後、ビア209の内部に配線層211が形成されて、活性層101の外周部を外部の回路に接続することが可能となる。   Although not shown in FIGS. 5 and 6, a via 209 is formed in a portion corresponding to the outer peripheral portion of the active layer 101 similarly to the via 206. Then, an insulating layer 210 is formed on the surface of the via 209, and after a part of the insulating layer 210 formed on the bottom of the via 209 and a part of the joint portion 300 are removed, a wiring layer is formed inside the via 209. 211 is formed, and the outer periphery of the active layer 101 can be connected to an external circuit.

力学量センサ1の動作について説明する。力学量センサ1が基板100、基板200の厚み方向に加速すると、可動電極105が図7に示すように変位する。すなわち、一方の錘部108は基板100の厚み方向の一方側に変位し、他方の錘部108は基板100の厚み方向の他方側に変位する。そして、固定電極205と錘部108との間の距離が変化し、静電容量が変化する。   The operation of the mechanical quantity sensor 1 will be described. When the mechanical quantity sensor 1 is accelerated in the thickness direction of the substrate 100 and the substrate 200, the movable electrode 105 is displaced as shown in FIG. That is, one weight portion 108 is displaced to one side in the thickness direction of the substrate 100, and the other weight portion 108 is displaced to the other side in the thickness direction of the substrate 100. Then, the distance between the fixed electrode 205 and the weight portion 108 changes, and the capacitance changes.

例えば、力学量センサ1が静止している状態での電極間の距離をdとし、錘部108の変位量をΔdとすると、一方の錘部108と一方の固定電極205との距離はd+Δdとなり、他方の錘部108と他方の固定電極205との距離はd−Δdとなる。 For example, if the distance between the electrodes when the mechanical quantity sensor 1 is stationary is d 0 and the displacement amount of the weight portion 108 is Δd, the distance between one weight portion 108 and one fixed electrode 205 is d 0 + Δd, and the distance between the other weight 108 and the other fixed electrode 205 is d 0 −Δd.

力学量センサ1は、錘部108が変位したときの固定電極205と錘部108との間の静電容量の変化を固定電極205の電位の変化から求め、求めた静電容量の変化を利用して加速度を検出する。   The mechanical quantity sensor 1 obtains a change in capacitance between the fixed electrode 205 and the weight portion 108 when the weight portion 108 is displaced from a change in potential of the fixed electrode 205, and uses the obtained change in capacitance. To detect acceleration.

従来の力学量センサの製造では、電極材の位置や接合材の厚さのばらつきによって、例えば図7の破線で示すように2つの固定電極205の位置が変化し、可動電極105と固定電極205との間の距離にばらつきが生じるおそれがある。   In the manufacturing of the conventional mechanical quantity sensor, the positions of the two fixed electrodes 205 change as shown by the broken line in FIG. 7 due to variations in the position of the electrode material and the thickness of the bonding material, and the movable electrode 105 and the fixed electrode 205 are changed. There may be variations in the distance between the two.

電極間の距離にばらつきが生じると、初期の静電容量、および、検出精度にばらつきが生じる。そのため、電極間の静電容量の変化を利用して加速度を検出する力学量センサの信頼性を向上させるためには、電極間の距離のばらつきを小さくする必要がある。   When the distance between the electrodes varies, the initial capacitance and the detection accuracy vary. Therefore, in order to improve the reliability of the mechanical quantity sensor that detects the acceleration using the change in capacitance between the electrodes, it is necessary to reduce the variation in the distance between the electrodes.

本実施形態では、固定電極205は活性層201の一部で構成され、固定電極205のうち可動電極105に対向する面は活性層201の表面で構成されている。そのため、例えばスパッタリング等により固定電極205を活性層201の表面に成膜した場合に比べて、可動電極105と固定電極205との間の距離にばらつきが生じにくい。したがって、力学量センサの信頼性を向上させることができる。   In the present embodiment, the fixed electrode 205 is configured by a part of the active layer 201, and the surface of the fixed electrode 205 that faces the movable electrode 105 is configured by the surface of the active layer 201. Therefore, for example, the distance between the movable electrode 105 and the fixed electrode 205 is less likely to vary than when the fixed electrode 205 is formed on the surface of the active layer 201 by sputtering or the like. Therefore, the reliability of the mechanical quantity sensor can be improved.

また、本実施形態では、活性層201の表面を熱酸化することによって接合部300を形成しているため、例えばCVDを用いて活性層201の表面に酸化膜を形成し、この酸化膜を接合材として用いる場合に比べて、接合材の厚さのばらつきが小さい。したがって、電極間の距離のばらつきをさらに小さくして、力学量センサ1の検出精度および信頼性をさらに向上させることができる。   In the present embodiment, since the bonding portion 300 is formed by thermally oxidizing the surface of the active layer 201, an oxide film is formed on the surface of the active layer 201 using, for example, CVD, and this oxide film is bonded. The variation in the thickness of the bonding material is small compared to the case of using it as a material. Therefore, the variation in the distance between the electrodes can be further reduced, and the detection accuracy and reliability of the mechanical quantity sensor 1 can be further improved.

また、2つの電極を備える力学量センサでは、温度変化による基板の変形により、基板100に対する基板200の傾きが変化するおそれがある。そして、基板100に対する基板200の傾きが変化すると、例えば図8の破線で示すように一方の固定電極205の位置が変化して、可動電極105と固定電極205との間の距離および静電容量が変動し、検出精度が低下する。   In addition, in a mechanical quantity sensor including two electrodes, the inclination of the substrate 200 with respect to the substrate 100 may change due to the deformation of the substrate due to a temperature change. When the inclination of the substrate 200 with respect to the substrate 100 changes, for example, the position of one fixed electrode 205 changes as shown by the broken line in FIG. 8, and the distance between the movable electrode 105 and the fixed electrode 205 and the electrostatic capacitance are changed. Fluctuates and the detection accuracy decreases.

温度変化による基板の変形を抑制し、検出精度の低下を抑制するためには、線膨張係数が小さい材料で基板100、基板200を構成することが好ましい。また、剛性の高い材料で基板100、基板200を構成することが好ましい。また、基板100に対する基板200の傾きの変化を小さくするために、基板100と基板200とを互いに線膨張係数の差が小さい材料で構成することが好ましい。また、基板100と基板200との間に共晶金属などの異種材料が介在しないことが好ましい。   In order to suppress the deformation of the substrate due to the temperature change and suppress the decrease in detection accuracy, it is preferable to configure the substrate 100 and the substrate 200 with a material having a small linear expansion coefficient. In addition, the substrate 100 and the substrate 200 are preferably formed using a material having high rigidity. In order to reduce the change in the inclination of the substrate 200 with respect to the substrate 100, it is preferable that the substrate 100 and the substrate 200 are made of a material having a small difference in linear expansion coefficient. Further, it is preferable that a different material such as a eutectic metal is not interposed between the substrate 100 and the substrate 200.

これについて本実施形態では、基板100、基板200に同じ材料で構成されたSOIウェハを用いており、このSOIウェハに用いられている単結晶シリコンは剛性が高く、線膨張係数が小さい。また、基板100と基板200とを接続する接合部300はSiOで構成されており、基板100と基板200との間に共晶金属などの異種材料が介在しない。これにより、電極間の距離が変動することを抑制し、検出精度をさらに向上させることができる。 In this embodiment, SOI wafers made of the same material are used for the substrate 100 and the substrate 200, and single crystal silicon used for the SOI wafer has high rigidity and a small linear expansion coefficient. In addition, the bonding portion 300 that connects the substrate 100 and the substrate 200 is made of SiO 2 , and no dissimilar material such as a eutectic metal is interposed between the substrate 100 and the substrate 200. Thereby, it can suppress that the distance between electrodes fluctuates and can improve detection accuracy further.

また、可動電極を備える力学量センサでは、内圧を維持し、一定の雰囲気下で可動電極を動作させることも重要である。本実施形態では、基板100と基板200の表面に形成された接合部300とを貼り合わせ、これにより可動電極105を気密封止している。したがって、可動電極105が変位する空間の圧力等が環境により変化することを抑制し、検出精度を向上させることができる。特に、本実施形態では、SiOで構成された接合部300を介したSi直接接合により基板100と基板200とを貼り合わせているので、封止については通常のSOIウェハと同等の信頼性が得られる。 In a mechanical quantity sensor having a movable electrode, it is also important to maintain the internal pressure and operate the movable electrode in a constant atmosphere. In the present embodiment, the substrate 100 and the bonding portion 300 formed on the surface of the substrate 200 are bonded together, and thereby the movable electrode 105 is hermetically sealed. Therefore, it is possible to suppress the pressure in the space in which the movable electrode 105 is displaced from changing due to the environment, and to improve the detection accuracy. In particular, in this embodiment, since the substrate 100 and the substrate 200 are bonded together by Si direct bonding via the bonding portion 300 made of SiO 2 , the sealing has the same reliability as that of a normal SOI wafer. can get.

なお、活性層201と可動電極105との間の寄生・浮動容量の発生を抑制し、また、錘部108の可動範囲を確保するために、図9に示すように、凹部204を基板200のうち可動電極105に対向する部分の外側に至るように形成し、錘部108の可動範囲が固定電極205により規定されるようにすることが好ましい。   In order to suppress the generation of parasitic / floating capacitance between the active layer 201 and the movable electrode 105 and to secure the movable range of the weight portion 108, as shown in FIG. Of these, it is preferable that the movable electrode 105 is formed so as to reach the outside of the portion facing the movable electrode 105, and the movable range of the weight portion 108 is defined by the fixed electrode 205.

(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対して基板100と基板200との接合方法を変更したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the bonding method of the substrate 100 and the substrate 200 is changed with respect to the first embodiment, and the other aspects are the same as those in the first embodiment. Therefore, only the portions different from the first embodiment are described. explain.

図10、図11に示すように、本実施形態では、基板100にビア110、111、112が形成されている。ビア110は、支持層103のうち犠牲層102とは反対側の表面において開口し、支持層103を貫通して固定部106に接続されるTSVである。   As shown in FIGS. 10 and 11, in this embodiment, vias 110, 111, and 112 are formed in the substrate 100. The via 110 is a TSV that is opened on the surface of the support layer 103 opposite to the sacrificial layer 102 and is connected to the fixed portion 106 through the support layer 103.

ビア111は、支持層103のうち犠牲層102とは反対側の表面において開口し、支持層103を貫通して、活性層101の外周部のうち固定電極205に対応する部分に接続されるTSVである。ビア112は、支持層103のうち犠牲層102とは反対側の表面において開口し、支持層103を貫通して、活性層101の外周部のうち活性層201の外周部に対応する部分に接続されるTSVである。   The via 111 opens on the surface of the support layer 103 opposite to the sacrificial layer 102, penetrates the support layer 103, and is connected to a portion corresponding to the fixed electrode 205 in the outer peripheral portion of the active layer 101. It is. The via 112 opens on the surface of the support layer 103 opposite to the sacrificial layer 102, penetrates the support layer 103, and connects to a portion corresponding to the outer peripheral portion of the active layer 201 among the outer peripheral portion of the active layer 101. TSV.

ビア110〜112の内部と、支持層103のうち犠牲層102とは反対側の表面とを覆うように、絶縁層113が形成されている。絶縁層113の表面には、力学量センサ1を外部の回路と接続するための配線層114が形成されている。   An insulating layer 113 is formed so as to cover the inside of the vias 110 to 112 and the surface of the support layer 103 opposite to the sacrificial layer 102. On the surface of the insulating layer 113, a wiring layer 114 for connecting the mechanical quantity sensor 1 to an external circuit is formed.

ビア110〜112の底部においては絶縁層113および犠牲層102が除去されており、配線層114は、ビア110〜112を通って、固定部106、および、活性層101の外周部に接続されている。また、支持層103の表面においては、絶縁層113の一部が除去されて開口部115が形成されており、配線層114は、開口部115を通って支持層103に接続されている。   The insulating layer 113 and the sacrificial layer 102 are removed at the bottom of the vias 110 to 112, and the wiring layer 114 is connected to the fixed portion 106 and the outer peripheral portion of the active layer 101 through the vias 110 to 112. Yes. Further, on the surface of the support layer 103, a part of the insulating layer 113 is removed to form an opening 115, and the wiring layer 114 is connected to the support layer 103 through the opening 115.

絶縁層113、配線層114の表面は保護膜116で覆われている。保護膜116は、力学量センサ1に耐湿性を持たせるためのものであり、ここでは、SiNにより構成されている。なお、保護膜116をポリイミド系樹脂であるPIQ等により構成してもよい。   The surfaces of the insulating layer 113 and the wiring layer 114 are covered with a protective film 116. The protective film 116 is for imparting moisture resistance to the mechanical quantity sensor 1, and is made of SiN here. The protective film 116 may be made of PIQ or the like that is a polyimide resin.

保護膜116のうち、配線層114の上面に形成された部分には、開口部117が形成されている。これにより、配線層114を介して、固定部106と、活性層101の外周部と、支持層103とを外部の回路に接続することができる。   An opening 117 is formed in a portion of the protective film 116 formed on the upper surface of the wiring layer 114. Thereby, the fixed part 106, the outer peripheral part of the active layer 101, and the support layer 103 can be connected to an external circuit through the wiring layer 114.

本実施形態では、活性層101の外周部は、後述する金属層301、302を介して固定電極205、および、活性層201の外周部に接続されている。また、活性層101のうち、固定電極205に接続された部分は、他の部分と電気的に絶縁されている。そして、固定電極205は、ビア111の内部に形成された配線層114と、活性層101と、金属層301、302とを介して、外部の回路に接続される。また、活性層201の外周部は、ビア112の内部に形成された配線層114と、活性層101と、金属層301、302とを介して、外部の回路に接続される。   In the present embodiment, the outer periphery of the active layer 101 is connected to the fixed electrode 205 and the outer periphery of the active layer 201 via metal layers 301 and 302 described later. In addition, a portion of the active layer 101 connected to the fixed electrode 205 is electrically insulated from other portions. The fixed electrode 205 is connected to an external circuit via the wiring layer 114 formed inside the via 111, the active layer 101, and the metal layers 301 and 302. The outer peripheral portion of the active layer 201 is connected to an external circuit through the wiring layer 114 formed inside the via 112, the active layer 101, and the metal layers 301 and 302.

本実施形態の接合部300は、金属層301、302、スペーサ303を備えている。金属層301は、活性層101の外周部において、可動電極105および固定電極205を内部に含むように、枠状に形成されている。また、金属層301は、固定部106の表面にも形成されている。また、金属層301は、活性層101の外周部のうち固定電極205に対応する部分にも形成されている。   The joint portion 300 of this embodiment includes metal layers 301 and 302 and a spacer 303. The metal layer 301 is formed in a frame shape on the outer periphery of the active layer 101 so as to include the movable electrode 105 and the fixed electrode 205 therein. The metal layer 301 is also formed on the surface of the fixed portion 106. Further, the metal layer 301 is also formed on a portion corresponding to the fixed electrode 205 in the outer peripheral portion of the active layer 101.

金属層302は、金属層301に対向するように、活性層201の表面に形成されている。本実施形態では、金属層301、302は、Al(アルミニウム)で構成されている。   The metal layer 302 is formed on the surface of the active layer 201 so as to face the metal layer 301. In the present embodiment, the metal layers 301 and 302 are made of Al (aluminum).

スペーサ303は、基板100と基板200との間に配置されており、金属層301、302を内部に含むように、枠状に形成されている。スペーサ303はSiOで構成されており、熱酸化膜に相当する。 The spacer 303 is disposed between the substrate 100 and the substrate 200 and is formed in a frame shape so as to include the metal layers 301 and 302 therein. The spacer 303 is made of SiO 2 and corresponds to a thermal oxide film.

本実施形態の力学量センサの製造方法について説明する。本実施形態では、図3に示す工程の後、図12に示すように、活性層101の表面を熱酸化してスペーサ303を形成する。また、固定部106、および活性層101の外周部に金属層301を形成する。   A method for manufacturing the mechanical quantity sensor of this embodiment will be described. In this embodiment, after the step shown in FIG. 3, as shown in FIG. 12, the surface of the active layer 101 is thermally oxidized to form a spacer 303. Further, the metal layer 301 is formed on the outer periphery of the fixed portion 106 and the active layer 101.

また、図13に示すように、活性層201、犠牲層202、支持層203が順に積層されたSOIウェハを用意し、活性層201をパターニングして固定電極205を形成した後、活性層201の表面に金属層302を形成する。そして、図14(a)に示すように、金属層301と金属層302との金属接合により基板100と基板200とを接続する。   In addition, as shown in FIG. 13, an SOI wafer in which an active layer 201, a sacrificial layer 202, and a support layer 203 are sequentially stacked is prepared, and after the active layer 201 is patterned to form a fixed electrode 205, A metal layer 302 is formed on the surface. Then, as illustrated in FIG. 14A, the substrate 100 and the substrate 200 are connected by metal bonding between the metal layer 301 and the metal layer 302.

図14(b)に示す工程では、基板100を薄板化して酸化膜109を除去する。また、エッチングを用いて支持層103を貫通するビア110〜112を形成し、支持層103を熱酸化して絶縁層113を形成する。そして、ビア110〜112の底部に形成された絶縁層113、および、犠牲層102の一部をエッチングにより除去して、活性層101の外周部、および、固定部106を露出させる。また、支持層103の表面に形成された絶縁層113の一部を除去して開口部115を形成し、支持層103を露出させる。   In the step shown in FIG. 14B, the substrate 100 is thinned and the oxide film 109 is removed. In addition, the vias 110 to 112 that penetrate the support layer 103 are formed by etching, and the support layer 103 is thermally oxidized to form the insulating layer 113. Then, the insulating layer 113 formed on the bottoms of the vias 110 to 112 and a part of the sacrificial layer 102 are removed by etching to expose the outer peripheral portion of the active layer 101 and the fixing portion 106. Further, a part of the insulating layer 113 formed on the surface of the support layer 103 is removed to form an opening 115 to expose the support layer 103.

図14(c)に示す工程では、絶縁層113の表面、ビア110〜112の内部、開口部115の内部に配線層114を形成する。また、絶縁層113および配線層114の表面にCVDを用いて保護膜116を形成した後、保護膜116の一部を除去し、開口部117を形成する。これにより、活性層101の外周部、支持層103、固定部106、固定電極205、活性層201の外周部を外部の回路に接続することが可能となる。   In the step shown in FIG. 14C, the wiring layer 114 is formed on the surface of the insulating layer 113, inside the vias 110 to 112, and inside the opening 115. In addition, after the protective film 116 is formed on the surfaces of the insulating layer 113 and the wiring layer 114 using CVD, a part of the protective film 116 is removed, and an opening 117 is formed. As a result, the outer peripheral portion of the active layer 101, the support layer 103, the fixed portion 106, the fixed electrode 205, and the outer peripheral portion of the active layer 201 can be connected to an external circuit.

本実施形態において接合部300の金属層301、302を構成するAlは、基板100、基板200、スペーサ303を構成するSi、SiOとの線膨張係数の差が小さい。したがって、発生する熱応力を低減し、また、第1実施形態と同様に、温度変化により電極間の静電容量が変化することを抑制することができる。 In the present embodiment, Al constituting the metal layers 301 and 302 of the joint portion 300 has a small difference in linear expansion coefficient from Si and SiO 2 constituting the substrate 100, the substrate 200, and the spacer 303. Therefore, the generated thermal stress can be reduced, and the change in the capacitance between the electrodes due to a temperature change can be suppressed as in the first embodiment.

(第3実施形態)
本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対して固定電極205の構成を変更したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the configuration of the fixed electrode 205 is changed with respect to the first embodiment, and the other parts are the same as those in the first embodiment. Therefore, only the parts different from the first embodiment will be described.

図15に示すように、本実施形態では、固定電極205のうち可動電極105に対向する部分に、複数のエッチングホール216が形成されている。エッチングホール216は、後述する図19(b)に示す工程においてエッチング媒体を導入するためのものである。   As shown in FIG. 15, in the present embodiment, a plurality of etching holes 216 are formed in a portion of the fixed electrode 205 facing the movable electrode 105. The etching hole 216 is for introducing an etching medium in a process shown in FIG.

本実施形態では、複数のエッチングホール216は等間隔に並んでいる。具体的には、各エッチングホール216は、隙間なく敷き詰められた複数の正三角形の頂点に位置するように並んでいる。なお、図15では、このように並べられた複数のエッチングホール216の一部のみを図示している。   In the present embodiment, the plurality of etching holes 216 are arranged at equal intervals. Specifically, the etching holes 216 are arranged so as to be positioned at the vertices of a plurality of equilateral triangles spread without gaps. In FIG. 15, only a part of the plurality of etching holes 216 arranged in this way is illustrated.

また、図16に示すように、凹部204の底部に、固定電極205のうち支持層203側の面を露出させる凹部217が形成されている。凹部204、217は、それぞれ、第1凹部、第2凹部に相当する。   Further, as shown in FIG. 16, a recess 217 that exposes the surface of the fixed electrode 205 on the support layer 203 side is formed at the bottom of the recess 204. The recesses 204 and 217 correspond to a first recess and a second recess, respectively.

そして、図17に示すように、固定電極205は、活性層201の面内における一方向の両端部のうち一方の端部で、犠牲層202および基板100に支持されている。本実施形態では、固定電極205は、長手方向の一端において犠牲層202等に支持されている。   As shown in FIG. 17, the fixed electrode 205 is supported by the sacrificial layer 202 and the substrate 100 at one end of both ends in one direction in the plane of the active layer 201. In the present embodiment, the fixed electrode 205 is supported by the sacrificial layer 202 or the like at one end in the longitudinal direction.

また、図16、図18に示すように、可動電極105に対向する部分、および、他方の端部においては、凹部217の形成によって犠牲層202が除去されており、固定電極205は支持層203からリリースされている。固定電極205のうち、犠牲層202等に支持された部分を固定部218とし、支持層203からリリースされた部分を、リリース部219とする。   Further, as shown in FIGS. 16 and 18, the sacrificial layer 202 is removed by the formation of the recess 217 at the portion facing the movable electrode 105 and at the other end, and the fixed electrode 205 is supported by the support layer 203. Has been released from. Of the fixed electrode 205, a portion supported by the sacrificial layer 202 or the like is referred to as a fixed portion 218, and a portion released from the support layer 203 is referred to as a release portion 219.

本実施形態では、第1実施形態の図4(c)に示す工程において、接合部300のうち、可動電極105の錘部108に対応する部分に加えて、リリース部219に対応する部分をエッチングにより除去し、活性層201の一部を露出させる。   In the present embodiment, in the step shown in FIG. 4C of the first embodiment, in the joint portion 300, in addition to the portion corresponding to the weight portion 108 of the movable electrode 105, the portion corresponding to the release portion 219 is etched. To remove a portion of the active layer 201.

そして、図19(a)に示すように、接合部300の除去により露出した活性層201の一部をエッチングにより除去し、凹部204とエッチングホール216を形成する。   Then, as shown in FIG. 19A, a part of the active layer 201 exposed by removing the bonding portion 300 is removed by etching to form a recess 204 and an etching hole 216.

その後、活性層201をマスクとしてエッチングを行う。このとき、エッチングホール216からエッチング媒体が導入され、図19(b)に示すように、固定電極205の下部において犠牲層202が除去され、凹部217が形成される。前述したようにエッチングホール216は等間隔に並んでおり、隣り合う2つのエッチングホール216間の距離を適切に設定することで、固定電極205のうち可動電極105に対向する部分に犠牲層202が残ることが抑制される。   Thereafter, etching is performed using the active layer 201 as a mask. At this time, the etching medium is introduced from the etching hole 216, and the sacrificial layer 202 is removed at the lower portion of the fixed electrode 205 as shown in FIG. As described above, the etching holes 216 are arranged at equal intervals, and the sacrificial layer 202 is formed on the portion of the fixed electrode 205 facing the movable electrode 105 by appropriately setting the distance between the two adjacent etching holes 216. It is suppressed that it remains.

これにより、固定電極205のうち支持層203側の面が露出して、リリース部219が形成される。そして、固定電極205のうち犠牲層202が除去されずに残された部分が固定部218となる。   As a result, the surface of the fixed electrode 205 on the support layer 203 side is exposed, and the release portion 219 is formed. A portion of the fixed electrode 205 left without removing the sacrificial layer 202 becomes a fixed portion 218.

固定電極205が上記のような構成とされた本実施形態では、温度変化等による基板200の歪みが、固定電極205のうち可動電極105に対向する部分に伝達されることを抑制することができる。したがって、加速度の検出精度をさらに向上させることができる。   In the present embodiment in which the fixed electrode 205 is configured as described above, it is possible to suppress the distortion of the substrate 200 due to a temperature change or the like from being transmitted to a portion of the fixed electrode 205 facing the movable electrode 105. . Therefore, the acceleration detection accuracy can be further improved.

なお、本実施形態では、固定電極205を両端部のうち一方の端部でのみ支持したが、固定電極205のうち可動電極105に対向する部分でのみ犠牲層202を除去し、固定部218を固定電極205の両端部に形成し、固定電極205を両端部で支持してもよい。これにより、固定電極205のたわみを抑制することができる。   In the present embodiment, the fixed electrode 205 is supported only at one end of both ends. However, the sacrificial layer 202 is removed only at a portion of the fixed electrode 205 facing the movable electrode 105, and the fixed portion 218 is removed. It may be formed at both ends of the fixed electrode 205, and the fixed electrode 205 may be supported at both ends. Thereby, the deflection of the fixed electrode 205 can be suppressed.

(第4実施形態)
本発明の第4実施形態について説明する。本実施形態は、第3実施形態に対して固定電極205の形状を変更したものであり、その他に関しては第3実施形態と同様であるため、第3実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the shape of the fixed electrode 205 is changed with respect to the third embodiment, and the other aspects are the same as those of the third embodiment. Therefore, only the parts different from the third embodiment will be described.

図20に示すように、本実施形態では、リリース部219の幅を小さくするスリット220が形成されている。具体的には、リリース部219の両端部のうち、固定部218側の端部にスリット220が形成されている。そして、スリット220の形成により、固定電極205の短手方向、すなわち、活性層201の面内における固定電極205の長手方向に垂直な方向の幅が他の部分よりも小さくされている。   As shown in FIG. 20, in this embodiment, a slit 220 that reduces the width of the release portion 219 is formed. Specifically, a slit 220 is formed at the end of the release part 219 on the fixed part 218 side. By forming the slit 220, the width in the short direction of the fixed electrode 205, that is, the direction perpendicular to the longitudinal direction of the fixed electrode 205 in the plane of the active layer 201 is made smaller than the other portions.

スリット220により、固定電極205のうち可動電極105に対向する部分と、犠牲層202に支持された固定部218とを接続する部分の幅が小さくなる。したがって、基板200の歪みが、固定電極205のうち可動電極105に対向する部分に伝達されることをさらに抑制し、加速度の検出精度をさらに向上させることができる。   The slit 220 reduces the width of the portion of the fixed electrode 205 that connects the portion facing the movable electrode 105 and the fixed portion 218 supported by the sacrificial layer 202. Therefore, the distortion of the substrate 200 can be further suppressed from being transmitted to the portion of the fixed electrode 205 facing the movable electrode 105, and the acceleration detection accuracy can be further improved.

なお、第3実施形態の変形例に本実施形態を適用し、図21に示すように、リリース部219の両端部にスリット220を形成してもよい。   Note that this embodiment may be applied to a modification of the third embodiment, and slits 220 may be formed at both ends of the release portion 219, as shown in FIG.

(他の実施形態)
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
(Other embodiments)
In addition, this invention is not limited to above-described embodiment, In the range described in the claim, it can change suitably.

例えば、可動電極105が気密封止されていなくてもよい。また、基板100がSOIウェハでなく、Si基板で構成されていてもよい。また、可動電極105の両側に固定電極205が配置されていてもよい。   For example, the movable electrode 105 may not be hermetically sealed. Further, the substrate 100 may be composed of an Si substrate instead of an SOI wafer. Further, the fixed electrode 205 may be disposed on both sides of the movable electrode 105.

また、活性層101、支持層103、活性層201、支持層203を多結晶シリコンで構成してもよい。これらの層を多結晶シリコンとする場合、力学量センサ1の製造が容易になる。   Further, the active layer 101, the support layer 103, the active layer 201, and the support layer 203 may be made of polycrystalline silicon. When these layers are made of polycrystalline silicon, the manufacture of the mechanical quantity sensor 1 becomes easy.

また、上記第1実施形態では、基板200の活性層201を熱酸化することにより接合部300を形成したが、基板100の活性層101を熱酸化することにより接合部300を形成してもよい。   In the first embodiment, the bonding portion 300 is formed by thermally oxidizing the active layer 201 of the substrate 200. However, the bonding portion 300 may be formed by thermally oxidizing the active layer 101 of the substrate 100. .

また、上記第1、第2実施形態では、力学量センサ1は固定部106の両側に錘部108が配置された梃子構造を有しているが、力学量センサ1が他の構造を有していてもよい。例えば、錘部108が矩形板状とされ、図22に示すように梁部107によって両持ち支持され、梁部107がたわむことにより基板100の厚み方向に変位してもよい。この場合、基板100をSOIウェハではなく例えばSi基板で構成し、基板100の厚み方向の両側に基板200を配置して、図22に示すように、錘部108が厚み方向の両側において固定電極205に対向する構成とすることが好ましい。また、錘部108が矩形板状とされ、図23に示すように梁部107によって片持ち支持され、梁部107がたわむことにより基板100の厚み方向に変位してもよい。この場合、図23に示すように、錘部108が厚み方向の両側それぞれにおいて2つの固定電極205に対向する構成とすることが好ましい。   In the first and second embodiments, the mechanical quantity sensor 1 has an insulator structure in which the weights 108 are arranged on both sides of the fixed part 106. However, the mechanical quantity sensor 1 has another structure. It may be. For example, the weight portion 108 may have a rectangular plate shape, and may be supported at both ends by the beam portion 107 as shown in FIG. 22, and may be displaced in the thickness direction of the substrate 100 when the beam portion 107 bends. In this case, the substrate 100 is made of, for example, a Si substrate instead of an SOI wafer, and the substrate 200 is disposed on both sides in the thickness direction of the substrate 100. As shown in FIG. It is preferable to have a configuration facing 205. Further, the weight portion 108 may be formed in a rectangular plate shape, cantilevered by the beam portion 107 as shown in FIG. 23, and may be displaced in the thickness direction of the substrate 100 when the beam portion 107 is bent. In this case, as shown in FIG. 23, it is preferable that the weight portion 108 is opposed to the two fixed electrodes 205 on both sides in the thickness direction.

また、基板100の厚み方向とは異なる方向の加速度を検出するように可動電極105を形成してもよい。例えば、錘部108を矩形板状とし、梁部107を錘部108よりも薄く形成し、梁部107が錘部108を両持ち支持するように可動電極105を構成し、錘部108が梁部107の両側それぞれにおいて固定電極205に対向するようにしてもよい。このような構成では、梁部107がねじれることにより、図24の矢印A1で示すように梁部107の軸を中心に錘部108が揺動する。そして、これによる電極間の静電容量の変化を用いて、図24の矢印A2で示す方向、すなわち、基板100の表面に平行でかつ梁部107の軸に垂直な方向の加速度を検出することができる。   Further, the movable electrode 105 may be formed so as to detect acceleration in a direction different from the thickness direction of the substrate 100. For example, the weight portion 108 has a rectangular plate shape, the beam portion 107 is formed thinner than the weight portion 108, the movable electrode 105 is configured so that the beam portion 107 supports the weight portion 108 at both ends, and the weight portion 108 is the beam. The both sides of the portion 107 may be opposed to the fixed electrode 205. In such a configuration, when the beam portion 107 is twisted, the weight portion 108 swings about the axis of the beam portion 107 as indicated by an arrow A1 in FIG. Then, using this change in capacitance between the electrodes, acceleration in the direction indicated by the arrow A2 in FIG. 24, that is, the direction parallel to the surface of the substrate 100 and perpendicular to the axis of the beam portion 107 is detected. Can do.

また、本発明を、加速度センサ以外の力学量センサ、例えば、傾斜センサに適用してもよい。また、可動電極105を振動させた状態で角速度を検出するジャイロスコープ等の力学量センサに本発明を適用してもよい。このような力学量センサは、図25、図26に示すように、可動電極105を2つ備えている。2つの可動電極105はそれぞれ櫛歯電極118を備えており、それぞれの櫛歯電極118が互いに対向するように配置されている。また、可動電極105は、図示しないばね部によって支持されており、可動電極105に交流電圧が印加されることにより、可動電極105が櫛歯電極118の延設方向に振動する。そして、基板100の厚み方向を軸とした回転が生じると、可動電極105は、櫛歯電極118の延設方向および基板100の厚み方向の両方に垂直な方向に変位する。図25、図26に示す力学量センサは、これにより生じる2つの可動電極105間の静電容量の変化を用いて角速度を検出する。このような力学量センサでは、2つの可動電極105それぞれに対向するように固定電極205を配置し、固定電極205に交流電圧を印加することにより、可動電極105の振動を制御することができる。この振動の制御においては、可動電極105と固定電極205との間の距離にばらつきが少ないことが好ましい。このような力学量センサに本発明を適用することにより、可動電極105と固定電極205との間の距離にばらつきが生じることを抑制し、力学量センサの信頼性を向上させることができる。   Further, the present invention may be applied to a mechanical quantity sensor other than an acceleration sensor, for example, a tilt sensor. Further, the present invention may be applied to a mechanical quantity sensor such as a gyroscope that detects an angular velocity in a state where the movable electrode 105 is vibrated. Such a mechanical quantity sensor includes two movable electrodes 105 as shown in FIGS. Each of the two movable electrodes 105 includes a comb electrode 118, and the comb electrodes 118 are arranged so as to face each other. Further, the movable electrode 105 is supported by a spring portion (not shown), and when the AC voltage is applied to the movable electrode 105, the movable electrode 105 vibrates in the extending direction of the comb electrode 118. When rotation about the thickness direction of the substrate 100 occurs, the movable electrode 105 is displaced in a direction perpendicular to both the extending direction of the comb electrode 118 and the thickness direction of the substrate 100. The mechanical quantity sensor shown in FIG. 25 and FIG. 26 detects the angular velocity by using the change in the capacitance between the two movable electrodes 105 caused thereby. In such a mechanical quantity sensor, the fixed electrode 205 is disposed so as to face each of the two movable electrodes 105, and the AC voltage is applied to the fixed electrode 205, whereby the vibration of the movable electrode 105 can be controlled. In this vibration control, it is preferable that the distance between the movable electrode 105 and the fixed electrode 205 has little variation. By applying the present invention to such a mechanical quantity sensor, variation in the distance between the movable electrode 105 and the fixed electrode 205 can be suppressed, and the reliability of the mechanical quantity sensor can be improved.

100 基板
105 可動電極
200 基板
201 活性層
202 犠牲層
203 支持層
204 凹部
205 固定電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Substrate 105 Movable electrode 200 Substrate 201 Active layer 202 Sacrificial layer 203 Support layer 204 Concave portion 205 Fixed electrode

Claims (28)

互いに対向する2つの電極を有し、前記2つの電極のうち1つの電極の変位により前記2つの電極の間の静電容量が変化することを利用して力学量を検出する力学量センサであって、
一部が可動電極(105)として厚み方向に変位可能とされた第1基板(100)と、
犠牲層(202)と前記犠牲層を両側から挟む支持層(203)および活性層(201)とを有し、前記活性層の一部により構成された固定電極(205)を有し、前記活性層に形成された枠状の凹部(204)によって前記固定電極と前記活性層のうち前記固定電極とは異なる部分とが電気的に絶縁されており、前記固定電極が前記可動電極に対向するように配置された第2基板(200)と、を備える力学量センサ。
A mechanical quantity sensor that has two electrodes facing each other and detects a mechanical quantity by utilizing a change in capacitance between the two electrodes due to displacement of one of the two electrodes. And
A first substrate (100) partially movable as a movable electrode (105) in the thickness direction;
A sacrificial layer (202), a support layer (203) and an active layer (201) sandwiching the sacrificial layer from both sides, and a fixed electrode (205) constituted by a part of the active layer, the active layer The fixed electrode and a portion of the active layer different from the fixed electrode are electrically insulated by a frame-shaped recess (204) formed in the layer so that the fixed electrode faces the movable electrode. And a second substrate (200) disposed on the mechanical quantity sensor.
前記可動電極を内側に含むように前記第1基板と前記第2基板との間に配置された枠状の接合部(300)を備え、
前記第1基板は、前記接合部を介して前記第2基板に接続されており、
前記可動電極は、前記第1基板、前記第2基板、および前記接合部によって気密封止されており、
前記第1基板と前記第2基板との間の距離は、前記接合部の厚みによって規定される請求項1に記載の力学量センサ。
A frame-shaped joint (300) disposed between the first substrate and the second substrate so as to include the movable electrode inside;
The first substrate is connected to the second substrate through the bonding portion,
The movable electrode is hermetically sealed by the first substrate, the second substrate, and the bonding portion,
The mechanical quantity sensor according to claim 1, wherein a distance between the first substrate and the second substrate is defined by a thickness of the joint portion.
前記接合部は、熱酸化膜で構成されている請求項に記載の力学量センサ。 The mechanical quantity sensor according to claim 2 , wherein the joint portion is formed of a thermal oxide film. 前記活性層は、単結晶シリコンまたは多結晶シリコンで構成されている請求項1ないし3のいずれか1つに記載の力学量センサ。   4. The mechanical quantity sensor according to claim 1, wherein the active layer is made of single crystal silicon or polycrystalline silicon. 前記可動電極は、前記第1基板の厚み方向に変位する錘部(108)と、前記第1基板のうち前記可動電極とは異なる部分と前記錘部とを接続する梁部(107)とを有しており、
前記錘部は、前記梁部がねじれることにより厚み方向に変位する請求項1ないし4のいずれか1つに記載の力学量センサ。
The movable electrode includes a weight portion (108) that is displaced in the thickness direction of the first substrate, and a beam portion (107) that connects the weight portion to a portion different from the movable electrode in the first substrate. Have
5. The mechanical quantity sensor according to claim 1, wherein the weight portion is displaced in a thickness direction when the beam portion is twisted. 6.
前記可動電極は、前記第1基板の厚み方向に変位する錘部(108)と、前記第1基板のうち前記可動電極とは異なる部分と前記錘部とを接続する梁部(107)とを有しており、
前記錘部は、前記梁部がたわむことにより厚み方向に変位する請求項1ないし4のいずれか1つに記載の力学量センサ。
The movable electrode includes a weight portion (108) that is displaced in the thickness direction of the first substrate, and a beam portion (107) that connects the weight portion to a portion different from the movable electrode in the first substrate. Have
The mechanical quantity sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the weight portion is displaced in a thickness direction when the beam portion is bent.
前記第2基板には、前記支持層のうち前記犠牲層とは反対側の表面において開口し、前記第2基板を貫通して前記第1基板に接続される第1ビア(206、209)と、前記支持層のうち前記犠牲層とは反対側の表面において開口し、前記支持層および前記犠牲層を貫通して前記活性層に接続される第2ビア(207、208)とが形成されている請求項1ないし6のいずれか1つに記載の力学量センサ。   The second substrate has an opening on a surface of the support layer opposite to the sacrificial layer, and first vias (206, 209) penetrating the second substrate and connected to the first substrate. And a second via (207, 208) that is open on a surface of the support layer opposite to the sacrificial layer and penetrates the support layer and the sacrificial layer and is connected to the active layer. The mechanical quantity sensor according to any one of claims 1 to 6. 前記第1基板のうち前記可動電極とは異なる部分、および、前記活性層のうち前記凹部の外側に位置する部分は、それぞれ、前記第1ビアおよび前記第2ビアを通して電位が固定されている請求項7に記載の力学量センサ。   The potential of a portion of the first substrate different from the movable electrode and a portion of the active layer located outside the recess are fixed through the first via and the second via, respectively. Item 8. The mechanical quantity sensor according to Item 7. 前記可動電極の可動範囲が前記固定電極により規定される請求項1ないし8のいずれか1つに記載の力学量センサ。   The mechanical quantity sensor according to any one of claims 1 to 8, wherein a movable range of the movable electrode is defined by the fixed electrode. 前記第2基板を2つ備え、
前記可動電極は、厚み方向の両側において前記固定電極に対向している請求項1ないし9のいずれか1つに記載の力学量センサ。
Two second substrates,
The mechanical quantity sensor according to claim 1, wherein the movable electrode faces the fixed electrode on both sides in the thickness direction.
互いに対向する2つの前記可動電極を備え、
前記固定電極に交流電圧を印加することにより前記可動電極の振動を制御し、
2つの前記可動電極の変位により2つの前記可動電極の間の静電容量が変化することを利用して力学量を検出する請求項1ないし10のいずれか1つに記載の力学量センサ。
Two movable electrodes facing each other;
Controlling the vibration of the movable electrode by applying an alternating voltage to the fixed electrode;
The mechanical quantity sensor according to any one of claims 1 to 10, wherein the mechanical quantity is detected by utilizing a change in capacitance between the two movable electrodes due to displacement of the two movable electrodes.
前記凹部を第1凹部として、
前記第1凹部に、前記固定電極のうち前記支持層の側の面を露出させる第2凹部(217)が形成されている請求項1ないし11のいずれか1つに記載の力学量センサ。
The recess as a first recess,
The mechanical quantity sensor according to any one of claims 1 to 11, wherein a second recess (217) that exposes a surface of the fixed electrode on the side of the support layer is formed in the first recess.
前記固定電極は、前記活性層の面内における一方向の端部で前記犠牲層に支持されている請求項12に記載の力学量センサ。   The mechanical quantity sensor according to claim 12, wherein the fixed electrode is supported by the sacrificial layer at one end in a plane of the active layer. 前記固定電極は、前記活性層の面内における一方向の両端部で前記犠牲層に支持されている請求項12に記載の力学量センサ。   The mechanical quantity sensor according to claim 12, wherein the fixed electrode is supported by the sacrificial layer at both ends in one direction within a plane of the active layer. 前記固定電極のうち前記第2凹部によって前記支持層の側の面が露出した部分に、前記活性層の面内における前記一方向に垂直な方向の幅を他の部分よりも小さくするスリット(220)が形成されている請求項13または14に記載の力学量センサ。   A slit (220) in the fixed electrode where the surface on the side of the support layer is exposed by the second recess, the width in the direction perpendicular to the one direction in the surface of the active layer is smaller than that of the other part. The mechanical quantity sensor according to claim 13 or 14, wherein: 前記固定電極に、等間隔に並んだ複数のエッチングホール(216)が形成されている請求項12ないし15のいずれか1つに記載の力学量センサ。   The mechanical quantity sensor according to any one of claims 12 to 15, wherein a plurality of etching holes (216) arranged at equal intervals are formed in the fixed electrode. 互いに対向する2つの電極を有し、前記2つの電極のうち1つの電極の変位により前記2つの電極の間の静電容量が変化することを利用して力学量を検出する力学量センサの製造方法であって、
第1基板(100)を用意することと、
前記第1基板に可動電極(105)を形成し、前記第1基板のうち前記可動電極とは異なる部分に対して前記可動電極を変位可能とすることと、
犠牲層(202)と前記犠牲層を両側から挟む支持層(203)および活性層(201)とを有する第2基板(200)を用意することと、
前記活性層に枠状の凹部(204)を形成することにより、前記活性層のうち前記凹部の内側に位置する部分を外側に位置する部分と電気的に絶縁された固定電極(205)とすることと、
前記固定電極を前記可動電極に対向するように配置することと、を備える力学量センサの製造方法。
Manufacture of a mechanical quantity sensor that has two electrodes facing each other and detects a mechanical quantity by using a change in capacitance between the two electrodes due to displacement of one of the two electrodes A method,
Providing a first substrate (100);
Forming a movable electrode (105) on the first substrate, and allowing the movable electrode to be displaced relative to a portion of the first substrate different from the movable electrode;
Providing a second substrate (200) having a sacrificial layer (202) and a support layer (203) and an active layer (201) sandwiching the sacrificial layer from both sides;
By forming a frame-shaped recess (204) in the active layer, a portion of the active layer located inside the recess is used as a fixed electrode (205) that is electrically insulated from a portion located outside. And
Disposing the fixed electrode so as to face the movable electrode, and a method of manufacturing a mechanical quantity sensor.
前記可動電極を内側に含むように前記第1基板と前記第2基板との間に枠状の接合部(300)を配置することと、
前記接合部を介して前記第1基板と前記第2基板とを接続し、前記可動電極を気密封止することと、を備える請求項17に記載の力学量センサの製造方法。
Disposing a frame-shaped joint (300) between the first substrate and the second substrate so as to include the movable electrode inside;
The method of manufacturing a mechanical quantity sensor according to claim 17, further comprising: connecting the first substrate and the second substrate via the joint portion and hermetically sealing the movable electrode.
前記接合部を配置することでは、前記第1基板を熱酸化することにより前記接合部を前記第1基板の表面に形成し、前記第1基板と前記第2基板との間に前記接合部を配置し、
前記気密封止することでは、前記接合部と前記第2基板との直接接合により前記第1基板と前記第2基板とを接続する請求項18に記載の力学量センサの製造方法。
By disposing the bonding portion, the bonding portion is formed on the surface of the first substrate by thermally oxidizing the first substrate, and the bonding portion is formed between the first substrate and the second substrate. Place and
The method of manufacturing a mechanical sensor according to claim 18, wherein the hermetic sealing connects the first substrate and the second substrate by direct bonding between the bonding portion and the second substrate.
前記接合部を配置することでは、前記第2基板を熱酸化することにより前記接合部を前記第2基板の表面に形成し、前記第1基板と前記第2基板との間に前記接合部を配置し、
前記気密封止することでは、前記接合部と前記第1基板との直接接合により前記第1基板と前記第2基板とを接続する請求項18に記載の力学量センサの製造方法。
By disposing the bonding portion, the bonding portion is formed on the surface of the second substrate by thermally oxidizing the second substrate, and the bonding portion is formed between the first substrate and the second substrate. Place and
The method of manufacturing a mechanical sensor according to claim 18, wherein the hermetic sealing connects the first substrate and the second substrate by direct bonding between the bonding portion and the first substrate.
前記接合部を配置することでは、前記第1基板および前記第2基板の表面に金属層(301、302)を形成するとともに前記第1基板または前記第2基板を熱酸化して熱酸化膜(303)を形成することにより、前記第1基板と前記第2基板との間に前記金属層および前記熱酸化膜を含む前記接合部を配置し、
前記気密封止することでは、前記金属層のうち前記第1基板の表面に形成された部分と、前記第2基板の表面に形成された部分との金属接合により、前記第1基板と前記第2基板とを接続する請求項18に記載の力学量センサの製造方法。
By disposing the bonding portion, metal layers (301, 302) are formed on the surfaces of the first substrate and the second substrate, and the first substrate or the second substrate is thermally oxidized to form a thermal oxide film ( 303), the bonding portion including the metal layer and the thermal oxide film is disposed between the first substrate and the second substrate,
In the hermetic sealing, the first substrate and the first substrate are formed by metal bonding between a portion of the metal layer formed on the surface of the first substrate and a portion formed on the surface of the second substrate. The method of manufacturing a mechanical quantity sensor according to claim 18, wherein the two substrates are connected.
前記固定電極とすることでは、前記可動電極の可動範囲が前記固定電極により規定されるように前記凹部を形成する請求項17ないし21のいずれか1つに記載の力学量センサの製造方法。   The method for manufacturing a mechanical quantity sensor according to any one of claims 17 to 21, wherein the concave portion is formed so that the movable range of the movable electrode is defined by the fixed electrode. 前記支持層および前記犠牲層の一部を除去することにより、前記支持層の表面において開口し、前記支持層を貫通して前記活性層に接続される第1ビア(207、208)を含む複数のビアを形成することと、
前記第1ビアを形成することの後、前記複数のビアのうち前記第1ビアとは異なるビアに対応する部分に開口部が形成されたマスクを用いたエッチングにより、前記支持層の表面において開口し、前記第2基板を貫通して前記第1基板に接続される第2ビア(206、209)を形成することと、を備える請求項17ないし22のいずれか1つに記載の力学量センサの製造方法。
By removing a part of the support layer and the sacrificial layer, a plurality of first vias (207, 208) that are open at the surface of the support layer and pass through the support layer and connected to the active layer Forming the vias of
After forming the first via, an opening is formed in the surface of the support layer by etching using a mask in which an opening is formed in a portion corresponding to a via different from the first via among the plurality of vias. The mechanical quantity sensor according to claim 17, further comprising: forming a second via (206, 209) penetrating through the second substrate and connected to the first substrate. Manufacturing method.
前記凹部を第1凹部として、
前記第1凹部に、前記固定電極のうち前記支持層の側の面を露出させる第2凹部(217)を形成することを備える請求項17ないし23のいずれか1つに記載の力学量センサの製造方法。
The recess as a first recess,
The mechanical quantity sensor according to any one of claims 17 to 23, wherein a second recess (217) that exposes a surface of the fixed electrode on the side of the support layer is formed in the first recess. Production method.
前記第2凹部を形成することでは、前記固定電極が前記活性層の面内における一方向の端部で前記犠牲層に支持されるように前記第2凹部を形成する請求項24に記載の力学量センサの製造方法。   25. The mechanics according to claim 24, wherein in forming the second recess, the second recess is formed so that the fixed electrode is supported by the sacrificial layer at one end in a plane of the active layer. Manufacturing method of quantity sensor. 前記第2凹部を形成することでは、前記固定電極が前記活性層の面内における一方向の両端部で前記犠牲層に支持されるように前記第2凹部を形成する請求項24に記載の力学量センサの製造方法。   25. The mechanics according to claim 24, wherein in forming the second recess, the second recess is formed so that the fixed electrode is supported by the sacrificial layer at both end portions in one direction in the plane of the active layer. Manufacturing method of quantity sensor. 前記固定電極のうち前記第2凹部によって前記支持層の側の面が露出する部分に、前記活性層の面内における前記一方向に垂直な方向の幅を他の部分よりも小さくするスリット(220)を形成することを備える請求項25または26に記載の力学量センサの製造方法。   A slit (220) in a portion of the fixed electrode where the surface on the side of the support layer is exposed by the second recess is made smaller in width in the direction perpendicular to the one direction in the surface of the active layer than the other portion. The method of manufacturing a mechanical quantity sensor according to claim 25 or 26, further comprising: 前記第2凹部を形成することの前に、前記固定電極に、等間隔に並んだ複数のエッチングホール(216)を形成することを備える請求項24ないし27のいずれか1つに記載の力学量センサの製造方法。
The mechanical quantity according to any one of claims 24 to 27, further comprising forming a plurality of etching holes (216) arranged at equal intervals in the fixed electrode before forming the second recess. Sensor manufacturing method.
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