JP2008157825A

JP2008157825A - Sensor device

Info

Publication number: JP2008157825A
Application number: JP2006348632A
Authority: JP
Inventors: Takashi Okuto; 崇史奥戸; Kazushi Kataoka; 万士片岡; Takashi Saijo; 隆司西條; Toru Baba; 徹馬場; Hisatoku Shiroishi; 久徳城石; Takumi Taura; 巧田浦
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2006-12-25
Filing date: 2006-12-25
Publication date: 2008-07-10

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensor device capable of being reduced in size and height by also providing a circuit part with a dimension about the thickness of a sensing part. <P>SOLUTION: A sensor substrate 1 is provided with a movable part 12 movable relative to a support part 11. The movable part 12 is connected to the support part 11 via a flexure part 13 on one surface side in a displacement direction, and the sensor substrate 1 is provided with a sensing part Ds transducing the displacement of the movable part 12 into an electric quantity. Further, on the other surface side of the movable part 12 in the displacement direction, a circuit part Dc cooperating with the sensing part Ds is formed as an integrated circuit. Through-hole wiring 15 through both surfaces in the displacement direction is formed at the movable part 12, and a part of the through-hole wiring 15 is electrically connected to the circuit part Dc. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、可動部を有したセンシング部が形成されているセンシング部と、外部回路との接続部を有した支持部とを半導体基板に形成したセンサ装置に関するものである。 The present invention relates to a sensor device in which a sensing part in which a sensing part having a movable part is formed and a support part having a connection part with an external circuit are formed on a semiconductor substrate.

この種のセンサ装置には、たとえばセンシング部として加速度センサを備える構成がある。加速度センサは、一般に、半導体基板に形成され外部回路との接続部を有する支持部と、支持部に対して相対的に可動である可動部と、可撓性を有し支持部と可動部とを繋ぐ撓み部とを備えている。また、可動部に作用する加速度（外力）を電気量に変換する技術としては、可動部の変位に伴って撓み部に生じる応力を検出するピエゾ抵抗からなる歪みゲージを設けて加速度の変化を電気抵抗の変化として検出する構成や、可動部に設けた可動電極と支持部に対して相対的に固定された固定電極とが対向するように配置して加速度の変化を静電容量の変化として検出する構成が知られている。 This type of sensor device has a configuration including an acceleration sensor as a sensing unit, for example. In general, an acceleration sensor includes a support part formed on a semiconductor substrate and having a connection part with an external circuit, a movable part relatively movable with respect to the support part, and a flexible support part and a movable part. And a bending portion connecting the two. In addition, as a technique for converting acceleration (external force) acting on the movable part into an electric quantity, a strain gauge composed of a piezoresistor that detects the stress generated in the flexure part with the displacement of the movable part is provided to electrically change the acceleration. A configuration that detects changes in resistance, and a movable electrode provided on the movable part and a fixed electrode that is fixed relative to the support part are opposed to each other, and a change in acceleration is detected as a change in capacitance. The structure to do is known.

支持部としては、可動部に並設する構成のもののほか、可動部の周囲を全周に囲繞する構成が採用されている。また、可動部から一方向に延出した撓み部を用いて可動部を支持部に対して片持ち梁の形式で繋ぐ構造、可動部から一直線上で二方向に延出した撓み部を用いて可動部を囲繞する支持部と可動部とを両持ち梁の形式で繋ぐ構造が主として採用されており、また、可動部から四方に延出した撓み部を用いて可動部を囲繞する支持部と可動部とを４箇所で繋ぐ構造も知られている。支持部と可動部とを４箇所で繋ぐ構造では、平面視（支持部が可動部を囲繞する平面）において４回回転対称となるように撓み部を配置したものが一般的である。 As a support part, the structure which surrounds the circumference | surroundings of a movable part to the perimeter other than the thing of the structure arranged in parallel with a movable part is employ | adopted. Also, a structure in which the movable part is connected to the support part in the form of a cantilever using a flexible part extending in one direction from the movable part, and a flexible part extending in two directions on a straight line from the movable part is used. A structure that connects the support part surrounding the movable part and the movable part in the form of a double-supported beam is mainly adopted, and a support part that surrounds the movable part using a bending part extending in four directions from the movable part; A structure that connects the movable part at four locations is also known. In a structure in which the support part and the movable part are connected at four locations, a structure in which the flexure part is arranged so as to be four-fold rotationally symmetric in plan view (a plane in which the support part surrounds the movable part) is common.

ところで、この種のセンサ装置として、センシング部と協働する回路部をパッケージ内に設けることが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１に記載されたセンサ装置では、図１３に示すように、可動部１２を備えたセンシング部Ｄｓを有し、センシング部Ｄｓの主面に回路部Ｄｃを配置した構成を有している。回路部Ｄｃはセンシング部Ｄｓに重ねて結合され、ボンディングワイヤを介して電気的に接続されている。
特開２００５−１６９５４１号公報 By the way, as this kind of sensor apparatus, providing a circuit part which cooperates with a sensing part in a package is proposed (for example, refer to patent documents 1). As shown in FIG. 13, the sensor device described in Patent Document 1 includes a sensing unit Ds including a movable unit 12 and a circuit unit Dc disposed on the main surface of the sensing unit Ds. . The circuit part Dc is overlapped and coupled to the sensing part Ds, and is electrically connected via a bonding wire.
JP 2005-169541 A

特許文献１に記載された構成では、センシング部Ｄｓに回路部Ｄｃを積み重ねているから、実装面積は小さくなるが、センシング部Ｄｓとは別体で回路部Ｄｃを設けていることにより、センシング部Ｄｓと回路部Ｄｃとの間でワイヤボンディングやフリップチップによる接続が必要になり、結果的に嵩高になるという問題が生じる。 In the configuration described in Patent Document 1, since the circuit unit Dc is stacked on the sensing unit Ds, the mounting area is reduced, but by providing the circuit unit Dc separately from the sensing unit Ds, the sensing unit A connection by wire bonding or flip chip is required between Ds and the circuit portion Dc, resulting in a problem that the bulk is increased.

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、センシング部の厚み程度の寸法で回路部も設けることにより小型かつ低背化することを可能にしたセンサ装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above reasons, and an object of the present invention is to provide a sensor device that can be reduced in size and height by providing a circuit portion with a dimension about the thickness of the sensing portion. It is in.

請求項１の発明は、半導体基板で形成され少なくとも厚み方向への変位が許容された可動部を有し可動部の変位を電気量に変換するセンシング部を備えたセンサ基板と、センサ基板に対して厚み方向の両面に積層されセンサ基板との対向面において可動部が変位する空間を形成するケース基板と、半導体基板に集積回路として形成されセンシング部と協働する回路部とを備え、回路部の少なくとも一部は可動部の変位方向の一面に形成され、可動部は前記一面と他面との間で貫通する貫通孔配線を有し、貫通孔配線の一端が可動部の前記一面に設けた回路部に電気的に接続されていることを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a sensor substrate including a sensing portion that is formed of a semiconductor substrate and has a movable portion that is allowed to displace at least in the thickness direction, and that converts the displacement of the movable portion into an electrical quantity. A circuit board that is laminated on both surfaces in the thickness direction and forms a space in which the movable part is displaced on the surface facing the sensor board; and a circuit part that is formed as an integrated circuit on the semiconductor substrate and cooperates with the sensing part. Is formed on one surface of the movable portion in the displacement direction, the movable portion has a through-hole wiring penetrating between the one surface and the other surface, and one end of the through-hole wiring is provided on the one surface of the movable portion. The circuit portion is electrically connected.

請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記可動部の前記他面に前記回路部の一部が形成されていることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a part of the circuit portion is formed on the other surface of the movable portion.

請求項３の発明では、請求項１ないし請求項２の発明において、前記ケース基板における前記可動部との対向面のうち可動部に形成した前記回路部との非対向部位に、可動部の変位を規制するストッパが形成されていることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the displacement of the movable part in a portion of the case substrate that faces the movable part that is not opposed to the circuit part formed on the movable part. It is characterized in that a stopper that regulates the above is formed.

請求項４の発明では、請求項１ないし請求項３のいずれかの発明において、前記可動部は、前記支持部に連結された主錘部と、主錘部と一体であって主錘部の周囲に配列された複数個の補助錘部とからなり、前記貫通孔配線は補助錘部と併せた質量が主錘部において平衡するように各補助錘部に設けられていることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the movable portion includes a main weight portion connected to the support portion, and a main weight portion that is integral with the main weight portion. A plurality of auxiliary weights arranged in the periphery, and the through-hole wiring is provided in each auxiliary weight so that the mass together with the auxiliary weight is balanced in the main weight. .

請求項５の発明では、請求項１ないし請求項３のいずれかの発明において、前記可動部は、前記支持部に連結された主錘部と、主錘部と一体であって主錘部の周囲に配列された複数個の補助錘部とからなり、前記貫通孔配線は主錘部に設けられていることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the movable portion includes a main weight portion connected to the support portion, and a main weight portion that is integral with the main weight portion. It is composed of a plurality of auxiliary weights arranged around, and the through-hole wiring is provided in the main weight.

請求項６の発明では、請求項１ないし請求項５のいずれかの発明において、前記ケース基板と前記センサ基板とがウェハレベルパッケージを形成することを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, the case substrate and the sensor substrate form a wafer level package.

請求項１の発明の構成によれば、回路部の少なくとも一部を可動部の変位方向の一面に形成しているから、可動部の寸法内に回路部を設けることができ、従来構成のようにセンシング部とは別に回路部を設ける場合に比較すると、実装面積を変化させることなく可動部の変位方向における寸法を小さくすることができる。また、可動部に貫通孔配線を設けて回路部の電気的接続を行うから、ワイヤボンディングやフリップチップ実装のように半導体製造工程とは別工程で配線を行う必要がなく、半導体製造工程において配線が可能になる。しかも、貫通孔配線の一端を回路部に接続しているから、センシング部において可動部の変位を検出するセンサと、センサと協働する回路部とを可動部の変位方向において互いに反対側に配置することが可能になり、回路部を設ける部位として可動部を有効利用することができる。 According to the configuration of the invention of claim 1, since at least a part of the circuit portion is formed on one surface in the displacement direction of the movable portion, the circuit portion can be provided within the dimensions of the movable portion, as in the conventional configuration. Compared with the case where the circuit portion is provided separately from the sensing portion, the dimension of the movable portion in the displacement direction can be reduced without changing the mounting area. In addition, since the through hole wiring is provided in the movable part and the circuit part is electrically connected, there is no need to perform wiring in a process separate from the semiconductor manufacturing process like wire bonding or flip chip mounting. Is possible. In addition, since one end of the through-hole wiring is connected to the circuit unit, the sensor that detects the displacement of the movable unit in the sensing unit and the circuit unit that cooperates with the sensor are arranged on opposite sides in the displacement direction of the movable unit. Thus, the movable part can be effectively used as a part where the circuit part is provided.

請求項２の発明の構成によれば、可動部の変位方向の両面に回路部が形成されるから、比較的規模の大きい回路部を可動部に設けることが可能になる。 According to the configuration of the second aspect of the present invention, since the circuit portions are formed on both surfaces in the displacement direction of the movable portion, it is possible to provide a relatively large circuit portion on the movable portion.

請求項３の発明の構成によれば、ケース基板における回路部との非対向部位に可動部の移動規制をするストッパを形成しているから、衝撃力が作用し可動部がストッパに当接することによって変位が規制されたとしても、回路部はストッパに当接しないから、回路部に不要なストレスが作用せず、回路部の破損を防止することができる。 According to the configuration of the invention of claim 3, since the stopper for restricting the movement of the movable portion is formed at the portion of the case substrate that is not opposed to the circuit portion, the impact force acts and the movable portion comes into contact with the stopper. Even if the displacement is restricted by this, since the circuit portion does not contact the stopper, unnecessary stress does not act on the circuit portion, and damage to the circuit portion can be prevented.

請求項４の発明の構成によれば、補助錘部に貫通孔配線を形成していることにより、複数本の貫通孔配線を設ける場合に貫通孔配線同士の距離を比較的大きくとることができるから、貫通孔配線の作製が容易になる。また、貫通孔配線と補助錘部とを併せた質量が主錘部において平衡するから、貫通孔配線を補助錘部に設けながらも可動部の質量バランスを保つことができる。 According to the configuration of the invention of claim 4, by forming the through-hole wiring in the auxiliary weight portion, when providing a plurality of through-hole wirings, the distance between the through-hole wirings can be made relatively large. Therefore, it is easy to manufacture the through-hole wiring. Further, since the mass of the through-hole wiring and the auxiliary weight portion is balanced in the main weight portion, the mass balance of the movable portion can be maintained while providing the through-hole wiring in the auxiliary weight portion.

請求項５の発明の構成によれば、主錘部に貫通孔配線を形成していることにより、可動部に貫通孔配線を設けながらも可動部の質量バランスを保ちやすい。 According to the configuration of the invention of claim 5, by forming the through hole wiring in the main weight portion, it is easy to maintain the mass balance of the movable portion while providing the through hole wiring in the movable portion.

請求項６の発明の構成によれば、ケース基板とセンサ基板とがウェハレベルパッケージを形成しているから、半導体基板によりパッケージを形成することができ、別途のパッケージを必要とせず薄型化が可能になる。 According to the configuration of the sixth aspect of the invention, since the case substrate and the sensor substrate form a wafer level package, the package can be formed by the semiconductor substrate and can be thinned without requiring a separate package. become.

以下に説明する実施形態では、支持部が可動部を囲繞するとともに、可動部から四方に延出させた可撓性を有する撓み部を介して支持部と可動部とを繋ぎ、各撓み部にピエゾ抵抗体からなる歪みゲージを設けることにより、可動部の変位に伴って撓み部に生じる応力を歪みゲージにより検出し、歪みゲージの抵抗変化を用いて加速度を検出する構成を例示する。つまり、センシング部が加速度センサを構成している例を示す。また、各可動部から四方に延出している撓み部にそれぞれ歪みゲージが配置されることにより、４本の撓み部を含む平面内で互いに直交する方向の２軸と、これらの２軸に直交する方向の１軸との合計３軸における加速度を個別に検出することが可能になっている。ただし、可動部を備えるセンサ装置であれば、加速度センサではなくジャイロセンサにおいても本発明の技術思想を適用することができ、可動部の変位の検出はピエゾ抵抗に限らず、静電容量の変化として検出する構成を採用してもよい。また、撓み部は可動部から四方に延出する構成に限定されない。 In the embodiment described below, the support portion surrounds the movable portion, and the support portion and the movable portion are connected via a flexible flexure portion that is extended in four directions from the movable portion. An example of a configuration in which a strain gauge made of a piezoresistor is provided to detect a stress generated in the flexure portion with the displacement of the movable portion by the strain gauge and to detect an acceleration using a resistance change of the strain gauge. That is, an example in which the sensing unit constitutes an acceleration sensor is shown. In addition, by arranging strain gauges in the flexures that extend in four directions from each movable part, two axes in a direction perpendicular to each other in a plane including the four flexures, and perpendicular to these two axes Thus, it is possible to individually detect the acceleration in a total of three axes including one axis in the direction to be performed. However, as long as the sensor device includes a movable part, the technical idea of the present invention can be applied to a gyro sensor instead of an acceleration sensor, and detection of displacement of the movable part is not limited to piezoresistors, but changes in capacitance. It is also possible to adopt a configuration for detecting as follows. Moreover, a bending part is not limited to the structure extended in four directions from a movable part.

（実施形態１）
本実施形態のセンサ装置は、図１、図２に示すように、センシング部Ｄｓおよび回路部Ｄｃを形成した半導体基板からなるセンサ基板１と、センサ基板１の厚み方向の両面に積層して接合されることによりウェハレベルパッケージを形成するケース基板とを備える。ケース基板は、外部回路を接続するパッド電極２５を厚み方向の一表面（図２の上面）に備えセンサ基板１の厚み方向の一表面（図２の上面）に封着される半導体基板からなる電極形成基板２と、センサ基板１の厚み方向の他表面（図１の下面）に封着される半導体基板からなるカバー基板３とにより形成される。すなわち、センサ装置は３枚の半導体基板の積層体からなる。センサ基板１と電極形成基板２とカバー基板３との外周形状は矩形状（図示例では正方形）であり、電極形成基板２とカバー基板３とはセンサ基板１と外形寸法が一致する。 (Embodiment 1)
As shown in FIGS. 1 and 2, the sensor device of the present embodiment is laminated and bonded to both the sensor substrate 1 formed of a semiconductor substrate on which the sensing unit Ds and the circuit unit Dc are formed, and the sensor substrate 1 in the thickness direction. And a case substrate for forming a wafer level package. The case substrate is made of a semiconductor substrate having pad electrodes 25 for connecting external circuits on one surface in the thickness direction (upper surface in FIG. 2) and sealed on one surface in the thickness direction of the sensor substrate 1 (upper surface in FIG. 2). The electrode forming substrate 2 and the cover substrate 3 made of a semiconductor substrate sealed on the other surface in the thickness direction of the sensor substrate 1 (the lower surface in FIG. 1) are formed. That is, the sensor device is composed of a laminate of three semiconductor substrates. The sensor substrate 1, the electrode forming substrate 2, and the cover substrate 3 have a rectangular outer shape (square in the illustrated example), and the electrode forming substrate 2 and the cover substrate 3 have the same outer dimensions as the sensor substrate 1.

センサ基板１はＳＯＩウェハを加工することにより形成される。ここで用いるＳＯＩウェハは、シリコン基板からなる支持基板１０ａを有し、支持基板１０ａの厚み方向の一表面にシリコン酸化膜からなる埋込酸化膜としての絶縁層１０ｂを介してｎ形のシリコン層からなる活性層１０ｃが形成されている。さらに、センサ基板１において、活性層１０ｃの表面にはシリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜からなる絶縁膜１６が形成される。したがって、活性層１０ｃは絶縁膜１６により表面が覆われる。また、電極形成基板２とカバー基板３とは、それぞれ異なるシリコンウェハを加工することにより形成してある。すなわち、センサ基板１の半導体基板としてＳＯＩウェハを用い、電極形成基板２とカバー基板３との半導体基板としてはシリコンウェハを用いている。 The sensor substrate 1 is formed by processing an SOI wafer. The SOI wafer used here has a support substrate 10a made of a silicon substrate, and an n-type silicon layer is formed on one surface in the thickness direction of the support substrate 10a via an insulating layer 10b as a buried oxide film made of a silicon oxide film. An active layer 10c made of is formed. Further, in the sensor substrate 1, an insulating film 16 made of a laminated film of a silicon oxide film and a silicon nitride film is formed on the surface of the active layer 10c. Therefore, the surface of the active layer 10 c is covered with the insulating film 16. The electrode forming substrate 2 and the cover substrate 3 are formed by processing different silicon wafers. That is, an SOI wafer is used as the semiconductor substrate of the sensor substrate 1, and a silicon wafer is used as the semiconductor substrate of the electrode forming substrate 2 and the cover substrate 3.

本実施形態における寸法例を例示すると、ＳＯＩウェハにおける支持基板１０ａの厚み寸法は３００〜５００μｍ、絶縁層１０ｂの厚み寸法は０．３〜１．５μｍ、シリコン層１０ｃの厚み寸法は４〜１０μｍとする。また、電極形成基板２を形成するシリコンウェハの厚み寸法は２００〜３００μｍ、カバー基板３を形成するシリコンウェハの厚み寸法は１００〜３００μｍとする。もっとも、これらの数値は限定する趣旨ではなく目安を示す値である。また、ＳＯＩウェハの一表面であるシリコン層１０ｃの表面は（１００）面としてある。 When the dimension example in this embodiment is illustrated, the thickness dimension of the support substrate 10a in an SOI wafer is 300-500 micrometers, the thickness dimension of the insulating layer 10b is 0.3-1.5 micrometers, and the thickness dimension of the silicon layer 10c is 4-10 micrometers. To do. Moreover, the thickness dimension of the silicon wafer which forms the electrode formation board | substrate 2 shall be 200-300 micrometers, and the thickness dimension of the silicon wafer which forms the cover board | substrate 3 shall be 100-300 micrometers. However, these numerical values are not intended to limit, but are values indicating a guide. The surface of the silicon layer 10c, which is one surface of the SOI wafer, is a (100) plane.

センサ基板１は、図１、図３、図４、図５に示すように、平面視において（厚み方向に直交する方向から見たときに）枠状（本実施形態では矩形枠状）の支持部１１の中央部に可動部１２を備える形状に形成されている。つまり、可動部１２は支持部１１に囲繞されている。また、本実施形態では平面視において支持部１１の中心と可動部１２の中心とはほぼ一致している。支持部１１と可動部１２とは可動部１２から四方に延出する４本の撓み部１３により繋がれている。 As shown in FIGS. 1, 3, 4, and 5, the sensor substrate 1 is supported in a frame shape (when viewed from a direction orthogonal to the thickness direction) in a plan view (in this embodiment, a rectangular frame shape). The movable portion 12 is formed in a shape having a movable portion 12 at the center of the portion 11. That is, the movable part 12 is surrounded by the support part 11. Further, in the present embodiment, the center of the support part 11 and the center of the movable part 12 substantially coincide with each other in plan view. The support portion 11 and the movable portion 12 are connected by four flexure portions 13 extending from the movable portion 12 in all directions.

各撓み部１３は、短冊状に形成された可撓性を有している。各撓み部１３は平面視において可動部１２の中心を通り互いに直交する２本の直線の上に配置される。つまり、各２本の撓み部１３がそれぞれ互いに直交する各直線上に配置される。この構成により、可動部１２は支持部１１に対して変位可能になる。支持部１１および可動部１２は、ＳＯＩウェハの支持基板１０ａと絶縁層１０ｂと活性層１０ｃとの全体を用い、撓み部１３はＳＯＩウェハにおける支持基板１０ａと絶縁層１０ｂとを除去し活性層１０ｃのみを用いる。したがって、撓み部１３は支持部１１および可動部１２に比較して十分に薄肉に形成される。 Each bending part 13 has the flexibility formed in strip shape. Each bending portion 13 is disposed on two straight lines that pass through the center of the movable portion 12 and are orthogonal to each other in plan view. In other words, each of the two bent portions 13 is arranged on each straight line orthogonal to each other. With this configuration, the movable portion 12 can be displaced with respect to the support portion 11. The support portion 11 and the movable portion 12 use the entire support substrate 10a, insulating layer 10b, and active layer 10c of the SOI wafer, and the flexure portion 13 removes the support substrate 10a and insulating layer 10b from the SOI wafer, and the active layer 10c. Use only. Therefore, the bending portion 13 is formed to be sufficiently thin as compared with the support portion 11 and the movable portion 12.

可動部１２は、４本の撓み部１３を介して支持部１１に結合されている主錘部１２ａと、主錘部１２ａに連続一体に連結された４個の補助錘部１２ｂとを備える。平面視においては、可動部１２は、５個の正方形のうちの１個の正方形を中心として他の正方形を周囲に４回回転対称となるように配列し、中心の正方形の各角部に他の各正方形の１つの角部をそれぞれ重複させた形状に形成される。本実施形態では、中心に配置した正方形に対応する部分が主錘部１２ａに相当し、他の正方形のうち主錘部１２ａと重複する部位を除いた部分が補助錘部１２ｂに相当する。言い換えると、主錘部１２ａは平面視において正方形状であり、補助錘部１２ｂは正方形の一つの角部が切欠された形状になる。撓み部１３は、主錘部１２ａの各辺の中央部に一体に連続し、各撓み部１３の幅方向（平面視において撓み部１３の延長方向とは直交する方向）の両側に補助錘部１２ｂが配置される。 The movable portion 12 includes a main weight portion 12a coupled to the support portion 11 via four flexure portions 13, and four auxiliary weight portions 12b continuously and integrally connected to the main weight portion 12a. In a plan view, the movable portion 12 is arranged so that one of the five squares is centered on the other square so as to be rotationally symmetric about four times, and the other squares are arranged at each corner. Are formed in a shape in which one corner of each square is overlapped. In this embodiment, the part corresponding to the square arranged at the center corresponds to the main weight part 12a, and the part other than the part overlapping the main weight part 12a among the other squares corresponds to the auxiliary weight part 12b. In other words, the main weight portion 12a has a square shape in plan view, and the auxiliary weight portion 12b has a shape in which one corner portion of the square is notched. The flexible portions 13 are integrally continuous with the central portion of each side of the main weight portion 12a, and auxiliary weight portions are provided on both sides in the width direction of each flexible portion 13 (a direction orthogonal to the extending direction of the flexible portion 13 in plan view). 12b is arranged.

各補助錘部１２ｂは、平面視において互いに直交する２本の撓み部１３と支持部１１とに囲まれる空間に配置されており、各補助錘部１２ｂと支持部１１との間にはそれぞれセンサ基板１の厚み方向に貫通するスリット１４が形成される。また、撓み部１３と各補助錘部１２ｂとは離間しており、撓み部１３を挟んで配置された各一対の補助錘部１２ｂの間隔は、各撓み部１３の幅寸法よりも大きくなっている。 Each auxiliary weight portion 12b is disposed in a space surrounded by two bent portions 13 and the support portion 11 that are orthogonal to each other in plan view, and a sensor is provided between each auxiliary weight portion 12b and the support portion 11. A slit 14 penetrating in the thickness direction of the substrate 1 is formed. Moreover, the bending part 13 and each auxiliary | assistant weight part 12b are spaced apart, and the space | interval of each pair of auxiliary weight part 12b arrange | positioned on both sides of the bending part 13 becomes larger than the width dimension of each bending part 13. Yes.

なお、センサ基板１における支持部１１と可動部１２と撓み部１３とは、半導体装置の製造技術として知られているリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して形成することができる。 In addition, the support part 11, the movable part 12, and the bending part 13 in the sensor substrate 1 can be formed using a lithography technique and an etching technique known as a manufacturing technique of a semiconductor device.

ところで、図示例は３軸の加速度センサであるから、加速度を検出する方向を定義しておく。センサ基板１の厚み方向に直交する方向をｚ軸方向とし、支持基板１０ａから活性層１０ｃに向かう向きを正の向きとする。また、活性層１０ｃの表面をｘｙ平面とし、ｘｙ平面において可動部１２の中心位置を原点とする。ｘ軸方向およびｙ軸方向は、それぞれ主錘部１２ａから撓み部１３が延出されている方向とし、右手系で正の向きを定義する。たとえば図３の右向きをｘ軸方向の正の向き、上向きをｙ軸方向の正の向きとする。したがって、可動部１２は、主錘部１２ａを挟んで配置されたｘ軸方向の２本の撓み部１３と、主錘部１２ａを挟んで配置されたｙ軸方向の２本の撓み部１３とにより支持部１１に繋がれていることになる。 By the way, since the illustrated example is a triaxial acceleration sensor, a direction in which acceleration is detected is defined. A direction orthogonal to the thickness direction of the sensor substrate 1 is defined as a z-axis direction, and a direction from the support substrate 10a toward the active layer 10c is defined as a positive direction. The surface of the active layer 10c is the xy plane, and the center position of the movable portion 12 is the origin on the xy plane. The x-axis direction and the y-axis direction are directions in which the bent portion 13 extends from the main weight portion 12a, respectively, and define a positive direction in the right hand system. For example, the right direction in FIG. 3 is the positive direction in the x-axis direction, and the upward direction is the positive direction in the y-axis direction. Accordingly, the movable portion 12 includes two bending portions 13 in the x-axis direction disposed with the main weight portion 12a interposed therebetween, and two bending portions 13 in the y-axis direction disposed with the main weight portion 12a interposed therebetween. Thus, the support portion 11 is connected.

可動部１２の主錘部１２ａからｘ軸方向の正向き（図３において主錘部１２ａから右向き）に延出する撓み部１３には、主錘部１２ａ側の一端部に２個１組のピエゾ抵抗Ｒｘ２，Ｒｘ４が形成され、支持部１１側の一端部に１個のピエゾ抵抗Ｒｚ２が形成される。同様にして、主錘部１２ａからｘ軸方向の負向き（図３において主錘部１２ａから左向き）に延出する撓み部１３には、主錘部１２ａ側の一端部に２個１組のピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ３が形成され、支持部１１側の一端部に１個のピエゾ抵抗Ｒｚ３が形成される。 The bending portion 13 extending in the positive direction in the x-axis direction from the main weight portion 12a of the movable portion 12 (rightward from the main weight portion 12a in FIG. 3) has a set of two at one end on the main weight portion 12a side. Piezoresistors Rx2 and Rx4 are formed, and one piezoresistor Rz2 is formed at one end on the support portion 11 side. Similarly, the bending portion 13 extending in the negative direction in the x-axis direction from the main weight portion 12a (leftward from the main weight portion 12a in FIG. 3) has a set of two at one end on the main weight portion 12a side. Piezoresistors Rx1 and Rx3 are formed, and one piezoresistor Rz3 is formed at one end on the support portion 11 side.

可動部１２の主錘部１２ａからｙ軸方向の正向き（図３において主錘部１２ａから上向き）に延長された撓み部１３には、主錘部１２ａ側の一端部に２個１組のピエゾ抵抗Ｒｙ１，Ｒｙ３が形成され、支持部１１側の一端部に１個のピエゾ抵抗Ｒｚ１が形成される。同様にして、主錘部１２ａからｙ軸方向の負向き（図３において主錘部１２ａから下向き）に延長された撓み部１３には、主錘部１２ａ側の一端部に２個１組のピエゾ抵抗Ｒｙ２，Ｒｙ４が形成され、支持部１１側の一端部に１個のピエゾ抵抗Ｒｚ４が形成される。 The bending portion 13 extended from the main weight portion 12a of the movable portion 12 in the positive direction in the y-axis direction (upward from the main weight portion 12a in FIG. 3) has a set of two at one end portion on the main weight portion 12a side. Piezoresistors Ry1 and Ry3 are formed, and one piezoresistor Rz1 is formed at one end on the support portion 11 side. Similarly, the bending portion 13 extended from the main weight portion 12a in the negative direction in the y-axis direction (downward from the main weight portion 12a in FIG. 3) has a set of two at one end on the main weight portion 12a side. Piezoresistors Ry2 and Ry4 are formed, and one piezoresistor Rz4 is formed at one end on the support portion 11 side.

ｘ軸方向に延長された２本の撓み部１３において、主錘部１２ａ側の一端部に形成された４個のピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４は、ｘ軸方向の加速度を検出するために形成され、ｘ軸方向の加速度が可動部１２に作用したときに撓み部１３に生じる応力が集中する領域に形成されている。ピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４は、平面視においてｘ軸方向が長手方向となる長方形状に形成されている。これらのピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４は、図７における左端のブリッジ回路Ｂｘを構成するように接続される。 In the two flexures 13 extended in the x-axis direction, four piezoresistors Rx1, Rx2, Rx3, and Rx4 formed at one end on the main weight 12a side detect acceleration in the x-axis direction. And is formed in a region where the stress generated in the bending portion 13 is concentrated when the acceleration in the x-axis direction acts on the movable portion 12. The piezoresistors Rx1, Rx2, Rx3, and Rx4 are formed in a rectangular shape whose longitudinal direction is the x-axis direction in plan view. These piezoresistors Rx1, Rx2, Rx3, and Rx4 are connected to form a leftmost bridge circuit Bx in FIG.

また、ｙ軸方向に延長された２本の撓み部１３において、主錘部１２ａ側の一端部に形成された４個のピエゾ抵抗Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４は、ｙ軸方向の加速度を検出するために形成され、ｙ軸方向の加速度が可動部１２に作用したときに撓み部１３に生じる応力が集中する領域に形成されている。ピエゾ抵抗Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４は、平面視においてｙ軸方向が長手方向となる長方形状に形成されている。これらのピエゾ抵抗Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４は、図７における中央のブリッジ回路Ｂｙを構成するように接続される。 In the two flexures 13 extended in the y-axis direction, four piezoresistors Ry1, Ry2, Ry3, and Ry4 formed at one end on the main weight 12a side detect acceleration in the y-axis direction. This is formed in a region where stress generated in the bending portion 13 is concentrated when acceleration in the y-axis direction acts on the movable portion 12. The piezoresistors Ry1, Ry2, Ry3, Ry4 are formed in a rectangular shape whose longitudinal direction is the y-axis direction in plan view. These piezoresistors Ry1, Ry2, Ry3, and Ry4 are connected to form a central bridge circuit By in FIG.

４本の撓み部１３において、それぞれ支持部１１側の一端部に形成された４個のピエゾ抵抗Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４は、ｚ軸方向の加速度を検出するために形成されている。ピエゾ抵抗Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４は、いずれもｙ軸方向が長手方向となる長方形状に形成されている。すなわち、ｙ軸方向に延長された２本の撓み部１３に形成されたピエゾ抵抗Ｒｚ１，Ｒｚ４の長手方向は撓み部１３の延長方向に一致し、ｘ軸方向に延長された２本の撓み部１３に形成されたピエゾ抵抗Ｒｚ２，Ｒｚ３の長手方向は撓み部１３の延長方向に直交する。これらのピエゾ抵抗Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４は、図７における右端のブリッジ回路Ｂｚを構成するように接続されている。 In the four flexures 13, four piezoresistors Rz1, Rz2, Rz3, and Rz4 formed at one end on the support 11 side are formed to detect acceleration in the z-axis direction. The piezoresistors Rz1, Rz2, Rz3, and Rz4 are all formed in a rectangular shape whose longitudinal direction is the y-axis direction. That is, the longitudinal directions of the piezoresistors Rz1 and Rz4 formed in the two flexures 13 extended in the y-axis direction coincide with the extension direction of the flexure 13 and the two flexures extended in the x-axis direction. The longitudinal direction of the piezoresistors Rz2 and Rz3 formed on 13 is orthogonal to the extending direction of the flexure 13. These piezoresistors Rz1, Rz2, Rz3, and Rz4 are connected so as to form the rightmost bridge circuit Bz in FIG.

上述した各ピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４、Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４、Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４の接続には、センサ基板１に形成されている拡散層配線や金属配線を用いる。 For the connection of each of the piezoresistors Rx1, Rx2, Rx3, Rx4, Ry1, Ry2, Ry3, Ry4, Rz1, Rz2, Rz3, Rz4, a diffusion layer wiring or a metal wiring formed on the sensor substrate 1 is used.

図７に示した回路構成では、３個のブリッジ回路Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚに電圧を印加する入力端子Ｔ１，Ｔ２を共通に接続し、各ブリッジ回路Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚには個別の出力端子Ｘ１，Ｘ２、Ｙ１，Ｙ２、Ｚ１，Ｚ２を設けている。本実施形態では、入力端子Ｔ１，Ｔ２に印加する電圧は直流電圧であって、入力端子Ｔ１に電圧ＶＤＤを印加し、入力端子Ｔ２を回路グランドＧＮＤに接続する。したがって、可動部１２の変位に伴って撓み部１３に生じる応力が、ピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４、Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４、Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４により電気量（抵抗値）に変換され、さらに、ブリッジＢｘ，Ｂｙ，Ｂｚにより電気量（電圧）に変換されて出力されるのである。 In the circuit configuration shown in FIG. 7, input terminals T1 and T2 for applying voltages to the three bridge circuits Bx, By and Bz are commonly connected, and individual output terminals X1 are connected to the bridge circuits Bx, By and Bz. , X2, Y1, Y2, Z1, Z2 are provided. In the present embodiment, the voltage applied to the input terminals T1 and T2 is a DC voltage, the voltage VDD is applied to the input terminal T1, and the input terminal T2 is connected to the circuit ground GND. Therefore, the stress generated in the bending portion 13 with the displacement of the movable portion 12 is caused by the amount of electricity (resistance value) by the piezoresistors Rx1, Rx2, Rx3, Rx4, Ry1, Ry2, Ry3, Ry4, Rz1, Rz2, Rz3, Rz4. In addition, it is converted into an electric quantity (voltage) by the bridges Bx, By, Bz and output.

以下にセンサ基板１の動作例を説明する。いま、センサ基板１に加速度が作用していない状態からセンサ基板１に対してｘ軸方向の正向きに加速度が作用したとすると、ｘ軸方向の負向きに作用する可動部１２の慣性力によって支持部１１に対して可動部１２が変位し、主錘部１２ａからｘ軸方向に延長された２本の撓み部１３が撓んで当該撓み部１３に形成されているピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４の抵抗値が変化する。このとき、ピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ３は引張応力を受け、ピエゾ抵抗Ｒｘ２，Ｒｘ４は圧縮応力を受ける。一般に、ピエゾ抵抗は引張応力を受けると抵抗値（抵抗率）が増加し、圧縮応力を受けると抵抗値（抵抗率）が減少する。したがって、ｘ軸方向の正向きに加速度が作用したときには、ピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ３の抵抗値が増加し、ピエゾ抵抗Ｒｘ２，Ｒｘ４の抵抗値が減少する。この動作によって、図７の左端のブリッジ回路Ｂｘの出力端子Ｘ１，Ｘ２間の電位差がｘ軸方向の加速度の大きさに応じて変化する。 Hereinafter, an operation example of the sensor substrate 1 will be described. Assuming that acceleration is applied in the positive direction in the x-axis direction to the sensor substrate 1 from a state in which no acceleration is applied to the sensor substrate 1, the inertial force of the movable portion 12 acting in the negative direction in the x-axis direction is assumed. The movable portion 12 is displaced with respect to the support portion 11, and the two bending portions 13 extended in the x-axis direction from the main weight portion 12a are bent to form the piezoresistors Rx1, Rx2, Rx3 formed in the bending portion 13. , Rx4 changes in resistance value. At this time, the piezoresistors Rx1 and Rx3 are subjected to tensile stress, and the piezoresistors Rx2 and Rx4 are subjected to compressive stress. In general, when a piezoresistor is subjected to a tensile stress, its resistance value (resistivity) increases, and when it receives a compressive stress, its resistance value (resistivity) decreases. Therefore, when acceleration acts in the positive direction in the x-axis direction, the resistance values of the piezo resistors Rx1 and Rx3 increase, and the resistance values of the piezo resistors Rx2 and Rx4 decrease. By this operation, the potential difference between the output terminals X1 and X2 of the leftmost bridge circuit Bx in FIG. 7 changes according to the magnitude of acceleration in the x-axis direction.

同様にして、ｙ軸方向の加速度が作用すれば図７の中央のブリッジ回路Ｂｙの出力端子Ｙ１，Ｙ２間の電位差がｙ軸方向の加速度の大きさに応じて変化し、ｚ軸方向の加速度が作用すれば図７の右端のブリッジ回路Ｂｚの出力端子Ｚ１，Ｚ２間の電位差がｚ軸方向の加速度の大きさに応じて変化する。 Similarly, if the acceleration in the y-axis direction acts, the potential difference between the output terminals Y1 and Y2 of the center bridge circuit By in FIG. 7 changes according to the magnitude of the acceleration in the y-axis direction, and the acceleration in the z-axis direction. As a result, the potential difference between the output terminals Z1 and Z2 of the rightmost bridge circuit Bz in FIG. 7 changes according to the magnitude of acceleration in the z-axis direction.

したがって、各ブリッジ回路Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚの出力電圧の変化をそれぞれ検出することにより、センサ基板１に作用したｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向それぞれの加速度を検出することができる。本実施形態では、可動部１２と４本の撓み部１３とピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４、Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４、Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４とによりセンシング部Ｄｓが構成される。 Therefore, by detecting the change in the output voltage of each bridge circuit Bx, By, Bz, the acceleration in the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction acting on the sensor substrate 1 can be detected. In the present embodiment, the sensing part Ds is configured by the movable part 12, the four bending parts 13, and the piezoresistors Rx1, Rx2, Rx3, Rx4, Ry1, Ry2, Ry3, Ry4, Rz1, Rz2, Rz3, Rz4. .

本実施形態は３軸の加速度センサであるから、センシング部Ｄｓと協働する回路部Ｄｃとしては、ブリッジ回路Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚの入力端子Ｔ１，Ｔ２に電圧を印加する電源回路、ブリッジ回路Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚの出力端子Ｘ１，Ｘ２、Ｙ２，Ｙ２、Ｚ１，Ｚ２に接続されブリッジ回路Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚの出力電圧を増幅する増幅回路などが必要であり、回路部Ｄｃは集積回路として形成される。 Since this embodiment is a triaxial acceleration sensor, the circuit unit Dc that cooperates with the sensing unit Ds includes a power supply circuit that applies a voltage to the input terminals T1 and T2 of the bridge circuits Bx, By, and Bz, and the bridge circuit Bx. , By, Bz output terminals X 1, X 2, Y 2, Y 2, Z 1, Z 2 are required to amplify the output voltage of the bridge circuits Bx, By, Bz, etc., and the circuit portion Dc is formed as an integrated circuit. Is done.

本実施形態では、センサ基板１において、可動部１２の変位方向の各面のうちカバー基板３との対向部位に回路部Ｄｃを形成している。ところで、回路部Ｄｃが可動部１２のうちカバー基板３との対向部位に形成されているから、電極形成基板２との対向部位に形成されているブリッジ回路Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚと回路部Ｄｃとを電気的に接続するには、可動部１２の変位方向において可動部１２を貫通する電路が必要になる。この電路として、可動部１２に貫通孔配線１５を設けている。図示例では、４本の貫通孔配線１５を示しているが、貫通孔配線１５の本数は配置可能な本数であればにとくに制限はない。 In the present embodiment, in the sensor substrate 1, the circuit portion Dc is formed at a portion of the surface in the displacement direction of the movable portion 12 that faces the cover substrate 3. By the way, since the circuit portion Dc is formed in the portion of the movable portion 12 facing the cover substrate 3, the bridge circuits Bx, By, Bz and the circuit portion Dc formed in the portion facing the electrode forming substrate 2. Are electrically connected to each other in the displacement direction of the movable portion 12. As this electric circuit, a through-hole wiring 15 is provided in the movable portion 12. In the illustrated example, four through-hole wirings 15 are shown, but the number of through-hole wirings 15 is not particularly limited as long as the number can be arranged.

貫通孔配線１５は図示例では主錘部１２ａに設けている。主錘部１２ａに貫通孔配線１５を設けると、貫通孔配線１５を設けることができる最大本数は少なくなるが、可動部１２の重量バランスの変化が少なく、センシング部Ｄｓの検出精度に影響を与えることなく貫通孔配線１５を設けることができる。 The through-hole wiring 15 is provided in the main weight portion 12a in the illustrated example. When the through-hole wiring 15 is provided in the main weight portion 12a, the maximum number of through-hole wirings 15 can be reduced, but the change in the weight balance of the movable portion 12 is small and affects the detection accuracy of the sensing unit Ds. Through-hole wiring 15 can be provided without this.

貫通孔配線１５は、補助錘部１２ｂに設けることも可能である。補助錘部１２ｂに貫通孔配線１５を設ける場合には、各補助錘部１２ｂにそれぞれ貫通孔配線１５を設け、補助錘部１２ｂと貫通孔配線１５とを併せた質量が主錘部１２ａにおいて平衡するように貫通孔配線１５を配置する。このような配置であれば、貫通孔配線１５を補助錘部１２ｂに設ける場合でも可動部１２の質量バランスの変化がなく、センシング部Ｄｓの検出精度への影響を抑制することができる。また、補助錘部１２ｂに貫通孔配線１５を設けることにより、貫通孔配線１５の本数を多くしたり貫通孔配線１５の間隔を大きくとることが可能になる。貫通孔配線１５の本数を多くすれば多機能化に対応でき、貫通孔配線１５の間隔を大きくとれば加工精度に余裕ができるから作製が容易になる。 The through-hole wiring 15 can also be provided in the auxiliary weight portion 12b. When the through-hole wiring 15 is provided in the auxiliary weight portion 12b, the through-hole wiring 15 is provided in each auxiliary weight portion 12b, and the mass of the auxiliary weight portion 12b and the through-hole wiring 15 is balanced in the main weight portion 12a. The through-hole wiring 15 is arranged to do so. With such an arrangement, even when the through-hole wiring 15 is provided in the auxiliary weight portion 12b, there is no change in the mass balance of the movable portion 12, and the influence on the detection accuracy of the sensing portion Ds can be suppressed. Further, by providing the through-hole wiring 15 in the auxiliary weight portion 12b, it is possible to increase the number of the through-hole wirings 15 and increase the interval between the through-hole wirings 15. If the number of through-hole wirings 15 is increased, it is possible to cope with multi-functionality, and if the interval between the through-hole wirings 15 is increased, the machining accuracy can be afforded, so that the manufacture becomes easy.

センサ基板１の一表面（図２の上面）には、封止用金属層１８と接続用金属層１９とが形成される。接続用金属層１９は金属配線の一部であり、センシング部Ｄｓおよび回路部Ｄｃを外部回路と接続するための接続部として機能する。図６に金属配線のうち接続用金属層１９の近傍部位を示す。なお、拡散層配線の図示は省略してある。 A sealing metal layer 18 and a connection metal layer 19 are formed on one surface of the sensor substrate 1 (upper surface in FIG. 2). The connection metal layer 19 is a part of metal wiring, and functions as a connection part for connecting the sensing part Ds and the circuit part Dc to an external circuit. FIG. 6 shows the vicinity of the connecting metal layer 19 in the metal wiring. Note that the illustration of the diffusion layer wiring is omitted.

封止用金属層１８は、センサ基板１の外周縁の全周に沿う形で形成されており、センシング部Ｄｓおよび回路部Ｄｃを囲繞している。また、接続用金属層１９も支持部１１において封止用金属層１８の内側に配置される。接続用金属層１９を含む金属配線および封止用金属層１８は活性層１０ｃの表面を覆う絶縁膜１６の上に形成される。また、封止用金属層１８と接続用金属層１９とは同一の金属材料により形成されており、封止用金属層１８と接続用金属層１９とを同一平面上に同時かつ略同じ厚み寸法に形成することができる。 The sealing metal layer 18 is formed along the entire outer peripheral edge of the sensor substrate 1 and surrounds the sensing part Ds and the circuit part Dc. The connecting metal layer 19 is also disposed inside the sealing metal layer 18 in the support portion 11. The metal wiring including the connecting metal layer 19 and the sealing metal layer 18 are formed on the insulating film 16 covering the surface of the active layer 10c. The sealing metal layer 18 and the connecting metal layer 19 are formed of the same metal material, and the sealing metal layer 18 and the connecting metal layer 19 are simultaneously and substantially the same thickness on the same plane. Can be formed.

センサ基板１において、ピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４、Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４、Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４および拡散層配線は、活性層１０ｃにおけるそれぞれの形成部位に適宜濃度のｐ形不純物をドーピングすることにより形成される。また、接続用金属層１９を除いた金属配線は、絶縁膜１６上にスパッタ法や蒸着法などにより成膜した金属膜（たとえば、Ａｌ膜、Ａｌ−Ｓｉ膜など）をリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングすることにより形成されており、金属配線は絶縁膜１６に設けたコンタクトホールを通して拡散層配線と電気的に接続されている。 In the sensor substrate 1, the piezoresistors Rx1, Rx2, Rx3, Rx4, Ry1, Ry2, Ry3, Ry4, Rz1, Rz2, Rz3, Rz4 and the diffusion layer wiring are p-types with appropriate concentrations at respective formation sites in the active layer 10c. It is formed by doping impurities. Further, the metal wiring excluding the connection metal layer 19 is obtained by applying a lithography technique and an etching technique to a metal film (for example, an Al film, an Al—Si film, etc.) formed on the insulating film 16 by a sputtering method or a vapor deposition method. The metal wiring is electrically connected to the diffusion layer wiring through a contact hole provided in the insulating film 16.

封止用金属層１８および接続用金属層１９は、接合用のＡｕ膜を表面に備え、Ａｕ膜と絶縁膜１６との間には密着性改善用のＴｉ膜を介在させてある。つまり、封止用金属層１８および接続用金属層１９は、絶縁膜１６上に形成されたＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上に形成されたＡｕ膜との積層膜により形成されている。 The sealing metal layer 18 and the connection metal layer 19 have a bonding Au film on the surface, and a Ti film for improving adhesion is interposed between the Au film and the insulating film 16. That is, the sealing metal layer 18 and the connection metal layer 19 are formed of a laminated film of a Ti film formed on the insulating film 16 and an Au film formed on the Ti film.

なお、封止用金属層１８および接続用金属層１９は、Ｔｉ膜の膜厚を１５〜５０ｎｍ、Ａｕ膜の膜厚を５００ｎｍに設定してあり（なお、接合の信頼性を確保するためには、５００ｎｍ以下とすることが望ましい）、接続用金属層１９を除く金属配線の膜厚は１μｍに設定してある。ただし、これらの数値は一例であって限定する趣旨ではない。 The sealing metal layer 18 and the connecting metal layer 19 have a Ti film thickness of 15 to 50 nm and an Au film thickness of 500 nm (in order to ensure bonding reliability). Is preferably 500 nm or less), and the film thickness of the metal wiring excluding the connecting metal layer 19 is set to 1 μm. However, these numerical values are merely examples and are not intended to be limiting.

電極形成基板２は、図２に示すように、センサ基板１との対向面（図１における下面）の中央部に、センサ基板１の厚み方向における可動部１２および撓み部１３の変位空間を確保する（可動部１２の変位量を規制する）ための変位用凹所２１を備える。また、電極形成基板２におけるセンサ基板１との対向面の周部には電極形成基板２の外周縁の全周に沿うように封止用金属層２８が形成される。電極形成基板２の封止用金属層２８は、センサ基板１に電極形成基板２を重ね合わせたときに、センサ基板１の封止用金属層１８に重なる部位に形成してあり、封止用金属層１８，２８が互いに接合されることによって、センサ基板１と電極形成基板２との間が封止されるようにしてある。 As shown in FIG. 2, the electrode forming substrate 2 secures a displacement space for the movable portion 12 and the bending portion 13 in the thickness direction of the sensor substrate 1 at the center of the surface facing the sensor substrate 1 (the lower surface in FIG. 1). Displacement recesses 21 are provided for controlling (the amount of displacement of the movable portion 12 is restricted). In addition, a sealing metal layer 28 is formed along the entire circumference of the outer peripheral edge of the electrode forming substrate 2 on the peripheral portion of the electrode forming substrate 2 facing the sensor substrate 1. The sealing metal layer 28 of the electrode forming substrate 2 is formed in a portion that overlaps the sealing metal layer 18 of the sensor substrate 1 when the electrode forming substrate 2 is superimposed on the sensor substrate 1. The metal layers 18 and 28 are bonded to each other so that the space between the sensor substrate 1 and the electrode forming substrate 2 is sealed.

電極形成基板２におけるセンサ基板１との対向面の適所には、電極形成基板２の厚み方向に貫通する複数の貫通孔２２が形成される。図６には貫通孔２２を封止用金属層２８と変位用凹所２１との間の領域に形成した例を示している。電極形成基板２の厚み方向の両面および貫通孔２２の内周面には熱酸化により形成したシリコン酸化膜である絶縁膜２３が連続して形成される。また、貫通孔２２には電極形成基板２の厚み方向の表裏に貫通する貫通孔配線２４が形成される。したがって、貫通孔配線２４と貫通孔２２の内周面との間に絶縁膜２３の一部が介在する。電極形成基板２に設けられる複数の貫通孔配線２４は互いに離間して配置される。貫通孔配線２４の材料としてはＣｕを採用するのが望ましいが、Ｃｕに限らず、たとえば、Ｎｉなどを採用してもよい。 A plurality of through holes 22 penetrating in the thickness direction of the electrode forming substrate 2 are formed at appropriate positions on the surface of the electrode forming substrate 2 facing the sensor substrate 1. FIG. 6 shows an example in which the through hole 22 is formed in a region between the sealing metal layer 28 and the displacement recess 21. An insulating film 23 which is a silicon oxide film formed by thermal oxidation is continuously formed on both surfaces in the thickness direction of the electrode forming substrate 2 and the inner peripheral surface of the through hole 22. Further, a through-hole wiring 24 penetrating the front and back in the thickness direction of the electrode forming substrate 2 is formed in the through-hole 22. Therefore, a part of the insulating film 23 is interposed between the through-hole wiring 24 and the inner peripheral surface of the through-hole 22. The plurality of through-hole wirings 24 provided on the electrode forming substrate 2 are arranged apart from each other. Although it is desirable to employ Cu as the material of the through-hole wiring 24, it is not limited to Cu, and for example, Ni may be employed.

電極形成基板２におけるセンサ基板１との対向面のうち変位用凹所２１を囲む部位には、各貫通孔配線２４とそれぞれ電気的に接続された複数の接続用金属層２９が形成される。接続用金属層２９は、封止用金属層２８の内側に配置されている。接続用金属層２９は、一部が貫通孔配線２４の一端部に電気的に接合されており、他部位がセンサ基板１の接続用金属層１９と接合されるように配置してある。つまり、センサ基板１に電極形成基板２を重ね合わせたときに、貫通孔配線２４と当該貫通孔配線２４に対応する接続用金属層１９との位置がずれるように配置してある。接続用金属層２９と封止用金属層２８とは同一の金属材料により形成されており、接続用金属層２９と封止用金属層２８とを同時かつ略同じ厚み寸法に形成することができる。 A plurality of connection metal layers 29 electrically connected to the respective through-hole wirings 24 are formed in a portion surrounding the displacement recess 21 on the surface of the electrode forming substrate 2 facing the sensor substrate 1. The connecting metal layer 29 is disposed inside the sealing metal layer 28. A part of the connection metal layer 29 is electrically bonded to one end of the through-hole wiring 24, and the other part is arranged to be bonded to the connection metal layer 19 of the sensor substrate 1. That is, when the electrode forming substrate 2 is superimposed on the sensor substrate 1, the positions of the through-hole wiring 24 and the connection metal layer 19 corresponding to the through-hole wiring 24 are shifted. The connecting metal layer 29 and the sealing metal layer 28 are formed of the same metal material, and the connecting metal layer 29 and the sealing metal layer 28 can be formed simultaneously and substantially in the same thickness. .

また、センサ基板１において接続用金属層１９は、他の金属配線に対して積層してあり、積層部位の厚み寸法が接続用金属層１９のみの部位よりも大きくなっている。そこで、センサ基板１において接続用金属層１９と他の金属配線との積層部位は、電極形成基板２と重ね合わせたときに電極形成基板２に設けた変位用凹所２１に位置するように位置が決められている。 Further, in the sensor substrate 1, the connecting metal layer 19 is laminated with respect to other metal wirings, and the thickness dimension of the laminated part is larger than the part of the connecting metal layer 19 alone. Therefore, in the sensor substrate 1, the laminated portion of the connection metal layer 19 and the other metal wiring is positioned so as to be positioned in the displacement recess 21 provided in the electrode formation substrate 2 when it is superimposed on the electrode formation substrate 2. Is decided.

封止用金属層２８と接続用金属層２９とは、接合用のＡｕ膜を表面に備え、Ａｕ膜と絶縁膜２３との間には密着性改善用のＴｉ膜を介在させてある。つまり、封止用金属層２８と接続用金属層２９とは、絶縁膜２３上に形成されたＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上に形成されたＡｕ膜との積層膜により形成されている。 The sealing metal layer 28 and the connection metal layer 29 are provided with a bonding Au film on the surface, and a Ti film for improving adhesion is interposed between the Au film and the insulating film 23. That is, the sealing metal layer 28 and the connection metal layer 29 are formed of a laminated film of a Ti film formed on the insulating film 23 and an Au film formed on the Ti film.

なお、封止用金属層２８と接続用金属層２９とは、Ｔｉ膜の膜厚を１５〜５０ｎｍ、Ａｕ膜の膜厚を５００ｎｍに設定してある（なお、接合の信頼性を確保するためには、５００ｎｍ以下とすることが望ましい）。ただし、これらの数値は一例であって限定する趣旨ではない。 The sealing metal layer 28 and the connecting metal layer 29 have a Ti film thickness set to 15 to 50 nm and an Au film thickness set to 500 nm (to ensure bonding reliability). Is preferably 500 nm or less). However, these numerical values are merely examples and are not intended to be limiting.

電極形成基板２の厚み方向の各面のうちセンサ基板１の対向面とは反対側の表面には、外部回路との接続用電極となる半田リフロー用のパッド電極２５が形成されている。各パッド電極２５は、各貫通孔配線２４の他端部にそれぞれ電気的に接続される。各パッド電極２５は、外周形状が矩形状（たとえば、正方形状）であり、電極形成基板２の表面に略等間隔で離間して配置されている。各パッド電極２５の大きさ、および隣り合うパッド電極２５の間の距離は、それぞれ半田リフローに適した大きさを下回らないように設計してある。 A solder reflow pad electrode 25 serving as an electrode for connection to an external circuit is formed on the surface of the electrode forming substrate 2 in the thickness direction opposite to the surface facing the sensor substrate 1. Each pad electrode 25 is electrically connected to the other end of each through-hole wiring 24. Each pad electrode 25 has a rectangular outer shape (for example, a square shape), and is arranged on the surface of the electrode forming substrate 2 at substantially equal intervals. The size of each pad electrode 25 and the distance between adjacent pad electrodes 25 are designed so as not to fall below a size suitable for solder reflow.

各パッド電極２５は、厚み方向に積層されたＴｉ膜とＣｕ膜とＮｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成されており、最上層がＡｕ膜となっている。各パッド電極２５は、厚み方向に積層された少なくとも二層の金属膜により構成され、かつ最上層の金属膜がＡｕにより形成されるとともに最上層直下の金属膜がＮｉにより形成されていれば、最上層の金属膜がＡｕで形成されていることにより酸化を防止することができ、また、最上層直下の金属膜がＮｉで形成されていることにより、Ｃｕにより形成されている場合に比べて半田に溶食されにくくなり、膜厚を薄くすることが可能になる。また、各パッド電極２５の厚み方向の最下層の金属膜がＴｉにより形成されていることにより、各パッド電極２５と絶縁膜２３との密着性を高めることができる。 Each pad electrode 25 is composed of a laminated film of a Ti film, a Cu film, a Ni film, and an Au film laminated in the thickness direction, and the uppermost layer is an Au film. Each pad electrode 25 is composed of at least two layers of metal films laminated in the thickness direction, and if the uppermost metal film is formed of Au and the metal film immediately below the uppermost layer is formed of Ni, Since the uppermost metal film is made of Au, oxidation can be prevented, and the metal film immediately below the uppermost layer is made of Ni, so that it can be compared with the case of being made of Cu. It becomes difficult to be eroded by the solder, and the film thickness can be reduced. Further, since the lowermost metal film in the thickness direction of each pad electrode 25 is formed of Ti, the adhesion between each pad electrode 25 and the insulating film 23 can be enhanced.

カバー基板３は、センサ基板１の厚み方向において電極形成基板２とは反対側の面に封着される。カバー基板３におけるセンサ基板１との対向面の中央部には、回路部Ｄｃとの対向部位において回路部Ｄｃとの接触を回避するための凹所３１が形成される。凹所３１の深さは、たとえば、１０〜１５μｍに設定される。凹所３１は、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して形成する。 The cover substrate 3 is sealed to the surface opposite to the electrode forming substrate 2 in the thickness direction of the sensor substrate 1. A recess 31 for avoiding contact with the circuit portion Dc is formed at a central portion of the surface of the cover substrate 3 facing the sensor substrate 1 at a portion facing the circuit portion Dc. The depth of the recess 31 is set to 10 to 15 μm, for example. The recess 31 is formed using a lithography technique and an etching technique.

凹所３１の周部には可動部１２の変位量を規制するストッパ３２が形成される。ストッパ３２はカバー基板３の上面から５〜１０μｍの深さに形成される。また、可動部１２が変位してストッパ３２に当接したときに回路部Ｄｃがストッパ３２に当接しないように、回路部Ｄｃとストッパ３２との位置関係が設定されている。この構成により、衝撃力が作用したときでも回路部Ｄｃがカバー基板３に衝突することによる回路部Ｄｃの破損が防止される。 A stopper 32 that restricts the amount of displacement of the movable portion 12 is formed in the peripheral portion of the recess 31. The stopper 32 is formed to a depth of 5 to 10 μm from the upper surface of the cover substrate 3. Further, the positional relationship between the circuit portion Dc and the stopper 32 is set so that the circuit portion Dc does not contact the stopper 32 when the movable portion 12 is displaced and contacts the stopper 32. With this configuration, even when an impact force is applied, the circuit portion Dc is prevented from being damaged due to the circuit portion Dc colliding with the cover substrate 3.

センサ基板１の製造工程について簡単に説明する。まず、図８（ａ）に示すように、シリコンのＳＯＩウェハ４０において活性層１０ｃを設けていない裏面側に回路部Ｄｃを形成する。次に、図８（ｂ）のように、シリコン深彫り用のＤ−ＲＩＥ（ＤｅｅｐＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）により貫通孔４１を形成する。この貫通孔４１に、図８（ｃ）のようにメッキ等によりＣｕなどの導電材料を充填し、貫通孔配線１５を形成する。さらに、貫通孔配線１５と回路部Ｄｃとを接続する配線２７をＡｌ−Ｓｉなどの導電材料により形成する。 The manufacturing process of the sensor substrate 1 will be briefly described. First, as shown in FIG. 8A, a circuit portion Dc is formed on the back side of the silicon SOI wafer 40 where the active layer 10c is not provided. Next, as shown in FIG. 8B, the through hole 41 is formed by D-RIE (Deep Reactive Ion Etching) for deep silicon engraving. The through hole 41 is filled with a conductive material such as Cu by plating or the like as shown in FIG. Further, the wiring 27 that connects the through-hole wiring 15 and the circuit portion Dc is formed of a conductive material such as Al—Si.

その後、図８（ｄ）のように、シリコン深彫り用のＤ−ＲＩＥによりＳＯＩウェハ４０における活性層１０ｃに可動部１２および撓み部１３となる溝部４２を形成する。このとき、ＳＯＩウェハ４０の埋込酸化膜としての絶縁層１０ｂがエッチングのストッパとして機能する。 Thereafter, as shown in FIG. 8D, a groove portion 42 to be the movable portion 12 and the bending portion 13 is formed in the active layer 10c of the SOI wafer 40 by D-RIE for deep silicon engraving. At this time, the insulating layer 10b as a buried oxide film of the SOI wafer 40 functions as an etching stopper.

さらに、図８（ｅ）のように、溝部４２の形成後にフッ酸を用いて絶縁層１０ｂをエッチングすることにより可動部１２を分離し、センサ基板１を形成する。センサ基板１の表面（図８における上面）には、電極形成基板２との接合のための接合材料および貫通孔配線１５との電気的接続を行うための導電材料によりパターンを形成する。また、センサ基板１の裏面（図８における下面）においてカバー基板３と接合する部位はシリコンを露出させた平坦面にしておく。 Further, as shown in FIG. 8E, the movable portion 12 is separated by etching the insulating layer 10b using hydrofluoric acid after the groove portion 42 is formed, and the sensor substrate 1 is formed. A pattern is formed on the surface of the sensor substrate 1 (upper surface in FIG. 8) using a bonding material for bonding to the electrode forming substrate 2 and a conductive material for electrical connection to the through-hole wiring 15. In addition, a portion to be bonded to the cover substrate 3 on the back surface (the lower surface in FIG. 8) of the sensor substrate 1 is a flat surface where silicon is exposed.

また、電極形成基板２においてセンサ基板１と対向する面の中央部には、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液（ＴＭＡＨ）を用いた異方性エッチングにより変位用凹所２１を形成する。さらに、シリコン深彫り用のＤ−ＲＩＥを用いて貫通孔を形成した後に、貫通孔にメッキ等によりＣｕなどの導電材料を充填し、貫通孔配線２４を形成する。その後、電極形成基板２においてセンサ基板１との非対向面にパッド電極２５を形成するとともに、センサ基板１との対向面にセンサ基板１との接合材料とセンサ基板との電気的接続を行うための導電材料とによるパターンを形成する。 Further, a displacement recess 21 is formed at the center of the surface of the electrode forming substrate 2 facing the sensor substrate 1 by anisotropic etching using a tetramethylammonium hydroxide aqueous solution (TMAH). Further, after forming a through hole using D-RIE for deep silicon engraving, the through hole is filled with a conductive material such as Cu by plating or the like to form the through hole wiring 24. Thereafter, the pad electrode 25 is formed on the non-opposing surface of the electrode forming substrate 2 with respect to the sensor substrate 1, and the bonding material with the sensor substrate 1 and the sensor substrate are electrically connected to the opposing surface of the sensor substrate 1 with each other. A pattern of the conductive material is formed.

カバー基板３には、センサ基板１と対向する面の中央部において、ＴＭＡＨを用いた異方性エッチングによりストッパ３２の深さまでの窪みを形成し、さらに窪みの中央部に凹所３１の深さまでＴＭＡＨを用いた異方性エッチングを施す。カバー基板３には導電材料や接合材料は適用せず、シリコンを露出させておく。また、センサ基板１との対向部位は平坦面に形成しておく。 In the cover substrate 3, a recess up to the depth of the stopper 32 is formed by anisotropic etching using TMAH at the center of the surface facing the sensor substrate 1, and further up to the depth of the recess 31 in the center of the recess. Anisotropic etching using TMAH is performed. No conductive material or bonding material is applied to the cover substrate 3, and silicon is exposed. Further, a portion facing the sensor substrate 1 is formed on a flat surface.

上述のように形成した電極形成基板２およびカバー基板３を、図８（ｆ）のように、センサ基板１の表裏にそれぞれ接合することにより、センサ装置が形成される。つまり、センサ基板１と電極形成基板２とは接合材料からなる封止用金属層１８，２８により接合され、センサ基板１とカバー基板３とはシリコン同士で接合する。 The electrode forming substrate 2 and the cover substrate 3 formed as described above are bonded to the front and back of the sensor substrate 1 as shown in FIG. That is, the sensor substrate 1 and the electrode forming substrate 2 are joined by the sealing metal layers 18 and 28 made of a joining material, and the sensor substrate 1 and the cover substrate 3 are joined by silicon.

上述した工程によって、ウェハレベルパッケージのセンサ装置を形成することができ、しかもワイヤボンディングやフリップチップ実装を行う必要がなく、可動部１２の厚み内で回路部Ｄｃを設けるから低背のセンサ装置を形成することができる。また、センサ装置の内部において回路部Ｄｃを形成するスペースを別途に設けるのではなく、可動部１２の一部を回路部Ｄｃの形成スペースとして利用しているから、回路部Ｄｃを内蔵しながらも実装面積が増大することがなく、センサ単体の実装スペースで回路部Ｄｃを備えたセンサ装置の実装が可能になる。 Through the above-described steps, a sensor device for a wafer level package can be formed, and it is not necessary to perform wire bonding or flip chip mounting, and the circuit portion Dc is provided within the thickness of the movable portion 12. Can be formed. In addition, a space for forming the circuit portion Dc is not provided separately inside the sensor device, but a part of the movable portion 12 is used as a space for forming the circuit portion Dc. The mounting area does not increase, and the sensor device including the circuit unit Dc can be mounted in the mounting space of the sensor alone.

また、上述した加速度センサを製造するにあたっては、実際には、個々のセンサ装置を上述の工程で製造するのではなく、多数個のセンサ基板１を形成したＳＯＩウェハと、多数個の電極形成基板２を形成したシリコンウェハと、多数個のカバー基板３を形成したシリコンウェハとをウェハレベルで互いに接合した後に、ダイシング工程により個別に切断分離する。ウェハレベルでの接合時には、センサ基板１に形成された封止用金属層１８および接続用金属層１９と、電極形成基板２に形成された封止用金属層２８および接続用金属層２９とが互いに接合されることによりセンサ基板１に電極形成基板２が接合される。また、センサ基板１とカバー基板３とは互いの対向面の周部同士が接合される。このような製造工程を採用することにより、電極形成基板２とカバー基板３とがセンサ基板１と同じ外形寸法になり、小型のチップサイズパッケージを容易に製造することができる。 In manufacturing the above-described acceleration sensor, actually, each sensor device is not manufactured by the above-described process, but an SOI wafer on which a large number of sensor substrates 1 are formed and a large number of electrode-formed substrates. After the silicon wafer on which 2 is formed and the silicon wafer on which a large number of cover substrates 3 are formed are bonded to each other at the wafer level, they are individually cut and separated by a dicing process. At the time of bonding at the wafer level, the sealing metal layer 18 and the connection metal layer 19 formed on the sensor substrate 1, and the sealing metal layer 28 and the connection metal layer 29 formed on the electrode forming substrate 2 are formed. The electrode forming substrate 2 is bonded to the sensor substrate 1 by being bonded to each other. Further, the sensor substrate 1 and the cover substrate 3 are joined to each other at the peripheral portions of the opposing surfaces. By adopting such a manufacturing process, the electrode forming substrate 2 and the cover substrate 3 have the same outer dimensions as the sensor substrate 1, and a small chip size package can be easily manufactured.

ところで、センサ基板１と電極形成基板２およびカバー基板３との接合方法としては、接合後におけるセンサ基板１の残留応力を少なくすることが望ましい。したがって、低温での接合が可能な接合方法を採用することが望ましい。そこで、本実施形態では、常温接合法を採用している。 By the way, as a joining method of the sensor substrate 1, the electrode formation substrate 2, and the cover substrate 3, it is desirable to reduce the residual stress of the sensor substrate 1 after joining. Therefore, it is desirable to employ a bonding method that enables bonding at a low temperature. Therefore, in this embodiment, a room temperature bonding method is adopted.

常温接合法では、接合前に互いの接合面へアルゴンのプラズマもしくはイオンビームもしくは原子ビームを真空中で照射することにより、各接合面の清浄化および活性化を行い、次に接合面同士を接触させ、常温下で適宜の荷重を印加する。このとき、封止用金属層１８と封止用金属層２８とが接合されると同時に、接続用金属層１９と接続用金属層２９とが接合され、また常温下でセンサ基板１の支持部１１とカバー基板３の周部とが接合される。 In the room temperature bonding method, each bonding surface is cleaned and activated by irradiating the bonding surfaces with argon plasma, ion beam or atomic beam in vacuum before bonding, and then the bonding surfaces are brought into contact with each other. And apply an appropriate load at room temperature. At this time, the sealing metal layer 18 and the sealing metal layer 28 are bonded together, and at the same time, the connection metal layer 19 and the connection metal layer 29 are bonded, and the support portion of the sensor substrate 1 at room temperature. 11 and the peripheral portion of the cover substrate 3 are joined.

本実施形態のセンサ装置では、センサ基板１と電極形成基板２との間の接合がＡｕ−Ａｕ接合になり、センサ基板１とカバー基板３との接合がＳｉ−Ｓｉ接合になる。また、本実施形態では、センサ基板１と電極形成基板２とカバー基板３とが同じ半導体材料であるＳｉにより形成されているので、センサ基板１と電極形成基板２とカバー基板３との線膨張率差に起因した応力（センサ基板１における残留応力）がブリッジ回路Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚの出力に与える影響を低減できる。つまり、電極形成基板２とカバー基板３とがセンサ基板１とは異なる材料により形成されている場合に比較すると、製品毎のセンサ特性のばらつきを低減することができる。 In the sensor device of this embodiment, the bonding between the sensor substrate 1 and the electrode forming substrate 2 is an Au—Au bonding, and the bonding between the sensor substrate 1 and the cover substrate 3 is an Si—Si bonding. In the present embodiment, since the sensor substrate 1, the electrode formation substrate 2, and the cover substrate 3 are formed of Si, which is the same semiconductor material, the linear expansion of the sensor substrate 1, the electrode formation substrate 2, and the cover substrate 3 is performed. It is possible to reduce the influence of stress (residual stress in the sensor substrate 1) resulting from the rate difference on the outputs of the bridge circuits Bx, By, Bz. That is, as compared with the case where the electrode forming substrate 2 and the cover substrate 3 are formed of a material different from that of the sensor substrate 1, variations in sensor characteristics for each product can be reduced.

ここに、互いに接合される接続用金属層１９，２９と封止用金属層１８，２８とにそれぞれ同じ金属材料を用いているので、接続用金属層１９と接続用金属層２９との接合と封止用金属層１８と封止用金属層２８との接合とを同時に行うことが可能であり、接合箇所ごとに半田を供給する工程およびリフロー工程を伴う製造方法に比較すると、製造工程の大幅な簡素化が図れるとともに、センサ基板１の厚み方向における電極形成基板２の位置精度を高めることができる。なお、上述した構成例では、センサ基板１の形成にＳＯＩウェハを用いているが、この構成は必須ではなく、ＳＯＩウェハに代えて、たとえばシリコンウェハを採用してもよい。 Here, since the same metal material is used for each of the connecting metal layers 19 and 29 and the sealing metal layers 18 and 28 to be joined to each other, the joining of the connecting metal layer 19 and the connecting metal layer 29 is performed. Bonding of the sealing metal layer 18 and the sealing metal layer 28 can be performed at the same time. Compared with a manufacturing method involving a process of supplying solder and a reflow process at each joint location, the manufacturing process is greatly increased. In addition, the positional accuracy of the electrode forming substrate 2 in the thickness direction of the sensor substrate 1 can be increased. In the configuration example described above, an SOI wafer is used to form the sensor substrate 1, but this configuration is not essential, and a silicon wafer, for example, may be employed instead of the SOI wafer.

上述した加速度センサでは、電極形成基板２においてセンサ基板１との対向面とは反対側の表面にパッド電極２５が形成されているので、インターポーザを用いることなく半田リフローにより実装基板に実装することが可能である。 In the acceleration sensor described above, since the pad electrode 25 is formed on the surface of the electrode forming substrate 2 opposite to the surface facing the sensor substrate 1, it can be mounted on the mounting substrate by solder reflow without using an interposer. Is possible.

（実施形態２）
実施形態１では、可動部１２においてカバー基板３との対向部位に回路部Ｄｃを形成していたが、本実施形態では、図９および図１０に示すように、可動部１２における活性層１０ｃにも回路部Ｄｃを形成しているものである。この構成を採用すれば、大規模な回路部Ｄｃであってもセンサ装置に内蔵することができる。また、回路部Ｄｃにおいて一部構成を分離して配置する場合（たとえば、電源回路と増幅回路とを分離するような場合）には、可動部１２の変位方向の両面に回路部Ｄｃを分離して配置することにより、特性の向上が期待できる。 (Embodiment 2)
In the first embodiment, the circuit portion Dc is formed in the movable portion 12 at the portion facing the cover substrate 3. However, in the present embodiment, as shown in FIGS. 9 and 10, the active layer 10 c in the movable portion 12 is formed on the active layer 10 c. The circuit portion Dc is also formed. By adopting this configuration, even a large-scale circuit unit Dc can be built in the sensor device. Further, when a part of the configuration is separated and arranged in the circuit unit Dc (for example, when the power supply circuit and the amplifier circuit are separated), the circuit unit Dc is separated on both sides in the displacement direction of the movable unit 12. Therefore, improvement in characteristics can be expected.

図１０に示すように、回路部Ｄｃはカバー基板３だけではなく、電極形成基板２とも対向しているから、電極形成基板２に形成した変位用凹所２１の中央部において可動部１２が変位したときに回路部Ｄｃが電極形成基板２に接触するのを避けるための待避凹所２６を形成している。したがって、衝撃力などが作用して可動部１２が電極形成基板２に接触しても、可動部１２の周部が待避凹所２６の周囲において変位用凹所２１の内底面に当接し、変位用凹所２１のこの部位が可動部１２のストッパとして機能するから、回路部Ｄｃが電極形成基板２に衝突することによる回路部Ｄｃの破損を防止することができる。他の構成および動作は実施形態１と同様である。 As shown in FIG. 10, since the circuit portion Dc faces not only the cover substrate 3 but also the electrode forming substrate 2, the movable portion 12 is displaced at the central portion of the displacement recess 21 formed in the electrode forming substrate 2. Thus, a recess 26 is formed to prevent the circuit portion Dc from coming into contact with the electrode forming substrate 2. Therefore, even when the movable part 12 contacts the electrode forming substrate 2 due to an impact force or the like, the peripheral part of the movable part 12 comes into contact with the inner bottom surface of the displacement recess 21 around the retracting recess 26 and is displaced. Since this part of the recess 21 functions as a stopper for the movable part 12, it is possible to prevent the circuit part Dc from being damaged by the circuit part Dc colliding with the electrode forming substrate 2. Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment.

（実施形態３）
本実施形態は、実施形態２よりもさらに回路部Ｄｃを形成する部位を拡張したものである。すなわち、実施形態１および実施形態２は可動部１２にのみ回路部Ｄｃを形成する構成を示しているが、本実施形態では図１１および図１２に示すように、支持部１１において電極形成基板２と対向する部位にも回路部Ｄｃを形成する領域を設けている。回路部Ｄｃは支持部１１における活性層１０ｃに形成される。 (Embodiment 3)
In the present embodiment, the part for forming the circuit portion Dc is further expanded as compared with the second embodiment. That is, although Embodiment 1 and Embodiment 2 show the configuration in which the circuit portion Dc is formed only on the movable portion 12, in this embodiment, as shown in FIGS. A region for forming the circuit portion Dc is also provided at a portion facing the. The circuit part Dc is formed in the active layer 10 c in the support part 11.

この構成を採用することにより、回路部Ｄｃが大規模であっても対応可能になり、高機能化が期待できる。回路部Ｄｃを支持部１１に設けること以外は実施形態２と同様であるから説明を省略する。 By adopting this configuration, it is possible to cope with a large-scale circuit unit Dc, and high functionality can be expected. Since it is the same as that of Embodiment 2 except providing the circuit part Dc in the support part 11, description is abbreviate | omitted.

上述した各実施形態では、いずれも主錘部１２ａに回路部Ｄｃを設けているから、実施形態３のように支持部１１に回路部Ｄｃを設ける場合であってさえも、回路部Ｄｃを支持部１１にのみ設ける場合に比較すると、同規模の回路部Ｄｃを設ける場合において、支持部１１の面積を小さくすることが可能である。したがって、センサ基板１の体積のうち主錘部１２ａが占める割合を大きくすることが可能になり、センサ基板１の面積が等しいとすれば、主錘部１２ａの質量を大きくして感度を高めることが可能になる。また、主錘部１２ａの質量を変えなければ、センサ基板１の面積を小さくして小型のセンサ装置を構成することが可能である。 In each of the embodiments described above, since the circuit portion Dc is provided on the main weight portion 12a, the circuit portion Dc is supported even when the circuit portion Dc is provided on the support portion 11 as in the third embodiment. Compared with the case where only the part 11 is provided, the area of the support part 11 can be reduced when the circuit part Dc of the same scale is provided. Therefore, it is possible to increase the ratio of the main weight portion 12a in the volume of the sensor substrate 1, and if the area of the sensor substrate 1 is equal, the mass of the main weight portion 12a is increased to increase sensitivity. Is possible. Further, if the mass of the main weight portion 12a is not changed, it is possible to reduce the area of the sensor substrate 1 and configure a small sensor device.

実施形態１の断面図である。1 is a cross-sectional view of Embodiment 1. FIG. 同上に用いるセンサ基板を示す平面図である。It is a top view which shows the sensor board | substrate used for the same as the above. 同上に用いるセンサ基板のセンシング部を示す要部平面図である。It is a principal part top view which shows the sensing part of the sensor board | substrate used for the same as the above. 図３のＢ−Ａ′線断面における縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view in the BA 'line cross section of FIG. 図３のＡ−Ａ′線断面における縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view in the AA 'line cross section of FIG. 図２のＡ−Ａ′線断面に相当する縦断面図である。FIG. 3 is a longitudinal sectional view corresponding to a cross section taken along line AA ′ of FIG. 2. 同上におけるセンシング部の回路図である。It is a circuit diagram of the sensing part in the same as the above. 同上の製造工程を示す工程図である。It is process drawing which shows a manufacturing process same as the above. 実施形態２に用いるセンサ基板の平面図である。6 is a plan view of a sensor substrate used in Embodiment 2. FIG. 同上の図９におけるＡ−Ａ′線断面に相当する階段断面図である。FIG. 10 is a step cross-sectional view corresponding to a cross section taken along line AA ′ in FIG. 実施形態３に用いるセンサ基板の平面図である。It is a top view of the sensor board | substrate used for Embodiment 3. FIG. 同上の図１１におけるＡ−Ａ′線断面に相当する階段断面図である。FIG. 12 is a step cross-sectional view corresponding to a cross section taken along line AA ′ in FIG. 11. 従来構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a conventional structure.

Explanation of symbols

１センサ基板
２電極形成基板（ケース基板）
３カバー基板（ケース基板）
１１支持部
１２可動部
１２ａ主錘部
１２ｂ補助錘部
１３撓み部
１５貫通孔配線
２１変位用凹所
２６待避凹所
３２ストッパ
Ｄｃ回路部
Ｄｓセンシング部 1 Sensor substrate 2 Electrode forming substrate (case substrate)
3 Cover substrate (case substrate)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Support part 12 Movable part 12a Main weight part 12b Auxiliary weight part 13 Deflection part 15 Through-hole wiring 21 Displacement recess 26 Retraction recess 32 Stopper Dc Circuit part Ds Sensing part

Claims

A sensor substrate that is formed of a semiconductor substrate and has a movable portion that is allowed to move at least in the thickness direction, and has a sensing portion that converts the displacement of the movable portion into an electric quantity, and is laminated on both sides of the sensor substrate in the thickness direction. And a case substrate that forms a space in which the movable portion is displaced on the surface facing the sensor substrate, and a circuit portion that is formed as an integrated circuit on the semiconductor substrate and cooperates with the sensing portion, and at least a part of the circuit portion is the movable portion. The movable portion has a through-hole wiring penetrating between the one surface and the other surface, and one end of the through-hole wiring is electrically connected to the circuit portion provided on the one surface of the movable portion. A sensor device that is connected.

The sensor device according to claim 1, wherein a part of the circuit unit is formed on the other surface of the movable unit.

The stopper which controls the displacement of a movable part is formed in the non-opposing part with the said circuit part formed in the movable part among the opposing surfaces with the said movable part in the said case board | substrate. The sensor device according to claim 2.

The movable portion includes a main weight portion connected to the support portion, and a plurality of auxiliary weight portions that are integral with the main weight portion and arranged around the main weight portion, and the through-hole wiring is auxiliary The sensor device according to any one of claims 1 to 3, wherein each auxiliary weight portion is provided so that a mass combined with the weight portion is balanced in the main weight portion.

The movable portion includes a main weight portion connected to the support portion, and a plurality of auxiliary weight portions that are integrated with the main weight portion and arranged around the main weight portion, and the through-hole wiring is the main wiring portion. The sensor device according to any one of claims 1 to 3, wherein the sensor device is provided on a weight portion.

6. The sensor device according to claim 1, wherein the case substrate and the sensor substrate form a wafer level package.