JP2009115499A - Physical quantity sensor and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、特に、SOI基板を用いて形成した加速度センサ等の物理量センサ及びその製造方法に関する。 The present invention particularly relates to a physical quantity sensor such as an acceleration sensor formed using an SOI substrate and a method for manufacturing the same.
下記の各特許文献には、MEMS(微小電気機械システム:Micro ElectroMechanical System)技術を用いて形成された加速度センサが開示されている。 Each of the following patent documents discloses an acceleration sensor formed using a MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology.
例えば特許文献1では、支持基板/絶縁層(特許文献1では埋め込み酸化膜22と記載されている)/SOI層より成るSOI(Silicon on Insulator)基板を用いて、前記SOI層に、加速度センサを構成する可動部(特許文献1には可動導電領域R1と記載されている)等を形成し、前記SOI層上にキャップ(蓋体)を被せた構造が開示されている。
しかしながら従来の加速度センサの構造では以下の問題点があった。
SOI層で形成された配線層の段差を被い気密性を確保する有効な手段が無かった。
However, the structure of the conventional acceleration sensor has the following problems.
There was no effective means for covering the step of the wiring layer formed of the SOI layer and ensuring hermeticity.
特許文献1の加速度センサの構造では、SOI層上面をキャップ(蓋体)に対する接合面としている。そして気密性を確保するため素子外周と同時に各パッド面上でも接合する必要があり接合箇所が多く、気密性を確保することが困難であった。
In the structure of the acceleration sensor of
また接合面積を十分確保するためにパッドサイズや位置、間隔を制限することが必要であった。 In addition, it is necessary to limit the pad size, position, and interval in order to ensure a sufficient bonding area.
また十分な強度と信頼性を得るには、パッドサイズや間隔が広くなり、小型化に相反する結果となった。 In addition, in order to obtain sufficient strength and reliability, the pad size and spacing were widened, which resulted in conflict with miniaturization.
また特許文献1の構造では、SOI層を介して可動部の変位量を検出するための可動電極及び固定電極と電極パッド(特許文献1におけるパッド電極P1〜P6)間を電気的に繋ぐために電気抵抗が大きくなるといった問題があった。
Moreover, in the structure of
特許文献2、及び特許文献3に記載された構成では、可動電極及び固定電極とパッド電極間を繋ぐ配線層を絶縁層の内部に埋め込んで形成しているが、配線構造が複雑化するし、また上記した気密性の向上と電気抵抗の低減を図ることが可能な構造とはなっていない。
In the configurations described in
このように従来では、SOI基板を用いて形成した加速度センサ等の物理量センサにおいて、気密性の向上と電気抵抗の低減を同時に得られる構造は存在しなかった。 Thus, conventionally, in a physical quantity sensor such as an acceleration sensor formed using an SOI substrate, there is no structure that can simultaneously improve airtightness and reduce electrical resistance.
そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、SOI基板を用いて形成した加速度センサ等の物理量センサにおいて、気密性の向上と、電極パッドと可動部の変位量を検出するための検出部との間の電気抵抗の低減を同時に得ることが可能な物理量センサを提供することを目的としている。 Accordingly, the present invention is to solve the above-described conventional problems, and in particular, in a physical quantity sensor such as an acceleration sensor formed using an SOI substrate, the airtightness is improved and the displacement amount of the electrode pad and the movable part is detected. It is an object of the present invention to provide a physical quantity sensor capable of simultaneously obtaining a reduction in electrical resistance with a detection unit.
本発明は、支持基板/絶縁層/SOI層より成るSOI基板を用いて形成された物理量センサにおいて、
前記SOI層には、前記絶縁層が除去された前記支持基板の上方に位置する可動部と、前記可動部を支持し前記絶縁層上に形成された支持部と、前記可動部の変位量を検出するための検出部が形成されており、
金属で形成された配線層が前記検出部との電気的な接続位置から前記絶縁層上に前記SOI層より薄い膜厚で延出し、前記配線層の先端部に金属で形成された電極パッドが接続されており、
前記可動部、前記支持部、及び前記検出部の上方を覆う蓋体の側壁部が前記SOI層の周囲にある前記絶縁層上及び、前記配線層上を横断する位置に接合されて、前記蓋体の側壁部の外側に前記電極パッドが露出していることを特徴とするものである。
The present invention relates to a physical quantity sensor formed using an SOI substrate comprising a support substrate / insulating layer / SOI layer.
The SOI layer includes a movable part positioned above the support substrate from which the insulating layer has been removed, a support part that supports the movable part and is formed on the insulating layer, and a displacement amount of the movable part. The detection part for detecting is formed,
A wiring layer formed of metal extends from the electrical connection position with the detection unit on the insulating layer with a thickness smaller than that of the SOI layer, and an electrode pad formed of metal at the tip of the wiring layer is provided. Connected,
A side wall portion of a lid that covers the movable portion, the support portion, and the detection portion is joined to a position crossing the insulating layer and the wiring layer around the SOI layer, and the lid The electrode pad is exposed outside the side wall of the body.
これにより、前記蓋体の側壁部に対する接合段差を従来に比べて小さくできるとともに、金属で形成された前記配線層の配線経路を従来より短くできる。よって従来の構造に比べて気密性を向上させることができるとともに検出部と電極パッド間の電気抵抗を低減させることができる。 As a result, the junction step with respect to the side wall of the lid can be made smaller than before, and the wiring path of the wiring layer made of metal can be made shorter than before. Therefore, the airtightness can be improved as compared with the conventional structure, and the electrical resistance between the detection unit and the electrode pad can be reduced.
また本発明では、前記側壁部と前記絶縁層及び前記配線層との間には、前記蓋体の側壁部の下に位置する前記絶縁層を等方性エッチング工程から保護するための絶縁性の保護層が形成されていることが好ましい。これにより、前記蓋体の側壁部の下側の前記絶縁層が除去されず残っており、より効果的に、前記蓋体の側壁部に対する接合段差を従来に比べて小さくできる。 In the present invention, the insulating layer for protecting the insulating layer located under the side wall portion of the lid from the isotropic etching process between the side wall portion and the insulating layer and the wiring layer. A protective layer is preferably formed. Thereby, the insulating layer below the side wall portion of the lid body remains without being removed, and the junction step with respect to the side wall portion of the lid body can be more effectively reduced as compared with the conventional case.
また本発明では、前記検出部は、交互に並設された櫛歯状の可動電極と固定電極とで構成され、前記可動電極は、前記絶縁層が除去された前記支持基板の上方に位置して前記可動部と一体化しており、前記固定電極は前記可動部から離れて前記絶縁層上に固定支持されており、前記可動部の変位量は前記可動電極と固定電極間の静電容量変化に基づき検出される構造にできる。これにより静電容量型の物理センサを構成できる。 Further, in the present invention, the detection unit includes comb-shaped movable electrodes and fixed electrodes that are alternately arranged in parallel, and the movable electrode is positioned above the support substrate from which the insulating layer has been removed. And the fixed electrode is fixedly supported on the insulating layer apart from the movable part, and the displacement amount of the movable part is a change in capacitance between the movable electrode and the fixed electrode. The structure can be detected based on Thereby, a capacitance type physical sensor can be configured.
また本発明では、前記配線層は、前記絶縁層の表面に形成された凹部内に形成されることが好ましい。これにより、より効果的に、前記蓋体の側壁部に対する接合段差を従来に比べて小さくできる。 In the present invention, it is preferable that the wiring layer is formed in a recess formed on the surface of the insulating layer. Thereby, the junction level | step difference with respect to the side wall part of the said cover body can be made small more effectively than before.
本発明は、支持基板/絶縁層/SOI層より成るSOI基板を用いて形成する物理量センサの製造方法において、
SOI層に可動部、前記可動部を支持する支持部及び前記可動部の変位量を検出するための検出部を形成し、不要な前記SOI層を除去する工程、
露出した前記絶縁層上に前記検出部に電気的に接続する配線層を金属で形成する工程、
前記配線層の先端部に電極パッドを金属で形成する工程、
前記可動部と前記支持基板の間に位置する前記絶縁層を等方性エッチング工程により除去する工程、
裏面に側壁部より凹部が形成された蓋体を用いて、前記可動部及び前記検出部を前記凹部内に収納するとともに、前記側壁部を、前記SOI層の周囲にある前記絶縁層上、及び前記配線層上を横断する位置に接合して、前記側壁部の外側に前記電極パッドを露出させる工程、
を有することを特徴とするものである。
The present invention relates to a method of manufacturing a physical quantity sensor formed using an SOI substrate comprising a support substrate / insulating layer / SOI layer.
Forming a movable part on the SOI layer, a support part for supporting the movable part, and a detection part for detecting a displacement amount of the movable part, and removing the unnecessary SOI layer;
Forming a wiring layer electrically connected to the detection unit on the exposed insulating layer with a metal;
Forming an electrode pad with a metal at the tip of the wiring layer;
Removing the insulating layer located between the movable part and the support substrate by an isotropic etching process;
Using a lid having a recess formed on the back surface from the side wall, the movable portion and the detection unit are housed in the recess, and the side wall is placed on the insulating layer around the SOI layer, and Bonding to a position crossing over the wiring layer, exposing the electrode pad outside the sidewall portion;
It is characterized by having.
あるいは本発明は、支持基板/絶縁層/SOI層より成るSOI基板を用いて形成する物理量センサの製造方法において、
SOI層に可動部、前記可動部を支持する支持部及び前記可動部の変位量を検出するための検出部を形成するのに必要なSOI層を残し、不要な前記SOI層を除去する工程、
露出した前記絶縁層上に前記検出部に電気的に接続するための配線層を金属で形成する工程、
前記配線層の先端部に電極パッドを金属で形成する工程、
残された前記SOI層に前記可動部、前記支持部及び前記検出部を形成する工程、
前記可動部と前記支持基板の間に位置する絶縁層を等方性エッチング工程により除去する工程、
裏面に側壁部より凹部が形成された蓋体を用いて、前記可動部及び前記検出部を前記凹部内に収納するとともに、前記側壁部を、前記SOI層の周囲にある前記絶縁層上及び前記配線層上を横断する位置に接合して、前記側壁部の外側に前記電極パッドを露出させる工程、
を有することを特徴とするものである。
Alternatively, the present invention relates to a method of manufacturing a physical quantity sensor formed using an SOI substrate comprising a support substrate / insulating layer / SOI layer.
Leaving the SOI layer necessary to form a movable part, a support part for supporting the movable part, and a detection part for detecting a displacement amount of the movable part in the SOI layer, and removing the unnecessary SOI layer;
Forming a wiring layer for electrically connecting to the detection unit on the exposed insulating layer with a metal;
Forming an electrode pad with a metal at the tip of the wiring layer;
Forming the movable part, the support part, and the detection part in the remaining SOI layer;
Removing an insulating layer located between the movable part and the support substrate by an isotropic etching process;
The movable body and the detection unit are housed in the recess using a lid having a recess formed on the back surface from the side wall, and the side wall is placed on the insulating layer around the SOI layer and the Bonding to a position crossing over the wiring layer, exposing the electrode pad outside the side wall,
It is characterized by having.
本発明によれば簡単且つ適切に、前記蓋体の側壁部に対する接合段差を従来に比べて小さくできるとともに、金属で形成された前記配線層の配線経路を従来より短く形成できる。 According to the present invention, it is possible to easily and appropriately reduce the joining step with respect to the side wall portion of the lid body as compared with the conventional case, and to form the wiring path of the wiring layer made of metal shorter than the conventional one.
また本発明では、交互に並設される櫛歯状の可動電極と固定電極とを備え、前記可動部の変位量を静電容量変化に基づき検出するための前記検出部を形成し、このとき前記可動電極を前記可動部の側端部に一体に形成し、前記固定電極を前記可動部から離して形成し、前記等方性エッチング工程にて、前記可動電極と前記支持基板との間に位置する前記絶縁層を除去する一方、前記固定電極を、前記絶縁層上にて固定支持した状態に保つ構造に形成できる。 In the present invention, a comb-like movable electrode and a fixed electrode, which are alternately arranged, are provided, and the detection unit for detecting the displacement amount of the movable unit based on a change in capacitance is formed. The movable electrode is integrally formed on a side end portion of the movable portion, the fixed electrode is formed away from the movable portion, and the isotropic etching step is performed between the movable electrode and the support substrate. While the insulating layer located is removed, the fixed electrode can be formed in a structure that is fixedly supported on the insulating layer.
また本発明では、前記等方性エッチング工程の前に、少なくとも、前記側壁部の接合領域にある前記絶縁層上に等方性エッチング工程から保護するための絶縁性の保護層を形成し、その後、前記等方性エッチング工程を行い、前記蓋体の側壁部を前記保護層上に設けることが好ましい。これにより、より効果的に、前記側壁部に対する接合段差を小さくすることができる。 Further, in the present invention, before the isotropic etching step, an insulating protective layer for protecting from the isotropic etching step is formed on at least the insulating layer in the junction region of the side wall, and thereafter It is preferable to perform the isotropic etching step and provide a side wall portion of the lid on the protective layer. Thereby, the junction level | step difference with respect to the said side wall part can be reduced more effectively.
また本発明では、前記配線層をスパッタで形成することが好ましい。これにより前記配線層を適切且つ簡単に薄い膜厚で形成することができる。 In the present invention, the wiring layer is preferably formed by sputtering. As a result, the wiring layer can be formed appropriately and easily with a thin film thickness.
また本発明では、前記電極パッドを、前記配線層の先端部上あるいは下に金属層を重ねて形成することが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the electrode pad is formed by overlapping a metal layer on or below the tip of the wiring layer.
本発明の物理量センサによれば、蓋体の側壁部に対する接合段差を従来に比べて小さくできるとともに、金属で形成された配線層の配線経路を従来より短くできる。よって従来の構造に比べて気密性を向上させることができるとともに検出部と電極パッド間の電気抵抗を低減させることができる。 According to the physical quantity sensor of the present invention, it is possible to reduce the joining step with respect to the side wall portion of the lid as compared with the conventional case, and it is possible to shorten the wiring path of the wiring layer formed of metal. Therefore, the airtightness can be improved as compared with the conventional structure, and the electrical resistance between the detection unit and the electrode pad can be reduced.
図1は、本実施形態における加速度センサの平面図(ただし蓋体は側壁部を点線で示した)、図2は、図1に示す加速度センサをA−A線から膜厚方向(Z方向)に切断し矢印方向に見た断面図、図3、図4は、図2とは一部異なる他の実施形態の加速度センサの断面図、である。 FIG. 1 is a plan view of an acceleration sensor according to the present embodiment (however, the lid shows a side wall with a dotted line), and FIG. 2 shows the acceleration sensor shown in FIG. FIG. 3 and FIG. 4 are cross-sectional views of an acceleration sensor according to another embodiment partially different from FIG. 2.
図1に示す加速度センサ1は、SOI(Silicon on Insulator)基板2を用いて形成される。前記SOI基板2は、シリコンで形成された支持基板3と、シリコン層で形成されたSOI層5と、前記支持基板3とSOI層5の間に位置する例えばSiO2で形成された絶縁層4の積層構造である。前記支持基板3の膜厚は、0.4〜0.7mm、前記絶縁層4の膜厚は、1〜2μm、前記SOI層5の膜厚は、10〜30μmである。
The
図1、図2に示すように前記SOI層5には可動部6、前記可動部6を支持する支持部10、前記可動部6の変位量を検出するための検出部12が形成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図1に示すように前記可動部6は、錘部7と、前記錘部7の図示X方向の両側に形成されたばね部9とを備える。また前記ばね部9の前記錘部7との反対側には支持部10がSOI層5にて形成されており、前記支持部10は前記絶縁層4上に固定支持されている。
As shown in FIG. 1, the
前記検出部12は、前記可動部6の図示Y方向に長い対向電極対として設けられる。前記検出部12は、可動電極8と固定電極11とを備えて構成される。前記可動電極8は櫛歯形状で図示X方向に所定の間隔を空けて前記可動部6と一体となって形成される。一方、前記固定電極11は図示X方向に所定の間隔を空け、前記可動電極8と交互に並設される櫛歯状部11aと、前記櫛歯状部11aを連結する連結部11bとで構成される。前記固定電極11は前記可動部6から離れており、少なくとも前記連結部11bの一部が前記絶縁層4上に固定支持されている。
The
図1,図2に示すように前記可動部6及び可動電極8と、前記支持基板3との間には前記絶縁層4が形成されておらず空間S1が形成されている。なお前記空間S1は、前記固定電極11の櫛歯状部11aの下にも形成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the insulating
上記に記載したように、前記SOI層5は、可動部6、検出部12及び支持部10のみに残され、それ以外の箇所には残されていない。前記空間S1が形成される領域を除いて前記絶縁層4は前記支持基板3上に残されている。
As described above, the
図1,図2に示すように、前記絶縁層4上には前記固定電極11及び一方の支持部10に電気的に接続される配線層13が図示X方向に延出形成されている。前記支持部10に接続された配線層13は、前記可動電極8に電気的に接続された状態になっている。前記配線層13は金属で形成され、例えばスパッタ法にて成膜される。前記配線層13の膜厚は、前記SOI層5の膜厚より薄い。上記したように前記SOI層5の膜厚は、10〜30μmであり、一方、前記配線層13の膜厚は、0.1〜2μmである。前記配線層13はAlやAu等で形成される。あるいは密着層やバリア層としてのTi、Ta、Cu等との積層構造でもよい。
As shown in FIGS. 1 and 2, a
図2に示すように、前記配線層13の先端部13aは面積が大きい矩形状で形成された電極パッド14の一部を構成している。前記電極パッド14は前記配線層13の先端部13a上あるいは下にAlやAu等で形成された金属層15が積層された構成となっている。前記金属層15は例えばAuメッキ層である。
As shown in FIG. 2, the
図1,図2に示すように、前記絶縁層4上及び配線層13上には、絶縁性の保護層16が形成されている。前記保護層16は、ウエットエッチングやドライエッチングによる等方性エッチング工程にて除去されない材質であることが必要である。前記保護層16はAl2O3やSiN等でスパッタやCVD成膜される。前記保護層16は図2に示すように、前記可動部6及び可動電極8の下方の絶縁層4を等方性エッチング工程で除去して空間S1を形成するときに、同じように、前記SOI層5の周囲に広がる絶縁層4が除去されないようにするために設けられたものである。
As shown in FIGS. 1 and 2, an insulating
図1,図2に示すように、前記可動部6、前記支持部10、及び前記検出部12の上方を覆う蓋体17の裏面側には周囲から下方向に突き出す側壁部17aが形成され、前記側壁部17aに囲まれた凹部17bが形成される。前記蓋体17が、前記可動部6、前記支持部10、及び前記検出部12の上方を覆うことで、前記蓋体17と前記可動部6の間に空間S2が形成される。前記蓋体17の材質は限定されないが、例えば、ガラスやシリコンで形成される。
As shown in FIGS. 1 and 2, a
図1,図2に示すように、前記蓋体17の側壁部17aは、前記SOI層5の周囲に広がる前記保護層16上に設けられるとともに前記配線層13の上方を横断するように形成されて、前記電極パッド14が前記側壁部17aの外側にて露出した構成となっている。例えば、前記側壁部17aは前記保護層16上に接着層を介して接合される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図1、図2に示す加速度センサ1では、加速度が生じて前記可動部6が図示X方向に平行な方向に変位したとき、前記可動電極8と固定電極11間の距離が変化することで、静電容量が変化し、静電容量変化に基づいて可動部6の変位を検出できる。図1の形態では、可動部6に設けられた2組の可動電極8の各櫛歯に対して、一方の固定電極11の各櫛歯の相対的な位置と、他方の固定電極11の各櫛歯の相対的な位置とは図示X方向と平行な方向であって互いに異なる方向にずらして配置されている。そのため、前記可動部6が変位したときに、前記可動部6の両側で可動電極8と固定電極11との間の静電容量変化が異なり、その結果、差動検出により精度の高い変位検出を行うことができるとともに加速度の向きを検出できる。
In the
図1,図2に示す本実施形態の加速度センサ1では、以下の点に特徴的部分がある。
前記SOI層5には、前記絶縁層4が除去された前記支持基板3の上方に位置する可動部6と、前記可動部6を支持する支持部10と、前記可動部6の変位量を検出するための検出部12が形成されており、それ以外の箇所に前記SOI層5は残されていない。
The
In the
そして、図1,図2に示すように、金属で形成された配線層13が、前記絶縁層4上に形成された保護層16下に前記SOI層5より薄い膜厚で延出し、前記配線層13の先端部13aに電極パッド14が形成されている。
これにより、金属で形成された前記配線層13の配線抵抗を低く抑えることができる。
As shown in FIGS. 1 and 2, a
Thereby, the wiring resistance of the
さらに、本実施形態では、不要なSOI層5を除き、前記可動部6の周囲に表面が平坦な絶縁層4を露出させ、前記絶縁層4上に保護層16を介して前記蓋体17の側壁部17aを接合している。前記配線層13が形成されている部分では、前記側壁部17aは前記配線層13の上方を横断するように設けられているが、前記配線層13の膜厚はSOI層5より薄く前記配線層13を形成したことによる凹凸段差を小さくできる。
Further, in the present embodiment, the insulating
したがって、前記蓋体17の側壁部17aに対する接合段差を従来に比べて小さくすることができる。
Therefore, the joining step with respect to the
以上により本実施形態の加速度センサ1の構成によれば、従来に比べて、気密性を向上させることができ、またSOI基板2に対する蓋体17の接合強度を高めることができ、さらに前記検出部12と前記電極パッド14間の電気抵抗を低減させることができる。
As described above, according to the configuration of the
また図1,図2に示すように、前記電極パッド14は前記蓋体17の側壁部17aの外側に露出して設けられている。前記電極パッド14は配線層13の先端部13aと例えばメッキで形成された金属層15とで構成されるため、パッド部のワイヤボンディング性が安定化され、検出部12と電極パッド14間の電気抵抗をより効果的に低減できるとともに、前記電極パッド14が形成されている以外の部分での膜厚を薄くすることができる。前記電極パッド14の膜厚は、0.5〜2μm程度である。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図1,図2に示す実施形態では、前記保護層16は、前記SOI層5の周囲に広がる絶縁層4上及び配線層13上の全域に形成されているが、例えば図3のように、前記側壁部17aの接合領域となる絶縁層4上及び配線層13上にのみ前記保護層16を形成した形態であってもよい。かかる場合、前記保護層16、配線層13、電極パッド14等で覆われず露出している前記絶縁層4は、前記可動部6下の絶縁層4を等方性エッチング工程した際に同じように除去されてしまうが、少なくとも、前記側壁部17aの接合領域となる部分の絶縁層4を残すことができる。ただし、図1,図2に示すように、前記前記保護層16を前記SOI層5の周囲に広がる絶縁層4上の全域に形成したほうが、前記蓋体17を前記保護層16上に簡単かつ適切に接合できて好適である。
In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the
また図4に示すように、前記配線層13が前記絶縁層4の表面に形成された凹部4a内に形成されると、前記蓋体17の側壁部17aに対する接合段差をより効果的に小さくできる。
As shown in FIG. 4, when the
特に前記配線層13の表面13bと前記絶縁層4の表面4bとが同一面上となるように前記配線層13の膜厚と凹部4aの深さとを制御すれば、前記側壁部17aに対する接合領域を高精度に平坦化でき、前記蓋体17による気密性をより効果的に向上でき、またSOI基板2に対する蓋体17の接合強度をより効果的に高めることができる。また、前記蓋体17の接合方法として接着層による接合以外に常温接合等の他の基板接合技術を用いることも可能になる。
In particular, if the thickness of the
本実施形態における加速度センサ1の製造方法について図5ないし図10を用いて説明する。各図の(a)は、製造工程中における加速度センサ1の平面図、(b)は、図2と同じ位置での断面図を示す。
A method of manufacturing the
図5に示す工程では、支持基板3/絶縁層4/SOI層5より成るSOI基板2の前記SOI層5に可動部6、前記可動部6を支持する支持部10及び検出部12を形成するのに必要なSOI層5を残し、それ以外の不要な前記SOI層5をドライエッチングにて除去する。除去された部分では前記絶縁層4が露出する。
In the process shown in FIG. 5, the
次に図6に示す工程では、露出した前記絶縁層4上に検出部12を構成する可動電極8及び固定電極11と電気的に接続される金属の配線層13を、前記SOI層5より薄い膜厚で形成する。このとき前記配線層13をスパッタ成膜することが好ましい。前記配線層13を例えばAlで形成する。
Next, in the step shown in FIG. 6, the
また図5に示す工程では、前記配線層13の先端部13aを面積の大きい矩形状の電極パッド形状で形成し、さらに前記先端部13a上にAu等をメッキした金属層15を形成する。この実施形態では、前記配線層13の先端部13aと前記金属層15とで電極パッド14を構成している。
In the step shown in FIG. 5, the
続いて図7に示す工程では、前記SOI層5や前記電極パッド14上を例えばレジスト層(図示しない)で保護した状態で、前記レジスト層に覆われていない前記絶縁層4上及び前記配線層13上にAl2O3やSiN等からなる絶縁性の保護層16を例えばスパッタやCVD成膜する。前記保護層16は、後の図9工程で行われる等方性エッチング工程にて除去されない材質で形成される。
7, the
続いて図8に示す工程では、図5工程にて残されたSOI層5に錘部7及びばね部9より成る前記可動部6、前記支持部10及び、可動電極8と固定電極11からなる検出部12をドライエッチングにて形成する。このとき前記錘部7には絶縁層4にまで通じる多数の微細孔(図示しない)を形成しておく。
Subsequently, in the process shown in FIG. 8, the
続いて図9に示す工程では、前記可動部6と前記支持基板3との間に形成されている絶縁層4を等方性エッチング工程にて除去する。上記したように前記錘部7には多数の微細孔を形成しているため、前記微細孔を通して前記可動部6の下側にある絶縁層4を適切に等方性エッチング工程にて除去することができる。また可動電極8と固定電極11の櫛歯状部11a間の露出部分から、可動電極8下及び前記固定電極11の櫛歯状部11a下に至る絶縁層4の部分も等方性エッチング工程にて除去される。ただし、前記保護層16の下、電極パッド14の下、前記支持部10の下及び前記固定電極11のうち少なくとも連結部11bの下にある絶縁層4は前記等方性エッチング工程にて除去されず残される。
Subsequently, in the process shown in FIG. 9, the insulating
続いて図10に示す工程では、裏面の周囲から側壁部17aが下方に向けて突出形成され、前記側壁部17aに囲まれた凹部17bを有する蓋体17を用いて、前記可動部6、前記検出部12及び前記支持部10を前記凹部17b内に収納する。このとき、前記蓋体17の側壁部17aを前記可動部6の周囲に広がる絶縁層4上に形成された保護層16上に例えば接着層(図示しない)を介して接合するとともに、前記配線層13の上方を横断するように配置して、前記側壁部17aの外側に前記電極パッド14を露出させる。
Subsequently, in the step shown in FIG. 10, the
上記の加速度センサ1の製造方法では、図5の工程で、大まかに必要なSOI層5を残し、図8工程で、残されたSOI層5に対して可動部6、検出部12、及び支持部10を形成したが、図11に示すように、最初から、SOI層5に対して精密に可動部6、固定電極11、支持部10をドライエッチングにて形成してもよい。図11工程の次は、図6、図7、図9、及び図10の順に製造工程を進めればよい。
In the method for manufacturing the
また図7工程では、残されたSOI層5及び電極パッド14の部分を除く絶縁層4上及び配線層13上の全域に絶縁性の保護層16を形成していたが、図12に示すように、図10工程で、蓋体17の側壁部17aの接合領域となる絶縁層4上及び配線層13上にのみ保護層16を設けてもよい。このとき、前記保護層16の幅寸法は前記側壁部17aの幅寸法よりも大きく形成しておくことで等方性エッチング工程による回り込みによっても前記保護層16下に前記絶縁層4を適切に残すことができる。前記側壁部17aの幅寸法は50〜200μmであり、前記保護層16の幅寸法は100〜300μmとすることが好適である。
In the step of FIG. 7, the insulating
図12に示す製造工程を用いると、図9の等方性エッチング工程で、前記保護層16等に覆われず露出している前記SOI層5の周囲に広がっている絶縁層4も等方性エッチング工程にて除去されてしまうが、図12のように蓋体17の側壁部17aとの接合領域として、枠形状の絶縁層4及び保護層16が残されていればよい。ただし、図7工程のように、前記SOI層5の周囲に広がる露出している絶縁層4上の全域に保護層16を形成したほうが、図10工程での蓋体17の接合を簡単且つ適切に行えて好適である。
When the manufacturing process shown in FIG. 12 is used, in the isotropic etching process of FIG. 9, the insulating
また、本実施形態では、例えば、図7工程での保護層の形成を行わず、図8工程、図9の等方性エッチング工程を行った後、絶縁層4が除去されたSOI層5の周囲の支持基板3上に新たに絶縁層を形成してもよい。ただし図7の保護層16の製造工程を設けたほうが、製造工程を簡単にでき、また図10工程での蓋体17の接合を簡単且つ適切に行えて好適である。
In the present embodiment, for example, the protective layer is not formed in the step of FIG. 7, and the
また図4の形態の加速度センサ1を形成するには、図5工程後、図6工程前に、露出している絶縁層4の表面にドライエッチングにて凹部4aを形成し、続く図6工程にて前記凹部4a内に前記配線層13を形成すればよい。
Further, in order to form the
また図13に示すように多数の加速度センサを同時に形成することも可能である。なお図13では可動部6や配線層13、電極パッド14等を省略して図示している。
Further, as shown in FIG. 13, a large number of acceleration sensors can be formed simultaneously. In FIG. 13, the
SOI基板2に多数の加速度センサを図5ないし図9に示す工程に基づいて形成し、続いて図13に示すように、多数の蓋体17が連結した蓋集合体30をSOI基板2上に被せて接合する。そして図13に示す一点鎖線の部分から切断することで、多数の加速度センサを同時に得ることができる。
上記した本実施形態の加速度センサの製造方法では、以下の点に特徴的部分がある。
A large number of acceleration sensors are formed on the
The above-described method for manufacturing an acceleration sensor according to this embodiment has the following characteristic features.
本実施形態では、SOI層5に可動部6、前記可動部6を支持する支持部10及び前記可動部6の変位量を検出するための検出部12を形成し、そのほかの不要な前記SOI層5を除去する工程がある。
In this embodiment, the
次に、SOI層5の除去により露出した絶縁層4上に前記検出部12に電気的に接続する前記SOI層5よりも薄い膜厚の配線層13及び電極パッド14を金属で形成する工程がある。
Next, a step of forming a
そして、前記可動部6と前記支持基板3の間に位置する前記絶縁層4を等方性エッチング工程により除去した後、蓋体17にて、前記可動部6及び前記検出部12を前記蓋体17に形成された凹部内に収納する工程がある。このとき本実施形態では、前記蓋体17の側壁部17aを、前記可動部6の周囲にある前記絶縁層4上及び前記配線層13上を横断する位置に接合して、前記側壁部17aの外側に前記電極パッド14を露出させている。
Then, after the insulating
上記したように本実施形態では、蓋体17の側壁部17aに対する接合領域の大部分を平坦な絶縁層4上にでき、また一部、配線層13上に重なる部分があるが前記配線層13の膜厚は前記SOI層5よりも薄い膜厚であり、前記側壁部17aに対する接合段差を従来に比べて小さくできる。しかも、金属で形成された前記配線層13を前記絶縁層4上に延出形成するため、検出部12から電極パッド14までの配線経路を従来より短く形成できる。以上により、従来に比べて気密性を向上させることができ、またSOI基板2に対する蓋体17の接合強度を高めることができ、さらに検出部12と電極パッド14間の電気抵抗を低減させることが可能な加速度センサ1を簡単且つ適切に製造することができる。
As described above, in the present embodiment, most of the junction region with respect to the
また本実施形態では、前記電極パッド14の部分にSOI層5を残す形態も可能であるが、前記電極パッド14を、金属で形成された前記配線層13の先端部13a上に金属層15を重ねて形成することで、検出部12と電極パッド14間の電気抵抗をより効果的に低減させることができるとともに、前記蓋体17の側壁部17aの外側に露出した前記電極パッド14の部分を薄い膜厚で形成することができる。
In the present embodiment, the
また本実施形態では図7工程に示すように、SOI層5の周囲に広がる絶縁層4上に等方性エッチング工程から保護するための保護層16を形成し、その後、前記等方性エッチング工程を行い、前記蓋体17の側壁部17aを前記保護層16上に接合することが好ましい。これにより、適切に前記蓋体17の側壁部17aの下側に前記絶縁層4を残すことができ、より効果的に、前記蓋体17の側壁部17aに対する接合段差を従来に比べて小さくできる。
In this embodiment, as shown in FIG. 7, a
上記した加速度センサ1は静電容量型であったが、検出部としてピエゾ素子を用いたピエゾ抵抗型等であってもよい。また上記した加速度センサ1は可動部6は図示X方向と平行な方向に変位したときのみを検出可能な1軸型であったが、図示X方向、図示Y方向、図示Z方向のうち、いずれか2方向と平行な方向への変位を検出可能な2軸型、図示X方向、図示Y方向及び図示Z方向の各方向と平行な方向への変位を検出可能な3軸型であってもよい。
本実施形態は加速度センサのみならず角速度センサ等にも適用可能である。
The
This embodiment can be applied not only to an acceleration sensor but also to an angular velocity sensor or the like.
1 加速度センサ
2 SOI基板
3 支持基板
4 絶縁層
5 SOI層
6 可動部
7 錘部
8 可動電極
9 ばね部
10 支持部
11 固定電極
12 検出部
13 配線層
14 電極パッド
16 保護層
17 蓋体
17a (蓋体の)側壁部
30 蓋集合体
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記SOI層には、前記絶縁層が除去された前記支持基板の上方に位置する可動部と、前記可動部を支持し前記絶縁層上に形成された支持部と、前記可動部の変位量を検出するための検出部が形成されており、
金属で形成された配線層が前記検出部との電気的な接続位置から前記絶縁層上に前記SOI層より薄い膜厚で延出し、前記配線層の先端部に金属で形成された電極パッドが接続されており、
前記可動部、前記支持部、及び前記検出部の上方を覆う蓋体の側壁部が前記SOI層の周囲にある前記絶縁層上及び、前記配線層上を横断する位置に接合されて、前記蓋体の側壁部の外側に前記電極パッドが露出していることを特徴とする物理量センサ。 In a physical quantity sensor formed using an SOI substrate comprising a support substrate / insulating layer / SOI layer,
The SOI layer includes a movable part positioned above the support substrate from which the insulating layer has been removed, a support part that supports the movable part and is formed on the insulating layer, and a displacement amount of the movable part. The detection part for detecting is formed,
A wiring layer formed of metal extends from the electrical connection position with the detection unit on the insulating layer with a film thickness thinner than that of the SOI layer, and an electrode pad formed of metal is formed at the tip of the wiring layer. Connected,
A side wall portion of a lid that covers the movable portion, the support portion, and the detection portion is joined to a position crossing the insulating layer and the wiring layer around the SOI layer, and the lid A physical quantity sensor, wherein the electrode pad is exposed outside a side wall of the body.
SOI層に可動部、前記可動部を支持する支持部及び前記可動部の変位量を検出するための検出部を形成し、不要な前記SOI層を除去する工程、
露出した前記絶縁層上に前記検出部に電気的に接続する配線層を金属で形成する工程、
前記配線層の先端部に電極パッドを金属で形成する工程、
前記可動部と前記支持基板の間に位置する前記絶縁層を等方性エッチング工程により除去する工程、
裏面に側壁部より凹部が形成された蓋体を用いて、前記可動部及び前記検出部を前記凹部内に収納するとともに、前記側壁部を、前記SOI層の周囲にある前記絶縁層上、及び前記配線層上を横断する位置に接合して、前記側壁部の外側に前記電極パッドを露出させる工程、
を有することを特徴とする物理量センサの製造方法。 In a manufacturing method of a physical quantity sensor formed using an SOI substrate comprising a support substrate / insulating layer / SOI layer,
Forming a movable part on the SOI layer, a support part for supporting the movable part, and a detection part for detecting a displacement amount of the movable part, and removing the unnecessary SOI layer;
Forming a wiring layer electrically connected to the detection unit on the exposed insulating layer with a metal;
Forming an electrode pad with a metal at the tip of the wiring layer;
Removing the insulating layer located between the movable part and the support substrate by an isotropic etching process;
Using a lid having a recess formed on the back surface from the side wall, the movable portion and the detection unit are housed in the recess, and the side wall is placed on the insulating layer around the SOI layer, and Bonding to a position crossing over the wiring layer, exposing the electrode pad outside the sidewall portion;
A method of manufacturing a physical quantity sensor, comprising:
SOI層に可動部、前記可動部を支持する支持部及び前記可動部の変位量を検出するための検出部を形成するのに必要なSOI層を残し、不要な前記SOI層を除去する工程、
露出した前記絶縁層上に前記検出部に電気的に接続するための配線層を金属で形成する工程、
前記配線層の先端部に電極パッドを金属で形成する工程、
残された前記SOI層に前記可動部、前記支持部及び前記検出部を形成する工程、
前記可動部と前記支持基板の間に位置する絶縁層を等方性エッチング工程により除去する工程、
裏面に側壁部より凹部が形成された蓋体を用いて、前記可動部及び前記検出部を前記凹部内に収納するとともに、前記側壁部を、前記SOI層の周囲にある前記絶縁層上及び前記配線層上を横断する位置に接合して、前記側壁部の外側に前記電極パッドを露出させる工程、
を有することを特徴とする物理量センサの製造方法。 In a manufacturing method of a physical quantity sensor formed using an SOI substrate comprising a support substrate / insulating layer / SOI layer,
Leaving the SOI layer necessary to form a movable part, a support part for supporting the movable part, and a detection part for detecting a displacement amount of the movable part in the SOI layer, and removing the unnecessary SOI layer;
Forming a wiring layer for electrically connecting to the detection unit on the exposed insulating layer with a metal;
Forming an electrode pad with a metal at the tip of the wiring layer;
Forming the movable part, the support part, and the detection part in the remaining SOI layer;
Removing an insulating layer located between the movable part and the support substrate by an isotropic etching process;
The movable body and the detection unit are housed in the recess using a lid having a recess formed on the back surface from the side wall, and the side wall is placed on the insulating layer around the SOI layer and the Bonding to a position crossing over the wiring layer, exposing the electrode pad outside the side wall,
A method of manufacturing a physical quantity sensor, comprising:
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JP2007286215A JP2009115499A (en) | 2007-11-02 | 2007-11-02 | Physical quantity sensor and its manufacturing method |
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JP2014027585A (en) * | 2012-07-30 | 2014-02-06 | Seiko Epson Corp | Manufacturing method for electronic component and manufacturing method for electronic module |
-
2007
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