JP2010145260A - Method for manufacturing mems sensor, and mems - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a MEMS sensor wherein a wafer used as a weight part is hardly damaged. <P>SOLUTION: This method is described as follows: a laminated structure is formed, which includes a support part, a flexible part having flexibility with one end bonded to the support part, a connection part bonded to the other end of the flexible part, and a detection part for detecting deformation of the flexible part; a heterogeneous domain which is heterogeneous from a residual part is formed in an object domain of the wafer circumscribed with a domain used as the weight part to be bonded to a bottom surface of the connection part; a domain of the residual part used as the weight part inside the heterogeneous domain is bonded to the bottom surface of the connection part; and the heterogeneous domain is removed from the wafer bonded to the connection part. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明はMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)センサの製造方法およびMEMSセンサに関する。   The present invention relates to a method of manufacturing a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) sensor and a MEMS sensor.

従来、錘部に結合している可撓部の変形を電気信号に変換する、加速度センサ、振動ジャイロスコープなどのMEMSセンサが知られている(例えば特許文献1、2参照)。このようなMEMSセンサにおいては、錘部の側面は錘部となるシリコンウエハやガラスウエハのダイシングによって形成される。
特開平8−54413号公報 特許第2892788号公報 特開平6−324076号公報
2. Description of the Related Art Conventionally, MEMS sensors such as an acceleration sensor and a vibration gyroscope that convert deformation of a flexible portion coupled to a weight portion into an electrical signal are known (see, for example, Patent Documents 1 and 2). In such a MEMS sensor, the side surface of the weight portion is formed by dicing a silicon wafer or a glass wafer that becomes the weight portion.
JP-A-8-54413 Japanese Patent No. 2892788 JP-A-6-324076

しかし、錘部となるウエハをダイシングする工程ではウエハとダイサーの回転刃との摩擦力によってウエハが損傷したり先に形成された薄い可撓部が損傷したりしやすい。   However, in the process of dicing the wafer to be the weight part, the wafer is easily damaged by the frictional force between the wafer and the rotary blade of the dicer, or the thin flexible part previously formed is easily damaged.

本発明はこの問題を解決するために創作されたものであって、錘部となるウエハが損傷しにくいMEMSセンサの製造方法を提供することを目的の1つとする。   The present invention was created to solve this problem, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a MEMS sensor in which a wafer serving as a weight portion is less likely to be damaged.

(1)上記目的を達成するためのMEMSセンサの製造方法は、支持部と、一端が前記支持部と結合し可撓性を有する可撓部と、前記可撓部の他端に結合している連結部と、前記可撓部の変形を検出する検出部とを備える積層構造体を形成し、前記連結部の底面に結合する錘部となる領域に外接するウエハの対象領域に残部とは異質の異質領域を形成し、前記異質領域の内側にあって前記錘部となる前記残部の領域を前記連結部の底面に接合し、前記連結部に接合された前記ウエハから前記異質領域を除去する、ことを含む。   (1) A manufacturing method of a MEMS sensor for achieving the above object includes: a supporting part; a flexible part having one end coupled to the supporting part and having flexibility; and the other end of the flexible part. Forming a laminated structure including a connecting portion and a detecting portion for detecting deformation of the flexible portion, and a remaining portion in a target region of the wafer circumscribing a region to be a weight portion coupled to a bottom surface of the connecting portion. A heterogeneous heterogeneous region is formed, the remaining region that is inside the heterogeneous region and becomes the weight portion is bonded to the bottom surface of the connecting portion, and the extraneous region is removed from the wafer bonded to the connecting portion. Including.

本発明によると、ウエハからエッチングにより異質領域を除去することによって錘部をウエハ内でリリースできるため、錘部となるウエハが破損しにくい。なお、本明細書では、錘部に対する可撓部の位置関係を上として「上」と「底」の用語を用いる。   According to the present invention, since the weight portion can be released in the wafer by removing the heterogeneous region from the wafer by etching, the wafer serving as the weight portion is not easily damaged. In the present specification, the terms “upper” and “bottom” are used with the positional relationship of the flexible part with respect to the weight part as the upper part.

(2)上記目的を達成するためのMEMSセンサの製造方法において、前記ウエハは感光性ガラスからなり、露光によって前記対象領域を結晶化することによって前記異質領域を形成してもよい。
本発明によると、異質領域となる犠牲膜を形成する必要がないため、製造工程を簡素化することができる。
(2) In the MEMS sensor manufacturing method for achieving the above object, the wafer may be made of photosensitive glass, and the heterogeneous region may be formed by crystallizing the target region by exposure.
According to the present invention, since it is not necessary to form a sacrificial film that becomes a heterogeneous region, the manufacturing process can be simplified.

(3)上記目的を達成するためのMEMSセンサの製造方法において、前記ウエハを前記連結部に接合する前に前記ウエハの上面側から前記異質領域の表層を除去し、前記ウエハを前記連結部に接合した後に前記ウエハの底面側から前記異質領域の残部を除去してもよい。
本発明によると、ウエハを連結部に接合した後に異質領域を除去するために実施するエッチングの時間を短縮できるため、エッチングによって積層構造体に与えられるダメージを低減することができる。
(3) In the MEMS sensor manufacturing method for achieving the above object, the surface layer of the heterogeneous region is removed from the upper surface side of the wafer before bonding the wafer to the connecting portion, and the wafer is used as the connecting portion. After the bonding, the remaining part of the heterogeneous region may be removed from the bottom surface side of the wafer.
According to the present invention, it is possible to reduce the etching time performed to remove the heterogeneous region after the wafer is bonded to the connecting portion, so that it is possible to reduce the damage given to the laminated structure by the etching.

(4)上記目的を達成するためのMEMSセンサの製造方法において、レンズによって集光したレーザ光を照射することによって前記対象領域を結晶化してもよい。
本発明によると、露光する対象領域を自由に制御できるため、錘部の形状を自由に設計することができる。
(4) In the method of manufacturing a MEMS sensor for achieving the above object, the target region may be crystallized by irradiating a laser beam condensed by a lens.
According to the present invention, since the target area to be exposed can be freely controlled, the shape of the weight portion can be freely designed.

(5)上記目的を達成するためのMEMSセンサの製造方法において、前記連結部の底面と前記支持部の底面とに樹脂層を介して前記ウエハを接着し、前記支持部のパターンと前記錘部のパターンとは一部が重なり合い、前記支持部の底面に接合された前記樹脂層が前記錘部と前記支持部との緩衝層となってもよい。
本発明によると、連結部と錘部との接着に用いる樹脂層を錘部と支持部との緩衝層として形成するため、対衝撃性能が高いMEMSセンサを簡素な構造で実現することができる。なお、本明細書において「パターン」とは連結部の底面に対して垂直な方向から見た形状をいうものとする。
(5) In the MEMS sensor manufacturing method for achieving the above object, the wafer is bonded to the bottom surface of the connecting portion and the bottom surface of the support portion via a resin layer, and the pattern of the support portion and the weight portion A part of the pattern may overlap, and the resin layer bonded to the bottom surface of the support portion may serve as a buffer layer between the weight portion and the support portion.
According to the present invention, since the resin layer used for adhesion between the connecting portion and the weight portion is formed as a buffer layer between the weight portion and the support portion, a MEMS sensor with high impact resistance can be realized with a simple structure. In the present specification, the “pattern” refers to a shape viewed from a direction perpendicular to the bottom surface of the connecting portion.

(6)上記目的を達成するためのMEMSセンサの製造方法において、前記連結部の底面と前記支持部の底面とに前記ウエハを直接接合してもよい。
本発明によると、連結部と錘部とを強固に接合することができる。
(6) In the MEMS sensor manufacturing method for achieving the above object, the wafer may be directly bonded to the bottom surface of the connection portion and the bottom surface of the support portion.
According to the present invention, the connecting portion and the weight portion can be firmly joined.

(7)上記目的を達成するためのMEMSセンサは、支持部と、一端が前記支持部と結合し可撓性を有する可撓部と、前記可撓部の他端に結合している連結部と、結晶化ガラスからなり前記連結部の底面に接合された錘部と、前記錘部の運動に伴う前記可撓部の変形を検出する検出部と、を備える。
本発明によると、連結部に接合される錘部が結晶化ガラスからなるため、錘部となるウエハが製造工程において破損しにくい。
(7) A MEMS sensor for achieving the above object includes a support part, a flexible part having one end coupled to the support part and having flexibility, and a connecting part coupled to the other end of the flexible part. And a weight part made of crystallized glass and joined to the bottom surface of the connecting part, and a detection part for detecting deformation of the flexible part accompanying the movement of the weight part.
According to the present invention, since the weight portion joined to the connecting portion is made of crystallized glass, the wafer serving as the weight portion is not easily damaged in the manufacturing process.

尚、請求項に記載された動作の順序は、技術的な阻害要因がない限りにおいて記載順に限定されず、同時に実行されても良いし、記載順の逆順に実行されても良いし、連続した順序で実行されなくても良い。また、請求項に記載された動作の順序は、技術的な阻害要因がない限りにおいて記載順に限定されず、同時に実行されても良いし、記載順の逆順に実行されても良いし、連続した順序で実行されなくても良い。   The order of the operations described in the claims is not limited to the order of description as long as there is no technical obstruction factor, and may be executed at the same time, may be executed in the reverse order of the description order, or may be continuous. It does not have to be executed in order. Further, the order of the operations described in the claims is not limited to the order of description as long as there is no technical obstruction factor, and may be executed at the same time, may be executed in the reverse order of the description order, or may be continuous. It does not have to be executed in order.

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら説明する。尚、各図において対応する構成要素には同一の符号が付され、重複する説明は省略される。
1.第一実施形態
(構成)
本発明のMEMSセンサの第一実施形態であるモーションセンサを図1A、図1Bおよび図2に示す。図1Aはモーションセンサ1のセンサダイ1Aを示す断面図であって図1Bに示すAA線の断面図である。図1Bはセンサダイ1Aの上面図である。図2はモーションセンサ1を示す断面図である。図1Aおよび図2において、センサダイ1Aを構成する層の界面は破線で示し、センサダイ1Aを構成する機械的構成要素の境界は実線で示している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the corresponding component in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
1. First embodiment (Configuration)
A motion sensor which is a first embodiment of the MEMS sensor of the present invention is shown in FIG. 1A, FIG. 1B and FIG. 1A is a cross-sectional view showing a sensor die 1A of the motion sensor 1, and is a cross-sectional view taken along line AA shown in FIG. 1B. FIG. 1B is a top view of the sensor die 1A. FIG. 2 is a sectional view showing the motion sensor 1. In FIG. 1A and FIG. 2, the interface of the layer which comprises the sensor die 1A is shown with the broken line, and the boundary of the mechanical component which comprises the sensor die 1A is shown with the continuous line.

モーションセンサ1は互いに直交する3軸の加速度成分と角速度成分とを検出するためのMEMSセンサである。モーションセンサ1は、図2に示すパッケージ1Bと、パッケージ1Bに収容されたセンサダイ1Aとを備える。   The motion sensor 1 is a MEMS sensor for detecting a three-axis acceleration component and an angular velocity component orthogonal to each other. The motion sensor 1 includes a package 1B shown in FIG. 2 and a sensor die 1A accommodated in the package 1B.

センサダイ1Aは、図1Aに示すように、ベース層80と、厚層としての厚いシリコン層11と、エッチングストッパ層12と、薄層としての薄いシリコン層13と、第一絶縁層20と、電極層31、33と、圧電層32と、第二絶縁層40と、表面配線層50とからなる積層構造体である。ベース層80は、SiOとBとを混合したパイレックス(登録商標)等のガラスまたは結晶化ガラスからなる。ベース層80の厚さは300μmである。厚いシリコン層11と薄いシリコン層13はいずれも単結晶シリコン(Si)からなる。厚いシリコン層11の厚さは625μmである。薄いシリコン層13の厚さは10μmである。エッチングストッパ層12および第一絶縁層20はシリコン酸化膜(SiO)からなる。エッチングストッパ層12の厚さは1μmである。第一絶縁層20の厚さは0.5μmである。電極層31、33は、白金(Pt)からなる。電極層31、33の厚さは0.1μmである。圧電層32はPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)からなる。圧電層32の厚さは3μmである。第二絶縁層40は感光性ポリイミドからなる。第二絶縁層40の厚さは10μmである。表面配線層50はアルミニウム(Al)からなる。表面配線層50の厚さは0.5μmである。 As shown in FIG. 1A, the sensor die 1A includes a base layer 80, a thick silicon layer 11 as a thick layer, an etching stopper layer 12, a thin silicon layer 13 as a thin layer, a first insulating layer 20, and an electrode. This is a laminated structure including layers 31 and 33, a piezoelectric layer 32, a second insulating layer 40, and a surface wiring layer 50. The base layer 80 is made of glass such as Pyrex (registered trademark) or crystallized glass in which SiO 2 and B 2 O 3 are mixed. The thickness of the base layer 80 is 300 μm. Both the thick silicon layer 11 and the thin silicon layer 13 are made of single crystal silicon (Si). The thickness of the thick silicon layer 11 is 625 μm. The thickness of the thin silicon layer 13 is 10 μm. The etching stopper layer 12 and the first insulating layer 20 are made of a silicon oxide film (SiO 2 ). The thickness of the etching stopper layer 12 is 1 μm. The thickness of the first insulating layer 20 is 0.5 μm. The electrode layers 31 and 33 are made of platinum (Pt). The electrode layers 31 and 33 have a thickness of 0.1 μm. The piezoelectric layer 32 is made of PZT (lead zirconate titanate). The thickness of the piezoelectric layer 32 is 3 μm. The second insulating layer 40 is made of photosensitive polyimide. The thickness of the second insulating layer 40 is 10 μm. The surface wiring layer 50 is made of aluminum (Al). The thickness of the surface wiring layer 50 is 0.5 μm.

モーションセンサ1のセンサダイ1Aは、枠形の支持部Sと、支持部Sの内側に十文字形に配置された4つの梁Fと、4つの梁Fのそれぞれに結合している柱形の連結部Cと、連結部Cと結合している錘部Mと、4つの梁Fのそれぞれに設けられた検出手段としてのピエゾ抵抗素子131・検出用圧電素子30bと、4つの梁Fのそれぞれに設けられ4つの梁Fを撓ませることによって錘部Mを駆動する駆動用圧電素子30aとを備える。   A sensor die 1A of the motion sensor 1 includes a frame-shaped support portion S, four beams F arranged in a cross shape inside the support portion S, and a column-shaped connecting portion coupled to each of the four beams F. C, a weight portion M coupled to the connecting portion C, a piezoresistive element 131 as a detecting means provided on each of the four beams F, a detecting piezoelectric element 30b, and each of the four beams F And a driving piezoelectric element 30a for driving the weight M by bending the four beams F.

支持部Sは図1Bに示すように矩形枠の形態を有する。支持部Sは厚いシリコン層11、エッチングストッパ層12、薄いシリコン層13、第一絶縁層20および第二絶縁層40を含む。支持部Sは厚いシリコン層11を含み、ベース層80を介してパッケージ1Bに固定されるため、モーションセンサ1に固定された座標系において不動の実質的な剛体として振る舞う。支持部Sの底面にはベース層80の矩形枠形の部分が結合している。ベース層80の支持部Sに結合している部分の底面はパッケージ1Bの底面に接着層92を介して接合される。   The support portion S has a rectangular frame shape as shown in FIG. 1B. The support S includes a thick silicon layer 11, an etching stopper layer 12, a thin silicon layer 13, a first insulating layer 20, and a second insulating layer 40. Since the support portion S includes the thick silicon layer 11 and is fixed to the package 1B via the base layer 80, the support portion S behaves as a substantially rigid body that does not move in the coordinate system fixed to the motion sensor 1. A rectangular frame-shaped portion of the base layer 80 is coupled to the bottom surface of the support portion S. The bottom surface of the portion of the base layer 80 that is bonded to the support portion S is joined to the bottom surface of the package 1B via the adhesive layer 92.

可撓部としての4つの梁Fのそれぞれは片持ち梁の形態を有する。梁Fは薄いシリコン層13と第一絶縁層20と第二絶縁層40とを含む。梁Fは厚いシリコン層11を含まないため、可撓性を有する膜として振る舞う。4つの梁Fのそれぞれの一端は支持部Sの内側の4辺に結合している。支持部Sは不動の剛体として振る舞うため、モーションセンサ1に固定された座標系において梁Fの一端は固定端となる。4つの梁Fは支持部Sの内側の4辺から支持部Sの内側の空間の中央に向かって突出している。4つの梁Fのそれぞれの突端は連結部Cに結合している。錘部Mは連結部Cにのみ結合し、図2に示すようにパッケージ1Bの底面90aから浮いているため、連結部Cに結合している梁Fの突端はモーションセンサ1に固定された座標系において自由端として振る舞う。4つの梁Fは錘部Mの運動にともなってそれぞれ変形する。   Each of the four beams F as the flexible portion has a cantilever shape. The beam F includes a thin silicon layer 13, a first insulating layer 20, and a second insulating layer 40. Since the beam F does not include the thick silicon layer 11, the beam F behaves as a flexible film. One end of each of the four beams F is coupled to four sides inside the support portion S. Since the support portion S behaves as an immovable rigid body, one end of the beam F is a fixed end in the coordinate system fixed to the motion sensor 1. The four beams F protrude from the four sides inside the support part S toward the center of the space inside the support part S. The protruding ends of the four beams F are coupled to the connecting portion C. Since the weight portion M is coupled only to the connecting portion C and is lifted from the bottom surface 90a of the package 1B as shown in FIG. 2, the protruding end of the beam F coupled to the connecting portion C is a coordinate fixed to the motion sensor 1. Act as a free end in the system. The four beams F are deformed as the weight M moves.

錘部Mは、梁Fの厚さ方向から見て外周が矩形である板の形態を有する。錘部Mはベース層80からなる。錘部Mはベース層80を含むため実質的に剛体として振る舞う。錘部Mのパターン(連結部Cの底面に垂直な方向から見た形状であり、梁Fの厚さ方向から見た形状でもある。)と支持部Sの厚いシリコン層11のパターンとは一部が重なっている。具体的には、支持部Sの厚いシリコン層11の矩形の内周は錘部Mの矩形の外周よりも内側に位置し、錘部Mの外周近傍は支持部Sの厚いシリコン層11の底面と梁Fの厚さ方向において対向している。錘部Mの上面と支持部Sの厚いシリコン層11の底面との間には空隙Gが形成されている。空隙Gの高さに応じて錘部Mの運動範囲が規制される。すなわち支持部Sの厚いシリコン層11が錘部Mのストッパとして機能するため、空隙Gの高さに応じて梁Fの変形範囲が規制される。この空隙Gは錘部Mの上面の外周部に形成された環状凹部80aによって形成されている。   The weight part M has the form of a plate whose outer periphery is rectangular when viewed from the thickness direction of the beam F. The weight portion M includes a base layer 80. Since the weight part M includes the base layer 80, it behaves substantially as a rigid body. The pattern of the weight portion M (the shape seen from the direction perpendicular to the bottom surface of the connecting portion C and the shape seen from the thickness direction of the beam F) and the pattern of the thick silicon layer 11 of the support portion S are one. The parts overlap. Specifically, the rectangular inner periphery of the thick silicon layer 11 of the support part S is located inside the outer periphery of the rectangular part of the weight part M, and the vicinity of the outer periphery of the weight part M is the bottom surface of the thick silicon layer 11 of the support part S. And the beam F in the thickness direction. A gap G is formed between the upper surface of the weight portion M and the bottom surface of the thick silicon layer 11 of the support portion S. Depending on the height of the gap G, the range of motion of the weight M is regulated. That is, since the thick silicon layer 11 of the support portion S functions as a stopper for the weight portion M, the deformation range of the beam F is restricted according to the height of the gap G. The gap G is formed by an annular recess 80a formed on the outer peripheral portion of the upper surface of the weight portion M.

連結部Cは厚いシリコン層11の四角柱形の部分と、エッチングストッパ層12の四角柱形の部分と、薄いシリコン層13と第一絶縁層20と第二絶縁層40の4つの梁Fに囲まれた四角柱形の部分とで構成されている。連結部Cは厚いシリコン層13を含むため実質的に剛体として振る舞う。4つの梁Fに結合している連結部Cの底面は錘部Mの上面に結合している。すなわち連結部Cは錘部Mと4つの梁Fとを連結している。連結部Cの形状と寸法は、連結部Cが錘部Mと梁Fとを連結し、錘部Mと一体に運動する実質的な剛体として振る舞うように設定すればよいが、梁Fと錘部Mとに熱膨張係数の差がある場合には、梁Fと錘部Mとの熱膨張係数の差によって発生する応力が薄い梁Fに伝達しないように連結部Cを構成する厚いシリコン層11の厚さは厚い方が好ましい。このため、本実施形態では厚いシリコン層11をバルク材料である単結晶シリコンウエハから構成している。   The connecting portion C is formed by four prisms F of the thick silicon layer 11, the quadrangular column of the etching stopper layer 12, the thin silicon layer 13, the first insulating layer 20, and the second insulating layer 40. It is composed of an enclosed quadrangular prism. Since the connecting portion C includes the thick silicon layer 13, it behaves substantially as a rigid body. The bottom surface of the connecting portion C connected to the four beams F is connected to the upper surface of the weight portion M. That is, the connecting part C connects the weight part M and the four beams F. The shape and dimensions of the connecting portion C may be set so that the connecting portion C connects the weight portion M and the beam F and behaves as a substantially rigid body that moves integrally with the weight portion M. When there is a difference in thermal expansion coefficient between the part M and the thick silicon layer constituting the connecting part C so that the stress generated by the difference in thermal expansion coefficient between the beam F and the weight part M is not transmitted to the thin beam F The thickness of 11 is preferably thicker. For this reason, in this embodiment, the thick silicon layer 11 is comprised from the single crystal silicon wafer which is a bulk material.

ピエゾ抵抗素子131は錘部Mの運動に伴う梁Fの変形を検出するための検出手段である。ピエゾ抵抗素子131は梁Fと支持部Sとの境界近傍に形成されている。ピエゾ抵抗素子131は薄いシリコン層13に形成された高抵抗部131aと低抵抗部131bとで構成されている。高抵抗部131aにはボロン(B)イオンが2×1018/cmの濃度で拡散している。低抵抗部131bには、ボロンイオンが2×1020/cmの濃度で拡散している。高抵抗部131aに比べて比抵抗が小さい低抵抗部131bは高抵抗部131aと表面配線層50との接続抵抗を低減する。ピエゾ抵抗素子131は第一絶縁層20に形成されたコンタクトホールを介して電極層31に接続している。電極層31は第二絶縁層40に形成されたコンタクトホールを介して表面配線層50に接続している。ピエゾ抵抗素子131は長手方向に直線的に並ぶ2つの梁Fに形成された4つを1組とする合計3組のホイーストンブリッジを構成するように結線される。互いに直交する3軸の加速度成分のそれぞれに対応する信号を各ホイーストンブリッジから得ることができる。 The piezoresistive element 131 is a detecting means for detecting the deformation of the beam F accompanying the movement of the weight portion M. The piezoresistive element 131 is formed in the vicinity of the boundary between the beam F and the support portion S. The piezoresistive element 131 includes a high resistance portion 131a and a low resistance portion 131b formed in the thin silicon layer 13. Boron (B) ions are diffused in the high resistance portion 131a at a concentration of 2 × 10 18 / cm 3 . Boron ions are diffused in the low resistance portion 131b at a concentration of 2 × 10 20 / cm 3 . The low resistance portion 131b having a smaller specific resistance than the high resistance portion 131a reduces the connection resistance between the high resistance portion 131a and the surface wiring layer 50. The piezoresistive element 131 is connected to the electrode layer 31 through a contact hole formed in the first insulating layer 20. The electrode layer 31 is connected to the surface wiring layer 50 through a contact hole formed in the second insulating layer 40. The piezoresistive elements 131 are connected so as to form a total of three Wheatstone bridges, one set of four formed on the two beams F arranged linearly in the longitudinal direction. A signal corresponding to each of the three-axis acceleration components orthogonal to each other can be obtained from each Wheatstone bridge.

駆動用圧電素子30aおよび検出用圧電素子30bはいずれも電極層31,33と圧電層32とからなる。駆動用圧電素子30aおよび検出用圧電素子30bの下部電極を構成する電極層31はセンサダイ1Aの周辺部に形成されたコンタクトホールを介して表面配線層50に接続している。駆動用圧電素子30aおよび検出用圧電素子30bの上部電極を構成する電極層33は駆動用圧電素子30aおよび検出用圧電素子30bの真上に形成されたコンタクトホールを介して表面配線層50に接続している。   Each of the driving piezoelectric element 30 a and the detecting piezoelectric element 30 b includes electrode layers 31 and 33 and a piezoelectric layer 32. The electrode layer 31 constituting the lower electrode of the driving piezoelectric element 30a and the detecting piezoelectric element 30b is connected to the surface wiring layer 50 through a contact hole formed in the periphery of the sensor die 1A. The electrode layer 33 constituting the upper electrode of the driving piezoelectric element 30a and the detecting piezoelectric element 30b is connected to the surface wiring layer 50 through a contact hole formed immediately above the driving piezoelectric element 30a and the detecting piezoelectric element 30b. is doing.

駆動用圧電素子30aは梁Fと支持部Sとの境界近傍に形成されている。駆動用圧電素子30aは錘部Mを振動させるための駆動手段である。駆動用圧電素子30aには錘部Mを周回運動させる正弦波信号が印加される。   The driving piezoelectric element 30 a is formed in the vicinity of the boundary between the beam F and the support portion S. The driving piezoelectric element 30a is a driving means for vibrating the weight portion M. A sinusoidal signal for rotating the weight M is applied to the driving piezoelectric element 30a.

検出用圧電素子30bは梁Fと連結部Cとの境界近傍に形成されている。検出用圧電素子30bは錘部Mの運動に伴う梁Fの変形を検出するための検出手段である。実質的に剛体として振る舞う錘部Mと可撓性を有する梁Fとの境界には、梁Fの変形に伴う応力と歪みが集中する。このため、検出用圧電素子30bを錘部Mと梁Fとの境界上に設けることにより、効率よく可撓部Fの変形にともなう歪みを検出することができる。検出用圧電素子30bからは同期検波などによって3軸の角速度成分に対応する信号を得ることができる。   The detecting piezoelectric element 30b is formed in the vicinity of the boundary between the beam F and the connecting portion C. The detecting piezoelectric element 30b is a detecting means for detecting the deformation of the beam F accompanying the movement of the weight portion M. Stress and strain associated with the deformation of the beam F are concentrated at the boundary between the weight portion M that behaves substantially as a rigid body and the beam F having flexibility. For this reason, by providing the detecting piezoelectric element 30b on the boundary between the weight part M and the beam F, it is possible to efficiently detect the strain accompanying the deformation of the flexible part F. From the detection piezoelectric element 30b, a signal corresponding to the three-axis angular velocity components can be obtained by synchronous detection or the like.

なお、駆動用圧電素子30aを連結部Cと4つの梁Fとのそれぞれの境界上に設けてもよい。また検出用圧電素子30bを支持部Sと4つの梁Fとのそれぞれの境界上に設けてもよい。いずれにしても、梁Fとそれに結合している実質的な剛体との境界(振動端)近傍に駆動用圧電素子30aと検出用圧電素子30bとを設けることが望ましい。   The driving piezoelectric element 30a may be provided on each boundary between the connecting portion C and the four beams F. Moreover, you may provide the piezoelectric element 30b for a detection on each boundary of the support part S and the four beams F. FIG. In any case, it is desirable to provide the driving piezoelectric element 30a and the detecting piezoelectric element 30b in the vicinity of the boundary (vibration end) between the beam F and a substantially rigid body coupled thereto.

図2に示すパッケージ1Bは、無蓋箱型のベース90とベース90の内部空間を閉塞するカバー94とを備える。ベース90とカバー94とは接着層93を介して接合されている。ベース90には複数の貫通電極91が設けられている。ワイヤ95は一端がセンサダイ1Aの表面配線層50に接合され他端がパッケージ1Bの貫通電極91に接合される。センサダイ1Aのベース層80の支持部Sに結合している矩形枠の部分はベース90の内側の底面90aに接着層92によって接着されている。底面90aに形成する凹部の深さや接着層92の厚さによってセンサダイ1Aの錘部Mとベース90の内側の底面90aとの間の空隙の高さが設定されている。なお、パッケージ1Bの内部にセンサダイ1Aと接続されるLSIダイを収容してもよい。   A package 1 </ b> B shown in FIG. 2 includes a lidless box-type base 90 and a cover 94 that closes the internal space of the base 90. The base 90 and the cover 94 are joined via an adhesive layer 93. The base 90 is provided with a plurality of through electrodes 91. One end of the wire 95 is bonded to the surface wiring layer 50 of the sensor die 1A, and the other end is bonded to the through electrode 91 of the package 1B. The portion of the rectangular frame that is bonded to the support portion S of the base layer 80 of the sensor die 1A is bonded to the bottom surface 90a on the inner side of the base 90 by the adhesive layer 92. The height of the gap between the weight portion M of the sensor die 1A and the bottom surface 90a inside the base 90 is set by the depth of the recess formed in the bottom surface 90a and the thickness of the adhesive layer 92. Note that an LSI die connected to the sensor die 1A may be accommodated in the package 1B.

(製造方法)
以下、図3から図19に基づいてモーションセンサ1の製造方法の一例を説明する。図3から図19の断面図は図9Bおよび図11を除いて全て図1Bに示すAA線に対応する断面図である。図9Bおよび図11は図9Cに示すBB線に対応する断面図である。
(Production method)
Hereinafter, an example of a method for manufacturing the motion sensor 1 will be described with reference to FIGS. 3 to 19 are all cross-sectional views corresponding to the line AA shown in FIG. 1B except for FIGS. 9B and 11. 9B and 11 are cross-sectional views corresponding to the line BB shown in FIG. 9C.

はじめに図3に示すように、フォトレジストからなる保護膜R1を用いてSOIウエハ10の薄い方の薄いシリコン層13に不純物を導入することにより高抵抗部131aを形成する。不純物として、例えば2×1018/cmの濃度でボロン(B)イオンを注入する。イオン注入後はアニールによる活性化が行われる。SOIウエハ10は、厚いシリコン層11、エッチングストッパ層12および薄いシリコン層13を含む。SOIウエハ10の厚いシリコン層11は厚さ625μmの単結晶シリコンからなる。エッチングストッパ層12は厚さ1μmの二酸化シリコンからなる。薄いシリコン層は厚さ10μmの単結晶シリコンからなる。 First, as shown in FIG. 3, a high resistance portion 131a is formed by introducing impurities into the thinner thin silicon layer 13 of the SOI wafer 10 using a protective film R1 made of a photoresist. As impurities, boron (B) ions are implanted at a concentration of 2 × 10 18 / cm 3 , for example. After ion implantation, activation by annealing is performed. The SOI wafer 10 includes a thick silicon layer 11, an etching stopper layer 12, and a thin silicon layer 13. The thick silicon layer 11 of the SOI wafer 10 is made of single crystal silicon having a thickness of 625 μm. The etching stopper layer 12 is made of silicon dioxide having a thickness of 1 μm. The thin silicon layer is made of single crystal silicon having a thickness of 10 μm.

次に図4に示すように薄いシリコン層13の表面に第一絶縁層20を形成する。第一絶縁層20として、例えば熱酸化またはCVDにより厚さ0.5μmの二酸化シリコンの膜を形成する。   Next, a first insulating layer 20 is formed on the surface of the thin silicon layer 13 as shown in FIG. As the first insulating layer 20, a silicon dioxide film having a thickness of 0.5 μm is formed by, for example, thermal oxidation or CVD.

次に図5に示すようにフォトレジストからなる保護膜R2を用いて第一絶縁層20にコンタクトホール20hを形成し、高抵抗部131aを露出させる。コンタクトホール20hは、例えばCF+HまたはCHFガスを用いた反応性イオンエッチングによって第一絶縁層20を異方的にエッチングすることによって形成する。フッ酸(HF)または緩衝フッ酸(BHF)を用いたウエットエッチングによってコンタクトホール20hを形成してもよい。 Next, as shown in FIG. 5, a contact hole 20h is formed in the first insulating layer 20 using a protective film R2 made of a photoresist to expose the high resistance portion 131a. The contact hole 20h is formed by anisotropically etching the first insulating layer 20 by reactive ion etching using, for example, CF 4 + H 2 or CHF 3 gas. The contact hole 20h may be formed by wet etching using hydrofluoric acid (HF) or buffered hydrofluoric acid (BHF).

続いてコンタクトホール20hから露出している高抵抗部131aに不純物を導入することにより低抵抗部131bを形成する。不純物として、例えば2×1020/cmの濃度でボロンイオンを注入する。イオン注入後はアニールによる活性化が行われる。 Subsequently, the low resistance portion 131b is formed by introducing impurities into the high resistance portion 131a exposed from the contact hole 20h. As impurities, boron ions are implanted at a concentration of 2 × 10 20 / cm 3 , for example. After ion implantation, activation by annealing is performed.

次に図6に示すように、第一絶縁層20の表面上に電極層31、圧電層32、電極層33をこの順に積層する。電極層31、33としては、スパッタリング等によって白金からなる膜を形成する。第一絶縁層20と電極層31の密着層として厚さ30nmのチタン(Ti)を成膜してもよい。また電極層31の材料にはイリジウム(Ir)、酸化イリジウム(IrO)を用いても良い。電極層33の材料にはイリジウム、酸化イリジウム、金(Au)などを用いても良い。圧電層32としては、スパッタリング、ゾルゲル法等によってPZTからなる膜を形成する。電極層33と圧電層32の密着層として厚さ30nmのチタンを成膜しても良い。 Next, as shown in FIG. 6, the electrode layer 31, the piezoelectric layer 32, and the electrode layer 33 are laminated in this order on the surface of the first insulating layer 20. As the electrode layers 31 and 33, films made of platinum are formed by sputtering or the like. Titanium (Ti) having a thickness of 30 nm may be formed as an adhesion layer between the first insulating layer 20 and the electrode layer 31. The material of the electrode layer 31 may be iridium (Ir) or iridium oxide (IrO 2 ). As a material of the electrode layer 33, iridium, iridium oxide, gold (Au), or the like may be used. As the piezoelectric layer 32, a film made of PZT is formed by sputtering, sol-gel method or the like. Titanium having a thickness of 30 nm may be formed as an adhesion layer between the electrode layer 33 and the piezoelectric layer 32.

次に図7に示すように、電極層33と圧電層32とをフォトレジストからなる保護膜R3を用いてエッチングすることにより、電極層33と圧電層32とを所定形状にパターニングする。具体的には、白金からなる電極層33はアルゴン(Ar)イオンを用いたイオンミリングによってパターニングする。PZTからなる圧電層32は塩素(Cl)をエッチングガスとして用いた反応性イオンエッチングによってパターニングする。 Next, as shown in FIG. 7, the electrode layer 33 and the piezoelectric layer 32 are etched into a predetermined shape by etching the electrode layer 33 and the piezoelectric layer 32 using a protective film R3 made of a photoresist. Specifically, the electrode layer 33 made of platinum is patterned by ion milling using argon (Ar) ions. The piezoelectric layer 32 made of PZT is patterned by reactive ion etching using chlorine (Cl 2 ) as an etching gas.

次に図8に示すように、電極層31をフォトレジストからなる保護膜R4を用いてエッチングすることにより、電極層31を所定形状にパターニングする。その結果、駆動用圧電素子30aと検出用圧電素子30bとが形成される。このとき同時にピエゾ抵抗素子131の配線と駆動用圧電素子30aおよび検出用圧電素子30bの下部電極の配線とが形成される。具体的には、白金からなる電極層31はアルゴン(Ar)イオンを用いたイオンミリングによってパターニングする。反応性イオンエッチングにより電極層31をパターニングしても良い。   Next, as shown in FIG. 8, the electrode layer 31 is etched into a predetermined shape by etching using the protective film R4 made of a photoresist. As a result, the driving piezoelectric element 30a and the detecting piezoelectric element 30b are formed. At the same time, the wiring of the piezoresistive element 131 and the wiring of the lower electrode of the driving piezoelectric element 30a and the detecting piezoelectric element 30b are formed. Specifically, the electrode layer 31 made of platinum is patterned by ion milling using argon (Ar) ions. The electrode layer 31 may be patterned by reactive ion etching.

次に図9A、図9Bおよび図9Cに示すように絶縁層20、電極層31および電極層33の表面に第二絶縁層40を形成する。具体的には感光性ポリイミドを塗布し、露光と現像とによってコンタクトホール40hと開口部40eとを形成することによって所定パターンの第二絶縁層40を形成する。なお、第二絶縁層40の材料としてシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、アルミナ等の無機材料を用いても良い。   Next, as shown in FIGS. 9A, 9B, and 9C, the second insulating layer 40 is formed on the surfaces of the insulating layer 20, the electrode layer 31, and the electrode layer 33. Specifically, photosensitive polyimide is applied, and the contact hole 40h and the opening 40e are formed by exposure and development, thereby forming the second insulating layer 40 having a predetermined pattern. Note that an inorganic material such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, or alumina may be used as the material of the second insulating layer 40.

次に図10に示すように第二絶縁層40の表面に表面配線層50を形成し、表面配線層50をエッチングすることによって所定パターンの配線を構成する表面配線層50を形成する。その結果、圧電素子の上部電極の配線とボンディングパッドとが表面配線層50によって構成される。表面配線層50として、例えばスパッタリングによって0.3μmの厚さのアルミニウム(Al)の膜を形成する。表面配線層50として銅やアルミシリコン(AlSi)の膜を形成してもよい。表面配線層50のパターンは、例えば塩素(Cl)ガスを用いた反応性イオンエッチングにより形成する。 Next, as shown in FIG. 10, a surface wiring layer 50 is formed on the surface of the second insulating layer 40, and the surface wiring layer 50 is etched to form a surface wiring layer 50 constituting a predetermined pattern of wiring. As a result, the wiring of the upper electrode of the piezoelectric element and the bonding pad are constituted by the surface wiring layer 50. As the surface wiring layer 50, an aluminum (Al) film having a thickness of 0.3 μm is formed by sputtering, for example. A copper or aluminum silicon (AlSi) film may be formed as the surface wiring layer 50. The pattern of the surface wiring layer 50 is formed by reactive ion etching using, for example, chlorine (Cl 2 ) gas.

次に図11に示すように第二絶縁層40を保護膜として用いて第一絶縁層20および薄いシリコン層13を所定形状にパターニングする。その結果、4つの梁Fのパターンが形成される。第一絶縁層20はCHFまたはCF+Hをエッチングガスとして用いた反応性イオンエッチングによってパターニングする。薄いシリコン層13はCF+Oをエッチングガスとして用いた反応性イオンエッチングによってパターニングする。テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)や水酸化カリウム(KOH)を用いたウエットエッチングによって梁Fのパターンを形成してもよい。 Next, as shown in FIG. 11, the first insulating layer 20 and the thin silicon layer 13 are patterned into a predetermined shape using the second insulating layer 40 as a protective film. As a result, a pattern of four beams F is formed. The first insulating layer 20 is patterned by reactive ion etching using CHF 3 or CF 4 + H 2 as an etching gas. The thin silicon layer 13 is patterned by reactive ion etching using CF 4 + O 2 as an etching gas. The pattern of the beam F may be formed by wet etching using tetramethylammonium hydroxide (TMAH) or potassium hydroxide (KOH).

次に上述の工程によって形成された積層構造体Wの表面配線層50が形成されている面を図12に示すように犠牲基板71に接着する。接着層Bとして、例えばワックス、フォトレジスト、両面粘着シート等を用いる。   Next, the surface on which the surface wiring layer 50 of the laminated structure W formed by the above-described process is formed is bonded to the sacrificial substrate 71 as shown in FIG. As the adhesive layer B, for example, a wax, a photoresist, a double-sided pressure-sensitive adhesive sheet, or the like is used.

次に図13に示すようにフォトレジストからなる保護膜R5を用いて厚いシリコン層11をエッチングすることによって厚いシリコン層11に環状の通孔11hを形成することによって連結部Cの厚いシリコン層11からなる部分を形成する。具体的には例えば、SFプラズマガスを用いたパッシベーションとCプラズマガスを用いたエッチングのステップを短い時間間隔で交互に繰り返すDeep−RIE(いわゆるボッシュプロセス)によって厚いシリコン層11をパターニングする。なお、厚いシリコン層11のパターニングを最初に実施しても良いし、薄いシリコン層11の表面側を処理する工程の間に実施しても良い。 Next, as shown in FIG. 13, the thick silicon layer 11 is etched using the protective film R5 made of a photoresist to form an annular through hole 11h in the thick silicon layer 11, thereby forming the thick silicon layer 11 in the connecting portion C. The part which consists of is formed. Specifically, for example, the thick silicon layer 11 is patterned by deep-RIE (so-called Bosch process) in which the steps of passivation using SF 6 plasma gas and etching using C 4 F 8 plasma gas are alternately repeated at short time intervals. To do. The patterning of the thick silicon layer 11 may be performed first, or may be performed during the process of processing the surface side of the thin silicon layer 11.

次に、環状の通孔11hから露出しているエッチングストッパ層12を図13に示すように等方性エッチングする。以上の工程を実施することによって、支持部Sと、一端が支持部Sと結合した可撓部としての梁Fと、梁Fの他端に結合している連結部Cと、梁Fの変形を検出する検出部としてのピエゾ抵抗素子131と検出用圧電素子30bとを備える積層構造体Wが完成する。   Next, the etching stopper layer 12 exposed from the annular through hole 11h is isotropically etched as shown in FIG. By performing the above steps, the support portion S, the beam F as a flexible portion having one end coupled to the support portion S, the connecting portion C coupled to the other end of the beam F, and the deformation of the beam F The laminated structure W including the piezoresistive element 131 and the detecting piezoelectric element 30b as a detection unit for detecting the above is completed.

次に錘部Mを構成するベース層80となるウエハの加工について説明する。
まず図14に示すようにフォトレジストからなる保護膜R6を用いてベース層80となるウエハ80の上面(主面の一方)に環状凹部80aを形成する。環状凹部80aは錘部Mと支持部Sとの空隙Gを確保する。ウエハ80にはガラスウエハなどの透明なバルク材料を用いることが好ましい。具体的には例えば厚さ500μmのパイレックス(登録商標)ガラスをウエハ80として用いる。そしてCHF+Oをエッチングガスとして用いた反応性イオンエッチングによって深さ10μmの環状凹部80aを形成する。なお、ウエハ80に結晶化ガラスを用いても良い。ウエハ80に結晶化ガラスを用いることにより、後述する積層構造体Wとウエハ80との接合工程やダイシング工程においてウエハ80が損傷しにくくなる。また、フォトリソグラフィによる保護膜R6の形成とエッチングとの組み合わせにより環状凹部80aを形成する代わりに、ナノインプリントやレーザ加工やサンドブラスト等の機械加工によって環状凹部80aを形成しても良い。
Next, processing of the wafer that becomes the base layer 80 constituting the weight portion M will be described.
First, as shown in FIG. 14, an annular recess 80a is formed on the upper surface (one of the main surfaces) of the wafer 80 to be the base layer 80 using a protective film R6 made of photoresist. The annular recess 80 a secures a gap G between the weight part M and the support part S. The wafer 80 is preferably made of a transparent bulk material such as a glass wafer. Specifically, for example, Pyrex (registered trademark) glass having a thickness of 500 μm is used as the wafer 80. Then, an annular recess 80a having a depth of 10 μm is formed by reactive ion etching using CHF 3 + O 2 as an etching gas. Note that crystallized glass may be used for the wafer 80. By using crystallized glass for the wafer 80, the wafer 80 is less likely to be damaged in a bonding process or a dicing process between the laminated structure W and the wafer 80 described later. Further, instead of forming the annular recess 80a by a combination of formation of the protective film R6 by photolithography and etching, the annular recess 80a may be formed by mechanical processing such as nanoimprinting, laser processing, or sandblasting.

次にフォトレジストからなる保護膜R7を用いてウエハ80の上面に環状溝80bを形成する。環状溝80bの深さは錘部Mの厚さを基準とし、錘部Mの厚さと一致させるか、錘部Mの厚さより僅かに深く設定する。ここでは環状溝80bの深さは錘部Mの厚さに等しい300μmとする。環状溝80bを形成することによって錘部Mの側面を確定させる。すなわち環状溝80bを錘部Mとなる領域に外接させることにより、環状溝80bの内側の側面は錘部Mの側面となる。このとき環状凹部80aが錘部Mの上面の外周にまで達するように環状溝80bは環状凹部80aと連続した領域もしくは環状凹部80aの内部に形成する。環状溝80bはCHFをエッチングガスとして用いる反応性イオンエッチングによって形成される。 Next, an annular groove 80b is formed on the upper surface of the wafer 80 using a protective film R7 made of photoresist. The depth of the annular groove 80b is set to be equal to the thickness of the weight portion M or set slightly deeper than the thickness of the weight portion M with reference to the thickness of the weight portion M. Here, the depth of the annular groove 80b is 300 μm, which is equal to the thickness of the weight portion M. The side surface of the weight portion M is determined by forming the annular groove 80b. That is, by making the annular groove 80 b circumscribe the region that becomes the weight portion M, the inner side surface of the annular groove 80 b becomes the side surface of the weight portion M. At this time, the annular groove 80b is formed in a region continuous with the annular recess 80a or inside the annular recess 80a so that the annular recess 80a reaches the outer periphery of the upper surface of the weight portion M. The annular groove 80b is formed by reactive ion etching using CHF 3 as an etching gas.

なお、2つの保護膜R6、R7を用いて環状凹部80aと環状溝80bとを形成する代わりに、ハーフトーンマスクやレーザーを用いて形成される1つの立体パターンを有する保護膜とともにウエハ80を異方的にエッチングすることによって環状凹部80aと環状溝80bとを一工程で形成しても良い。   Instead of forming the annular recess 80a and the annular groove 80b using the two protective films R6 and R7, the wafer 80 is different from the wafer 80 together with a protective film having a one-dimensional pattern formed using a halftone mask or a laser. The annular recess 80a and the annular groove 80b may be formed in one step by etching in the isotropic direction.

次に図16に示すようにウエハ80の上面に犠牲膜60を形成することによって環状凹部80aおよび環状溝80bを埋める。その結果、残部とは異質の犠牲膜60からなる異質領域がウエハ80に形成される。犠牲膜60としては、密着層としての厚さ0.3μmの窒化チタン(TiNx)膜をウエハ80の上面にCVD法によって形成した後に厚さ10μmの銅(Cu)膜を電界めっき法によって形成する。犠牲膜60のウエハ80との界面はウエハ80の底面をCMPやエッチングによって後退させるときに終点制御のためのストッパとなる。したがって犠牲膜60を複層構造とする場合、ウエハ80と接する層にはウエハ80のポリシングまたはエッチングに対するストッパとして機能する材料を用い、ウエハ80と接しない層にはウエハ80と同一の材料を用いることもできる。このように犠牲膜60を複層構造とすることによって応力やスループットの観点から犠牲膜60の材質を最適化することができる。また単層の犠牲膜60として、多結晶シリコンや窒化シリコン等の無機膜をCVD法によって形成しても良いし、ポリイミド・フォトレジスト等の有機膜をスピンコーティング等によって形成しても良い。また犠牲膜60のウエハ80と接する下層を窒化シリコン(Si)膜によって構成し、犠牲膜60のウエハ80と接しない上層をポリイミド膜によって構成しても良い。 Next, as shown in FIG. 16, by forming a sacrificial film 60 on the upper surface of the wafer 80, the annular recess 80a and the annular groove 80b are filled. As a result, a heterogeneous region made of a sacrificial film 60 that is different from the rest is formed on the wafer 80. As the sacrificial film 60, a titanium nitride (TiNx) film having a thickness of 0.3 μm as an adhesion layer is formed on the upper surface of the wafer 80 by a CVD method, and then a copper (Cu) film having a thickness of 10 μm is formed by an electroplating method. . The interface between the sacrificial film 60 and the wafer 80 serves as a stopper for end point control when the bottom surface of the wafer 80 is retracted by CMP or etching. Therefore, when the sacrificial film 60 has a multi-layer structure, a material that functions as a stopper for polishing or etching of the wafer 80 is used for a layer in contact with the wafer 80, and the same material as that of the wafer 80 is used for a layer that does not contact the wafer 80. You can also. Thus, by making the sacrificial film 60 into a multilayer structure, the material of the sacrificial film 60 can be optimized from the viewpoint of stress and throughput. As the single-layer sacrificial film 60, an inorganic film such as polycrystalline silicon or silicon nitride may be formed by a CVD method, or an organic film such as polyimide / photoresist may be formed by spin coating or the like. Alternatively, the lower layer of the sacrificial film 60 in contact with the wafer 80 may be formed of a silicon nitride (Si x N y ) film, and the upper layer of the sacrificial film 60 in contact with the wafer 80 may be formed of a polyimide film.

次に図17に示すように、ウエハ80の上面が露出するまで犠牲膜60の表層を除去する。犠牲膜60が窒化チタンの下層と銅の上層との二層構造である場合、窒化チタン膜をポリシングストッパとして銅膜のCMPの終点を制御し、さらに窒化チタン膜を所定時間だけ除去することによってウエハ80の上面を露出させる。犠牲膜60が窒化シリコンの下層と多結晶シリコンの上層との二層構造である場合、CFをエッチングガスとする反応性イオンエッチングにより多結晶シリコン膜の表層を除去して窒化シリコン膜を露出させる。多結晶シリコン膜のエッチングの終点は、プラズマの発光スペクトルを観察することによって制御することが好ましい。また多結晶シリコン膜の表層をCMPによって除去し、窒化シリコン膜をポリシングストッパとして用いても良い。ウエハ80に接している窒化シリコン膜はCF+HまたはCHFをエッチングガスとして用いた反応性イオンエッチングにより除去し、ウエハ80の上面を露出させる。窒化シリコン膜のエッチングの終点もプラズマの発光スペクトルを観察することによって制御することが好ましい。 Next, as shown in FIG. 17, the surface layer of the sacrificial film 60 is removed until the upper surface of the wafer 80 is exposed. When the sacrificial film 60 has a two-layer structure of a lower layer of titanium nitride and an upper layer of copper, the end point of CMP of the copper film is controlled using the titanium nitride film as a polishing stopper, and the titanium nitride film is removed for a predetermined time. The upper surface of the wafer 80 is exposed. When the sacrificial film 60 has a two-layer structure of a lower layer of silicon nitride and an upper layer of polycrystalline silicon, the surface layer of the polycrystalline silicon film is removed by reactive ion etching using CF 4 as an etching gas to expose the silicon nitride film Let The end point of the etching of the polycrystalline silicon film is preferably controlled by observing the plasma emission spectrum. Alternatively, the surface layer of the polycrystalline silicon film may be removed by CMP, and the silicon nitride film may be used as a polishing stopper. The silicon nitride film in contact with the wafer 80 is removed by reactive ion etching using CF 4 + H 2 or CHF 3 as an etching gas to expose the upper surface of the wafer 80. The etching end point of the silicon nitride film is also preferably controlled by observing the emission spectrum of the plasma.

次に図3から図13に対応する工程を実施することによって形成された積層構造体Wを図18に示すようにウエハ80の上面に接合する。このとき、犠牲膜60で埋められた環状溝80bの内側領域が連結部Cの底面に接合されるように積層構造体Wとウエハ80とを位置合わせする。ウエハ80には錘部Mの厚さに等しい深さの環状溝80bが深く形成されているものの、環状溝80bおよび環状凹部80aが犠牲膜60によって埋められているため、積層構造体Wとウエハ80とを接合するのに必要な荷重がウエハ80に加わったとしてもウエハ80が損傷しにくい。連結部Cの底面を構成している厚いシリコン層11とウエハ80とは陽極接合によって直接接合する。陽極接合の条件は、例えば温度は250℃、厚いシリコン層11とウエハ80とに印加する電圧は800Vとする。   Next, the laminated structure W formed by performing the steps corresponding to FIGS. 3 to 13 is bonded to the upper surface of the wafer 80 as shown in FIG. At this time, the laminated structure W and the wafer 80 are aligned so that the inner region of the annular groove 80 b filled with the sacrificial film 60 is bonded to the bottom surface of the connecting portion C. Although the annular groove 80b having a depth equal to the thickness of the weight portion M is deeply formed in the wafer 80, the annular groove 80b and the annular recess 80a are filled with the sacrificial film 60. Even if a load necessary to join the wafer 80 is applied to the wafer 80, the wafer 80 is hardly damaged. The thick silicon layer 11 constituting the bottom surface of the connecting portion C and the wafer 80 are directly bonded by anodic bonding. The conditions for anodic bonding are, for example, a temperature of 250 ° C. and a voltage applied to the thick silicon layer 11 and the wafer 80 of 800V.

次に図19に示すように少なくとも犠牲膜60が露出するまでウエハ80の底面を後退させることによって錘部Mの厚さを調整する。犠牲膜60のウエハ80と接する下層が窒化チタン膜からなる場合、CHF+Oをエッチングガスとする反応性イオンエッチングによりウエハ80の底面を後退させ、窒化チタン膜からなる犠牲膜60の下層をエッチングストッパとして終点を制御する。その結果、ウエハ80の厚さが錘部Mの設計厚さに調整される。反応性イオンエッチングの代わりにCMPによってウエハ80の底面を後退させてもよい。なお、本工程において、犠牲膜60の下層が露出してから所定時間経過した時点にCMPの終点を設定して犠牲膜60の上層をウエハ80の底面に露出させても良い。本工程では、ウエハ80の底面を後退させる終点を犠牲膜60の露出時に制御できる。犠牲膜60は異方性エッチングにより形成された環状溝80bの深さまでウエハ80に埋め込まれている。ウエハ80の異方性エッチングでは環状溝80bの深さを正確に制御できる。したがって、本工程において設定されるウエハ80の底面を後退させる終点は、ウエハ80の上面から正確な深さに制御される。その結果、ウエハ80からなる錘部Mの厚さが設計値に正確に調整される。また本工程では、犠牲膜60によって環状凹部80aおよび環状溝80bが埋められた状態でウエハ80の底面を加工するため、ウエハ80が損傷しにくい。 Next, as shown in FIG. 19, the thickness of the weight portion M is adjusted by retracting the bottom surface of the wafer 80 until at least the sacrificial film 60 is exposed. When the lower layer of the sacrificial film 60 in contact with the wafer 80 is made of a titanium nitride film, the bottom surface of the wafer 80 is moved back by reactive ion etching using CHF 3 + O 2 as an etching gas, and the lower layer of the sacrificial film 60 made of the titanium nitride film is formed. The end point is controlled as an etching stopper. As a result, the thickness of the wafer 80 is adjusted to the design thickness of the weight portion M. The bottom surface of the wafer 80 may be retreated by CMP instead of reactive ion etching. In this step, the end point of CMP may be set when a predetermined time has elapsed after the lower layer of the sacrificial film 60 is exposed, and the upper layer of the sacrificial film 60 may be exposed on the bottom surface of the wafer 80. In this step, the end point for retreating the bottom surface of the wafer 80 can be controlled when the sacrificial film 60 is exposed. The sacrificial film 60 is embedded in the wafer 80 up to the depth of the annular groove 80b formed by anisotropic etching. In anisotropic etching of the wafer 80, the depth of the annular groove 80b can be accurately controlled. Therefore, the end point for retreating the bottom surface of the wafer 80 set in this step is controlled to an accurate depth from the top surface of the wafer 80. As a result, the thickness of the weight portion M made of the wafer 80 is accurately adjusted to the design value. In this step, the bottom surface of the wafer 80 is processed in a state where the annular recess 80a and the annular groove 80b are filled with the sacrificial film 60, so that the wafer 80 is hardly damaged.

次にウエハ80の底面に露出した異質領域である犠牲膜60を除去することによって錘部Mをウエハ80内においてリリースする。例えばCF+O+H+NHをエッチングガスとする反応性イオンエッチングにより、犠牲膜60の下層を構成する窒化チタン膜を除去し、犠牲膜60の銅膜からなる上層を露出させる。続いて銅膜からなる犠牲膜60の上層を等方性エッチングによって除去する。さらにウエハ80の環状凹部80aの表面に残存している犠牲膜60の窒化チタン膜からなる下層をSC1溶液(DI:H:NHOH)をエッチャントとして除去する。なお、ウエハ80の環状凹部80aの表面に残存している犠牲膜60の下層は除去せずに残存させておいても良い。本工程では、錘部Mをウエハ80内においてリリースするにあたってダイシング等による物理的な力がウエハ80に加える必要がないため、ウエハ80や積層構造体Wが損傷しにくい。 Next, the weight M is released in the wafer 80 by removing the sacrificial film 60 that is a heterogeneous region exposed on the bottom surface of the wafer 80. For example, the titanium nitride film constituting the lower layer of the sacrificial film 60 is removed by reactive ion etching using CF 4 + O 2 + H 2 + NH 3 as an etching gas, and the upper layer made of the copper film of the sacrificial film 60 is exposed. Subsequently, the upper layer of the sacrificial film 60 made of a copper film is removed by isotropic etching. Further, the lower layer made of the titanium nitride film of the sacrificial film 60 remaining on the surface of the annular recess 80a of the wafer 80 is removed using an SC1 solution (DI: H 2 O 2 : NH 4 OH) as an etchant. Note that the lower layer of the sacrificial film 60 remaining on the surface of the annular recess 80a of the wafer 80 may be left without being removed. In this process, since it is not necessary to apply physical force by dicing or the like to the wafer 80 when releasing the weight M in the wafer 80, the wafer 80 and the laminated structure W are not easily damaged.

その後、ダイシング、パッケージング等の後工程を実施すると図1および図2に示すモーションセンサ1が完成する。   Thereafter, when post-processes such as dicing and packaging are performed, the motion sensor 1 shown in FIGS. 1 and 2 is completed.

以上説明したモーションセンサ1の製造方法によると、錘部Mの厚さを正確に調整することができるため、特性のばらつきが小さいモーションセンサ1を製造することができる。またウエハ80の上面側からの加工だけで錘部Mの側面を確定できるため、錘部Mの寸法精度を高めることができる。   According to the manufacturing method of the motion sensor 1 described above, since the thickness of the weight portion M can be accurately adjusted, the motion sensor 1 with small variation in characteristics can be manufactured. Further, since the side surface of the weight portion M can be determined only by processing from the upper surface side of the wafer 80, the dimensional accuracy of the weight portion M can be increased.

2.第二実施形態
(構成)
図20は本発明の第二実施形態によるモーションセンサのセンサダイ2Aを示す断面図である。図20において、センサダイ2Aを構成する層の界面は破線で示し、センサダイ2Aを構成する機械的構成要素の境界は実線で示している。
2. Second embodiment (Configuration)
FIG. 20 is a sectional view showing a sensor die 2A of the motion sensor according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 20, the interface of the layers constituting the sensor die 2A is indicated by a broken line, and the boundary of the mechanical components constituting the sensor die 2A is indicated by a solid line.

連結部Cの底面と錘部Mの上面とは図20に示すように樹脂層75による接着によって接合されていても良い。この場合、支持部Sの底面とベース層80の上面との間にも挿入される樹脂層75は支持部Sと錘部Mとが対向する領域において錘部Mと支持部Sとの緩衝層としても用いることが好ましい。これにより構造を複雑化することなしにモーションセンサの耐衝撃性能を向上させることができる。   The bottom surface of the connecting portion C and the top surface of the weight portion M may be joined by bonding with a resin layer 75 as shown in FIG. In this case, the resin layer 75 inserted between the bottom surface of the support portion S and the top surface of the base layer 80 is a buffer layer between the weight portion M and the support portion S in a region where the support portion S and the weight portion M face each other. It is also preferable to use as. As a result, the impact resistance performance of the motion sensor can be improved without complicating the structure.

(製造方法)
図21はセンサダイ2Aを製造する方法を示す断面図であって、図1B示すAA線断面に対応している。
第一実施形態において説明した図17に対応する工程までを実施した後、積層構造体Wと錘部Mとなるウエハ80とを接合する工程において、図21に示すように樹脂層75を積層構造体Wの厚いシリコン層11の底面に接合し、続いてウエハ80の上面を樹脂層75に接合すればよい。厚いシリコン層11に接合する樹脂層75のパターンは、厚いシリコン層11の底面のパターンと一致させる。すると、厚いシリコン層11の底面のパターンと錘部Mの上面のパターンとが重なっているため、樹脂層75が緩衝層となる。樹脂層75としてはポリイミドなどの熱可塑性樹脂接着剤を用いる。このとき厚いシリコン層11のパターニングに用いたフォトレジストからなる保護膜を除去せずに樹脂層75として用いても良い。ウエハ80を樹脂層75に接合するときには、例えば200℃に加熱し、6インチウエハあたり2tの荷重を印加して熱圧着する。その後、第一実施形態と同様に犠牲膜60を除去すると、センサダイ2Aが完成する。なお、図21に示すように、積層構造体Wに接合する前にウエハ80の底面を後退させて錘部Mの厚さを調整しても良い。
(Production method)
FIG. 21 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the sensor die 2A, and corresponds to a cross section taken along line AA shown in FIG. 1B.
After the process corresponding to FIG. 17 described in the first embodiment is performed, in the process of bonding the laminated structure W and the wafer 80 that becomes the weight M, the resin layer 75 is laminated as shown in FIG. The wafer W may be bonded to the bottom surface of the thick silicon layer 11 and then the upper surface of the wafer 80 may be bonded to the resin layer 75. The pattern of the resin layer 75 bonded to the thick silicon layer 11 is matched with the pattern on the bottom surface of the thick silicon layer 11. Then, since the pattern on the bottom surface of the thick silicon layer 11 and the pattern on the top surface of the weight portion M overlap, the resin layer 75 becomes a buffer layer. As the resin layer 75, a thermoplastic resin adhesive such as polyimide is used. At this time, the protective film made of the photoresist used for patterning the thick silicon layer 11 may be used as the resin layer 75 without being removed. When the wafer 80 is bonded to the resin layer 75, for example, the wafer 80 is heated to 200 ° C., and is subjected to thermocompression bonding by applying a load of 2 t per 6 inch wafer. Thereafter, when the sacrificial film 60 is removed as in the first embodiment, the sensor die 2A is completed. As shown in FIG. 21, the thickness of the weight portion M may be adjusted by retracting the bottom surface of the wafer 80 before bonding to the laminated structure W.

本実施形態によると、陽極接合では必要な電圧の印加が不要であるため、積層構造体Wと錘部Mとなるウエハ80とを接合する工程での電圧印加による絶縁破壊を防止することができる。また陽極接合に比べて低温条件下において積層構造体Wと錘部Mとなるウエハ80とを接合することができるため、接合時の熱膨張による応力を低減することができる。また接合面の凹凸や塵埃の付着による接合不良が陽極接合に比べて発生しにくい。   According to the present embodiment, since voltage application necessary for anodic bonding is unnecessary, it is possible to prevent dielectric breakdown due to voltage application in the process of bonding the laminated structure W and the wafer 80 serving as the weight part M. . In addition, since the laminated structure W and the wafer 80 serving as the weight portion M can be bonded under a low temperature condition as compared with anodic bonding, stress due to thermal expansion during bonding can be reduced. Also, bonding defects due to unevenness of the bonding surface and adhesion of dust are less likely to occur than with anodic bonding.

3.第三実施形態
図22から図25はモーションセンサ1のセンサダイ1Aを製造する第三実施形態を示す断面図である。図22から図25は図1Bに示すAA線断面に対応している。
本実施形態では錘部Mとなるウエハ80は感光性ガラスとする。そして錘部Mの厚さと等しい厚さのウエハ80を用いる。感光性ガラスとはある種の金属を含み、紫外線等の光の照射により露光された部分が加熱により結晶化するガラスである。例えば金、銀、パラジウムなどの核成形剤を0.01〜0.5%、光増感剤として微量の酸化セシウム(CeO)を含有した厚さ300μmのリチウム・ケイ酸塩ガラス板をウエハ80として用いる。
3. Third Embodiment FIGS. 22 to 25 are sectional views showing a third embodiment for manufacturing a sensor die 1A of the motion sensor 1. FIG. 22 to 25 correspond to the AA line cross section shown in FIG. 1B.
In this embodiment, the wafer 80 to be the weight portion M is assumed to be photosensitive glass. A wafer 80 having a thickness equal to the thickness of the weight portion M is used. The photosensitive glass is a glass that contains a certain kind of metal and crystallizes when heated by exposure to light such as ultraviolet rays. For example, a 300 μm-thick lithium silicate glass plate containing 0.01 to 0.5% of a core forming agent such as gold, silver or palladium and a small amount of cesium oxide (CeO 2 ) as a photosensitizer is used as a wafer. Used as 80.

まず図22に示すようにウエハ80の上面にフォトレジストからなる保護膜R6を用いて環状凹部80aをエッチングにより形成する。例えばCHF+Oをエッチングガスとして用いた反応性イオンエッチングにより深さ10μmの環状凹部80aが形成される。ウエハ80上に保護膜R6を成膜する前に犠牲膜(遮光膜)としてクロム(Cr)を100nm成膜し、保護膜R6をマスクに用いて犠牲膜(遮光膜)をエッチングした後、保護膜R6、犠牲膜(遮光膜)の少なくとも一方を用いて環状凹部80aを形成しても良い。この場合、犠牲膜(遮光膜)は保護膜R6とともに除去する。 First, as shown in FIG. 22, an annular recess 80a is formed on the upper surface of the wafer 80 by etching using a protective film R6 made of a photoresist. For example, an annular recess 80a having a depth of 10 μm is formed by reactive ion etching using CHF 3 + O 2 as an etching gas. Before depositing the protective film R6 on the wafer 80, a chromium (Cr) film having a thickness of 100 nm is formed as a sacrificial film (light-shielding film), and the sacrificial film (light-shielding film) is etched using the protective film R6 as a mask. The annular recess 80a may be formed using at least one of the film R6 and the sacrificial film (light-shielding film). In this case, the sacrificial film (light-shielding film) is removed together with the protective film R6.

次に図23に示すように透光領域と遮光領域とを有するフォトマスク81を介してウエハ80に紫外線を照射し、第一実施形態で説明した環状溝80bに対応する形状を有する対象領域に潜像である露光領域80dを形成する。すなわち露光領域80dは錘部Mとなる領域に外接する対象領域に形成する。   Next, as shown in FIG. 23, the wafer 80 is irradiated with ultraviolet rays through a photomask 81 having a light transmitting region and a light shielding region, and the target region having a shape corresponding to the annular groove 80b described in the first embodiment is formed. An exposure region 80d that is a latent image is formed. That is, the exposure region 80d is formed in a target region that circumscribes the region that becomes the weight portion M.

次にウエハ80をガラス転移温度以上の高温で熱処理し露光領域80dを結晶化させることによって、図24に示すように残部とは異質の異質領域である微結晶領域80eを形成する。例えば850℃で2時間ウエハ80を加熱することにより潜像である露光領域80dが微結晶領域80eとして顕在化する。   Next, the wafer 80 is heat-treated at a temperature higher than the glass transition temperature to crystallize the exposed region 80d, thereby forming a microcrystalline region 80e which is a heterogeneous region different from the remaining portion as shown in FIG. For example, when the wafer 80 is heated at 850 ° C. for 2 hours, the exposure region 80d, which is a latent image, becomes apparent as the microcrystalline region 80e.

次に微結晶領域80eが形成されたウエハ80を第一実施形態と同様に積層構造体Wに接合する。このとき、第一実施形態と同様にウエハ80に深い溝が形成されていないため、ウエハ80が破損しにくい。環状凹部80aによって応力が集中する領域が結晶化ガラスからなるため、ウエハ80がさらに破損しにくい。
次に積層構造体Wに接合されたウエハ80から微結晶領域80eを選択的に除去し、錘部Mをウエハ80内においてリリースするとセンサダイ1Aが完成する。具体的には例えば、積層構造体Wの表面配線層50が形成されている面を図示しない保護膜によって覆った後に、緩衝フッ酸を用いて微結晶領域80eを除去する。積層構造体Wの表面を覆う保護膜としてはフォトレジストや加熱により発泡する粘着テープを用いることができる。
Next, the wafer 80 on which the microcrystalline region 80e is formed is bonded to the laminated structure W as in the first embodiment. At this time, since the deep groove is not formed in the wafer 80 as in the first embodiment, the wafer 80 is hardly damaged. Since the region where the stress is concentrated by the annular recess 80a is made of crystallized glass, the wafer 80 is more difficult to break.
Next, when the microcrystalline region 80e is selectively removed from the wafer 80 bonded to the laminated structure W and the weight M is released in the wafer 80, the sensor die 1A is completed. Specifically, for example, after covering the surface where the surface wiring layer 50 of the laminated structure W is formed with a protective film (not shown), the microcrystalline region 80e is removed using buffered hydrofluoric acid. As the protective film covering the surface of the laminated structure W, a photoresist or an adhesive tape that is foamed by heating can be used.

本実施形態によると、ウエハ80内において錘部Mをリリースするために必要な異質領域となる犠牲膜を形成する必要がないため、製造工程を簡素化することができる。またウエハ80の上面側からの加工だけで錘部Mの側面を確定できるため、錘部Mの寸法精度を高めることができる。またウエハ80内において錘部Wをリリースする工程において、ダイサーとの摩擦力がウエハ80に加わらないため、ウエハ80や積層構造体Wが損傷することがない。   According to the present embodiment, it is not necessary to form a sacrificial film that becomes a heterogeneous region necessary for releasing the weight portion M in the wafer 80, so that the manufacturing process can be simplified. Further, since the side surface of the weight portion M can be determined only by processing from the upper surface side of the wafer 80, the dimensional accuracy of the weight portion M can be increased. Further, in the step of releasing the weight portion W in the wafer 80, the frictional force with the dicer is not applied to the wafer 80, so that the wafer 80 and the laminated structure W are not damaged.

4.第四実施形態
図26および図27はモーションセンサ1のセンサダイ1Aを製造する第四実施形態を示す断面図であって、図1Bに示すAA線断面に対応している。
第三実施形態において説明した図24に対応する工程を実施した後、図26に示すようにウエハ80の底面にフォトレジストからなる補強板76を形成する。
4). Fourth Embodiment FIGS. 26 and 27 are cross-sectional views showing a fourth embodiment for manufacturing the sensor die 1A of the motion sensor 1, and correspond to the cross section taken along the line AA shown in FIG. 1B.
After performing the process corresponding to FIG. 24 described in the third embodiment, a reinforcing plate 76 made of a photoresist is formed on the bottom surface of the wafer 80 as shown in FIG.

次に、積層構造体Wにウエハ80を接合する前に、微結晶領域80eの表層(ウエハの上面に近い層)をエッチングにより選択的に除去する。これにより、図27に示すように積層構造体Wにウエハ80を接合した後に微結晶領域80eを除去するのに要する時間を短縮することができる。その結果、微結晶領域80eを選択的に除去するために用いるエッチャントによって積層構造体Wが受けるダメージを低減することができる。また微結晶領域80eの表層を除去することによってウエハ80の強度は第三実施形態に比べれば低下するものの、ウエハ80の薄肉部が結晶化ガラスからなる微結晶領域80eによって構成されているために十分な強度を有する。そしてウエハ80の強度を確保できないほどに微結晶領域80eの残厚を薄くすることによってウエハ80と積層構造体Wの接合後のエッチング時間を短縮するとしても、補強板76を接合した状態でウエハ80と積層構造体Wとの接合を実施すればウエハ80が損傷しにくくなる。   Next, before bonding the wafer 80 to the laminated structure W, the surface layer of the microcrystalline region 80e (a layer close to the upper surface of the wafer) is selectively removed by etching. As a result, as shown in FIG. 27, the time required to remove the microcrystalline region 80e after bonding the wafer 80 to the laminated structure W can be shortened. As a result, damage to the laminated structure W by the etchant used for selectively removing the microcrystalline region 80e can be reduced. Although the strength of the wafer 80 is reduced by removing the surface layer of the microcrystalline region 80e as compared with the third embodiment, the thin portion of the wafer 80 is constituted by the microcrystalline region 80e made of crystallized glass. It has sufficient strength. Even if the etching time after the bonding of the wafer 80 and the laminated structure W is shortened by reducing the remaining thickness of the microcrystalline region 80e so that the strength of the wafer 80 cannot be secured, the wafer with the reinforcing plate 76 bonded. If the bonding between the laminated structure W and the wafer 80 is performed, the wafer 80 is hardly damaged.

5.第五実施形態
図28および図29はモーションセンサ1のセンサダイ1Aを製造する第五実施形態を示す断面図であって、図1Bに示すAA線断面に対応している。
ウエハ80の露光領域80dはフォトマスクを用いずに図28に示すようにレーザ光をレンズLによって集光して形成しても良い。例えばフェムト秒レーザをレンズLによって集光し、集光点を移動させることによって環状凹部80aと環状溝80bとに対応する露光領域80dを形成する。1点に集光したレーザ光によって露光するため、自由な形状の露光領域80dを形成することができる。
5). Fifth Embodiment FIGS. 28 and 29 are cross-sectional views showing a fifth embodiment for manufacturing the sensor die 1A of the motion sensor 1, and correspond to the cross section taken along the line AA shown in FIG. 1B.
The exposure region 80d of the wafer 80 may be formed by condensing the laser beam with the lens L as shown in FIG. For example, the femtosecond laser is condensed by the lens L, and the condensing point is moved to form the exposure region 80d corresponding to the annular recess 80a and the annular groove 80b. Since exposure is performed by the laser beam condensed at one point, an exposure region 80d having a free shape can be formed.

次にウエハ80を第四実施形態と同様に熱処理することによって図29に示すように露光領域80dを微結晶領域80eとして顕在化させる。
本実施形態によると、ウエハ80に凹部や溝が全く形成されていない状態でウエハ80と積層構造体Wとを接合できるため、ウエハ80がさらに損傷しにくくなる。
Next, the wafer 80 is heat-treated in the same manner as in the fourth embodiment, thereby exposing the exposed region 80d as a microcrystalline region 80e as shown in FIG.
According to the present embodiment, since the wafer 80 and the laminated structure W can be bonded with no recesses or grooves formed on the wafer 80, the wafer 80 is further less likely to be damaged.

5.第六実施形態
図30Aは図30Bに示すAA線断面を示している。レーザ光を集光することによって感光性ガラスからなるウエハに露光領域を形成する場合、錘部Mの設計自由度は高い。例えば図30に示すように支持部Sの内側空間の大部分を埋めるような形状の錘部Mを形成することも可能である。図30に示す錘部Mは連結部Cの底面よりも梁Fの側の空間に突出する4つの凸部を有する形態である。このように支持部Sの内側空間に占める錘部Mの割合を高めることにより、モーションセンサの感度を高めることができる。
5). Sixth Embodiment FIG. 30A shows a cross section taken along line AA shown in FIG. 30B. When an exposure region is formed on a wafer made of photosensitive glass by condensing laser light, the design of the weight portion M is high. For example, as shown in FIG. 30, it is also possible to form a weight portion M shaped to fill most of the inner space of the support portion S. The weight part M shown in FIG. 30 is a form which has four convex parts which protrude in the space of the beam F side rather than the bottom face of the connection part C. FIG. Thus, by increasing the proportion of the weight portion M in the inner space of the support portion S, the sensitivity of the motion sensor can be increased.

図31から図34は図30に示すセンサダイ5Aを製造する方法を示す断面図であって、図30Bに示すAA線断面に対応する。
図31に示すようにレーザ光をレンズLによって集光することによってウエハ80に3次元形状の露光領域80dを形成する。露光領域80dのパターンはセンサダイ5Aの厚いシリコン層11のパターンが内側に収まる形態とする。
31 to 34 are cross-sectional views showing a method of manufacturing the sensor die 5A shown in FIG. 30, and correspond to the cross section along the line AA shown in FIG. 30B.
As shown in FIG. 31, the laser light is condensed by the lens L to form an exposure area 80 d having a three-dimensional shape on the wafer 80. The pattern of the exposure region 80d is configured such that the pattern of the thick silicon layer 11 of the sensor die 5A is accommodated inside.

次に図32に示すように熱処理をウエハ80に施すことによって露光領域80dを微結晶領域80eに顕在化させる。
次に図33に示すように補強板76をウエハ80の底面に形成した状態で緩衝フッ酸を用いて微結晶領域80eの表層を選択的に除去する。本実施形態では微結晶領域80eが厚くなるため、積層構造体Wにウエハ80を接合する前の段階で微結晶領域80eを大部分除去しておくことが大変有効である。
Next, as shown in FIG. 32, a heat treatment is performed on the wafer 80, thereby exposing the exposed region 80d to the microcrystalline region 80e.
Next, the surface layer of the microcrystalline region 80e is selectively removed using buffered hydrofluoric acid with the reinforcing plate 76 formed on the bottom surface of the wafer 80 as shown in FIG. In this embodiment, since the microcrystalline region 80e is thick, it is very effective to remove most of the microcrystalline region 80e before the wafer 80 is bonded to the laminated structure W.

次に図34に示すように積層構造体Wにウエハ80を接合し、その後に補強板76を除去した上で微結晶領域80eの残部を選択的に除去すればよい。
なお、積層構造体Wにウエハ80を直接接合する代わりに、図35に示すように樹脂層75を介して積層構造体Wとウエハ80とを接合しても良い。この場合、第二実施形態と同様に、図36に示すように錘部Mのストッパとして機能する支持部Sと錘部Mとの緩衝層として樹脂層75を機能させることができる。
Next, as shown in FIG. 34, the wafer 80 may be bonded to the laminated structure W, and then the reinforcing plate 76 may be removed and the remaining portion of the microcrystalline region 80e may be selectively removed.
Instead of directly bonding the wafer 80 to the laminated structure W, the laminated structure W and the wafer 80 may be bonded via a resin layer 75 as shown in FIG. In this case, as in the second embodiment, as shown in FIG. 36, the resin layer 75 can function as a buffer layer between the support portion S that functions as a stopper of the weight portion M and the weight portion M.

6.他の実施形態
本発明の技術的範囲は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、厚いシリコン層11およびエッチングストッパ層12を省略し、連結部Cの底面を薄いシリコン層13の底面によって構成し、薄いシリコン層13とウエハ80とを接合しても良い。この場合、応力を緩和するために樹脂層75を介して薄いシリコン層13とウエハ80とを接合することが好ましい。また本発明はモーションセンサの他、加速度センサ、振動ジャイロスコープ、姿勢センサ等の他のMEMSセンサに適用することもできる。
6). Other Embodiments The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, the thick silicon layer 11 and the etching stopper layer 12 may be omitted, the bottom surface of the connecting portion C may be configured by the bottom surface of the thin silicon layer 13, and the thin silicon layer 13 and the wafer 80 may be bonded. In this case, it is preferable to bond the thin silicon layer 13 and the wafer 80 via the resin layer 75 in order to relieve stress. The present invention can also be applied to other MEMS sensors such as an acceleration sensor, a vibration gyroscope, and a posture sensor in addition to a motion sensor.

また例えば、上記実施形態で示した材質や寸法や成膜方法やパターン転写方法はあくまで例示であるし、当業者であれば自明である工程の追加や削除や工程順序の入れ替えについては説明が省略されている。また例えば、上述した製造工程において、膜の組成、成膜方法、膜の輪郭形成方法、工程順序などは、膜材料の組み合わせや、膜厚や、要求される輪郭形状精度などに応じて適宜選択されるものであって、特に限定されない。   Further, for example, the materials, dimensions, film formation methods, and pattern transfer methods shown in the above embodiment are merely examples, and descriptions of addition and deletion of processes and replacement of process orders that are obvious to those skilled in the art are omitted. Has been. Also, for example, in the above-described manufacturing process, the film composition, film forming method, film contour forming method, process sequence, etc. are appropriately selected according to the combination of film materials, film thickness, required contour shape accuracy, etc. There is no particular limitation.

図1Aは本発明の第一実施形態にかかる断面図。図1Bは本発明の第一実施形態にかかる上面図。FIG. 1A is a cross-sectional view according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1B is a top view according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第一実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning 1st embodiment of this invention. 図9Aおよび図9Bは本発明の第一実施形態にかかる断面図。図9Cは本発明の第一実施形態にかかる上面図。9A and 9B are cross-sectional views according to the first embodiment of the present invention. FIG. 9C is a top view according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第一実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning 1st embodiment of this invention. 本発明の第二実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning 2nd embodiment of this invention. 本発明の第二実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning 2nd embodiment of this invention. 本発明の第三実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning 3rd embodiment of this invention. 本発明の第三実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning 3rd embodiment of this invention. 本発明の第三実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning 3rd embodiment of this invention. 本発明の第三実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning 3rd embodiment of this invention. 本発明の第四実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning 4th embodiment of this invention. 本発明の第四実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning 4th embodiment of this invention. 本発明の第五実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning 5th embodiment of this invention. 本発明の第五実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning 5th embodiment of this invention. 図30Aは本発明の第六実施形態にかかる断面図。図30Bは本発明の第六実施形態にかかる上面図。FIG. 30A is a cross-sectional view according to a sixth embodiment of the present invention. FIG. 30B is a top view according to the sixth embodiment of the present invention. 本発明の第六実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning 6th embodiment of this invention. 本発明の第六実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning 6th embodiment of this invention. 本発明の第六実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning 6th embodiment of this invention. 本発明の第六実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning 6th embodiment of this invention. 本発明の第六実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning 6th embodiment of this invention. 本発明の第六実施形態にかかる断面図。Sectional drawing concerning 6th embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1:モーションセンサ、1A:センサダイ、1B:パッケージ、2A:センサダイ、5A:センサダイ、10:SOIウエハ、11:シリコン層、11h:通孔、12:エッチングストッパ層、13:シリコン層、20:第一絶縁層、30a:駆動用圧電素子、30b:検出用圧電素子、31:電極層、32:圧電層、33:電極層、40:第二絶縁層、40e:開口部、40h:コンタクトホール、50:表面配線層、60:犠牲膜、71:犠牲基板、75:樹脂層、76:補強板、80:ベース層、80:ウエハ、80a:環状凹部、80b:環状溝、80d:露光領域、80e:微結晶領域、81:フォトマスク、90:ベース、90a:底面、91:貫通電極、92:接着層、93:接着層、94:カバー、95:ワイヤ、131:ピエゾ抵抗素子、131a:高抵抗部、131b:低抵抗部、B:接着層、C:連結部、F:可撓部、F:梁、G:空隙、L:レンズ、M:錘部、R1:保護膜、R2:保護膜、R3:保護膜、R4:保護膜、R5:保護膜、R6:保護膜、R7:保護膜、S:支持部、W:積層構造体 1: motion sensor, 1A: sensor die, 1B: package, 2A: sensor die, 5A: sensor die, 10: SOI wafer, 11: silicon layer, 11h: through-hole, 12: etching stopper layer, 13: silicon layer, 20: first One insulating layer, 30a: driving piezoelectric element, 30b: detecting piezoelectric element, 31: electrode layer, 32: piezoelectric layer, 33: electrode layer, 40: second insulating layer, 40e: opening, 40h: contact hole, 50: surface wiring layer, 60: sacrificial film, 71: sacrificial substrate, 75: resin layer, 76: reinforcing plate, 80: base layer, 80: wafer, 80a: annular recess, 80b: annular groove, 80d: exposure region, 80e: microcrystalline region, 81: photomask, 90: base, 90a: bottom surface, 91: through electrode, 92: adhesive layer, 93: adhesive layer, 94: cover, 95: wire, 131: Ezoresistive element, 131a: high resistance part, 131b: low resistance part, B: adhesive layer, C: coupling part, F: flexible part, F: beam, G: gap, L: lens, M: weight part, R1 : Protective film, R2: protective film, R3: protective film, R4: protective film, R5: protective film, R7: protective film, R7: protective film, S: support part, W: laminated structure

Claims (7)

支持部と、一端が前記支持部と結合し可撓性を有する可撓部と、前記可撓部の他端に結合している連結部と、前記可撓部の変形を検出する検出部とを備える積層構造体を形成し、
前記連結部の底面に結合する錘部となる領域に外接するウエハの対象領域に残部とは異質の異質領域を形成し、
前記異質領域の内側にあって前記錘部となる前記残部の領域を前記連結部の底面に接合し、
前記連結部に接合された前記ウエハからエッチングにより前記異質領域を除去する、
ことを含むMEMSセンサの製造方法。
A support part; a flexible part having one end coupled to the support part and having flexibility; a connecting part coupled to the other end of the flexible part; and a detection part for detecting deformation of the flexible part. Forming a laminated structure comprising
Forming a heterogeneous region that is different from the rest in the target region of the wafer that circumscribes the region that becomes the weight portion coupled to the bottom surface of the connecting portion;
Bonding the remaining region that is the weight portion inside the heterogeneous region to the bottom surface of the connecting portion,
Removing the heterogeneous region by etching from the wafer bonded to the connecting portion;
A method for manufacturing a MEMS sensor.
前記ウエハは感光性ガラスからなり、
露光によって前記対象領域を結晶化することによって前記異質領域を形成する、
請求項1に記載のMEMSセンサの製造方法。
The wafer is made of photosensitive glass,
Forming the heterogeneous region by crystallizing the target region by exposure;
A method for manufacturing the MEMS sensor according to claim 1.
前記ウエハを前記連結部に接合する前に前記ウエハの上面側から前記異質領域の表層を除去し、
前記ウエハを前記連結部に接合した後に前記ウエハの底面側から前記異質領域の残部を除去する、
請求項2に記載のMEMSセンサの製造方法。
Removing the surface layer of the heterogeneous region from the upper surface side of the wafer before bonding the wafer to the connecting portion;
Removing the remainder of the heterogeneous region from the bottom side of the wafer after bonding the wafer to the connecting portion;
A method for manufacturing the MEMS sensor according to claim 2.
レンズによって集光したレーザ光を照射することによって前記対象領域を結晶化する、
請求項2または3に記載のMEMSセンサの製造方法。
Crystallizing the target region by irradiating a laser beam condensed by a lens;
The manufacturing method of the MEMS sensor of Claim 2 or 3.
前記連結部の底面と前記支持部の底面とに樹脂層を介して前記ウエハを接着し、
前記支持部のパターンと前記錘部のパターンとは一部が重なり合い、前記支持部の底面に接合された前記樹脂層が前記錘部と前記支持部との緩衝層となる、
請求項2から4のいずれか一項に記載のMEMSセンサの製造方法。
Adhering the wafer via a resin layer to the bottom surface of the connecting portion and the bottom surface of the support portion,
The pattern of the support part and the pattern of the weight part partially overlap, and the resin layer bonded to the bottom surface of the support part serves as a buffer layer between the weight part and the support part.
The manufacturing method of the MEMS sensor as described in any one of Claim 2 to 4.
前記連結部の底面と前記支持部の底面とに前記ウエハを直接接合する、
請求項2から4のいずれか一項に記載のMEMSセンサの製造方法。
Directly bonding the wafer to the bottom surface of the connecting portion and the bottom surface of the support portion;
The manufacturing method of the MEMS sensor as described in any one of Claim 2 to 4.
支持部と、
一端が前記支持部と結合し可撓性を有する可撓部と、
前記可撓部の他端に結合している連結部と、
結晶化ガラスからなり前記連結部の底面に接合された錘部と、
前記錘部の運動に伴う前記可撓部の変形を検出する検出部と、
を備えるMEMSセンサ。
A support part;
A flexible portion having one end coupled to the support portion and having flexibility;
A connecting portion coupled to the other end of the flexible portion;
A weight portion made of crystallized glass and bonded to the bottom surface of the connecting portion;
A detection unit for detecting deformation of the flexible part accompanying the movement of the weight part;
A MEMS sensor comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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