JP2010147268A - Mems sensor, and method of manufacturing mems sensor - Google Patents

Mems sensor, and method of manufacturing mems sensor Download PDF

Info

Publication number
JP2010147268A
JP2010147268A JP2008323357A JP2008323357A JP2010147268A JP 2010147268 A JP2010147268 A JP 2010147268A JP 2008323357 A JP2008323357 A JP 2008323357A JP 2008323357 A JP2008323357 A JP 2008323357A JP 2010147268 A JP2010147268 A JP 2010147268A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon layer
flexible
mems sensor
thin
flexible portion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2008323357A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Atsuo Hattori
敦夫 服部
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yamaha Corp
Original Assignee
Yamaha Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yamaha Corp filed Critical Yamaha Corp
Priority to JP2008323357A priority Critical patent/JP2010147268A/en
Publication of JP2010147268A publication Critical patent/JP2010147268A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Gyroscopes (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an MEMS sensor which hardly fractures and has superior shock resistance performance when a flexible portion deforms. <P>SOLUTION: The MEMS sensor includes: a support portion; the flexible portion which is a flexible film having one end coupled to the support portion and has a thick part and a thin part which has a gradual decrease section, a border between the thick part and the thin part being defined as an end of the section, thickness of the gradual decrease section decreasing as getting away from the thick part; and a strain detecting means formed at the thin portion to detect strain generated at the thin portion. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

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

加速度センサ、角速度センサ、圧力センサ、振動センサ、マイクロホン、力覚センサ等のMEMSセンサには梁やダイヤフラム等の可撓部が備えられている。特許文献1には、ダイヤフラムに屈曲部が形成されているMEMSセンサが記載されている。
特開平7−74370号広報
MEMS sensors such as an acceleration sensor, an angular velocity sensor, a pressure sensor, a vibration sensor, a microphone, and a force sensor are provided with flexible portions such as beams and diaphragms. Patent Document 1 describes a MEMS sensor in which a bent portion is formed in a diaphragm.
JP-A-7-74370

しかし、特許文献1に記載されたMEMSセンサでは、ダイヤフラムが変形する際、ダイヤフラムに形成された屈曲部に応力が集中し、破断しやすい。   However, in the MEMS sensor described in Patent Document 1, when the diaphragm is deformed, stress concentrates on the bent portion formed in the diaphragm and is easily broken.

本発明はこの問題に鑑みて創作されたものであって、可撓部が変形する際に破断しにくく耐衝撃性能に優れたMEMSセンサの提供を目的の1つとする。   The present invention was created in view of this problem, and an object of the present invention is to provide a MEMS sensor that is not easily broken when the flexible portion is deformed and has excellent impact resistance.

(1)上記目的を達成するためのMEMSセンサは、支持部と、一端が前記支持部に結合している可撓性を有する膜であって、厚肉部と前記厚肉部との境界を区間端とし前記厚肉部から離れるにつれて厚さが漸減している漸減区間を有する薄肉部とが前記一端から離れる方向に配列されている可撓部と、前記薄肉部に形成され前記薄肉部に生ずる歪みを検出するための歪み検出手段と、を備える。   (1) A MEMS sensor for achieving the above object is a flexible film in which a support part and one end are coupled to the support part, and a boundary between the thick part and the thick part is formed. A thin portion having a gradually decreasing section whose thickness gradually decreases as the end of the section is separated from the thick portion, a flexible portion that is arranged in a direction away from the one end, and a thin portion that is formed on the thin portion. Strain detection means for detecting the generated distortion.

本発明によると、可撓部に薄肉部が形成されているため、剛性を高めることなく可撓部を小さくできるため、MEMSセンサを小型化できる。また、可撓部の変形による応力が薄肉部の漸減区間全体に分散されるため、可撓部が破断しにくく耐衝撃性能が向上する。また、可撓部が変形する際、薄肉部は厚肉部に比べて歪みが大きくなるため、薄肉部に歪み検出手段を形成することによって、可撓部の変形に伴う物理量の検出感度を高めることができる。   According to the present invention, since the thin part is formed in the flexible part, the flexible part can be made small without increasing the rigidity, so that the MEMS sensor can be downsized. In addition, since the stress due to the deformation of the flexible portion is distributed throughout the gradually decreasing section of the thin-walled portion, the flexible portion is hardly broken and the impact resistance performance is improved. In addition, when the flexible portion is deformed, the thin portion is more distorted than the thick portion. Therefore, by forming the strain detecting means in the thin portion, the detection sensitivity of the physical quantity accompanying the deformation of the flexible portion is increased. be able to.

(2)上記目的を達成するためのMEMSセンサにおいて、前記可撓部の他端に結合している錘部をさらに備え、前記厚肉部と前記薄肉部とは前記可撓部の一端と他端とを結ぶ直線上に形成されていてもよい。   (2) The MEMS sensor for achieving the above object further includes a weight portion coupled to the other end of the flexible portion, wherein the thick portion and the thin portion are one end of the flexible portion and the other. It may be formed on a straight line connecting the ends.

本発明によると、MEMSセンサが錘部を備えていても可撓部の変形による応力が漸減区間全体に分散されるため、可撓部が破断しにくく耐衝撃性能が向上する。また、厚肉部と薄肉部とが可撓部の一端と他端とを結ぶ直線上に形成されることで可撓部が撓みやすくなるため、可撓部の撓みに伴う物理量の検出感度を高めることができる。   According to the present invention, even if the MEMS sensor includes a weight portion, the stress due to the deformation of the flexible portion is dispersed throughout the entire decreasing section, so that the flexible portion is hard to break and the impact resistance performance is improved. In addition, since the thick part and the thin part are formed on a straight line connecting one end and the other end of the flexible part, the flexible part is easily bent. Can be increased.

(3)上記目的を達成するためのMEMSセンサにおいて、前記可撓部は一端が前記支持部に結合し他端が前記錘部に結合した梁であって、前記薄肉部は前記梁の一端と他端とを結ぶ2辺間を横断していてもよい。   (3) In the MEMS sensor for achieving the above object, the flexible portion is a beam having one end coupled to the support portion and the other end coupled to the weight portion, and the thin portion is connected to one end of the beam. You may cross two sides which connect an other end.

本発明によると、薄肉部が梁の2辺間を横断することで可撓部が撓みやすくなるため、可撓部の撓みに伴う物理量の検出感度を高めることができる。   According to the present invention, since the thin portion crosses between the two sides of the beam, the flexible portion is easily bent. Therefore, the detection sensitivity of the physical quantity accompanying the bending of the flexible portion can be increased.

(4)上記目的を達成するためのMEMSセンサにおいて、前記可撓部は一端が前記支持部に結合し他端が前記錘部に結合した環状のダイヤフラムであって、前記薄肉部は前記ダイヤフラムを一周していてもよい。   (4) In the MEMS sensor for achieving the above object, the flexible portion is an annular diaphragm having one end coupled to the support portion and the other end coupled to the weight portion, and the thin portion includes the diaphragm. You may go around.

本発明によると、薄肉部が一周することでダイヤフラムが撓みやすくなるため、ダイヤフラムの撓みを伴う物理量の検出感度を高めることができる。   According to the present invention, since the diaphragm is easily bent when the thin-walled portion goes around, it is possible to increase the detection sensitivity of the physical quantity that accompanies the bending of the diaphragm.

(5)上記目的を達成するためのMEMSセンサにおいて、前記可撓部の主面の一方は平坦であって前記可撓部の主面の他方は前記薄肉部においてなだらかに凹んでいてもよい。   (5) In the MEMS sensor for achieving the above object, one of the principal surfaces of the flexible part may be flat and the other principal surface of the flexible part may be gently recessed in the thin part.

本発明によると、可撓部の両主面を凹ませる必要がなくなるため、可撓部が破断しにくく耐衝撃性能に優れたMEMSセンサの製造工程を簡素化し製造コストを削減できる。また、薄肉部の凹みがなだらかであるため、可撓部が破断しにくく耐衝撃性能が向上する。なお、主面がなだらかに凹んでいるとは、主面が折れ曲がることなく主面の傾斜が連続的に変化することにより凹みが形成されていることを意味する。なお、本明細書において可撓部の主面とは、可撓部を構成する膜が広がる方向に広がる面であって、MEMSセンサのダイを構成する積層構造体に含まれる複数の膜が積層されている方向に対して垂直な方向に広がる面をいう。   According to the present invention, since it is not necessary to dent both main surfaces of the flexible part, it is possible to simplify the manufacturing process of the MEMS sensor that is difficult to break the flexible part and has excellent impact resistance, and to reduce the manufacturing cost. Moreover, since the dent of a thin part is gentle, a flexible part is hard to fracture | rupture and impact resistance performance improves. In addition, that the main surface is gently depressed means that the depression is formed by continuously changing the inclination of the main surface without bending the main surface. In this specification, the main surface of the flexible portion is a surface that spreads in the direction in which the film constituting the flexible portion spreads, and a plurality of films included in the laminated structure constituting the die of the MEMS sensor are laminated. A surface extending in a direction perpendicular to the direction in which it is formed.

(6)上記目的を達成するためのMEMSセンサは、支持部と、一端が前記支持部に結合している可撓性を有する膜であって前記一端から離れる方向になだらかにうねる波形区間を有する可撓部と、前記波形区間に形成され前記波形区間に生ずる歪みを検出するための歪み検出手段と、を備える。   (6) A MEMS sensor for achieving the above object has a support part and a flexible film with one end coupled to the support part, and has a waveform section that gently swells in a direction away from the one end. A flexible portion; and strain detection means for detecting a strain formed in the waveform section and occurring in the waveform section.

本発明によると、可撓部が波形区間を有することで剛性を高めることなく可撓部を小さくできるため、MEMSセンサを小型化できる。また、可撓部における波形区間のうねりがなだらかであるため、可撓部が破断しにくく耐衝撃性能が向上する。また、可撓部が変形する際、波形区間は可撓部における波形区間以外の区間に比べて歪みが大きくなるため、波形区間に歪み検出手段を形成することによって、可撓部の変形を伴う物理量の検出感度を高めることができる。なお、波形区間がなだらかにうねるとは、波形区間における2つの主面が折れ曲がることなく互いの距離を基本的には一定に保ちながら2つの主面の傾斜が連続的に変化していることを意味する。   According to the present invention, since the flexible part has a corrugated section, the flexible part can be made small without increasing the rigidity, and thus the MEMS sensor can be downsized. Further, since the waviness of the corrugated section in the flexible portion is gentle, the flexible portion is hardly broken and the impact resistance performance is improved. In addition, when the flexible part is deformed, the waveform section is more strained than sections other than the waveform section in the flexible section. Therefore, forming the strain detection means in the waveform section causes deformation of the flexible section. The detection sensitivity of the physical quantity can be increased. In addition, the wavy wave section gently means that the two main surfaces in the waveform section are not bent and the inclination of the two main surfaces continuously changes while keeping the distance between each other basically constant. means.

(7)上記目的を達成するためのMEMSセンサにおいて、前記可撓部の他端に結合している錘部をさらに備え、前記波形区間は前記可撓部の一端から他端に向かう方向になだらかにうねっていてもよい。   (7) In the MEMS sensor for achieving the above object, the MEMS sensor further includes a weight part coupled to the other end of the flexible part, and the corrugated section is gently in a direction from one end to the other end of the flexible part. You may swell.

本発明によると、MEMSセンサが錘部を備えていても可撓部における波形区間のうねりがなだらかであるため、可撓部が破断しにくく耐衝撃性能が向上する。また、波形区間が可撓部の一端から他端に向かう方向にうねっていることで可撓部が撓みやすくなるため、可撓部の撓みを伴う物理量の検出感度を高めることができる。また、波形区間が可撓部の一端から他端に向かう方向うねっていることで可撓部が撓みやすくなるため、可撓部の撓みを伴う物理量の検出感度を高めることができる。   According to the present invention, even if the MEMS sensor includes a weight portion, the waviness of the corrugated section in the flexible portion is gentle, so that the flexible portion is hardly broken and the impact resistance performance is improved. In addition, since the wavy section undulates in the direction from one end of the flexible portion toward the other end, the flexible portion is easily bent, so that the detection sensitivity of the physical quantity accompanying the bending of the flexible portion can be increased. Moreover, since the waveform section is wavy in the direction from the one end to the other end of the flexible portion, the flexible portion is easily bent. Therefore, the detection sensitivity of the physical quantity accompanying the bending of the flexible portion can be increased.

(8)上記目的を達成するためのMEMSセンサにおいて、前記可撓部は一端が前記支持部に結合し他端が前記錘部に結合した梁であって、前記波形区間は前記梁の一端と他端とを結ぶ2辺間を横断していてもよい。   (8) In the MEMS sensor for achieving the above object, the flexible portion is a beam having one end coupled to the support portion and the other end coupled to the weight portion, and the corrugated section includes one end of the beam. You may cross two sides which connect an other end.

本発明によると、波形区間が梁の2辺間を横断することで可撓部が撓みやすくなるため、可撓部の撓みを伴う物理量の検出感度を高めることができる。   According to the present invention, since the flexible section is easily bent when the corrugated section crosses between the two sides of the beam, the detection sensitivity of the physical quantity accompanying the bending of the flexible section can be increased.

(9)上記目的を達成するためのMEMSセンサにおいて、前記可撓部は一端が前記支持部に結合し他端が前記錘部に結合した環状のダイヤフラムであって、前記波形区間は前記ダイヤフラムを一周していてもよい。   (9) In the MEMS sensor for achieving the above object, the flexible portion is an annular diaphragm having one end coupled to the support portion and the other end coupled to the weight portion, and the corrugated section includes the diaphragm. You may go around.

本発明によると、波形区間が一周することでダイヤフラムが撓みやすくなるため、ダイヤフラムの撓みを伴う物理量の検出感度を高めることができる。   According to the present invention, since the diaphragm is easily bent when the waveform section goes around, it is possible to increase the detection sensitivity of the physical quantity accompanied by the bending of the diaphragm.

(10)上記目的を達成するためのMEMSセンサの製造方法は、第1シリコン層と前記第1シリコン層より薄い第2シリコン層とを含むSOIウエハの前記第2シリコン層の表面になだらかにうねる波面を形成し、前記第1シリコン層を含む支持部と、一端が前記支持部に結合し前記第2シリコン層を含み前記第1シリコン層を含まない可撓性を有する膜であって前記支持部から離れる方向になだらかにうねる前記波面を有する可撓部とを前記第1シリコン層の一部を除去することによって形成し、前記可撓部の歪みを検出するための歪み検出手段を前記可撓部の前記波面に対応する区間に形成する、ことを含む。   (10) A MEMS sensor manufacturing method for achieving the above-described object gently swells on the surface of the second silicon layer of an SOI wafer including a first silicon layer and a second silicon layer thinner than the first silicon layer. A support part that forms a wavefront and includes the first silicon layer; and a flexible film that has one end coupled to the support part and includes the second silicon layer and does not include the first silicon layer. Forming a flexible part having the wavefront gently undulating in a direction away from the part by removing a part of the first silicon layer, and the strain detecting means for detecting the strain of the flexible part. Forming in a section corresponding to the wavefront of the flexure.

本発明によると、可撓部における波面のうねりがなだらかに形成されるため、破断しにくく耐衝撃性能に優れたMEMSセンサを製造できる。なお、波面がなだらかにうねるとは、表面が折れ曲がることなく表面の傾斜が連続的に変化していることを意味する。   According to the present invention, since the wavefront undulation in the flexible portion is formed gently, it is possible to manufacture a MEMS sensor that is not easily broken and has excellent impact resistance. The gentle wavefront means that the slope of the surface is continuously changing without bending the surface.

(11)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、所定のパターンを有する耐熱保護膜を前記第2シリコン層の上に形成し、前記耐熱保護膜の下に位置する前記第2シリコン層を熱酸化し、前記第2シリコン層の熱酸化された領域を選択的に除去することによって前記波面を形成してもよい。   (11) In the method of manufacturing a MEMS sensor for achieving the above object, a heat-resistant protective film having a predetermined pattern is formed on the second silicon layer, and the second silicon located under the heat-resistant protective film The wavefront may be formed by thermally oxidizing a layer and selectively removing a thermally oxidized region of the second silicon layer.

本発明ではLOCOS(local oxidation of silicon)プロセスによって可撓部の波面を形成する。すなわち本発明によると、熱酸化によって酸素を等方的に拡散させることによって、可撓部となる第二シリコン層の表面になだらかな波面を形成する。   In the present invention, the wavefront of the flexible part is formed by a LOCOS (local oxidation of silicon) process. That is, according to the present invention, a gentle wavefront is formed on the surface of the second silicon layer serving as the flexible portion by isotropically diffusing oxygen by thermal oxidation.

(12)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、所定の3次元パターンを有する保護膜を前記第2シリコン層の表面に形成し、前記保護膜もろともに前記第2シリコン層を異方性エッチングすることによって前記波面を形成してもよい。   (12) In the MEMS sensor manufacturing method for achieving the above object, a protective film having a predetermined three-dimensional pattern is formed on the surface of the second silicon layer, and the second silicon layer is different from the protective film. The wavefront may be formed by isotropic etching.

本発明によると、保護膜もろともに異方性エッチングすることで保護膜のパターンが第2シリコン層に転写されるため、可撓部になだらかな波面領域を形成できる。また、保護膜もろともにエッチングするため、製造工程を簡素化し製造コストを削減できる。   According to the present invention, since the pattern of the protective film is transferred to the second silicon layer by anisotropic etching together with the protective film, a gentle wavefront region can be formed in the flexible portion. In addition, since the protective film is etched together, the manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.

(13)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、多階調マスクを介した露光と現像とによって前記保護膜を形成してもよい。   (13) In the method of manufacturing a MEMS sensor for achieving the above object, the protective film may be formed by exposure and development through a multi-tone mask.

本発明によると、多階調マスクを用いることで1回の露光と現像で3次元パターンを有する保護膜を形成できる。   According to the present invention, by using a multi-tone mask, a protective film having a three-dimensional pattern can be formed by one exposure and development.

(14)上記目的を達成するためのMEMSセンサの製造方法は、第1シリコン層と前記第1シリコン層より薄い第2シリコン層とを含むSOIウエハにおいて前記第2シリコン層の表面になだらかにうねる波面領域を形成し、前記波面領域が形成された前記第2シリコン層の表面にエピタキシャル結晶シリコン層をエピタキシャル結晶成長させ、前記第1シリコン層を含む支持部と、一端が前記支持部に結合し前記エピタキシャル結晶シリコン層を含み前記第1シリコン層を含まない可撓性を有する膜であって前記支持部から離れる方向になだらかにうねり前記波面領域に対応する波形区間を含む可撓部とを前記第1シリコン層の一部と前記第2シリコン層の一部とを選択的に除去することによって形成し、前記可撓部の歪みを検出するための歪み検出手段を前記波形区間に形成する、ことを含む。   (14) According to a method of manufacturing a MEMS sensor for achieving the above object, in a SOI wafer including a first silicon layer and a second silicon layer thinner than the first silicon layer, the surface of the second silicon layer gently swells. A wavefront region is formed, an epitaxial crystal silicon layer is epitaxially grown on a surface of the second silicon layer on which the wavefront region is formed, and a support portion including the first silicon layer and one end are coupled to the support portion. A flexible film that includes the epitaxial crystalline silicon layer and does not include the first silicon layer, and that gently undulates in a direction away from the support section and includes a corrugated section corresponding to the wavefront region; To detect distortion of the flexible part formed by selectively removing a part of the first silicon layer and a part of the second silicon layer The distortion detecting means is formed on the waveform segment comprises.

本発明によると、可撓部における波形区間のうねりがなだらかに形成されるため、破断しにくく耐衝撃性能に優れたMEMSセンサを製造できる。なお、波形区間がなだらかにうねるとは、波形区間における2つの主面が折れ曲がることなく互いの距離を基本的には一定に保ちながら2つの主面の傾斜が連続的に変化していることを意味する。   According to the present invention, since the waviness of the corrugated section in the flexible portion is gently formed, a MEMS sensor that is hard to break and excellent in impact resistance can be manufactured. In addition, the wavy wave section gently means that the two main surfaces in the waveform section are not bent and the inclination of the two main surfaces continuously changes while keeping the distance between each other basically constant. means.

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しながら以下の順に説明する。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)
本発明の第一実施形態である6軸のモーションセンサのダイ1Aを図1A、図1Bおよび図1Cに示す。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に収容されたダイ1Aとを備え、互いに直交する3軸の加速度成分と互いに直交する3軸の角速度成分を検出する。図1Aに示すBB線断面、CC線断面をそれぞれ示す図1Bおよび図1Cにおいて、モーションセンサ1のダイ1Aを構成する層の界面は破線で示し、モーションセンサ1のダイ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 in the following order 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 six-axis motion sensor die 1A according to a first embodiment of the present invention is shown in FIGS. 1A, 1B, and 1C. The motion sensor 1 includes a package 1B shown in FIG. 2 and a die 1A accommodated in the package 1B, and detects a three-axis acceleration component orthogonal to each other and a three-axis angular velocity component orthogonal to each other. In FIG. 1B and FIG. 1C showing the BB line cross section and CC line cross section shown in FIG. 1A, the interface of the layers constituting the die 1A of the motion sensor 1 is indicated by broken lines, and the mechanical configuration constituting the die 1A of the motion sensor 1 Element boundaries are indicated by solid lines.

モーションセンサ1のダイ1Aは、図1Bおよび図1Cに示すように、第1シリコン層としての厚いシリコン層101と、エッチングストッパ層102と、第2シリコン層としての薄いシリコン層104と、絶縁層106と、電極層108、112と、圧電層110と、表面絶縁層114と、表面配線層115を含む積層構造体である。単結晶シリコン(Si)からなる厚いシリコン層101の厚さは625μmである。エッチングストッパ層102はシリコン酸化膜(SiO)からなる。エッチングストッパ層102の厚さは1μmである。単結晶シリコンからなる薄いシリコン層104の厚さは10μmである。絶縁層106はシリコン酸化膜からなる。絶縁層106の厚さは300nmである。電極層108、112はいずれも白金(Pt)からなる。電極層108、112の厚さはいずれも0.1μmである。圧電層110はPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)からなる。圧電層110の厚さは3μmである。表面絶縁層114は感光性ポリイミドからなる。表面絶縁層114の厚さは10μmである。表面配線層115はアルミニウム(Al)からなる。表面配線層115の厚さは0.5μmである。 As shown in FIGS. 1B and 1C, the die 1A of the motion sensor 1 includes a thick silicon layer 101 as a first silicon layer, an etching stopper layer 102, a thin silicon layer 104 as a second silicon layer, and an insulating layer. 106, an electrode layer 108, 112, a piezoelectric layer 110, a surface insulating layer 114, and a surface wiring layer 115. The thickness of the thick silicon layer 101 made of single crystal silicon (Si) is 625 μm. The etching stopper layer 102 is made of a silicon oxide film (SiO 2 ). The thickness of the etching stopper layer 102 is 1 μm. The thickness of the thin silicon layer 104 made of single crystal silicon is 10 μm. The insulating layer 106 is made of a silicon oxide film. The thickness of the insulating layer 106 is 300 nm. The electrode layers 108 and 112 are both made of platinum (Pt). The electrode layers 108 and 112 both have a thickness of 0.1 μm. The piezoelectric layer 110 is made of PZT (lead zirconate titanate). The thickness of the piezoelectric layer 110 is 3 μm. The surface insulating layer 114 is made of photosensitive polyimide. The surface insulating layer 114 has a thickness of 10 μm. The surface wiring layer 115 is made of aluminum (Al). The thickness of the surface wiring layer 115 is 0.5 μm.

モーションセンサ1のダイ1Aは、矩形枠の形態を有する支持部Sと、一端が支持部Sに結合し支持部Sの内側に十文字形に配置されている4つの可撓部Fと、4つの可撓部Fに結合している錘部Mと、ひずみ検出手段としてのピエゾ抵抗素子40と、ひずみ検出手段または駆動手段としての圧電素子Pとを備え、パッケージ1Bに収容される。   The die 1A of the motion sensor 1 includes a support portion S having a rectangular frame shape, four flexible portions F having one end coupled to the support portion S and arranged in a cross shape inside the support portion S, and four A weight part M coupled to the flexible part F, a piezoresistive element 40 as a strain detecting means, and a piezoelectric element P as a strain detecting means or a driving means are provided and accommodated in the package 1B.

支持部Sは厚いシリコン層101と、エッチングストッパ層102と、薄いシリコン層104と、絶縁層106とを含む。支持部Sは可撓部Fに比べて十分に厚いシリコン層101を含み、パッケージ1Bに固定されるため、モーションセンサに固定された座標系において静止した実質的に剛体として振る舞う。   The support S includes a thick silicon layer 101, an etching stopper layer 102, a thin silicon layer 104, and an insulating layer 106. Since the support portion S includes a silicon layer 101 that is sufficiently thicker than the flexible portion F and is fixed to the package 1B, the support portion S behaves as a substantially rigid body that is stationary in a coordinate system fixed to the motion sensor.

可撓部Fは薄いシリコン層104と絶縁層106とを含む。可撓部Fは一端が支持部Sに結合され他端が錘部Mに結合している。可撓部Fは厚いシリコン層101を含まないため、可撓性を有する膜として振る舞う。可撓部Fの主面の一方である上面はなだらかにうねっている。すなわち可撓部Fの上面は、薄肉部202においてなだらかに凹んでいる。一方、可撓部Fの主面の他方である下面は平坦である。そのため、可撓部Fの厚さは、支持部Sから錘部Mへ向かう方向において一定ではない。すなわち可撓部Fは厚肉部201と厚肉部201より薄い薄肉部202とを有する。可撓部Fに薄肉部202を形成することによって、可撓部Fの剛性を上げることなく可撓部Fを小さくすることができる。薄肉部202は、厚肉部201との境界を区間端とし厚肉部201から離れるにつれて厚さが漸減している漸減区間を有する。可撓部Fの変形による応力は薄肉部202に集中するものの薄肉部202の漸減区間全体に分散される。その結果、可撓部Fが破断しにくく可撓部Fの耐衝撃性能が向上する。また、可撓部Fの下面を曲面に形成する必要がないため、製造工程を簡素化し製造コストを削減できる。   The flexible part F includes a thin silicon layer 104 and an insulating layer 106. The flexible portion F has one end coupled to the support portion S and the other end coupled to the weight portion M. Since the flexible portion F does not include the thick silicon layer 101, the flexible portion F behaves as a flexible film. The upper surface which is one of the main surfaces of the flexible portion F is gently undulating. That is, the upper surface of the flexible part F is gently recessed in the thin part 202. On the other hand, the lower surface which is the other main surface of the flexible part F is flat. Therefore, the thickness of the flexible part F is not constant in the direction from the support part S to the weight part M. That is, the flexible part F has a thick part 201 and a thin part 202 thinner than the thick part 201. By forming the thin portion 202 in the flexible portion F, the flexible portion F can be reduced without increasing the rigidity of the flexible portion F. The thin-walled portion 202 has a gradually decreasing section where the boundary with the thick-walled portion 201 is the section end and the thickness gradually decreases as the distance from the thick-walled portion 201 increases. Although the stress due to the deformation of the flexible portion F concentrates on the thin portion 202, it is distributed over the entire gradually decreasing section of the thin portion 202. As a result, the flexible part F is hard to break, and the impact resistance performance of the flexible part F is improved. Moreover, since it is not necessary to form the lower surface of the flexible part F in a curved surface, the manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.

厚肉部201と薄肉部202とは、可撓部Fの支持部Sに結合している一端と可撓部Fの錘部Mに結合している他端とを結ぶ直線上に形成されている。すなわち、厚肉部201と薄肉部202とは、可撓部Fにおいて支持部Sから離れる方向に配列されている。薄肉部201は可撓部Fの全幅にわたっている。すなわち薄肉部201は可撓部Fの固定端と自由端とを結ぶ2辺間を横断している。厚肉部201と薄肉部202のこうした配列により、可撓部Fが撓みやすくなる。そのため、ピエゾ抵抗素子40および圧電素子Pの検出感度を高めることができる。   The thick portion 201 and the thin portion 202 are formed on a straight line connecting one end coupled to the support portion S of the flexible portion F and the other end coupled to the weight portion M of the flexible portion F. Yes. That is, the thick part 201 and the thin part 202 are arranged in a direction away from the support part S in the flexible part F. The thin portion 201 extends over the entire width of the flexible portion F. That is, the thin part 201 crosses between two sides connecting the fixed end and the free end of the flexible part F. Such an arrangement of the thick part 201 and the thin part 202 makes the flexible part F easily bent. Therefore, the detection sensitivity of the piezoresistive element 40 and the piezoelectric element P can be increased.

錘部Mは、厚いシリコン層101とエッチングストッパ層102と薄いシリコン層104と絶縁層106とを含む。錘部Mは厚いシリコン層101を含み、可撓部Fにのみ結合しパッケージ1Bの底面90aから浮いているため、モーションセンサ1に固定された座標系において運動する実質的な剛体として振る舞う。   The weight portion M includes a thick silicon layer 101, an etching stopper layer 102, a thin silicon layer 104, and an insulating layer 106. Since the weight part M includes the thick silicon layer 101 and is coupled only to the flexible part F and floats from the bottom surface 90a of the package 1B, the weight part M behaves as a substantially rigid body that moves in a coordinate system fixed to the motion sensor 1.

可撓部Fにおける、支持部Sとの近接領域と錘部Mとの近接領域とに合計12個のピエゾ抵抗素子40が設けられている。ピエゾ抵抗素子40は不純物濃度が相対的に低い抵抗部42と不純物濃度が高い接続抵抗低減部41を含む。これらのピエゾ抵抗素子40はすべて可撓部Fと支持部Sとの境界、あるいは可撓部Fと錘部Mとの境界をまたいでいる。ピエゾ抵抗素子40は薄いシリコン層104に形成されている。可撓部Fの変形によって生じる応力の向きは可撓部Fの上面と下面とで逆になる。このため、ピエゾ抵抗素子40は薄いシリコン層104の界面近くに薄く形成される。ピエゾ抵抗素子40は4つ1組で1つのブリッジ回路を構成し、各ブリッジ回路から直交する3軸の加速度成分に相当する出力信号を取り出せるように結線される。   A total of twelve piezoresistive elements 40 are provided in the proximity region of the flexible portion F with the support portion S and the proximity region with the weight portion M. The piezoresistive element 40 includes a resistance portion 42 having a relatively low impurity concentration and a connection resistance reducing portion 41 having a high impurity concentration. All of these piezoresistive elements 40 straddle the boundary between the flexible portion F and the support portion S or the boundary between the flexible portion F and the weight portion M. The piezoresistive element 40 is formed on a thin silicon layer 104. The direction of the stress generated by the deformation of the flexible portion F is reversed between the upper surface and the lower surface of the flexible portion F. For this reason, the piezoresistive element 40 is formed thin near the interface of the thin silicon layer 104. The piezoresistive elements 40 form a bridge circuit with a set of four, and are wired so that output signals corresponding to three-axis acceleration components orthogonal to each other can be extracted from each bridge circuit.

ピエゾ抵抗素子40の抵抗部42は薄肉部202に形成されている。可撓部Fが撓む際、薄肉部202は厚肉部201に比べて歪みが大きくなるため、抵抗部42を薄肉部202に形成することによって、加速度による可撓部Fの撓みの検出感度を高めることができる。すなわち、抵抗部42を薄肉部202に形成することによって可撓部Fの撓みを伴う加速度の検出感度が高まる。   The resistance portion 42 of the piezoresistive element 40 is formed in the thin portion 202. When the flexible portion F bends, the thin portion 202 is more distorted than the thick portion 201. Therefore, by forming the resistance portion 42 in the thin portion 202, the detection sensitivity of the deflection of the flexible portion F due to acceleration. Can be increased. That is, by forming the resistance portion 42 in the thin portion 202, the detection sensitivity of acceleration accompanied by the bending of the flexible portion F is increased.

圧電素子Pは、電極層108と、圧電層110と、電極層112とを含む。圧電素子Pは電極層108と電極層112との間に圧電層110が挟まれた構造を有する。複数の圧電素子Pの一部は、可撓部Fを歪ませることによって錘部Mを周回運動させる駆動手段として機能し、残部は角速度に伴うコリオリ力によって生じる可撓部Fの歪みを検出する検出手段として機能する。   The piezoelectric element P includes an electrode layer 108, a piezoelectric layer 110, and an electrode layer 112. The piezoelectric element P has a structure in which the piezoelectric layer 110 is sandwiched between the electrode layer 108 and the electrode layer 112. A part of the plurality of piezoelectric elements P functions as a driving unit that circulates the weight part M by distorting the flexible part F, and the remaining part detects the distortion of the flexible part F caused by the Coriolis force accompanying the angular velocity. It functions as a detection means.

圧電素子Pは、薄肉部202において絶縁層106の表面上に設けられる。可撓部Fが撓む際、薄肉部202は厚肉部201に比べて歪みが大きくなるため、圧電素子Pを薄肉部202に設けることで角速度による可撓部Fの撓みの検出感度を高めることができる。すなわち、圧電素子Pを薄肉部に設けることで可撓部Fの撓みを伴う角速度の検出感度が高まる。   The piezoelectric element P is provided on the surface of the insulating layer 106 in the thin portion 202. When the flexible portion F bends, the thin portion 202 is more distorted than the thick portion 201. Therefore, by providing the piezoelectric portion P in the thin portion 202, the detection sensitivity of the deflection of the flexible portion F due to the angular velocity is increased. be able to. That is, by providing the piezoelectric element P in the thin portion, the detection sensitivity of the angular velocity accompanied by the bending of the flexible portion F is increased.

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。ダイ1Aの支持部S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 die 1A, and the other end is bonded to the through electrode 91 of the package 1B. The support portion S of the die 1 </ b> A is bonded to the inner bottom surface 90 a of the base 90 with an adhesive layer 92. The height of the gap between the weight portion M of the die 1A and the bottom surface 90a inside the base 90 is set according to 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 die 1A may be accommodated in the package 1B.

(製造方法)
以下、図3から図13を参照してモーションセンサ1のダイ1Aの製造方法の一例を説明する。図3、図4A、図5〜図9、図11A、図12Aおよび図13は、図1Aに示すBB線に対応する断面図である。図10、図11Bおよび図12Bは図1Aに示すCC線に対応する断面図である。
(Production method)
Hereinafter, an example of a method for manufacturing the die 1A of the motion sensor 1 will be described with reference to FIGS. 3, 4A, 5 to 9, 11A, 12A, and 13 are cross-sectional views corresponding to the line BB shown in FIG. 1A. 10, FIG. 11B and FIG. 12B are cross-sectional views corresponding to the CC line shown in FIG. 1A.

はじめに図3に示すように厚いシリコン層101、エッチングストッパ層102、薄いシリコン層104、酸化シリコン層105および窒化シリコン層107がこの順で積層された積層構造体を形成する。具体的にはまず、厚いシリコン層101、エッチングストッパ層102および薄いシリコン層104を含むSOI(Silicon On Insulator)ウエハ100を用意する。次に薄いシリコン層104の表面を熱酸化することにより二酸化シリコン(SiO)からなる酸化シリコン層105を形成する。この段階における酸化シリコン層105の厚さは30nmである。次に酸化シリコン層105の表面にCVD等によって窒化シリコン(Si)からなる窒化シリコン層107を形成する。窒化シリコン層107の厚さは140nmである。 First, as shown in FIG. 3, a laminated structure in which a thick silicon layer 101, an etching stopper layer 102, a thin silicon layer 104, a silicon oxide layer 105, and a silicon nitride layer 107 are laminated in this order is formed. Specifically, first, an SOI (Silicon On Insulator) wafer 100 including a thick silicon layer 101, an etching stopper layer 102, and a thin silicon layer 104 is prepared. Next, the surface of the thin silicon layer 104 is thermally oxidized to form a silicon oxide layer 105 made of silicon dioxide (SiO 2 ). The thickness of the silicon oxide layer 105 at this stage is 30 nm. Next, a silicon nitride layer 107 made of silicon nitride (Si x N y ) is formed on the surface of the silicon oxide layer 105 by CVD or the like. The thickness of the silicon nitride layer 107 is 140 nm.

次に、図4Aに示すようにフォトレジストからなる保護膜R1を用いてエッチングすることにより、窒化シリコン層107を所定形状にパターニングする。具体的には、CHFガス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。保護膜R1は酸化シリコン層105を露出させるためのスリットRSを有する。図4Bは、保護膜R1を上方から見た図であって、可撓部Fに対応する領域が破線によって示されている。スリットRSは、それぞれに可撓部Fが形成される4つの領域において可撓部Fの一端から他端に向かう方向に複数ずつ配列されている。それぞれのスリットRSは可撓部Fが形成される4つの領域のそれぞれを横断している。このようにスリットRSを形成することによって可撓部Fの一端と他端とを結ぶ直線上に厚肉部201と薄肉部202を配列し、可撓部Fの一端と他端とを結ぶ2辺間を横断する薄肉部202を形成できる。次に、図5に示すように保護膜R1を除去する。 Next, as shown in FIG. 4A, the silicon nitride layer 107 is patterned into a predetermined shape by etching using a protective film R1 made of a photoresist. Specifically, patterning is performed by reactive ion etching using CHF 3 gas as an etching gas. The protective film R1 has a slit RS for exposing the silicon oxide layer 105. FIG. 4B is a view of the protective film R1 as viewed from above, and a region corresponding to the flexible portion F is indicated by a broken line. A plurality of slits RS are arranged in a direction from one end to the other end of the flexible portion F in four regions where the flexible portions F are formed. Each slit RS crosses each of the four regions where the flexible portion F is formed. By forming the slit RS in this way, the thick portion 201 and the thin portion 202 are arranged on a straight line connecting one end and the other end of the flexible portion F, and the one end and the other end of the flexible portion F are connected to each other. A thin portion 202 that crosses between the sides can be formed. Next, as shown in FIG. 5, the protective film R1 is removed.

次に、図6に示すように窒化シリコン層107を耐熱保護膜として用いて薄いシリコン層104の一部を熱酸化する。具体的には、薄いシリコン層104が1050℃で熱処理される。この処理により、酸化シリコン層105の露出している領域が成長し、薄いシリコン層104が縮小する。熱酸化では酸素が等方的に拡散されるため、酸化シリコン層105の露出している領域の直下において、薄いシリコン層104の酸化シリコン層105との界面は下方になだらかに凹む。酸化シリコン層105の最も厚い部分の厚さが例えば1μmになるまで薄いシリコン層104を熱酸化する。   Next, as shown in FIG. 6, a part of the thin silicon layer 104 is thermally oxidized using the silicon nitride layer 107 as a heat-resistant protective film. Specifically, the thin silicon layer 104 is heat-treated at 1050 ° C. By this treatment, the exposed region of the silicon oxide layer 105 grows and the thin silicon layer 104 shrinks. In the thermal oxidation, oxygen is diffused isotropically, so that the interface between the thin silicon layer 104 and the silicon oxide layer 105 is gently recessed downward immediately below the exposed region of the silicon oxide layer 105. The thin silicon layer 104 is thermally oxidized until the thickness of the thickest portion of the silicon oxide layer 105 becomes, for example, 1 μm.

次に、図7に示すように窒化シリコン層107および酸化シリコン層105を除去する。このとき薄いシリコン層104の前工程において熱酸化された領域が酸化シリコン層105の一部として除去されるため、薄いシリコン層104において可撓部Fが形成される表面になだらかにうねる波面が形成される。具体的には緩衝フッ酸を用いたウェットエッチング等によって窒化シリコン層107および酸化シリコン層105を除去する。   Next, as shown in FIG. 7, the silicon nitride layer 107 and the silicon oxide layer 105 are removed. At this time, since the region thermally oxidized in the previous process of the thin silicon layer 104 is removed as a part of the silicon oxide layer 105, a wave surface gently undulating is formed on the surface of the thin silicon layer 104 where the flexible portion F is formed. Is done. Specifically, the silicon nitride layer 107 and the silicon oxide layer 105 are removed by wet etching or the like using buffered hydrofluoric acid.

次に、図8に示すように薄いシリコン層104の表面全体に絶縁層106を形成する。具体的には、薄いシリコン層104の表面全体を熱酸化することにより酸化シリコンからなる絶縁層106を形成する。   Next, an insulating layer 106 is formed on the entire surface of the thin silicon layer 104 as shown in FIG. Specifically, the insulating layer 106 made of silicon oxide is formed by thermally oxidizing the entire surface of the thin silicon layer 104.

次に、立体的な機械構造が形成されていない図9に示す積層構造体Wを、絶縁層106の表面に薄膜を積層したり改質したりエッチングする等の公知の方法によって形成する。例えば、絶縁層106を貫通させて薄いシリコン層104の表面から不純物イオンを注入し、活性化することにより薄いシリコン層104にピエゾ抵抗素子40を形成する。ピエゾ抵抗素子40は可撓部Fとなる薄いシリコン層104の波面に対応する区間に形成される。次に絶縁層106の表面に白金からなる電極層108を形成し、コンタクトホールを介して電極層108とピエゾ抵抗素子40とを接続する。次に、電極層108の表面全体にPZTからなる圧電層110をスパッタ法またはゾルゲル法によって形成する。次に、圧電層110の表面全体に白金からなる電極層112を形成する。その後、フォトレジストからなる保護膜を用いて電極層112、圧電層110、電極層108をエッチングすることで、圧電素子Pを形成する。圧電素子Pは可撓部Fとなる薄いシリコン層104の波面に対応する区間に形成される。次に、感光性ポリミイドからなる表面絶縁層114を形成し、露光・現像によってコンタクトホールと可撓部Fをエッチングするための開口部とを形成する。次に、コンタクトホールから露出している電極層108、112に接続するアルミニウムからなる表面配線層115を形成する。次に、表面配線層115をエッチングによりにパターニングすると、図9に示す積層構造体Wが得られる。   Next, the laminated structure W shown in FIG. 9 in which a three-dimensional mechanical structure is not formed is formed by a known method such as laminating a thin film on the surface of the insulating layer 106, modifying it, or etching. For example, impurity ions are implanted from the surface of the thin silicon layer 104 through the insulating layer 106 and activated to form the piezoresistive element 40 in the thin silicon layer 104. The piezoresistive element 40 is formed in a section corresponding to the wavefront of the thin silicon layer 104 that becomes the flexible portion F. Next, an electrode layer 108 made of platinum is formed on the surface of the insulating layer 106, and the electrode layer 108 and the piezoresistive element 40 are connected through a contact hole. Next, a piezoelectric layer 110 made of PZT is formed on the entire surface of the electrode layer 108 by a sputtering method or a sol-gel method. Next, an electrode layer 112 made of platinum is formed on the entire surface of the piezoelectric layer 110. Then, the piezoelectric layer P is formed by etching the electrode layer 112, the piezoelectric layer 110, and the electrode layer 108 using a protective film made of a photoresist. The piezoelectric element P is formed in a section corresponding to the wavefront of the thin silicon layer 104 that becomes the flexible portion F. Next, a surface insulating layer 114 made of photosensitive polyimide is formed, and a contact hole and an opening for etching the flexible portion F are formed by exposure and development. Next, a surface wiring layer 115 made of aluminum connected to the electrode layers 108 and 112 exposed from the contact holes is formed. Next, when the surface wiring layer 115 is patterned by etching, a laminated structure W shown in FIG. 9 is obtained.

次に、図10に示すように表面絶縁層114を保護膜として用いて絶縁層106および薄いシリコン層104をエッチングし、可撓部Fのパターンを形成するとともにエッチングストッパ層102の一部を露出させる。具体的には、CHFガスを用いた反応性イオンエッチングによって二酸化シリコンからなる絶縁層106をエッチングする。続いてCFガスを用いた反応性イオンエッチングによって多結晶シリコンからなる薄いシリコン層をエッチングする。 Next, as shown in FIG. 10, the insulating layer 106 and the thin silicon layer 104 are etched using the surface insulating layer 114 as a protective film to form a pattern of the flexible portion F and a part of the etching stopper layer 102 is exposed. Let Specifically, the insulating layer 106 made of silicon dioxide is etched by reactive ion etching using CHF 3 gas. Subsequently, a thin silicon layer made of polycrystalline silicon is etched by reactive ion etching using CF 4 gas.

次に、図11Aおよび図11Bに示すように積層構造体Wを犠牲基板99に一時的に接着し、厚いシリコン層101の裏面上にフォトレジストからなる保護膜R2を形成する。犠牲基板99と積層構造体Wとはワックス、フォトレジスト、両面粘着シートなどからなる接着手段Bを用いて一時的に接着することができる。   Next, as shown in FIGS. 11A and 11B, the laminated structure W is temporarily adhered to the sacrificial substrate 99, and a protective film R2 made of a photoresist is formed on the back surface of the thick silicon layer 101. The sacrificial substrate 99 and the laminated structure W can be temporarily bonded using the bonding means B made of wax, photoresist, double-sided pressure-sensitive adhesive sheet, or the like.

次に、図12Aおよび図12Bに示すように保護膜R2から露出している厚いシリコン層101を貫通するまでエッチングし、エッチングストッパ層102を露出させる。具体的には、Cプラズマを用いたパッシベーションとSFプラズマを用いたエッチングとを短い間隔で交互に繰り返すボッシュプロセスといわれるDeep−RIE(Reactive Ion Etching)によって厚いシリコン層101をエッチングする。その後、保護膜R2を除去する。 Next, as shown in FIGS. 12A and 12B, etching is performed until the thick silicon layer 101 exposed from the protective film R2 is penetrated to expose the etching stopper layer 102. Specifically, the thick silicon layer 101 is etched by Deep-RIE (Reactive Ion Etching), which is a Bosch process in which passivation using C 4 F 8 plasma and etching using SF 6 plasma are alternately repeated at short intervals. . Thereafter, the protective film R2 is removed.

次に、図13に示すように厚いシリコン層101をマスクとして用いてエッチングストッパ層102の露出している領域をエッチングする。具体的には緩衝フッ酸を用いたウェットエッチング等によってエッチングストッパ層102を可撓部Fの下方から除去する。続いて犠牲基板99の除去、ダイシング、パッケージング等の工程を実施するとモーションセンサのダイ1Aが完成する。   Next, as shown in FIG. 13, the exposed region of the etching stopper layer 102 is etched using the thick silicon layer 101 as a mask. Specifically, the etching stopper layer 102 is removed from below the flexible portion F by wet etching using buffered hydrofluoric acid. Subsequently, when steps such as removal of the sacrificial substrate 99, dicing, and packaging are performed, the die 1A of the motion sensor is completed.

以上説明した製造方法によると、可撓部Fにおける波面のうねりがなだらかに形成されるため、破断しにくく耐衝撃性能に優れたMEMSセンサが製造される。   According to the manufacturing method described above, since the wavefront undulation in the flexible portion F is gently formed, a MEMS sensor that is hard to break and excellent in impact resistance is manufactured.

2.第二実施形態
図14に本発明の第二実施形態によるモーションセンサのダイ2Aを示す。図14においてモーションセンサのダイ2Aを構成する層の界面は破線で示し、モーションセンサのダイ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。第二実施形態によるモーションセンサは、ダイ2Aの断面構造のみが第一実施形態において説明したダイ1Aと異なり、その他の構成は第一実施形態において説明したモーションセンサ1と実質的に同一である。
2. Second Embodiment FIG. 14 shows a die 2A of a motion sensor according to a second embodiment of the present invention. In FIG. 14, the interface of the layers constituting the motion sensor die 2A is indicated by a broken line, and the boundary of the mechanical components constituting the motion sensor die 2A is indicated by a solid line. The motion sensor according to the second embodiment is different from the die 1A described in the first embodiment only in the cross-sectional structure of the die 2A, and other configurations are substantially the same as those of the motion sensor 1 described in the first embodiment.

モーションセンサのダイ2Aは、厚いシリコン層101と、エッチングストッパ層102と、薄いシリコン層104と、エピタキシャル結晶シリコン層109と、絶縁層106と、電極層108、112と、圧電層110と、表面絶縁層114と、表面配線層115とを含む積層構造体である。厚さ625μmの厚いシリコン層101はp型の単結晶シリコン(Si)からなる。エッチングストッパ層102はシリコン酸化膜(SiO)からなる。エッチングストッパ層102の厚さは1μmである。厚さ10μmの薄いシリコン層104はn型の単結晶シリコンからなる。薄いシリコン層104は支持部Sおよび錘部Mに含まれる。薄いシリコン層104は可撓部Fに含まれていない。エピタキシャル結晶シリコン層109はシリコンのエピタキシャル結晶成長によって形成されたp型の単結晶シリコンからなる。エピタキシャル結晶シリコン層109の厚さは10μmである。エピタキシャル結晶シリコン層109は、支持部S、可撓部Fおよび錘部Mに含まれている。薄いシリコン層104をn型とし、エピタキシャル結晶層105および厚いシリコン層101をp型とするのは、薄いシリコン層104の選択的エッチングを可能にするためである。したがって、薄いシリコン層104をp型とし、エピタキシャル結晶層105および厚いシリコン層101をn型としてもよい。絶縁層106はシリコン酸化膜からなる。絶縁層106の厚さは300nmである。電極層108、112はいずれも白金(Pt)からなる。電極層108、112の厚さはいずれも0.1μmである。圧電層110はPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)からなる。圧電層110の厚さは3μmである。表面絶縁層114は感光性ポリイミドからなる。表面絶縁層114の厚さは10μmである。表面配線層115はアルミニウム(Al)からなる。表面配線層115の厚さは0.5μmである。 The motion sensor die 2A includes a thick silicon layer 101, an etching stopper layer 102, a thin silicon layer 104, an epitaxial crystalline silicon layer 109, an insulating layer 106, electrode layers 108 and 112, a piezoelectric layer 110, a surface A laminated structure including an insulating layer 114 and a surface wiring layer 115. The thick silicon layer 101 having a thickness of 625 μm is made of p-type single crystal silicon (Si). The etching stopper layer 102 is made of a silicon oxide film (SiO 2 ). The thickness of the etching stopper layer 102 is 1 μm. The thin silicon layer 104 having a thickness of 10 μm is made of n-type single crystal silicon. The thin silicon layer 104 is included in the support portion S and the weight portion M. The thin silicon layer 104 is not included in the flexible portion F. Epitaxial crystal silicon layer 109 is made of p-type single crystal silicon formed by epitaxial crystal growth of silicon. The thickness of the epitaxial crystalline silicon layer 109 is 10 μm. Epitaxial crystalline silicon layer 109 is included in support portion S, flexible portion F, and weight portion M. The reason why the thin silicon layer 104 is n-type and the epitaxial crystal layer 105 and the thick silicon layer 101 are p-type is to enable selective etching of the thin silicon layer 104. Therefore, the thin silicon layer 104 may be p-type, and the epitaxial crystal layer 105 and the thick silicon layer 101 may be n-type. The insulating layer 106 is made of a silicon oxide film. The thickness of the insulating layer 106 is 300 nm. The electrode layers 108 and 112 are both made of platinum (Pt). The electrode layers 108 and 112 both have a thickness of 0.1 μm. The piezoelectric layer 110 is made of PZT (lead zirconate titanate). The thickness of the piezoelectric layer 110 is 3 μm. The surface insulating layer 114 is made of photosensitive polyimide. The thickness of the surface insulating layer 114 is 10 μm. The surface wiring layer 115 is made of aluminum (Al). The thickness of the surface wiring layer 115 is 0.5 μm.

可撓部Fはエピタキシャル結晶シリコン層109と絶縁層106とを含む。可撓部Fは一端が支持部Sに結合され他端が錘部Mに結合している。可撓部Fは厚いシリコン層101を含まないため、可撓性を有する膜として振る舞う。それぞれの可撓部Fは、支持部Sとの境界である固定端から錘部Mとの境界である自由端に向かう方向になだらかにうねった波形区間203を有する。波形区間203は可撓部Fの全幅にわたっている。すなわち波形区間203は可撓部Fの固定端と自由端とを結ぶ2辺間を横断している。波形区間203において可撓部Fの上面と下面は折れ曲がることなく互いの距離を一定に保ちながらはなだらかにうねっている。   Flexible portion F includes an epitaxial crystalline silicon layer 109 and an insulating layer 106. The flexible portion F has one end coupled to the support portion S and the other end coupled to the weight portion M. Since the flexible portion F does not include the thick silicon layer 101, the flexible portion F behaves as a flexible film. Each flexible part F has a corrugated section 203 that gently swells in a direction from a fixed end that is a boundary with the support part S to a free end that is a boundary with the weight part M. The corrugated section 203 extends over the entire width of the flexible portion F. That is, the waveform section 203 crosses between two sides connecting the fixed end and the free end of the flexible portion F. In the corrugated section 203, the upper surface and the lower surface of the flexible portion F are gently bent while keeping the mutual distance without bending.

波形区間203は平らな区間よりも剛性が低く撓みやすくなるため、可撓部Fに波形区間203を形成することによって可撓部F全体の剛性を高めることなく可撓部Fを小さくすることできる。その結果、モーションセンサ1の感度を上げたり、ダイナミックレンジを広げたり、感度を落とすことなくモーションセンサを小型化することができる。また波形区間203におけるうねりがなだらかであるため、屈曲させて可撓部Fの剛性を低下させる場合に比べると、局所への応力集中が緩和される。その結果、可撓部Fが破断しにくくなり、モーションセンサの耐衝撃性能が向上する。また、可撓部Fに薄肉部を形成して可撓部Fを撓みやすくする場合に比べると、可撓部Fに波形区間203を形成して撓みやすくしても可撓部Fの強度は低くならない。このため可撓部Fに波形区間203を形成することにより可撓部Fの変形量の限界を高く剛性を低く設定することができる。その結果、圧電素子Pによって効率よく大きな振幅で可撓部Fを励振することができるため、角速度の検出感度を高めることができる。また、可撓部Fの変形量の限界が高いため、ハードスプリング効果による共振周波数のシフトを防止することができる。   Since the corrugated section 203 is lower in rigidity than the flat section and easily bent, forming the corrugated section 203 in the flexible section F can reduce the flexible section F without increasing the rigidity of the entire flexible section F. . As a result, it is possible to reduce the size of the motion sensor without increasing the sensitivity of the motion sensor 1, expanding the dynamic range, or reducing the sensitivity. Further, since the undulation in the waveform section 203 is gentle, the stress concentration to the local area is alleviated as compared with the case where the rigidity of the flexible portion F is lowered by bending. As a result, the flexible part F becomes difficult to break, and the impact resistance performance of the motion sensor is improved. In addition, compared with the case where the flexible portion F is easily bent by forming a thin portion in the flexible portion F, the strength of the flexible portion F can be increased even if the corrugated section 203 is formed in the flexible portion F to bend easily. It wo n’t go down. Therefore, by forming the corrugated section 203 in the flexible portion F, the limit of the deformation amount of the flexible portion F can be set high and the rigidity can be set low. As a result, since the flexible portion F can be excited with a large amplitude efficiently by the piezoelectric element P, the detection sensitivity of the angular velocity can be increased. Moreover, since the limit of the deformation amount of the flexible portion F is high, a shift of the resonance frequency due to the hard spring effect can be prevented.

ピエゾ抵抗素子40は可撓部Fの波形区間203においてエピタキシャル結晶シリコン層109に形成されている。錘部Mの運動に伴って可撓部Fが変形する際、波形区間203は可撓部Fにおける波形区間203以外の区間に比べて歪みが大きくなる。このため、波形区間203にピエゾ抵抗素子40を形成することによって、可撓部Fの変形を伴う加速度および角速度の検出感度を高めることができる。   The piezoresistive element 40 is formed in the epitaxial crystal silicon layer 109 in the waveform section 203 of the flexible portion F. When the flexible portion F is deformed along with the movement of the weight portion M, the waveform section 203 is more distorted than sections other than the waveform section 203 in the flexible portion F. For this reason, by forming the piezoresistive element 40 in the waveform section 203, it is possible to increase the detection sensitivity of acceleration and angular velocity accompanied by deformation of the flexible portion F.

図15から図19はダイ2Aの製造方法を示す断面図であって、図1Aに示すBB線に対応する。
はじめに図15に示すようにSOIウエハ100の薄いシリコン層104の表面に表面がなだらかにうねるフォトレジストからなる保護膜R3を形成する。保護膜R3の表面のうねりは可撓部Fの波形区間203の界面のうねりに対応させる。このような保護膜R3は、例えば次のように形成する。まず厚さ3μmのポジ型フォトレジストを薄いシリコン層104の表面に塗布し、プリベークする。次に多階調マスク(ハーフトーンマスク又はグレートーンマスク)を介してフォトレジストを露光し、現像すればよい。多階調マスクを用いることにより、1回の露光と現像で3次元パターンを有する保護膜R3を形成することができる。なお、レーザ光による直接描画法よってフォトレジストに3次元形状の露光領域を形成しても良い。
15 to 19 are cross-sectional views showing a method of manufacturing the die 2A and correspond to the line BB shown in FIG. 1A.
First, as shown in FIG. 15, a protective film R <b> 3 made of a photoresist having a gently wavy surface is formed on the surface of the thin silicon layer 104 of the SOI wafer 100. The undulation on the surface of the protective film R3 corresponds to the undulation at the interface of the wave section 203 of the flexible portion F. Such a protective film R3 is formed as follows, for example. First, a positive photoresist having a thickness of 3 μm is applied to the surface of the thin silicon layer 104 and prebaked. Next, the photoresist may be exposed and developed through a multi-tone mask (halftone mask or graytone mask). By using a multi-tone mask, the protective film R3 having a three-dimensional pattern can be formed by one exposure and development. Note that an exposure region having a three-dimensional shape may be formed on the photoresist by a direct drawing method using laser light.

次に保護膜R3もろともに薄いシリコン層104を異方性エッチングすることによって、保護膜R3の表面形状を薄いシリコン層104に転写する。その結果、図16に示すように薄いシリコン層104の表面に可撓部Fの波面に対応する波面領域104aが形成される。例えばCF−O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保護膜R3の表面形状を薄いシリコン層104に転写する。このとき薄いシリコン層104と保護膜R3との選択比を1:1に設定することによって保護膜R3の波面をそのまま薄いシリコン層104に転写することができる。なお、選択比は1:1でない場合、保護膜R3の波面とは異なる振幅の波面が薄いシリコン層104に形成される。 Next, the surface shape of the protective film R3 is transferred to the thin silicon layer 104 by anisotropically etching the thin silicon layer 104 together with the protective film R3. As a result, a wavefront region 104a corresponding to the wavefront of the flexible portion F is formed on the surface of the thin silicon layer 104 as shown in FIG. For example, the surface shape of the protective film R3 is transferred to the thin silicon layer 104 by reactive ion etching using CF 4 —O 2 as an etching gas. At this time, by setting the selection ratio of the thin silicon layer 104 and the protective film R3 to 1: 1, the wavefront of the protective film R3 can be transferred to the thin silicon layer 104 as it is. When the selection ratio is not 1: 1, a wavefront having an amplitude different from that of the protective film R3 is formed in the thin silicon layer 104.

次に薄いシリコン層104の表面にエピタキシャル結晶シリコン層109を図17に示すようにエピタキシャル成長させる。その結果、可撓部Fの波形区間203となる部分を有するエピタキシャル結晶シリコン層109が形成される。P型のエピタキシャル結晶シリコン層109は、反応温度1050℃〜1150℃でSiHClガスを供給することによって、SiHCl→Si+2HClの反応を起こして成長させることができる。 Next, an epitaxial crystal silicon layer 109 is epitaxially grown on the surface of the thin silicon layer 104 as shown in FIG. As a result, an epitaxial crystalline silicon layer 109 having a portion that becomes the waveform section 203 of the flexible portion F is formed. The P-type epitaxial crystal silicon layer 109 can be grown by causing a reaction of SiH 2 Cl 2 → Si + 2HCl by supplying SiH 2 Cl 2 gas at a reaction temperature of 1050 ° C. to 1150 ° C.

その後、第一実施形態と同様に絶縁層106、電極層108、112、圧電層110、表面絶縁層114、表面配線層115を形成し、これらを改質したりパターニングする。このときピエゾ抵抗素子40および圧電素子Pは可撓部Fとなるエピタキシャル結晶層105の波形区間203に形成される。   Thereafter, as in the first embodiment, the insulating layer 106, the electrode layers 108 and 112, the piezoelectric layer 110, the surface insulating layer 114, and the surface wiring layer 115 are formed, and these are modified or patterned. At this time, the piezoresistive element 40 and the piezoelectric element P are formed in the waveform section 203 of the epitaxial crystal layer 105 to be the flexible portion F.

さらに第一実施形態と同様にして厚いシリコン層101とエッチングストッパ層102とを図18に示すようにエッチングする。   Further, as in the first embodiment, the thick silicon layer 101 and the etching stopper layer 102 are etched as shown in FIG.

次に厚いシリコン層101とエッチングストッパ層102とを保護膜として薄いシリコン層104を図19に示すようにエッチングする。その結果、エピタキシャル結晶シリコン層109の可撓部Fに対応する部分の表面から薄いシリコン層104が除去される。n型の薄いシリコン層104は電気化学エッチングにより選択的にエッチングされる。このときp型の厚いシリコン層101はエッチングされず、p型のエピタキシャル結晶シリコン層109はエッチングストッパとなる。   Next, the thin silicon layer 104 is etched as shown in FIG. 19 using the thick silicon layer 101 and the etching stopper layer 102 as protective films. As a result, thin silicon layer 104 is removed from the surface of the portion corresponding to flexible portion F of epitaxial crystalline silicon layer 109. The n-type thin silicon layer 104 is selectively etched by electrochemical etching. At this time, the p-type thick silicon layer 101 is not etched, and the p-type epitaxial crystal silicon layer 109 serves as an etching stopper.

その後、犠牲基板99の除去、ダイシング、パッケージング等の工程を実施するとモーションセンサのダイ2Aが完成する。   After that, when steps such as removal of the sacrificial substrate 99, dicing, and packaging are performed, the motion sensor die 2A is completed.

3.他の実施形態
尚、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、図20に示すようにダイヤフラム型の可撓部Fに薄肉部202と厚肉部201とを形成しても良い。可撓部Fが環状のダイヤフラム型である場合、薄肉部202は可撓部Fを1周するように形成することが好ましい。また図20Bに示すように薄肉部202の全体が漸減区間であっても良い。図20Aはダイヤフラム型の可撓部Fを示す上面図である。図20Aにおいて薄肉部202の領域にはハッチングが付されている。図20Bは図20Aに示すBB線に対応する断面図である。また例えばダイヤフラム型の可撓部Fに波形区間を形成しても良い。ダイヤフラム型の可撓部Fに波形区間を形成する場合、図20Aにハッチングで示す領域を波形区間とし、波形区間が可撓部Fを一周するように形成することが好ましい。また例えば図21に示すように、薄肉部202の漸減区間202aにおいて可撓部Fの厚さが厚肉部201から離れるにつれて線型に減少していても良い。図21Aは梁型の可撓部Fを示す上面図である。図21Aにおいて薄肉部202の領域にはハッチングが付されている。図21Bは図21Aに示すBB線に対応する断面図である。
3. Other Embodiments The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, a thin portion 202 and a thick portion 201 may be formed in a diaphragm-type flexible portion F as shown in FIG. When the flexible portion F is an annular diaphragm type, the thin portion 202 is preferably formed so as to go around the flexible portion F once. Further, as shown in FIG. 20B, the entire thin portion 202 may be a gradually decreasing section. FIG. 20A is a top view showing a diaphragm-type flexible portion F. FIG. In FIG. 20A, the area of the thin portion 202 is hatched. 20B is a cross-sectional view corresponding to the line BB shown in FIG. 20A. Further, for example, a corrugated section may be formed in the diaphragm-type flexible portion F. When the corrugated section is formed in the diaphragm-type flexible portion F, it is preferable that the area shown by hatching in FIG. In addition, for example, as shown in FIG. 21, the thickness of the flexible portion F may decrease linearly as the distance from the thick portion 201 increases in the gradually decreasing section 202 a of the thin portion 202. FIG. 21A is a top view showing a beam-shaped flexible portion F. FIG. In FIG. 21A, the area of the thin portion 202 is hatched. FIG. 21B is a cross-sectional view corresponding to the line BB shown in FIG. 21A.

また、本発明は加速度センサ、角速度センサ、姿勢センサ、振動センサ、マイクロホン、圧力センサといった他のMEMSセンサにも当然に適用できる。また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。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、コンデンサマイクロホンを構成しうる物性を持つ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, the present invention is naturally applicable to other MEMS sensors such as an acceleration sensor, an angular velocity sensor, an attitude sensor, a vibration sensor, a microphone, and a pressure sensor. In addition, the materials, dimensions, film forming methods, and pattern transfer methods shown in the above embodiment are merely examples, and descriptions of addition and deletion of processes and replacement of the process order that are obvious to those skilled in the art are omitted. Yes. For example, in the above-described manufacturing process, the film composition, film forming method, film contour forming method, process sequence, etc. are combinations of film materials having physical properties that can constitute a condenser microphone, film thickness, and required contour. It is appropriately selected according to the shape accuracy and the like and is not particularly limited.

図1Aは本発明の第一実施形態にかかる平面図。図1Bは図1Aに示すBB線の断面図。図1Cは図1Aに示すCC線の断面図。FIG. 1A is a plan view according to the first embodiment of the present invention. 1B is a cross-sectional view taken along line BB shown in FIG. 1A. 1C is a cross-sectional view taken along line CC shown in FIG. 1A. 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4Aは本発明の第一実施形態にかかる断面図。図4Bは本発明の実施形態にかかる平面図。FIG. 4A is a sectional view according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4B is a plan view according to the 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. 図11Aは本発明の第一実施形態にかかる断面図。図11Bは本発明の第一実施形態にかかる断面図。FIG. 11A is a sectional view according to the first embodiment of the present invention. FIG. 11B is a cross-sectional view according to the first embodiment of the present invention. 図12Aは本発明の第一実施形態にかかる断面図。図12Bは本発明の第一実施形態にかかる断面図。FIG. 12A is a sectional view according to the first embodiment of the present invention. FIG. 12B is a cross-sectional 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. 図20Aは本発明の他の実施形態にかかる平面図。図20Bは本発明の他の実施形態にかかる断面図。FIG. 20A is a plan view according to another embodiment of the present invention. FIG. 20B is a cross-sectional view according to another embodiment of the present invention. 図21Aは本発明の他の実施形態にかかる平面図。図21Bは本発明の他の実施形態にかかる断面図。FIG. 21A is a plan view according to another embodiment of the present invention. FIG. 21B is a sectional view according to another embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1:モーションセンサ、1A:ダイ、1B:パッケージ、2A:ダイ、40:ピエゾ抵抗素子、41:接続抵抗低減部、42:抵抗部、50:表面配線層、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、99:犠牲基板、100:ウエハ、101:厚いシリコン層、102:エッチングストッパ層、104:薄いシリコン層、104a:波面領域、105:酸化シリコン層、109:エピタキシャル結晶シリコン層、106:絶縁層、107:窒化シリコン層、108:電極層、110:圧電層、112:電極層、114:表面絶縁層、115:表面配線層、115:表面絶縁層、201:厚肉部、202:薄肉部、203:波形区間、B:接着手段、F:可撓部、M:錘部、P:圧電素子、R1:保護膜、R2:保護膜、R3:保護膜、RS:スリット、S:支持部、W:積層構造体 1: Motion sensor, 1A: Die, 1B: Package, 2A: Die, 40: Piezoresistive element, 41: Connection resistance reduction part, 42: Resistance part, 50: Surface wiring layer, 90: Base, 90a: Bottom, 91 : Through electrode, 92: adhesive layer, 93: adhesive layer, 94: cover, 95: wire, 99: sacrificial substrate, 100: wafer, 101: thick silicon layer, 102: etching stopper layer, 104: thin silicon layer, 104a : Wavefront region, 105: silicon oxide layer, 109: epitaxial crystal silicon layer, 106: insulating layer, 107: silicon nitride layer, 108: electrode layer, 110: piezoelectric layer, 112: electrode layer, 114: surface insulating layer, 115 : Surface wiring layer, 115: surface insulating layer, 201: thick part, 202: thin part, 203: corrugated section, B: adhesive means, F: flexible part, M: weight part, : Piezoelectric elements, R1: protective film, R2: protective film, R3: protective film, RS: slit, S: supporting unit, W: laminated structure

Claims (14)

支持部と、
一端が前記支持部に結合している可撓性を有する膜であって、厚肉部と前記厚肉部との境界を区間端とし前記厚肉部から離れるにつれて厚さが漸減している漸減区間を有する薄肉部とが前記一端から離れる方向に配列されている可撓部と、
前記薄肉部に形成され前記薄肉部に生ずる歪みを検出するための歪み検出手段と、
を備えるMEMSセンサ。
A support part;
One end is a flexible membrane bonded to the support part, and the boundary between the thick part and the thick part is a section end, and the thickness gradually decreases as the distance from the thick part increases. A flexible portion in which a thin portion having a section is arranged in a direction away from the one end;
A strain detecting means for detecting a strain formed in the thin portion and formed in the thin portion;
A MEMS sensor comprising:
前記可撓部の他端に結合している錘部をさらに備え、
前記厚肉部と前記薄肉部とは前記可撓部の一端と他端とを結ぶ直線上に形成されている、
請求項1に記載のMEMSセンサ。
A weight portion coupled to the other end of the flexible portion;
The thick part and the thin part are formed on a straight line connecting one end and the other end of the flexible part,
The MEMS sensor according to claim 1.
前記可撓部は一端が前記支持部に結合し他端が前記錘部に結合した梁であって、
前記薄肉部は前記梁の一端と他端とを結ぶ2辺間を横断している、
請求項2に記載のMEMSセンサ。
The flexible portion is a beam having one end coupled to the support portion and the other end coupled to the weight portion,
The thin portion crosses between two sides connecting one end and the other end of the beam,
The MEMS sensor according to claim 2.
前記可撓部は一端が前記支持部に結合し他端が前記錘部に結合した環状のダイヤフラムであって、
前記薄肉部は前記ダイヤフラムを一周している、
請求項2に記載のMEMSセンサ。
The flexible portion is an annular diaphragm having one end coupled to the support portion and the other end coupled to the weight portion,
The thin-walled portion goes around the diaphragm,
The MEMS sensor according to claim 2.
前記可撓部の主面の一方は平坦であって前記可撓部の主面の他方は前記薄肉部においてなだらかに凹んでいる、
請求項1から4のいずれか一項に記載のMEMSセンサ。
One of the main surfaces of the flexible portion is flat and the other of the main surfaces of the flexible portion is gently recessed in the thin portion,
The MEMS sensor as described in any one of Claim 1 to 4.
支持部と、
一端が前記支持部に結合している可撓性を有する膜であって前記一端から離れる方向になだらかにうねる波形区間を有する可撓部と、
前記波形区間に形成され前記波形区間に生ずる歪みを検出するための歪み検出手段と、
を備えるMEMSセンサ。
A support part;
A flexible part having one end connected to the support part and having a corrugated section gently undulating in a direction away from the one end;
Distortion detecting means for detecting distortion generated in the waveform section formed in the waveform section;
A MEMS sensor comprising:
前記可撓部の他端に結合している錘部をさらに備え、
前記波形区間は前記可撓部の一端から他端に向かう方向になだらかにうねる、
請求項6に記載のMEMSセンサ。
A weight portion coupled to the other end of the flexible portion;
The corrugated section gently undulates in the direction from one end of the flexible portion to the other end,
The MEMS sensor according to claim 6.
前記可撓部は一端が前記支持部に結合し他端が前記錘部に結合した梁であって、
前記波形区間は前記梁の一端と他端とを結ぶ2辺間を横断している、
請求項7に記載のMEMSセンサ。
The flexible portion is a beam having one end coupled to the support portion and the other end coupled to the weight portion,
The corrugated section crosses between two sides connecting one end and the other end of the beam,
The MEMS sensor according to claim 7.
前記可撓部は一端が前記支持部に結合し他端が前記錘部に結合した環状のダイヤフラムであって、
前記波形区間は前記ダイヤフラムを一周している、
請求項7に記載のMEMSセンサ。
The flexible portion is an annular diaphragm having one end coupled to the support portion and the other end coupled to the weight portion,
The waveform section goes around the diaphragm,
The MEMS sensor according to claim 7.
第1シリコン層と前記第1シリコン層より薄い第2シリコン層とを含むSOIウエハの前記第2シリコン層の表面になだらかにうねる波面を形成し、
前記第1シリコン層を含む支持部と、一端が前記支持部に結合し前記第2シリコン層を含み前記第1シリコン層を含まない可撓性を有する膜であって前記支持部から離れる方向になだらかにうねる前記波面を有する可撓部とを前記第1シリコン層の一部を除去することによって形成し、
前記可撓部の歪みを検出するための歪み検出手段を前記可撓部の前記波面に対応する区間に形成する、
ことを含むMEMSセンサの製造方法。
Forming a gently wave front on the surface of the second silicon layer of an SOI wafer including a first silicon layer and a second silicon layer thinner than the first silicon layer;
A support part including the first silicon layer, and a flexible film having one end coupled to the support part and including the second silicon layer and not including the first silicon layer, in a direction away from the support part; Forming a gently wavy flexible part having the wavefront by removing a portion of the first silicon layer;
Forming strain detection means for detecting strain of the flexible part in a section corresponding to the wavefront of the flexible part;
A method for manufacturing a MEMS sensor.
所定のパターンを有する耐熱保護膜を前記第2シリコン層の上に形成し、
前記耐熱保護膜の下に位置する前記第2シリコン層を熱酸化し、
前記第2シリコン層の熱酸化された領域を選択的に除去することによって前記波面を形成する、
請求項10に記載のMEMSセンサの製造方法。
Forming a heat-resistant protective film having a predetermined pattern on the second silicon layer;
Thermally oxidizing the second silicon layer located under the heat-resistant protective film;
Forming the wavefront by selectively removing thermally oxidized regions of the second silicon layer;
The manufacturing method of the MEMS sensor of Claim 10.
所定の3次元パターンを有する保護膜を前記第2シリコン層の表面に形成し、
前記保護膜もろともに前記第2シリコン層を異方性エッチングすることによって前記波面を形成する、
請求項10に記載のMEMSセンサの製造方法。
Forming a protective film having a predetermined three-dimensional pattern on the surface of the second silicon layer;
The wavefront is formed by anisotropically etching the second silicon layer together with the protective film.
The manufacturing method of the MEMS sensor of Claim 10.
多階調マスクを介した露光と現像とによって前記保護膜を形成する、
請求項12に記載のMEMSセンサの製造方法。
Forming the protective film by exposure and development through a multi-tone mask;
A method for manufacturing the MEMS sensor according to claim 12.
第1シリコン層と前記第1シリコン層より薄い第2シリコン層とを含むSOIウエハにおいて前記第2シリコン層の表面になだらかにうねる波面領域を形成し、
前記波面領域が形成された前記第2シリコン層の表面にエピタキシャル結晶シリコン層をエピタキシャル結晶成長させ、
前記第1シリコン層を含む支持部と、一端が前記支持部に結合し前記エピタキシャル結晶シリコン層を含み前記第1シリコン層を含まない可撓性を有する膜であって前記支持部から離れる方向になだらかにうねり前記波面領域に対応する波形区間を含む可撓部とを前記第1シリコン層の一部と前記第2シリコン層の一部とを選択的に除去することによって形成し、
前記可撓部の歪みを検出するための歪み検出手段を前記波形区間に形成する、
ことを含むMEMSセンサの製造方法。
Forming a wavefront region that gently undulates on the surface of the second silicon layer in an SOI wafer including a first silicon layer and a second silicon layer that is thinner than the first silicon layer;
Epitaxially growing an epitaxial crystal silicon layer on the surface of the second silicon layer in which the wavefront region is formed;
A supporting portion including the first silicon layer, and a flexible film having one end coupled to the supporting portion and including the epitaxial crystalline silicon layer and not including the first silicon layer, in a direction away from the supporting portion. Forming a flexible portion including a wavy section corresponding to the wavefront region by selectively removing a part of the first silicon layer and a part of the second silicon layer;
Forming a strain detection means in the waveform section for detecting the strain of the flexible portion;
A method for manufacturing a MEMS sensor.
JP2008323357A 2008-12-19 2008-12-19 Mems sensor, and method of manufacturing mems sensor Withdrawn JP2010147268A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008323357A JP2010147268A (en) 2008-12-19 2008-12-19 Mems sensor, and method of manufacturing mems sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008323357A JP2010147268A (en) 2008-12-19 2008-12-19 Mems sensor, and method of manufacturing mems sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010147268A true JP2010147268A (en) 2010-07-01

Family

ID=42567369

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008323357A Withdrawn JP2010147268A (en) 2008-12-19 2008-12-19 Mems sensor, and method of manufacturing mems sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010147268A (en)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019090057A1 (en) * 2017-11-02 2019-05-09 Nextinput, Inc. Sealed force sensor with etch stop layer
US10466119B2 (en) 2015-06-10 2019-11-05 Nextinput, Inc. Ruggedized wafer level MEMS force sensor with a tolerance trench
US10962427B2 (en) 2019-01-10 2021-03-30 Nextinput, Inc. Slotted MEMS force sensor
US11221263B2 (en) 2017-07-19 2022-01-11 Nextinput, Inc. Microelectromechanical force sensor having a strain transfer layer arranged on the sensor die
US11243126B2 (en) 2017-07-27 2022-02-08 Nextinput, Inc. Wafer bonded piezoresistive and piezoelectric force sensor and related methods of manufacture
US11243125B2 (en) 2017-02-09 2022-02-08 Nextinput, Inc. Integrated piezoresistive and piezoelectric fusion force sensor
US11255737B2 (en) 2017-02-09 2022-02-22 Nextinput, Inc. Integrated digital force sensors and related methods of manufacture
US11423686B2 (en) 2017-07-25 2022-08-23 Qorvo Us, Inc. Integrated fingerprint and force sensor
US11579028B2 (en) 2017-10-17 2023-02-14 Nextinput, Inc. Temperature coefficient of offset compensation for force sensor and strain gauge
US11874185B2 (en) 2017-11-16 2024-01-16 Nextinput, Inc. Force attenuator for force sensor

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10466119B2 (en) 2015-06-10 2019-11-05 Nextinput, Inc. Ruggedized wafer level MEMS force sensor with a tolerance trench
US11946817B2 (en) 2017-02-09 2024-04-02 DecaWave, Ltd. Integrated digital force sensors and related methods of manufacture
US11808644B2 (en) 2017-02-09 2023-11-07 Qorvo Us, Inc. Integrated piezoresistive and piezoelectric fusion force sensor
US11243125B2 (en) 2017-02-09 2022-02-08 Nextinput, Inc. Integrated piezoresistive and piezoelectric fusion force sensor
US11255737B2 (en) 2017-02-09 2022-02-22 Nextinput, Inc. Integrated digital force sensors and related methods of manufacture
US11604104B2 (en) 2017-02-09 2023-03-14 Qorvo Us, Inc. Integrated piezoresistive and piezoelectric fusion force sensor
US11221263B2 (en) 2017-07-19 2022-01-11 Nextinput, Inc. Microelectromechanical force sensor having a strain transfer layer arranged on the sensor die
US11423686B2 (en) 2017-07-25 2022-08-23 Qorvo Us, Inc. Integrated fingerprint and force sensor
US11243126B2 (en) 2017-07-27 2022-02-08 Nextinput, Inc. Wafer bonded piezoresistive and piezoelectric force sensor and related methods of manufacture
US11609131B2 (en) 2017-07-27 2023-03-21 Qorvo Us, Inc. Wafer bonded piezoresistive and piezoelectric force sensor and related methods of manufacture
US11946816B2 (en) 2017-07-27 2024-04-02 Nextinput, Inc. Wafer bonded piezoresistive and piezoelectric force sensor and related methods of manufacture
US11579028B2 (en) 2017-10-17 2023-02-14 Nextinput, Inc. Temperature coefficient of offset compensation for force sensor and strain gauge
US11898918B2 (en) 2017-10-17 2024-02-13 Nextinput, Inc. Temperature coefficient of offset compensation for force sensor and strain gauge
US11385108B2 (en) 2017-11-02 2022-07-12 Nextinput, Inc. Sealed force sensor with etch stop layer
WO2019090057A1 (en) * 2017-11-02 2019-05-09 Nextinput, Inc. Sealed force sensor with etch stop layer
US11965787B2 (en) 2017-11-02 2024-04-23 Nextinput, Inc. Sealed force sensor with etch stop layer
US11874185B2 (en) 2017-11-16 2024-01-16 Nextinput, Inc. Force attenuator for force sensor
US11698310B2 (en) 2019-01-10 2023-07-11 Nextinput, Inc. Slotted MEMS force sensor
US10962427B2 (en) 2019-01-10 2021-03-30 Nextinput, Inc. Slotted MEMS force sensor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2010147268A (en) Mems sensor, and method of manufacturing mems sensor
US9809444B2 (en) System and method for a differential comb drive MEMS
KR101955791B1 (en) System and method for a comb-drive mems device
JP2010171422A (en) Mems sensor and method of manufacturing the same
US11418888B2 (en) Microelectromechanical electroacoustic transducer with piezoelectric actuation and corresponding manufacturing process
US7730785B2 (en) Ultrasonic sensor and manufacture method of the same
EP3674258B1 (en) Resonator and method of manufacturing the resonator, and strain sensor and sensor array including the resonator
US10469958B2 (en) MEMS sound transducer, MEMS microphone and method for providing a MEMS sound transducer
CN111225330A (en) Piezoelectric MEMS microphone and preparation method thereof
JP2010147285A (en) Mems, vibration gyroscope, and method of manufacturing mems
JP4640249B2 (en) Ultrasonic sensor
JP4660426B2 (en) Sensor device and diaphragm structure
JP2009198493A (en) Angular velocity detection device
JP2010091351A (en) Method of manufacturing mems sensor
JP2005331485A (en) Piezoelectric element and electromechanical transducer
JP5548563B2 (en) Nanosheet transducer
CN111246356A (en) MEMS structure and forming method thereof
JP5635370B2 (en) Nanosheet transducer
JP2010156577A (en) Mems sensor and method of manufacturing the same
TWI845031B (en) Micro-electro-mechanical system device
JP2001304995A (en) Semiconductor pressure sensor and its manufacturing method
US20240140781A1 (en) Micro-electro-mechanical system device
JP4702164B2 (en) Ultrasonic sensor and manufacturing method thereof
JP6773437B2 (en) Stress sensor
JP2010156591A (en) Mems sensor and method for manufacturing mems sensor

Legal Events

Date Code Title Description
RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20110818

A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20120306