JP2015100886A - Electronic device and electronic equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子デバイスおよび電子機器に関するものである。 The present invention relates to an electronic device and an electronic apparatus.
近年、MEMS(Micro Electro Mechanical System)技術を利用し、半導体基板にMEMS素子を備えたセンサー、共振器、通信用デバイスなどの電子装置が注目されている。このような電子装置として、基板と、この基板上に形成されたMEMS素子と、基板上に設けられ、MESM素子が配置された空洞部を画成する素子周囲構造体とを有する電子デバイスが知られている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art In recent years, electronic devices such as sensors, resonators, and communication devices that use MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology and have a MEMS element on a semiconductor substrate have attracted attention. As such an electronic device, an electronic device having a substrate, a MEMS element formed on the substrate, and an element surrounding structure provided on the substrate and defining a cavity in which the MESM element is disposed is known. (For example, refer to Patent Document 1).
このような電子デバイスでは、熱膨張等によってMEMS素子の振動特性(振動周波数)が変化することが知られており、この振動特性の変化を補正するための温度補償が必要とされている。温度補償の方法として、MEMS素子の近傍に温度センサーを形成し、この温度センサーで検知される温度に応じてMEMS素子から得られる信号を補正する方法(例えば、特許文献2参照)が知られているが、MEMS素子の近傍に温度センサーを形成する作業が加わる分、電子デバイスの構成が複雑なものになるとともに、電子デバイスの製造が煩雑化するという問題がある。 In such an electronic device, it is known that the vibration characteristic (vibration frequency) of the MEMS element changes due to thermal expansion or the like, and temperature compensation is required to correct the change in the vibration characteristic. As a temperature compensation method, a method is known in which a temperature sensor is formed in the vicinity of a MEMS element, and a signal obtained from the MEMS element is corrected according to the temperature detected by the temperature sensor (for example, see Patent Document 2). However, there is a problem that the structure of the electronic device becomes complicated and the manufacturing of the electronic device becomes complicated because the work of forming the temperature sensor in the vicinity of the MEMS element is added.
本発明の目的は、簡単な構成で、機能素子の温度を検知することのできる電子デバイスおよび電子機器を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an electronic device and an electronic apparatus that can detect the temperature of a functional element with a simple configuration.
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の電子デバイスは、機能素子と、前記機能素子の少なくとも一部を囲む金属壁とを有する第1基板と、
温度検知素子と、複数の配線層が積層された多層配線層とを有する第2基板と、を有し、
前記多層配線層は、前記金属壁と電気的に接続された温度検知用配線を備え、
前記温度検知用配線は、前記温度検知素子の周囲に設けられた温度伝達部を備えていることを特徴とする。
これにより、簡単な構成で、機能素子の温度を検知することのできる電子デバイスが得られる。
Such an object is achieved by the present invention described below.
An electronic device of the present invention includes a first substrate having a functional element and a metal wall surrounding at least a part of the functional element,
A second substrate having a temperature sensing element and a multilayer wiring layer in which a plurality of wiring layers are stacked;
The multilayer wiring layer includes a temperature detection wiring electrically connected to the metal wall,
The temperature detection wiring includes a temperature transmission portion provided around the temperature detection element.
As a result, an electronic device that can detect the temperature of the functional element with a simple configuration is obtained.
本発明の電子デバイスでは、前記温度伝達部は、前記複数の配線層のうちの前記温度検知素子から最も遠位に位置する配線層以外の配線層に設けられていることが好ましい。
これにより、より正確に、機能素子の温度を検知することができる。
本発明の電子デバイスでは、前記温度検知素子は、拡散抵抗で構成されていることが好ましい。
これにより、温度検知素子の構成が簡単なものとなる。
In the electronic device according to the aspect of the invention, it is preferable that the temperature transmission unit is provided in a wiring layer other than the wiring layer located farthest from the temperature detection element among the plurality of wiring layers.
Thereby, the temperature of the functional element can be detected more accurately.
In the electronic device according to the aspect of the invention, it is preferable that the temperature detection element is configured by a diffusion resistor.
This simplifies the configuration of the temperature detecting element.
本発明の電子デバイスでは、前記温度伝達部は、前記複数の配線層のうちの前記温度検知素子と最も近接する配線層に設けられていることが好ましい。
これにより、より正確に、機能素子の温度を検知することができる。
本発明の電子デバイスでは、前記温度伝達部は、前記第2基板の平面視にて、前記温度検知素子と重なっていることが好ましい。
これにより、温度検知素子の構成が簡単なものとなる。
In the electronic device according to the aspect of the invention, it is preferable that the temperature transmission unit is provided in a wiring layer closest to the temperature detection element among the plurality of wiring layers.
Thereby, the temperature of the functional element can be detected more accurately.
In the electronic device according to the aspect of the invention, it is preferable that the temperature transmission unit overlaps the temperature detection element in a plan view of the second substrate.
This simplifies the configuration of the temperature detecting element.
本発明の電子デバイスでは、前記温度検知素子は、薄膜抵抗で構成されていることが好ましい。
これにより、温度検知素子の構成が簡単なものとなる。
本発明の電子デバイスでは、前記温度伝達部は、前記第2基板の厚さ方向に直交する方向で、前記温度検知素子と重なっていることが好ましい。
これにより、より正確に、機能素子の温度を検知することができる。
In the electronic device according to the aspect of the invention, it is preferable that the temperature detection element is configured by a thin film resistor.
This simplifies the configuration of the temperature detecting element.
In the electronic device according to the aspect of the invention, it is preferable that the temperature transmission unit overlaps the temperature detection element in a direction orthogonal to the thickness direction of the second substrate.
Thereby, the temperature of the functional element can be detected more accurately.
本発明の電子デバイスでは、前記第1基板と前記第2基板とが、これらの厚さ方向に重なって設けられていることが好ましい。
これにより、電子デバイスの小型化を図ることができる。
本発明の電子デバイスでは、前記金属壁と前記温度検知用配線とが導電性の接合部材を介して接合されていることが好ましい。
これにより、金属壁から温度検知用配線へ熱を効率的に伝達することができる。
In the electronic device of the present invention, it is preferable that the first substrate and the second substrate are provided so as to overlap in the thickness direction.
Thereby, size reduction of an electronic device can be achieved.
In the electronic device according to the aspect of the invention, it is preferable that the metal wall and the temperature detection wiring are bonded via a conductive bonding member.
Thereby, heat can be efficiently transferred from the metal wall to the temperature detection wiring.
本発明の電子デバイスでは、前記接合部材は、導電性を有する導電性ペーストであることが好ましい。
これにより、接合部材の構成が簡単となる。また、接合部材を柔らかく構成することができるため、機能素子への応力付加を抑制することができる。
本発明の電子デバイスでは、前記導電性ペーストは、銀ペーストであることが好ましい。
これにより、優れた熱伝導性を有する接合部材となる。
In the electronic device of the present invention, the joining member is preferably a conductive paste having conductivity.
Thereby, the structure of a joining member becomes simple. Moreover, since a joining member can be comprised softly, the stress addition to a functional element can be suppressed.
In the electronic device of the present invention, the conductive paste is preferably a silver paste.
Thereby, it becomes a joining member which has the outstanding heat conductivity.
本発明の電子デバイスでは、前記金属壁と前記温度検知用配線とが直接接合されていることが好ましい。
これにより、金属壁から温度検知用配線へ熱を効率的に伝達することができる。
本発明の電子機器は、本発明の電子デバイスを備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子機器が得られる。
In the electronic device of the present invention, it is preferable that the metal wall and the temperature detection wiring are directly joined.
Thereby, heat can be efficiently transferred from the metal wall to the temperature detection wiring.
An electronic apparatus according to the present invention includes the electronic device according to the present invention.
As a result, a highly reliable electronic device can be obtained.
以下、本発明の電子デバイスおよび電子機器を添付図面に示す各実施形態に基づいて詳細に説明する。
1.電子デバイス
<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態に係る電子デバイスの断面図である。図2は、図1に示す電子デバイスが有するMEMS基板の断面図である。図3ないし図5は、それぞれ、図2に示すMEMS基板の製造方法を説明するための断面図である。図6は、図1に示す電子デバイスが有するIC基板の断面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図1〜図6の上側を「上」、下側を「下」とも言う。
図1に示すように、電子デバイス1は、MEMS基板(第1基板)2と、IC基板(第2基板)3を有している。
Hereinafter, an electronic device and an electronic apparatus of the present invention will be described in detail based on each embodiment shown in the accompanying drawings.
1. Electronic Device <First Embodiment>
FIG. 1 is a cross-sectional view of an electronic device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of the MEMS substrate included in the electronic device shown in FIG. 3 to 5 are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing the MEMS substrate shown in FIG. 6 is a cross-sectional view of an IC substrate included in the electronic device shown in FIG. In the following, for convenience of explanation, the upper side of FIGS. 1 to 6 is also referred to as “upper” and the lower side is also referred to as “lower”.
As shown in FIG. 1, the electronic device 1 includes a MEMS substrate (first substrate) 2 and an IC substrate (second substrate) 3.
≪MEMS基板≫
図2に示すように、MEMS基板2は、基板6と、MEMS素子(機能素子)7と、MEMS素子7を囲む素子周囲構造体8とを有している。このようなMEMS基板2は、半導体プロセス(CMOSプロセス)によって製造することができる点で有効である。以下、各部について順次説明する。
≪MEMS substrate≫
As shown in FIG. 2, the
−基板−
基板6は、平面視形状が略正方形または略長方形の板部材である。このような基板6は、例えば、シリコン基板等の半導体基板61上に、絶縁膜62と、シリコン窒化膜63とをこの順に積層することにより構成されている。なお、半導体基板61の代わりに、セラミックス基板、ガラス基板、サファイア基板、ダイヤモンド基板、合成樹脂基板等を用いてもよい。また、基板6の平面視形状は、上記のような矩形に限定されず、例えば、円形であってもよいし、五角形以上の多角形であってもよい。
-Board-
The
−MEMS素子−
MEMS素子7は、基板6上に形成された固定電極71および可動電極72を有している。このうち、可動電極72は、基板6のシリコン窒化膜63上に形成された支持部721と、固定電極71と空隙を隔てて対向配置された可動部722と、支持部721と可動部722とを連結する連結部723とを有している。このような可動電極72では、可動部722が連結部723を介して支持部721に片持ち支持されており、可動部722と連結部723とで振動系724を構成している。
-MEMS element-
The
そして、可動電極72と固定電極71との間に、振動系724の固有振動数と同等の周波数を持つ高周波を印加すると、連結部723が弾性変形しつつ可動部722が振動(共振)し、固定電極71および可動部722間に電流が流れ、固定電極71から前記電流が出力(検出)される。
なお、このような固定電極71および可動電極72は、それぞれ、シリコン窒化膜63上に形成された図示しない電気配線を介して、後述する配線層82と電気的に接続されている。
When a high frequency having a frequency equivalent to the natural frequency of the
The fixed
−素子周囲構造体−
素子周囲構造体8は、MEMS素子7が配置された空洞部5を画成するように形成されている。空洞部5内の環境としては、特に限定されず、例えば、減圧状態(好ましくは真空状態)としてもよいし、窒素、アルゴン等の不活性ガスを充填したガス充填状態としてもよい。
また、素子周囲構造体8は、空洞部5に臨み(面し)、MEMS素子7の周囲(側方および上方)を覆う箱状(ドーム状)の金属壁89を有している。この金属壁89は、後述するように、MEMS素子7の温度を検知するために用いられる熱伝導配線として機能する。
-Element surrounding structure-
The
The
このような素子周囲構造体8は、基板6上にMEMS素子7を取り囲むように形成された層間絶縁膜81と、層間絶縁膜81上に形成された配線層82(層間絶縁膜81を貫通する貫通ビアを含む)と、配線層82および層間絶縁膜81上にMEMS素子7を取り囲むように形成された層間絶縁膜83と、層間絶縁膜83上に形成された配線層84(層間絶縁膜83を貫通する貫通ビアを含む)と、配線層84および層間絶縁膜83上にMEMS素子7を取り囲むように形成された層間絶縁膜85と、層間絶縁膜85上に形成され、空洞部5に蓋をするように設けられた配線層86(層間絶縁膜85を貫通する貫通ビアを含む)と、配線層86および層間絶縁膜85上に形成された表面保護膜87と、配線層86上に設けられた封止層88とを有している。
Such an
このような素子周囲構造体8では、配線層82、84、86および封止層88によって前述した金属壁89が形成されている。このような構成とすることで、配線層82、84、86および封止層88を形成する工程で、これらと同時に金属壁89を形成することができるため、金属壁89を形成するための別工程が不要となり、MEMS基板2の製造が容易となる。なお、金属壁89は、MEMS素子7と電気的に接続されておらず、電気的に浮いた状態となっている。これにより、MEMS素子7に通電した際の金属壁89の発熱が防止されるため、MEMS素子7の温度をより精度よく検知することができる。
In such an
なお、以下では、金属壁89と区別するために、配線層82、84、86によって形成され、MEMS素子7と電気的に接続されている配線を「電気配線80」とも言う。
また、配線層86は、空洞部5を覆う被覆層861を有し、この被覆層861には、複数の細孔(開孔)861aが形成されている。そして、この被覆層861を覆うように封止層88が設けられており、この封止層88によって細孔861aが塞がれ、空洞部5が密封された状態となっている。なお、これら被覆層861および封止層88によって、金属壁89の天井部が構成されている。
Hereinafter, in order to distinguish from the
The
配線層82、84、86および封止層88は、それぞれ、導電性を有し、かつ、熱伝導率の高い材料で構成されていることが好ましい。このような材料としては、例えば、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)等の各種金属材料が挙げられる。前述したように、配線層82、84、86および封止層88によって金属壁89が形成されているため、上記のような材料を用いることで、金属壁89は、優れた熱伝導性を発揮することができる。そのため、電子デバイス1は、MEMS素子7の温度をより正確に検知することができるようになる。
以上、MEMS基板2の構成について説明した。
Each of the wiring layers 82, 84, 86 and the
The configuration of the
以下、このような構成のMEMS基板2の製造方法を簡単に説明する。
[機能素子形成工程]
まず、図3(a)に示すように、シリコン基板等の半導体よりなる半導体基板100を用意する。次に、用意した半導体基板100の表面を熱酸化してシリコン酸化膜(絶縁膜)110を形成し、さらに、シリコン酸化膜110上にシリコン窒化膜120をスパッタリング法、CVD法等により形成する。これにより基板6が得られる。
Hereinafter, a method for manufacturing the
[Functional element formation process]
First, as shown in FIG. 3A, a
次に、図3(b)に示すように、シリコン窒化膜120上に、固定電極71を形成するための多結晶(またはアモルファス)シリコン膜200をスパッタリング法、CVD法等により形成し、この多結晶(またはアモルファス)シリコン膜200にリン等の不純物をドープして導電性を付与する。そして、多結晶(またはアモルファス)シリコン膜200上からフォトレジストを塗布し、固定電極71の形状にパターニングしフォトレジスト膜210を形成する。
Next, as shown in FIG. 3B, a polycrystalline (or amorphous)
次に、パターニングしたフォトレジスト膜210をマスクとして多結晶(またはアモルファス)シリコン膜200をエッチングした後、フォトレジスト膜210を除去する。これにより、図3(c)に示すように、固定電極71が形成される。
次に、図3(d)に示すように、固定電極71を覆うようにシリコン酸化膜やPSG(リンドープガラス)等からなる犠牲層220を、熱酸化法、スパッタリング法またはCVD法等により形成する。
Next, after etching the polycrystalline (or amorphous)
Next, as shown in FIG. 3D, a
次に、図3(e)に示すように、シリコン窒化膜120および犠牲層220上に、可動電極72を形成するための多結晶(またはアモルファス)シリコン膜230をスパッタリング法、CVD法等により形成し、形成した多結晶(またはアモルファス)シリコン膜230にリン等の不純物をドープして導電性を付与する。そして、多結晶(またはアモルファス)シリコン膜230上からフォトレジストを塗布し、可動電極72の形状(平面視形状)にパターニングしフォトレジスト膜240を形成する。
次に、フォトレジスト膜240をマスクとして多結晶(またはアモルファス)シリコン膜230をエッチングした後、フォトレジスト膜240を除去する。これにより、図4(a)に示すように、可動電極72が形成される。
以上のようにして、基板6上にMEMS素子7が犠牲層220とともに形成される。
Next, as shown in FIG. 3E, a polycrystalline (or amorphous)
Next, after the polycrystalline (or amorphous)
As described above, the
[絶縁膜形成工程]
まず、図4(b)に示すように、シリコン窒化膜120およびMEMS素子7上に、シリコン酸化膜からなる層間絶縁膜900をスパッタリング法、CVD法等により形成する。また、層間絶縁膜900に、半導体基板100の平面視にてMEMS素子7を取り巻く環状の開口部901と、柱状の開口部902とをパターニング処理等により形成する。なお、開口部901は、金属壁89を形成するための孔であり、開口部902は、電気配線80を形成するための孔である。
[Insulating film formation process]
First, as shown in FIG. 4B, an
次に、図4(c)に示すように、層間絶縁膜900上に、例えばアルミニウムよりなる層をスパッタリング法、CVD法等により形成した後、パターニング処理することにより配線層910を形成する。配線層910の一部は、開口部902を通して半導体基板100上に形成された配線(MEMS素子7から引き出されている配線)に電気的に接続される。
Next, as shown in FIG. 4C, a
次に、図4(d)に示すように、層間絶縁膜920、配線層930、層間絶縁膜940を順に形成する。層間絶縁膜920、940は、前述した層間絶縁膜900と同様の方法により形成することができ、配線層930は、配線層910と同様の方法により形成することができる。
このような層間絶縁膜と配線層との積層構造は、通常のCMOSプロセスにより形成され、その積層数は、必要に応じて適宜に設定される。すなわち、必要に応じてさらに多くの配線層が層間絶縁膜を介して積層される場合もある。
Next, as shown in FIG. 4D, an
Such a laminated structure of the interlayer insulating film and the wiring layer is formed by a normal CMOS process, and the number of laminated layers is appropriately set as necessary. In other words, more wiring layers may be stacked via an interlayer insulating film as necessary.
[被覆層形成工程]
図5(a)に示すように、層間絶縁膜940上に、例えばアルミニウムよりなる層をスパッタリング法、CVD法等により形成した後、パターニング処理することにより配線層950を形成する。配線層950の一部は、MEMS素子7の上方に位置し、複数の細孔952が形成された被覆層951を構成している。
[Coating layer forming step]
As shown in FIG. 5A, a
次に、図5(b)に示すように、配線層950および層間絶縁膜940上に、例えばシリコン窒化膜、レジストその他の樹脂材料よりなる表面保護膜960をスパッタリング法、CVD法等により形成する。また、この表面保護膜960は、一種類以上の材料を含む複数の膜層で構成され、被覆層951の細孔952を封止してしまわないように形成する。なお、表面保護膜960の構成材料としては、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ポリイミド膜、エポキシ樹脂膜など、素子を水分、ゴミ、傷などから保護するための耐性を有するもので形成される。
Next, as shown in FIG. 5B, a surface
[リリース工程]
まず、図5(c)に示すように、リリースエッチング用のフォトレジストなどの保護膜形成工程を行なった後に、被覆層951に形成された複数の細孔952を通して、MEMS素子7上にある層間絶縁膜900、920、940を除去するとともに、固定電極71と可動電極72との間にある犠牲層220を除去する。これにより、MEMS素子7が配置された空洞部5が形成されるとともに、固定電極71と可動電極72とが離間し、MEMS素子7が駆動し得る状態となる。
[Release process]
First, as shown in FIG. 5C, after performing a protective film forming step such as a photoresist for release etching, the interlayer on the
層間絶縁膜900、920、940および犠牲層220の除去は、例えば、複数の細孔952からエッチング液としてのフッ酸、緩衝フッ酸等を供給するウェットエッチングや、複数の細孔952からエッチングガスとしてフッ化水素酸ガス等を供給するドライエッチングにより行うことができる。なお、層間絶縁膜900、920、940および犠牲層220と前記レジスト膜を除去した後に、必要に応じて、空洞部5内の洗浄を行ってもよい。
The
[封止工程]
最後に、被覆層951上に、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、Al、Cu、W、Ti、TiN等の金属膜等からなる封止層970をスパッタリング法、CVD法等により形成し、各細孔952を封止する。
以上のような工程により、図2に示すMEMS基板2を製造することができる。
[Sealing process]
Finally, a
Through the steps as described above, the
≪IC基板≫
IC基板3は、多層配線基板であり、図6に示すように、基板31と、基板31上に形成された多層配線層32とを有している。
−基板−
基板31は、平面視形状が略正方形または略長方形の板部材である。このような基板31は、例えば、シリコン基板等の半導体基板311上に、絶縁膜312と、シリコン窒化膜313とをこの順に積層することにより構成されている。ただし、基板31の平面視形状は、特に限定されず、例えば、円形であってもよいし、五角形以上の多角形であってもよしい、異形であってもよい。
≪IC board≫
The
-Board-
The
また、基板31上には、MEMS基板2に設けられたMEMS素子7(電気配線80)に電気的に接続されている図示しない半導体回路が作り込まれている。この半導体回路には、少なくとも、MEMS素子7の温度を検知するための温度検知素子34が含まれており、その他、必要に応じて形成されたMOSトランジスタ等の能動素子、コンデンサ、インダクタ、抵抗、ダイオード、配線(後述する配線層322、324、326を含む)等の回路要素を含んでいる。
Further, on the
本実施形態では、温度検知素子34は、拡散抵抗で構成されている。このような温度検知素子34は、例えば、半導体基板311に、ホウ素、リン、ヒ素等の不純物をドーピングすることによって形成することができる。このように、温度検知素子34を拡散抵抗で構成することで、温度検知素子34の形成が簡単となる。
なお、温度検知素子34の配置としては、特に限定されないが、電子デバイス1の平面視にて、空洞部5と重なるように配置されていることが好ましい。これにより、温度検知素子34をMEMS素子7に近づけることができ、温度検知素子34によるMEMS素子7の温度検知をより正確に行うことができる。
In the present embodiment, the
The arrangement of the
−多層配線層−
多層配線層32は、基板31上に形成された層間絶縁膜321と、層間絶縁膜321上に形成された配線層322(層間絶縁膜321を貫通する貫通ビアを含む)と、配線層322および層間絶縁膜321上に形成された層間絶縁膜323と、層間絶縁膜323上に形成された配線層324(層間絶縁膜323を貫通する貫通ビアを含む)と、配線層324および層間絶縁膜323上に形成された層間絶縁膜325と、層間絶縁膜325上に形成された配線層326(層間絶縁膜325を貫通する貫通ビアを含む)とで構成されている。ただし、層間絶縁膜と配線層の積層数は、これに限定されない。
−Multilayer wiring layer−
The
また、多層配線層32には、温度検知素子34がMEMS素子7の温度を検知できるようにするための温度検知用配線35が作り込まれている。温度検知用配線35は、MEMS基板2に設けられた金属壁89と電気的(熱的)に接続されており、金属壁89の熱が伝達されるようになっている。ここで、前述したように、金属壁89は、空洞部5に臨みMEMS素子7の近傍に位置するため、空洞部5に収容されたMEMS素子7と実質的に同じ温度環境にあると言える。そのため、金属壁89は、MEMS素子7とほぼ同じ温度であると推定することができ、この金属壁89の熱が伝達される温度検知用配線35の熱を温度検知素子34で検知することで、MEMS素子7の温度を検知することができるようになっている。
The
温度検知用配線35は、温度検知素子34の周囲に位置する温度伝達部351と、多層配線層32の最上層である配線層326に位置し外部に臨む接続部352とを有している。温度伝達部351は、配線層322、324、326のうちの最も温度検知素子34に近い(すなわち、最下層である)配線層322に設けられている。また、温度伝達部351は、IC基板3の平面視にて、その少なくとも一部が温度検知素子34と重なるように設けられている。これにより、温度検知素子34のより近傍に温度伝達部351を配置することができるため、温度検知素子34によって、MEMS素子7の温度をより正確に検知することができる。
The
なお、温度伝達部351は、複数の配線層322、324、326のうちの温度検知素子34から最も遠位に位置する(すなわち、最上層である)配線層326に設けられていなければ、配線層322に設けられていなくてもよく、例えば、配線層324に設けられていてもよい。このような構成であっても、本実施形態と比較して精度は落ちるが、十分に、MEMS素子7の温度を検知することができる。なお、温度検知素子34と温度伝達部351の離間距離としては、特に限定されず、層間絶縁膜の材料等によっても異なるが、例えば、0.1〜2.0μm程度であることが好ましい。
In addition, if the
温度検知用配線35を配線層322、324、326に作り込むことで、配線層322、324、326を形成する工程で同時に温度検知用配線35を形成することができるため、温度検知用配線35を形成するための別工程が不要となり、IC基板3の製造が容易となる。なお、温度検知用配線35は、IC基板3に作り込まれた半導体回路と電気的に接続されておらず、電気的に浮いた状態となっている。これにより、前記半導体回路への通電による温度検知用配線35の昇温が防止されるため、MEMS素子7の温度をより精度よく検知することができる。
By forming the
なお、以下では、温度検知用配線35と区別するために、配線層322、324、326によって形成され、半導体回路と電気的に接続されている配線を「電気配線320」とも言う。
ここで、配線層322、324、326は、それぞれ、導電性を有しかつ熱伝導率の高い材料で構成されていることが好ましい。このような材料としては、例えば、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)等の各種金属材料が挙げられる。前述したように、配線層322、324、326によって温度検知用配線35が形成されているため、上記のような材料を用いることで、温度検知用配線35は、優れた熱伝導性を発揮することができる。そのため、電子デバイス1は、MEMS素子7の温度をより正確に検知することができるようになる。
以上、IC基板3の構成について説明した。
このようなIC基板3は、通常(公知)の半導体プロセスで製造することができる。そのため、IC基板3の製造方法については、その説明を省略する。
Hereinafter, in order to distinguish from the
Here, each of the wiring layers 322, 324, and 326 is preferably made of a material having conductivity and high thermal conductivity. Examples of such materials include various metal materials such as gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), and aluminum (Al). As described above, since the
The configuration of the
Such an
≪MEMS基板とIC基板の接合状態≫
電子デバイス1では、MEMS基板2とIC基板3とが、それらの厚さ方向に重なった状態で接合されている。これにより、電子デバイス1の小型化を図ることができる。本実施形態では、MEMS基板2とIC基板3との接合は、導電性を有する接合部材4によって行われている。これにより、MEMS基板2とIC基板3との接合を簡単にかつ強固に行うことができる。
≪Member state of MEMS substrate and IC substrate≫
In the electronic device 1, the
接合部材4は、金属壁89(封止層88)と温度検知用配線35(接続部352)とを接合する第1接合部材41と、配線層86(電気配線80)と配線層326(電気配線320)とを接合する第2接合部材42とを有している。そのため、第1接合部材41を介して、金属壁89と温度検知用配線35とが電気的(熱的)に接続されるとともに、第2接合部材42を介して、電気配線80と電気配線320とが電気的に接続された状態となっている。
The
第1、第2接合部材41、42としては、上記機能を発揮することができれば、特に限定されず、例えば、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)のような金属、銀ろう、銅ろう、燐銅ろう、半田等の金属ろう材、銀ペースト、銅ペースト等の金属ペースト(有機溶剤中に金属粒子等を分散させたもの)等を用いることができる。これらの中でも、特に、第1接合部材41としては、なるべく柔らかいことが好ましく、この点から、金属ペーストを用いることがより好ましい。これにより、MEMS素子7への応力付加を抑制することができ、MEMS素子7に所望の振動特性を発揮させることができる。さらには、第1接合部材41としては、金属ペーストの中でも、熱伝導率に優れている点から銀ペーストを用いることが好ましい。これにより、金属壁89の熱を効率的に温度検知用配線35に伝達することができるため、温度検知素子34によって、より正確に、MEMS素子7の温度を検知することができる。
The first and second joining
以上のような電子デバイス1によれば、MEMS基板2側に温度検知素子を設けないため、MEMS基板2の製造が簡単なものとなるとともに、MEMS基板2の構成が簡単なものとなる。また、金属壁89および温度検知用配線35によって、IC基板3に設けられた温度検知素子34に効果的にMEMS素子7が受けている熱と同等の熱を伝達することができるため、MEMS素子7の温度を正確に検知することができる。
According to the electronic device 1 as described above, since the temperature detecting element is not provided on the
<第2実施形態>
次に、本発明の電子デバイスの第2実施形態について説明する。
図7は、本発明の第2実施形態に係る電子デバイスを示す断面図である。
以下、第2実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第2実施形態は、金属壁と温度検知用配線との接合方法が異なること以外は、前述した第1実施形態と同様である。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the electronic device of the present invention will be described.
FIG. 7 is a sectional view showing an electronic device according to the second embodiment of the present invention.
Hereinafter, the second embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiment, and description of similar matters will be omitted.
The second embodiment is the same as the first embodiment described above except that the method of joining the metal wall and the temperature detection wiring is different.
図7に示すように、本実施形態の電子デバイス1では、金属壁89(封止層88)と温度検知用配線35(接続部352)とが表面活性化接合によって直接接合されている。これにより、例えば、前述した第1実施形態のような第1接合部材41が介在しない分、金属壁89の熱を効率的に温度検知用配線35に伝達することができる。そのため、温度検知素子34により、より正確に、MEMS素子7の温度を検知することができる。なお、表面活性接合は、例えば、まず、金属壁89および温度検知用配線35の接合面(すなわち、封止層88の表面および接続部352の表面)を研磨加工等によって平滑化し、次に、金属壁89および温度検知用配線35の接合面にイオンビーム等を照射し活性化させ、次に、金属壁89および温度検知用配線35の接合面同士を接触させて加圧する接合方法である。このような方法は、常温下で行うことができるため、MEMS素子7等に温度ダメージを与えることがない点でも優れている。
As shown in FIG. 7, in the electronic device 1 of the present embodiment, the metal wall 89 (sealing layer 88) and the temperature detection wiring 35 (connection portion 352) are directly bonded by surface activation bonding. Thereby, for example, the heat of the
<第3実施形態>
次に、本発明の電子デバイスの第3実施形態について説明する。
図8は、本発明の第3実施形態に係る電子デバイスを示す断面図である。
以下、第3実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the electronic device of the present invention will be described.
FIG. 8 is a sectional view showing an electronic device according to the third embodiment of the present invention.
Hereinafter, the third embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiment, and description of similar matters will be omitted.
第3実施形態は、温度検知素子の構成と、温度検知用配線の構成とが異なること以外は、前述した第1実施形態と同様である。
図8に示すように、温度検知素子34は、基板31上に形成されており、ポリシリコン薄膜等の薄膜抵抗で構成されている。これにより、温度検知素子34の形成が簡単となる。
The third embodiment is the same as the first embodiment described above except that the configuration of the temperature detection element and the configuration of the temperature detection wiring are different.
As shown in FIG. 8, the
また、温度検知用配線35が有する温度伝達部351は、IC基板3の厚さ方向に直交する方向(すなわち図の横方向や奥行き方向)で、温度検知素子34と重なるように設けられている。言い換えると、温度検知素子34と温度伝達部351は、厚さ方向を法線とする同一面内に設けられている。これにより、温度検知素子34の近傍に温度伝達部351を配置することができるため、温度検知素子34によって、MEMS素子7の温度をより正確に検知することができる。
なお、温度伝達部351の配置は、本実施形態の配置に限定されず、例えば、温度検知素子34の周囲に複数設けられていてもよく、また、温度検知素子34の周囲を囲む環状となっていてもよい。
Further, the
Note that the arrangement of the
<第4実施形態>
次に、本発明の電子デバイスの第4実施形態について説明する。
図9は、本発明の第4実施形態に係る電子デバイスを示す断面図である。
以下、第4実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第4実施形態は、MEMS基板の構成が異なること以外は、前述した第1実施形態と同様である。
<Fourth embodiment>
Next, a fourth embodiment of the electronic device of the present invention will be described.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing an electronic device according to the fourth embodiment of the present invention.
Hereinafter, the fourth embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiment, and description of similar matters will be omitted.
The fourth embodiment is the same as the first embodiment described above except that the configuration of the MEMS substrate is different.
図9に示すように、本実施形態の電子デバイス1のMEMS基板2では、基板6の空洞部5と重なる位置(MEMS素子7と重なる位置)に、周囲の部分よりも薄肉であり、受圧によって撓み変形するダイヤフラム部65が設けられている。このダイヤフラム部65は、半導体基板61の上面に有底の凹部651を設けることで形成されている。このようなダイヤフラム部65は、円形、矩形等の平面視形状を有することができ、その上面が受圧面652となっている。なお、ダイヤフラム部65の厚さとしては、特に限定されないが、例えば、10μm以上、50μm以下であるのが好ましく、15μm以上、25μm以下であるのがより好ましい。これにより、ダイヤフラム部65は、十分に撓んで変形することができる。
なお、本実施形態では、凹部651が半導体基板61を貫通しておらず、ダイヤフラム部65が半導体基板61、絶縁膜62およびシリコン窒化膜63の3層で構成されているが、例えば、凹部651が半導体基板61を貫通し、ダイヤフラム部65が絶縁膜62およびシリコン窒化膜63の2層で構成されていてよい。
As shown in FIG. 9, in the
In this embodiment, the
このような電子デバイス1は、圧力センサーとして用いることができる。すなわち、このような電子デバイス1では、ダイヤフラム部65の受圧面652が受ける圧力に応じて、ダイヤフラム部65が変形し、これにより、可動電極72の可動部722と固定電極71とのギャップGが変化する。ギャップGが変化するMEMS素子7の共振周波数が変化するため、この共振周波数の変化から、受圧面652で受けた圧力の大きさを求めることができる。特に、空洞部5を真空状態とすることで、絶対圧を検知することのできる圧力センサーとなる。
Such an electronic device 1 can be used as a pressure sensor. That is, in such an electronic device 1, the
2.電子機器
次に、本発明の電子デバイス1を適用した電子機器について説明する。
図10は、本発明の電子機器を適用したモバイル型(またはノート型)のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。この図において、パーソナルコンピューター1100は、キーボード1102を備えた本体部1104と、表示部1108を備えた表示ユニット1106とにより構成され、表示ユニット1106は、本体部1104に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター1100には、フィルター、共振器、基準クロック、圧力センサー等として機能する電子デバイス1が内蔵されている。
2. Next, an electronic apparatus to which the electronic device 1 of the present invention is applied will be described.
FIG. 10 is a perspective view showing the configuration of a mobile (or notebook) personal computer to which the electronic apparatus of the present invention is applied. In this figure, a
図11は、本発明の電子機器を適用した携帯電話機(PHSも含む)の構成を示す斜視図である。この図において、携帯電話機1200は、複数の操作ボタン1202、受話口1204および送話口1206を備え、操作ボタン1202と受話口1204との間には、表示部1208が配置されている。このような携帯電話機1200には、フィルター、共振器、基準クロック、圧力センサー等として機能する電子デバイス1が内蔵されている。
FIG. 11 is a perspective view showing a configuration of a mobile phone (including PHS) to which the electronic apparatus of the invention is applied. In this figure, a
図12は、本発明の電子機器を適用したディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、ディジタルスチルカメラ1300は、被写体の光像をCCD(Charge Coupled Device)などの撮像素子により光電変換して撮像信号(画像信号)を生成する。
FIG. 12 is a perspective view showing the configuration of a digital still camera to which the electronic apparatus of the present invention is applied. In this figure, connection with an external device is also simply shown. Here, an ordinary camera sensitizes a silver halide photographic film with a light image of a subject, whereas a
ディジタルスチルカメラ1300におけるケース(ボディー)1302の背面には、表示部1310が設けられ、CCDによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部1310は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース1302の正面側(図中裏面側)には、光学レンズ(撮像光学系)やCCDなどを含む受光ユニット1304が設けられている。
A
撮影者が表示部に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン1306を押下すると、その時点におけるCCDの撮像信号が、メモリー1308に転送・格納される。また、このディジタルスチルカメラ1300においては、ケース1302の側面に、ビデオ信号出力端子1312と、データ通信用の入出力端子1314とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子1312にはテレビモニター1430が、デ−タ通信用の入出力端子1314にはパーソナルコンピューター1440が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー1308に格納された撮像信号が、テレビモニター1430や、パーソナルコンピューター1440に出力される構成になっている。このようなディジタルスチルカメラ1300には、フィルター、共振器、基準クロック、圧力センサー等として機能する電子デバイス1が内蔵されている。
When the photographer confirms the subject image displayed on the display unit and presses the
なお、本発明の電子デバイスを備える電子機器は、図10のパーソナルコンピューター(モバイル型パーソナルコンピューター)、図11の携帯電話機、図12のディジタルスチルカメラの他にも、例えば、インクジェット式吐出装置(例えばインクジェットプリンター)、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳(通信機能付も含む)、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、POS端末、医療機器(例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡)、魚群探知機、各種測定機器、計器類(例えば、車両、航空機、船舶の計器類)、フライトシミュレーター等に適用することができる。 In addition to the personal computer (mobile personal computer) shown in FIG. 10, the mobile phone shown in FIG. 11, and the digital still camera shown in FIG. Inkjet printers), laptop personal computers, televisions, video cameras, video tape recorders, car navigation devices, pagers, electronic notebooks (including those with communication functions), electronic dictionaries, calculators, electronic game devices, word processors, workstations, televisions Telephone, crime prevention TV monitor, electronic binoculars, POS terminal, medical equipment (for example, electronic thermometer, blood pressure monitor, blood glucose meter, electrocardiogram measuring device, ultrasonic diagnostic device, electronic endoscope), fish detector, various measuring devices, instruments Class (eg, vehicle, navigation Aircraft, gauges of a ship), can be applied to a flight simulator or the like.
4.移動体
次に、本発明の電子デバイスを適用した移動体について説明する。
図13は、移動体としての自動車を示す斜視図である。自動車1500には、電子デバイス1が搭載されている。電子デバイス1は、キーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム(ABS)、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム(TPMS:Tire Pressure Monitoring System)、エンジンコントロール、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター、車体姿勢制御システム、等の電子制御ユニット(ECU:electronic control unit)に広く適用できる。
以上、本発明の電子デバイスおよび電子機器について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
4). Next, a moving body to which the electronic device of the present invention is applied will be described.
FIG. 13 is a perspective view showing an automobile as a moving body. An electronic device 1 is mounted on the
As mentioned above, although the electronic device and the electronic apparatus of the present invention have been described based on the illustrated embodiment, the present invention is not limited to this, and the configuration of each part is of an arbitrary configuration having the same function Can be substituted. In addition, any other component may be added to the present invention. Moreover, you may combine each embodiment suitably.
1……電子デバイス 2……MEMS基板 3……IC基板 31……基板 311……半導体基板 312……絶縁膜 313……シリコン窒化膜 32……多層配線層 320……電気配線 321……層間絶縁膜 322……配線層 323……層間絶縁膜 324……配線層 325……層間絶縁膜 326……配線層 34……温度検知素子 35……温度検知用配線 351……温度伝達部 352……接続部 4……接合部材 41……第1接合部材 42……第2接合部材 5……空洞部 6……基板 61……半導体基板 62……絶縁膜 63……シリコン窒化膜 65……ダイヤフラム部 651……凹部 652……受圧面 7……MEMS素子 71……固定電極 72……可動電極 721……支持部 722……可動部 723……連結部 724……振動系 8……素子周囲構造体 80……電気配線 81……層間絶縁膜 82……配線層 83……層間絶縁膜 84……配線層 85……層間絶縁膜 86……配線層 861……被覆層 861a……細孔 87……表面保護膜 88……封止層 89……金属壁 100……半導体基板 110……シリコン酸化膜 120……シリコン窒化膜 200……シリコン膜 210……フォトレジスト膜 220……犠牲層 230……シリコン膜 240……フォトレジスト膜 900……層間絶縁膜 901……開口部 902……開口部 910……配線層 920……層間絶縁膜 930……配線層 940……層間絶縁膜 950……配線層 951……被覆層 952……細孔 960……表面保護膜 970……封止層 1100……パーソナルコンピューター 1102……キーボード 1104……本体部 1106……表示ユニット 1108……表示部 1200……携帯電話機 1202……操作ボタン 1204……受話口 1206……送話口 1208……表示部 1300……ディジタルスチルカメラ 1302……ケース 1304……受光ユニット 1306……シャッターボタン 1308……メモリー 1310……表示部 1312……ビデオ信号出力端子 1314……入出力端子 1430……テレビモニター 1440……パーソナルコンピューター 1500……自動車 G……ギャップ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (13)
温度検知素子と、複数の配線層が積層された多層配線層とを有する第2基板と、を有し、
前記多層配線層は、前記金属壁と電気的に接続された温度検知用配線を備え、
前記温度検知用配線は、前記温度検知素子の周囲に設けられた温度伝達部を備えていることを特徴とする電子デバイス。 A first substrate having a functional element and a metal wall surrounding at least a part of the functional element;
A second substrate having a temperature sensing element and a multilayer wiring layer in which a plurality of wiring layers are stacked;
The multilayer wiring layer includes a temperature detection wiring electrically connected to the metal wall,
The electronic device according to claim 1, wherein the temperature detection wiring includes a temperature transmission portion provided around the temperature detection element.
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RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
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