JP2016200534A - Electronic device, pressure sensor, altimeter, electronic apparatus, and mobile body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子デバイス、圧力センサー、高度計、電子機器および移動体に関するものである。 The present invention relates to an electronic device, a pressure sensor, an altimeter, an electronic apparatus, and a moving object.
半導体製造プロセスを用いて形成された空洞部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)。このような電子デバイスの一例としては、例えば、特許文献1に係る電子装置が挙げられ、この電子装置は、基板と、基板上に形成された機能素子と、機能素子が配置された空洞部を画成する被覆構造と、を備える。この電子装置の被覆構造は、機能素子を囲むように形成された包囲壁と、その包囲壁の基板とは反対側を塞ぐ被覆層(天井部)と、を有し、包囲壁の内周縁が四角形をなしている。このような電子装置の被覆構造は、半導体製造プロセスを用いて製造することができる。
An electronic device having a cavity formed by using a semiconductor manufacturing process is known (for example, see Patent Document 1). As an example of such an electronic device, for example, an electronic apparatus according to
しかし、特許文献1に係る電子装置では、包囲壁の内周縁が単なる四角形をなしているため、熱収縮等により被覆層の角部付近に応力が集中して、被覆層に亀裂が生じ、その結果、空洞部の気密性を低下させて、特性を悪化させるという問題があった。
However, in the electronic device according to
本発明の目的は、優れた信頼性を有する電子デバイスを提供すること、また、かかる電子デバイスを備える圧力センサー、高度計、電子機器および移動体を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an electronic device having excellent reliability, and to provide a pressure sensor, an altimeter, an electronic apparatus, and a moving body including the electronic device.
このような目的は、下記の本発明により達成される。
[適用例1]
本発明の電子デバイスは、基板と、
前記基板に設けられている機能素子と、
前記基板の平面視で前記機能素子を囲んで前記基板の一方の面側に配置されている壁部と、
前記壁部に対して前記基板とは反対側に配置されていて、前記基板および前記壁部とともに内部空間を構成している天井部と、
を備え、
前記壁部の前記天井部側にある端部の内周縁は、前記平面視で前記内部空間の中心から遠ざかる方向に突出している隅部を有することを特徴とする。
Such an object is achieved by the present invention described below.
[Application Example 1]
An electronic device of the present invention includes a substrate,
A functional element provided on the substrate;
A wall portion disposed on one side of the substrate surrounding the functional element in a plan view of the substrate;
A ceiling portion which is disposed on the opposite side of the substrate with respect to the wall portion and constitutes an internal space together with the substrate and the wall portion;
With
An inner peripheral edge of an end portion of the wall portion on the ceiling portion side has a corner portion protruding in a direction away from the center of the internal space in the plan view.
このような電子デバイスによれば、壁部の天井部側の端部の内周縁が平面視で内部空間の中心から遠ざかる方向に突出している(外側に張り出している)凸状の隅部を有することにより、天井部の熱収縮等が生じたときに天井部の途中部分への応力集中を低減することができる。そのため、天井部の熱収縮等に起因する損傷を低減することができる。よって、優れた信頼性を有する電子デバイスを提供することができる。 According to such an electronic device, the inner peripheral edge of the end portion on the ceiling side of the wall portion has a convex corner portion protruding in a direction away from the center of the internal space in a plan view (projecting outward). Thereby, when the thermal contraction etc. of a ceiling part arises, the stress concentration to the middle part of a ceiling part can be reduced. Therefore, it is possible to reduce damage caused by thermal contraction of the ceiling portion. Therefore, an electronic device having excellent reliability can be provided.
[適用例2]
本発明の電子デバイスでは、前記天井部が膜状であることが好ましい。
[Application Example 2]
In the electronic device according to the aspect of the invention, it is preferable that the ceiling portion is a film shape.
このような膜状の天井部は、応力集中により損傷しやすい。したがって、このような天井部を有する電子デバイスに本発明を適用すると、その効果が顕著となる。 Such a film-like ceiling is easily damaged by stress concentration. Therefore, when the present invention is applied to an electronic device having such a ceiling, the effect becomes remarkable.
[適用例3]
本発明の電子デバイスでは、前記内周縁は、前記平面視で、第1方向に沿うように延びていて互いに対向している1対の第1辺と、前記第1方向と異なる第2方向に沿うように延びていて互いに対向している1対の第2辺と、を有し、
前記隅部は、互いに隣り合う前記第1辺と前記第2辺との間に設けられていることが好ましい。
[Application Example 3]
In the electronic device according to the aspect of the invention, the inner peripheral edge extends in the first direction and extends in the first direction and faces a pair of first sides and a second direction different from the first direction. A pair of second sides extending along the opposite sides of each other, and
The corner is preferably provided between the first side and the second side that are adjacent to each other.
これにより、天井部の熱収縮等が生じたときに、互いに隣り合う第1辺と第2辺との間付近における応力集中を低減することができる。これに対し、外側に張り出した隅部がない場合、互いに隣り合う第1辺と第2辺との間に形成される角部付近において天井部が極端に撓みにくくなるため、天井部の熱収縮等が生じたときに、その撓みにくい部分とそれに隣接する部分との間に応力が集中し、天井部が損傷しやすい。 Thereby, when the thermal contraction of the ceiling portion or the like occurs, the stress concentration in the vicinity between the first side and the second side adjacent to each other can be reduced. On the other hand, when there is no corner protruding outward, the ceiling is extremely difficult to bend near the corner formed between the first side and the second side adjacent to each other. When this occurs, stress concentrates between the part that is difficult to bend and the part adjacent to the part, and the ceiling part is easily damaged.
[適用例4]
本発明の電子デバイスでは、前記隅部は、前記平面視で曲線部を含むことが好ましい。
[Application Example 4]
In the electronic device according to the aspect of the invention, it is preferable that the corner portion includes a curved portion in the plan view.
これにより、天井部の熱収縮等が生じたときに、天井部の隅部付近の応力集中を低減することができる。 Thereby, when the thermal contraction etc. of a ceiling part arise, the stress concentration of the corner vicinity of a ceiling part can be reduced.
[適用例5]
本発明の電子デバイスでは、前記平面視で2つの前記隅部の間に前記内部空間の中央部があることが好ましい。
[Application Example 5]
In the electronic device according to the aspect of the invention, it is preferable that the central portion of the internal space is between the two corners in the plan view.
これにより、天井部の熱収縮等が生じたときに、天井部への応力集中を効率的に低減することができる。 Thereby, when the thermal contraction etc. of a ceiling part arise, the stress concentration to a ceiling part can be reduced efficiently.
[適用例6]
本発明の電子デバイスでは、前記壁部が積層構造であることが好ましい。
[Application Example 6]
In the electronic device of the present invention, it is preferable that the wall portion has a laminated structure.
これにより、CMOSプロセスのような半導体プロセスを用いて、膜状の天井部を壁部とともに容易に形成することができる。 Thus, the film-like ceiling portion can be easily formed together with the wall portion using a semiconductor process such as a CMOS process.
[適用例7]
本発明の電子デバイスでは、前記基板は、前記壁部の少なくとも一部が配置されている凹部を有することが好ましい。
これにより、電子デバイスの低背化を図ることができる。
[Application Example 7]
In the electronic device of the present invention, it is preferable that the substrate has a recess in which at least a part of the wall portion is disposed.
Thereby, the height reduction of the electronic device can be achieved.
[適用例8]
本発明の電子デバイスでは、前記基板は、受圧により撓み変形するダイヤフラム部を有し、
前記機能素子は、前記ダイヤフラム部に設けられていて、歪みにより電気信号を出力することが好ましい。
これにより、圧力センサーを実現することができる。
[Application Example 8]
In the electronic device of the present invention, the substrate has a diaphragm portion that is bent and deformed by pressure reception,
It is preferable that the functional element is provided in the diaphragm portion and outputs an electric signal due to distortion.
Thereby, a pressure sensor is realizable.
[適用例9]
本発明の圧力センサーは、本発明の電子デバイスを備えることを特徴とする。
このような圧力センサーは、優れた信頼性を発揮することができる。
[Application Example 9]
The pressure sensor of the present invention includes the electronic device of the present invention.
Such a pressure sensor can exhibit excellent reliability.
[適用例10]
本発明の高度計は、本発明の電子デバイスを備えることを特徴とする。
このような高度計は、優れた信頼性を発揮することができる。
[Application Example 10]
An altimeter according to the present invention includes the electronic device according to the present invention.
Such an altimeter can exhibit excellent reliability.
[適用例11]
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。
このような電子機器は、優れた信頼性を発揮することができる。
[Application Example 11]
An electronic apparatus according to the present invention includes the electronic device according to the present invention.
Such an electronic device can exhibit excellent reliability.
[適用例12]
本発明の移動体は、本発明の電子デバイスを備えることを特徴とする。
このような移動体は、優れた信頼性を発揮することができる。
[Application Example 12]
The moving body of the present invention includes the electronic device of the present invention.
Such a moving body can exhibit excellent reliability.
以下、本発明の電子デバイス、圧力センサー、高度計、電子機器および移動体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。 Hereinafter, an electronic device, a pressure sensor, an altimeter, an electronic apparatus, and a moving body of the present invention will be described in detail based on each embodiment shown in the accompanying drawings.
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(物理量センサー)を示す断面図である。図2は、図1に示す電子デバイスが備える機能素子および壁部の配置を示す平面図である。図3は、図1に示す電子デバイスの作用を説明するための図であって、(a)は加圧状態を示す断面図、(b)は加圧状態を示す平面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図1中の上側を「上」、下側を「下」という。
1. Electronic Device <First Embodiment>
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an electronic device (physical quantity sensor) according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view showing the arrangement of functional elements and wall portions included in the electronic device shown in FIG. 3A and 3B are diagrams for explaining the operation of the electronic device shown in FIG. 1, wherein FIG. 3A is a cross-sectional view showing a pressurized state, and FIG. 3B is a plan view showing the pressurized state. In the following, for convenience of explanation, the upper side in FIG. 1 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”.
図1に示す電子デバイス1は、圧力を検出可能な物理量センサーである。この電子デバイス1は、ダイヤフラム部20を有する基板2と、ダイヤフラム部20に配置されている機能素子である複数のピエゾ抵抗素子5(センサー素子)と、基板2とともに空洞部S(圧力基準室)を形成している積層構造体6と、基板2と積層構造体6との間に配置されている中間層3と、を備えている。
An
以下、電子デバイス1を構成する各部を順次説明する。
−基板−
基板2は、半導体基板21と、半導体基板21の一方の面上に設けられた絶縁膜22と、絶縁膜22の半導体基板21とは反対側の面上に設けられた絶縁膜23と、を有している。
Hereinafter, each part which comprises the
-Board-
The substrate 2 includes a
半導体基板21は、単結晶シリコンで構成されているシリコン層211(ハンドル層)と、シリコン酸化膜で構成されている酸化シリコン層212(ボックス層)と、単結晶シリコンで構成されているシリコン層213(デバイス層)とがこの順で積層されたSOI基板である。なお、半導体基板21は、SOI基板に限定されず、例えば、単結晶シリコン基板等の他の半導体基板であってもよい。
The
絶縁膜22は、例えば、シリコン酸化膜であり、絶縁性を有する。また、絶縁膜23は、例えば、シリコン窒化膜であり、絶縁性を有するとともに、フッ酸を含むエッチング液に対する耐性をも有する。ここで、半導体基板21(シリコン層213)と絶縁膜23(シリコン窒化膜)との間に絶縁膜22(シリコン酸化膜)が介在していることにより、絶縁膜23の成膜時に生じた応力が半導体基板21に伝わるのを絶縁膜22により緩和することができる。また、絶縁膜22は、半導体基板21およびその上方に半導体回路を形成する場合、素子間分離膜として用いることもできる。なお、絶縁膜22、23は、前述した構成材料に限定されず、また、必要に応じて、絶縁膜22、23のうちのいずれか一方を省略してもよい。
The insulating
このような基板2の絶縁膜23上には、パターニングされた中間層3が配置されている。この中間層3は、平面視でダイヤフラム部20の周囲を囲むように形成されており、中間層3の上面と基板2の上面との間であって、ダイヤフラム部20の中心側(内側)に中間層3の厚さ分の段差部を形成する。これにより、ダイヤフラム部20が受圧により撓み変形したとき、ダイヤフラム部20の段差部との間の境界部分に応力を集中させることができる。そのため、かかる境界部分(またはその付近)にピエゾ抵抗素子5を配置することにより、検出感度を向上させることができる。
A patterned
この中間層3は、例えば、単結晶シリコン、多結晶シリコン(ポリシリコン)またはアモルファスシリコンで構成されている。また、中間層3は、例えば、単結晶シリコン、多結晶シリコン(ポリシリコン)またはアモルファスシリコンにリン、ボロン等の不純物をドープ(拡散または注入)して構成されていてもよい。この場合、中間層3は、導電性を有するため、例えば、空洞部Sの外側において基板2上にMOSトランジスタを形成する場合、中間層3の一部をMOSトランジスタのゲート電極として用いることができる。また、中間層3の一部を配線として用いることもできる。
The
このような基板2には、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20が設けられている。ダイヤフラム部20は、半導体基板21の下面に有底の凹部24を設けることで形成されている。すなわち、ダイヤフラム部20は、基板2の一方の面に開口している凹部24の底部を含んで構成されている。このダイヤフラム部20は、その下面が受圧面25となっている。本実施形態では、図2に示すように、ダイヤフラム部20は、正方形(矩形)の平面視形状である。
Such a substrate 2 is provided with a
本実施形態の基板2では、凹部24がシリコン層211を貫通しており、ダイヤフラム部20が酸化シリコン層212、シリコン層213、絶縁膜22および絶縁膜23の4層で構成されている。ここで、酸化シリコン層212は、後述するように、電子デバイス1の製造工程において凹部24をエッチングにより形成する際にエッチングストップ層として利用することができ、ダイヤフラム部20の厚さの製品ごとのバラツキを少なくすることができる。
In the substrate 2 of the present embodiment, the
なお、凹部24がシリコン層211を貫通せず、ダイヤフラム部20がシリコン層211の薄肉部、酸化シリコン層212、シリコン層213、絶縁膜22および絶縁膜23の5層で構成されていてもよい。
The
−ピエゾ抵抗素子(機能素子)−
複数のピエゾ抵抗素子5は、図1に示すように、それぞれ、ダイヤフラム部20の空洞部S側に形成されている。ここで、ピエゾ抵抗素子5は、半導体基板21のシリコン層213に形成されている。
-Piezoresistive element (functional element)-
As shown in FIG. 1, the plurality of
図2に示すように、複数のピエゾ抵抗素子5は、ダイヤフラム部20の外周部に配置されている複数のピエゾ抵抗素子5a、5b、5c、5dで構成されている。
As shown in FIG. 2, the plurality of
基板2の厚さ方向から見た平面視(以下、単に「平面視」という)で四角形をなすダイヤフラム部20の4つの辺にそれぞれ対応して、ピエゾ抵抗素子5a、ピエゾ抵抗素子5b、ピエゾ抵抗素子5c、ピエゾ抵抗素子5dが配置されている。
The
ピエゾ抵抗素子5aは、ダイヤフラム部20の対応する辺に対して垂直な方向に沿って延びている。そして、ピエゾ抵抗素子5aの両端部には、1対の配線214aが電気的に接続されている。同様に、ピエゾ抵抗素子5bは、ダイヤフラム部20の対応する辺に対して垂直な方向に沿って延びている。そして、ピエゾ抵抗素子5bの両端部には、1対の配線214bが電気的に接続されている。
The
一方、ピエゾ抵抗素子5cは、ダイヤフラム部20の対応する辺に対して平行な方向に沿って延びている。そして、ピエゾ抵抗素子5cの両端部には、1対の配線214cが電気的に接続されている。同様に、ピエゾ抵抗素子5dは、ダイヤフラム部20の対応する辺に対して平行な方向に沿って延びている。そして、ピエゾ抵抗素子5dの両端部には、1対の配線214dが電気的に接続されている。
On the other hand, the
なお、以下では、配線214a、214b、214c、214dをまとめて「配線214」ともいう。 Hereinafter, the wirings 214a, 214b, 214c, and 214d are collectively referred to as “wiring 214”.
このようなピエゾ抵抗素子5および配線214は、それぞれ、例えば、リン、ボロン等の不純物をドープ(拡散または注入)したシリコン(単結晶シリコン)で構成されている。ここで、配線214における不純物のドープ濃度は、ピエゾ抵抗素子5における不純物のドープ濃度よりも高い。なお、配線214は、金属で構成されていてもよい。
The
また、複数のピエゾ抵抗素子5は、例えば、自然状態における抵抗値が互いに等しくなるように構成されている。
Further, the plurality of
以上説明したようなピエゾ抵抗素子5は、配線214等を介して、ブリッジ回路(ホイートストンブリッジ回路)を構成している。このブリッジ回路には、駆動電圧を供給する駆動回路(図示せず)が接続されている。そして、このブリッジ回路は、ピエゾ抵抗素子5の抵抗値に応じた信号(電圧)が出力される。
The
−積層構造体−
積層構造体6は、前述した基板2との間に空洞部Sを画成するように形成されている。ここで、積層構造体6は、ダイヤフラム部20のピエゾ抵抗素子5側に配置されていてダイヤフラム部20(または基板2)とともに空洞部S(内部空間)を区画形成(構成)している。
-Laminated structure-
The laminated structure 6 is formed so as to define a cavity S between itself and the substrate 2 described above. Here, the laminated structure 6 is disposed on the
この積層構造体6は、基板2上に平面視でピエゾ抵抗素子5を取り囲むように形成された層間絶縁膜61と、層間絶縁膜61上に形成された配線層62と、配線層62および層間絶縁膜61上に形成された層間絶縁膜63と、層間絶縁膜63上に形成され、複数の細孔642(開孔)を備えた被覆層641を有する配線層64と、配線層64および層間絶縁膜63上に形成された表面保護膜65と、被覆層641上に設けられた封止層66とを有している。
The laminated structure 6 includes an
層間絶縁膜61、63は、それぞれ、例えば、シリコン酸化膜で構成されている。また、配線層62、64および封止層66は、それぞれ、アルミニウム等の金属で構成されている。また、封止層66は、被覆層641が有する細孔642を封止している。また、表面保護膜65は、例えば、シリコン窒化膜である。
The
このような積層構造体6において、被覆層641を除く配線層62および配線層64からなる構造体は、基板2の一方の面側に平面視でピエゾ抵抗素子5を囲んで配置されている「壁部」を構成している。また、被覆層641および封止層66からなる構造体は、この壁部に対して基板2とは反対側に配置されていて空洞部S(内部空間)を基板2および壁部とともに構成している「天井部」を構成している。そして、壁部の天井部側の端部の内周縁643は、平面視で空洞部Sの中心から遠ざかる方向に突出している4つの凸状の隅部6432を有する。これにより、天井部の熱収縮等に起因する損傷を低減することができる。ここで、内周縁643は、配線層64の層間絶縁膜63を貫通している部分の内周縁である。なお、壁部、天井部およびこれらに関連する事項については、後に詳述する。
In such a laminated structure 6, the structure including the
また、このような積層構造体6は、CMOSプロセスのような半導体製造プロセスを用いて形成することができる。なお、シリコン層213上およびその上方には、半導体回路が作り込まれていてもよい。この半導体回路は、MOSトランジスタ等の能動素子、その他必要に応じて形成されたコンデンサ、インダクタ、抵抗、ダイオード、配線(ピエゾ抵抗素子5に接続されている配線を含む)等の回路要素を有している。
Moreover, such a laminated structure 6 can be formed using a semiconductor manufacturing process such as a CMOS process. Note that a semiconductor circuit may be formed on and above the
基板2と積層構造体6とによって画成された空洞部Sは、密閉された空間である。この空洞部Sは、電子デバイス1が検出する圧力の基準値となる圧力基準室として機能する。本実施形態では、空洞部Sが真空状態(300Pa以下)となっている。空洞部Sを真空状態とすることによって、電子デバイス1を、真空状態を基準として圧力を検出する「絶対圧センサー」として用いることができ、その利便性が向上する。
The cavity S defined by the substrate 2 and the laminated structure 6 is a sealed space. The cavity S functions as a pressure reference chamber that serves as a reference value for the pressure detected by the
ただし、空洞部Sは、真空状態でなくてもよく、大気圧であってもよいし、大気圧よりも気圧が低い減圧状態であってもよいし、大気圧よりも気圧が高い加圧状態であってもよい。また、空洞部Sには、窒素ガス、希ガス等の不活性ガスが封入されていてもよい。空洞部Sが密閉空間であれば「絶対圧センサー」として用いることができる。
以上、電子デバイス1の構成について簡単に説明した。
However, the cavity S may not be in a vacuum state, may be atmospheric pressure, may be in a reduced pressure state where the atmospheric pressure is lower than atmospheric pressure, or is a pressurized state where the atmospheric pressure is higher than atmospheric pressure. It may be. The cavity S may be filled with an inert gas such as nitrogen gas or a rare gas. If the cavity S is a sealed space, it can be used as an “absolute pressure sensor”.
The configuration of the
このような構成の電子デバイス1は、図3(a)に示すように、ダイヤフラム部20の受圧面25が受ける圧力Pに応じて、ダイヤフラム部20が変形し、これにより、図3(b)に示すように、ピエゾ抵抗素子5a、5b、5c、5dが歪み、ピエゾ抵抗素子5a、5b、5c、5dの抵抗値が変化する。それに伴って、ピエゾ抵抗素子5a、5b、5c、5dが構成するブリッジ回路の出力が変化し、その出力に基づいて、受圧面25で受けた圧力の大きさを求めることができる。
In the
より具体的に説明すると、前述したようなダイヤフラム部20の変形が生じる前の自然状態では、例えば、ピエゾ抵抗素子5a、5b、5c、5dの抵抗値が互いに等しい場合、ピエゾ抵抗素子5a、5bの抵抗値の積とピエゾ抵抗素子5c、5dの抵抗値の積とが等しく、ブリッジ回路の出力(電位差)はゼロとなる。
More specifically, in the natural state before the deformation of the
一方、前述したようなダイヤフラム部20の変形が生じると、図3(b)に示すように、ピエゾ抵抗素子5a、5bにその長手方向に沿った圧縮歪みおよび幅方向に沿った引張歪みが生じるとともに、ピエゾ抵抗素子5c、5dにその長手方向に沿った引張歪みおよびその幅方向に沿った圧縮歪みが生じる。したがって、前述したようなダイヤフラム部20の変形が生じたとき、ピエゾ抵抗素子5a、5bの抵抗値とピエゾ抵抗素子5c、5dの抵抗値とのうち、一方の抵抗値が増加し、他方の抵抗値が減少する。
On the other hand, when the deformation of the
このようなピエゾ抵抗素子5a、5b、5c、5dの歪みにより、ピエゾ抵抗素子5a、5bの抵抗値の積とピエゾ抵抗素子5c、5dの抵抗値の積との差が生じ、その差に応じた出力(電位差)がブリッジ回路から出力される。このブリッジ回路からの出力に基づいて、受圧面25で受けた圧力の大きさ(絶対圧)を求めることができる。
Due to the distortion of the
ここで、前述したようなダイヤフラム部20の変形が生じたとき、ピエゾ抵抗素子5a、5bの抵抗値とピエゾ抵抗素子5c、5dの抵抗値とのうち、一方の抵抗値が増加し、他方の抵抗値が減少するため、ピエゾ抵抗素子5a、5bの抵抗値の積とピエゾ抵抗素子5c、5dの抵抗値の積との差の変化を大きくすることができ、それに伴って、ブリッジ回路からの出力を大きくすることができる。その結果、圧力の検出感度を高めることができる。
Here, when the deformation of the
このように、電子デバイス1では、基板2がダイヤフラム部20を有するとともに、ダイヤフラム部20にピエゾ抵抗素子5を設けることにより、圧力センサーを実現することができる。
As described above, in the
(壁部および天井部)
以下、壁部および天井部について詳述する。
(Wall and ceiling)
Hereinafter, a wall part and a ceiling part are explained in full detail.
図4(a)は、図1に示す電子デバイスが備える壁部を説明するための部分拡大図、図4(b)は、従来の壁部を説明するための部分拡大平面図である。 4A is a partially enlarged view for explaining a wall portion included in the electronic device shown in FIG. 1, and FIG. 4B is a partially enlarged plan view for explaining a conventional wall portion.
前述したように、図1に示す積層構造体6は、被覆層641を除く配線層62および配線層64からなる構造体が、基板2の一方の面側に平面視でピエゾ抵抗素子5を囲んで配置されている「壁部」を構成している。また、被覆層641および封止層66からなる構造体は、この壁部に対して基板2とは反対側に配置されていて空洞部S(内部空間)を基板2および壁部とともに構成している「天井部」を構成している。
As described above, in the laminated structure 6 shown in FIG. 1, the structure composed of the
図2に示すように、壁部の天井部側の端部の内周縁643は、4つの辺6431と、互いに隣り合う2つの辺6431の間に設けられた4つの隅部6432と、を有する。
As shown in FIG. 2, the inner
4つの辺6431は、第1方向に延びていて互いに対向している1対の辺6431a、6431b(第1辺)と、第1方向と異なる(本実施形態では直交する)第2方向に延びていて互いに対向している1対の辺6431c、6431d(第2辺)と、で構成されている。
The four
そして、4つの隅部6432は、互いに隣り合う2つの辺6431aと辺6431cとの間に設けられている隅部6432aと、互いに隣り合う2つの辺6431bと辺6431dとの間に設けられている隅部6432bと、互いに隣り合う2つの辺6431bと辺6431cとの間に設けられている隅部6432cと、互いに隣り合う2つの辺6431aと辺6431dとの間に設けられている隅部6432dと、で構成されている。
The four
各隅部6432(6432a、6432b、6432c、6432d)は、平面視で空洞部Sの中心から遠ざかる方向に突出している(外側に張り出している)凸状をなしている。これにより、天井部の熱収縮等が生じたときに天井部の途中部分(より具体的には、図4(a)に示すように互いに隣り合う2つの辺6431間の線分c付近)への応力集中を低減することができる。すなわち、天井部の線分cよりも外側の部分を撓み易くし、線分c付近に応力が集中することを低減することができる。そのため、天井部の熱収縮等に起因する損傷を低減することができる。ここで、隅部6432は、互いに隣り合う2つの辺6431のそれぞれを延長した線分aよりも外側に位置している。なお、図4(a)中の線分cは、互いに隣り合う2つの辺6431の端部同士を結ぶ線分である。
Each corner 6432 (6432a, 6432b, 6432c, 6432d) has a convex shape protruding in a direction away from the center of the cavity S in a plan view (projecting outward). As a result, when a thermal contraction or the like of the ceiling portion occurs, to the midway portion of the ceiling portion (more specifically, near the line segment c between two
これに対し、前述したような外側に張り出した隅部6432がない場合、図4(b)に示すように、内周縁643Xの互いに隣り合う2つの辺6431との間に形成される角部6433付近において天井部が極端に撓みにくくなる。そのため、天井部の熱収縮等が生じたときに、その撓みにくい部分(線分c’と2つの辺6431とで囲まれる領域)とそれに隣接する部分(線分c’よりも内側の部分)との間(線分c’付近)に応力が集中し、天井部が損傷しやすい。
On the other hand, when there is no
特に、天井部が膜状であるため、応力集中により損傷しやすい。したがって、前述したような隅部6432を設けることによって天井部の損傷を低減する効果が顕著となる。
In particular, since the ceiling is a film, it is easily damaged by stress concentration. Therefore, the effect of reducing the damage to the ceiling is remarkable by providing the
また、壁部が積層構造であるため、CMOSプロセスのような半導体プロセスを用いて、膜状の天井部を容易に形成することができる。 Further, since the wall portion has a laminated structure, a film-like ceiling portion can be easily formed using a semiconductor process such as a CMOS process.
本実施形態では、各隅部6432は、円弧に沿った形状をなしている。より具体的には、各隅部6432は、円形の1/4を切り取った形状をなし、その円形の中心が2つの線分aの交点bに一致するように設けられているとともに、各辺6431に対して連続した曲線となるように接続されている。このように各隅部6432が平面視で曲線を含むことにより、天井部の熱収縮等が生じたときに、天井部の隅部6432付近の応力集中を低減することができる。
In the present embodiment, each
また、図2に示すように、平面視で、2つの隅部6432a、6432bが空洞部Sの中央部を挟むように配置され、同様に、2つの隅部6432c、6432dが空洞部Sの中央部を挟むように配置されている。すなわち、平面視で、2つの隅部6432a、6432b間に空洞部Sの中央部があり、同様に、2つの隅部6432c、6432d間に空洞部Sの中央部がある。これにより、天井部の熱収縮等が生じたときに、天井部に生じる歪を4つの隅部6432で効率的に分散して、天井部への応力集中を効率的に低減することができる。
In addition, as shown in FIG. 2, the two
このような隅部6432の突出長さL1(点bからの突出長さ)は、互いに対向する1対の辺6431間の距離Lに対して、5%以上20%以下であることが好ましく、10%以上15%以下であることがより好ましい。これにより、天井部の応力集中を効率的に低減することができる。これに対し、突出長さL1が小さすぎると、隅部6432の形状や幅等によっては、天井部の応力集中を低減する効果が不十分となる場合がある。一方、突出長さL1が大きすぎると、隅部6432による効果がそれ以上得られないだけでなく、電子デバイス1の大型化を招いてしまう。ここで、距離Lは、特に限定されないが、例えば、100μm以上200μm以下程度である。
The protruding length L1 of the corner 6432 (the protruding length from the point b) is preferably 5% or more and 20% or less with respect to the distance L between the pair of
また、隅部6432の幅L2(線分cの長さ)は、互いに対向する1対の辺6431間の距離Lに対して、5%以上20%以下であることが好ましく、10%以上15%以下であることがより好ましい。これにより、天井部の応力集中を効率的に低減することができる。これに対し、幅L2が小さすぎると、隅部6432の形状や幅等によっては、天井部の応力集中を低減する効果が不十分となる場合がある。一方、幅L2が大きすぎると、天井部全体が撓み易くなり、かえって、天井部の損傷を招きやすくなってしまう。
The width L2 (the length of the line segment c) of the
以上説明したように構成された電子デバイス1によれば、壁部の天井部側の端部の内周縁643が平面視で空洞部Sの中心から遠ざかる方向に突出している(外側に張り出している)凸状の隅部6432を有することにより、天井部の熱収縮等が生じたときに天井部の途中部分への応力集中を低減することができる。そのため、天井部の熱収縮等に起因する損傷を低減することができる。よって、優れた信頼性を有する電子デバイス1を提供することができる。
According to the
(電子デバイスの製造方法)
次に、電子デバイス1の製造方法を簡単に説明する。
(Electronic device manufacturing method)
Next, a method for manufacturing the
図5および図6は、図1に示す電子デバイスの製造工程を示す図である。以下、電子デバイス1の製造方法を、これらの図に基づいて説明する。
5 and 6 are diagrams showing manufacturing steps of the electronic device shown in FIG. Hereinafter, the manufacturing method of the
[素子・絶縁膜等形成工程]
まず、SOI基板である半導体基板21を用意する。そして、図5(a)に示すように、シリコン層213上に絶縁膜22を形成する。
[Element / insulating film formation process]
First, a
絶縁膜22の形成は、それぞれ、例えば、スパッタリング法、CVD法等により行うことができる。
The insulating
次に、半導体基板21のシリコン層213にリン(n型)またはボロン(p型)等の不純物をドープ(イオン注入)することにより、図5(b)に示すように、複数のピエゾ抵抗素子5および配線214を形成する。
Next, by doping (ion implantation) impurities such as phosphorus (n-type) or boron (p-type) into the
例えば、ボロンを+80keVでイオン注入を行う場合、ピエゾ抵抗素子5へのイオン注入濃度を1×1014atoms/cm2程度とする。また、配線214へのイオン注入濃度をピエゾ抵抗素子5よりも多くする。例えば、ボロンを10keVでイオン注入を行う場合、配線214へのイオン注入濃度を5×1015atoms/cm2程度とする。また、前述したようなイオン注入の後、例えば、1000℃程度で20分程度のアニールを行う。
For example, when ion implantation of boron is performed at +80 keV, the ion implantation concentration into the
次に、図5(c)に示すように、絶縁膜22上に、絶縁膜23および中間層3をこの順で形成する。
Next, as shown in FIG. 5C, the insulating
絶縁膜23の形成は、それぞれ、例えば、スパッタリング法、CVD法等により行うことができる。中間層3は、例えば、多結晶シリコンをスパッタリング法、CVD法等により成膜した後、その膜に必要に応じてリン、ボロン等の不純物をドープ(イオン注入)し、その後、エッチングによりパターニングすることで形成することができる。
The insulating
[層間絶縁膜・配線層形成工程]
次に、図5(d)に示すように、絶縁膜23上に、犠牲層41、配線層62、犠牲層42および配線層64をこの順で形成する。
[Interlayer insulation film / wiring layer formation process]
Next, as shown in FIG. 5D, a
この犠牲層41、42は、それぞれ、後述する空洞部形成工程により一部が除去され、残部が層間絶縁膜61、63となるものである。犠牲層41、42の形成は、それぞれ、シリコン酸化膜をスパッタリング法、CVD法等により形成し、そのシリコン酸化膜をエッチングによりパターニングすることにより行う。
The
また、犠牲層41、42の厚さは、それぞれ、特に限定されないが、例えば、1000nm以上5000nm以下程度とされる。
The thicknesses of the
また、配線層62、64の形成は、それぞれ、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行う。 The wiring layers 62 and 64 are formed by patterning after forming a layer made of aluminum, for example, by sputtering or CVD.
ここで、配線層62、64の厚さは、それぞれ、特に限定されないが、例えば、300nm以上900nm以下程度とされる。 Here, the thicknesses of the wiring layers 62 and 64 are not particularly limited, but are, for example, about 300 nm to 900 nm.
このような犠牲層41、42および配線層62、64からなる積層構造は、通常のCMOSプロセスを用いて形成され、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犠牲層や配線層が積層される場合もある。
Such a laminated structure composed of the
[空洞部形成工程]
次に、犠牲層41、42の一部を除去することにより、図6(e)に示すように、絶縁膜23と被覆層641との間に空洞部S(キャビティ)を形成する。これにより、層間絶縁膜61、63が形成される。
[Cavity formation process]
Next, by removing a part of the
空洞部Sの形成は、被覆層641に形成された複数の細孔642を通じたエッチングにより、犠牲層41、42の一部を除去することにより行う。ここで、かかるエッチングとしてウェットエッチングを用いる場合、複数の細孔642からフッ酸、緩衝フッ酸等のエッチング液を供給し、ドライエッチングを用いる場合、複数の細孔642からフッ化水素酸ガス等のエッチングガスを供給する。このようなエッチングの際、絶縁膜23がエッチングストップ層として機能する。また、絶縁膜23は、エッチング液に対する耐性を有することから、絶縁膜23に対して下側の構成部(例えば、絶縁膜22、ピエゾ抵抗素子5、配線214等)をエッチング液から保護する機能をも有する。
The cavity S is formed by removing a part of the
ここで、かかるエッチングの前に、スパッタリング法、CVD法等により表面保護膜65を形成する。これにより、かかるエッチングの際、犠牲層41、42の層間絶縁膜61、62となる部分を保護することができる。表面保護膜65の構成材料としては、例えば、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が挙げられ、特に、シリコン窒化膜が好適である。表面保護膜65の厚さは、特に限定されないが、例えば、500nm以上2000nm以下程度とされる。
Here, before the etching, the surface
[封止工程]
次に、図6(f)に示すように、被覆層641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66をスパッタリング法、CVD法等により形成し、各細孔642を封止する。これより、空洞部Sが封止層66により封止され、積層構造体6を得る。
[Sealing process]
Next, as shown in FIG. 6F, a
ここで、封止層66の厚さは、特に限定されないが、例えば、1000nm以上5000nm以下程度とされる。
Here, the thickness of the
[ダイヤフラム形成工程]
次に、シリコン層211の下面を必要に応じて研削した後、シリコン層211の下面の一部をエッチングにより除去(加工)することにより、図6(g)に示すように、凹部24を形成する。これにより、空洞部Sを介して被覆層641に対向するダイヤフラム部20が形成される。
[Diaphragm formation process]
Next, after grinding the lower surface of the
ここで、シリコン層211の下面の一部を除去する際、酸化シリコン層212がエッチングストップ層として機能する。これにより、ダイヤフラム部20の厚さを高精度に規定することができる。
Here, when part of the lower surface of the
なお、シリコン層211の下面の一部を除去する方法としては、ドライエッチングであっても、ウェットエッチング等であってもよい。
以上のような工程により、電子デバイス1を製造することができる。
Note that a method for removing a part of the lower surface of the
The
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
図7は、本発明の第2実施形態に係る電子デバイスが備える機能素子および壁部の配置を示す平面図である。図8は、図7に示す電子デバイスが備える壁部を説明するための部分拡大図である。 FIG. 7: is a top view which shows arrangement | positioning of the functional element with which the electronic device which concerns on 2nd Embodiment of this invention is provided, and a wall part. FIG. 8 is a partially enlarged view for explaining a wall portion included in the electronic device shown in FIG. 7.
以下、本発明の第2実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。 Hereinafter, although 2nd Embodiment of this invention is described, it demonstrates centering around difference with embodiment mentioned above, The description of the same matter is abbreviate | omitted.
本実施形態は、壁部および天井部の形状が異なる以外は、前述した第1実施形態と同様である。 This embodiment is the same as the first embodiment described above except that the shapes of the wall and the ceiling are different.
図7に示す電子デバイス1Aは、配線層64Aを備えており、配線層64Aが有する被覆層(図示せず)と封止層(図示せず)とからなる構造体が「天井部」を構成し、また、この被覆層を除く配線層62および配線層64Aからなる構造体が「壁部」を構成している。
An
図7に示すように、壁部の天井部側の端部の内周縁643Aは、4つの辺6431と、互いに隣り合う2つの辺6431の間に設けられた4つの隅部6434と、を有する。
As shown in FIG. 7, the inner
4つの隅部6434は、互いに隣り合う2つの辺6431aと辺6431cとの間に設けられている隅部6434aと、互いに隣り合う2つの辺6431bと辺6431dとの間に設けられている隅部6434bと、互いに隣り合う2つの辺6431bと辺6431cとの間に設けられている隅部6434cと、互いに隣り合う2つの辺6431aと辺6431dとの間に設けられている隅部6434dと、で構成されている。
The four
各隅部6434(6434a、6434b、6434c、6434d)は、平面視で空洞部Sの中心から遠ざかる方向に突出している(外側に張り出している)凸状をなしている。これにより、天井部の熱収縮等が生じたときに天井部の途中部分(より具体的には、図8に示すように互いに隣り合う2つの辺6431間の線分c付近)への応力集中を低減することができる。
Each corner 6434 (6434a, 6434b, 6434c, 6434d) has a convex shape protruding in a direction away from the center of the cavity S in plan view (projecting outward). As a result, when heat contraction or the like of the ceiling portion occurs, stress concentration occurs in the middle portion of the ceiling portion (more specifically, in the vicinity of a line segment c between two
本実施形態では、各隅部6434は、矩形に沿った形状をなしている。
このような隅部6434の突出長さL1(点bからの突出長さ)は、互いに対向する1対の辺6431間の距離Lに対して、10%以上40%以下であることが好ましく、20%以上30%以下であることがより好ましい。これにより、天井部の応力集中を効率的に低減することができる。
In the present embodiment, each
The protruding length L1 of the corner 6434 (the protruding length from the point b) is preferably 10% or more and 40% or less with respect to the distance L between the pair of
また、隅部6434の幅L2(線分cの長さ)は、互いに対向する1対の辺6431間の距離Lに対して、5%以上20%以下であることが好ましく、10%以上15%以下であることがより好ましい。これにより、天井部の応力集中を効率的に低減することができる。
The width L2 of the corner 6434 (the length of the line segment c) is preferably 5% or more and 20% or less with respect to the distance L between the pair of
以上説明したような第2実施形態によっても、天井部の損傷を低減し、優れた信頼性を有する電子デバイス1Aを提供することができる。
Also according to the second embodiment as described above, it is possible to provide the
<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態について説明する。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
図9は、本発明の第3実施形態に係る電子デバイス(発振器)を示す断面図である。図10は、図9に示す電子デバイスが備える機能素子および壁部の配置を示す平面図である。 FIG. 9 is a cross-sectional view showing an electronic device (oscillator) according to the third embodiment of the present invention. FIG. 10 is a plan view showing the arrangement of functional elements and wall portions included in the electronic device shown in FIG.
以下、本発明の第3実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。 Hereinafter, the third embodiment of the present invention will be described. The description will focus on differences from the above-described embodiment, and description of similar matters will be omitted.
本実施形態は、発振器に本発明を適用した以外は、前述した第1実施形態と同様である。 The present embodiment is the same as the first embodiment described above except that the present invention is applied to an oscillator.
図9に示す電子デバイス1Bは、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)発振器であって、所定周波数の信号を発振する機能を有する。この電子デバイス1Bは、図9に示すように、基板2Bと、基板2Bに配置されている振動素子5B(機能素子)と、振動素子5Bを収納する空洞部Sを基板2Bとともに形成している積層構造体6Bと、基板2Bと積層構造体6Bとの間に設けられた補強部31、32、33と、基板2Bおよび積層構造体6に形成されている半導体回路7と、を有している。
An electronic device 1B shown in FIG. 9 is a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) oscillator and has a function of oscillating a signal having a predetermined frequency. As shown in FIG. 9, the electronic device 1B includes a substrate 2B, a vibration element 5B (functional element) disposed on the substrate 2B, and a cavity S for housing the vibration element 5B together with the substrate 2B. A laminated structure 6B; reinforcing
基板2Bは、縁部を除くようにして上面に開放する凹部24Bを有する半導体基板21Bと、凹部24Bの内面上に積層された絶縁膜22と、絶縁膜22上に積層された絶縁膜23と、を有している。半導体基板21Bは、例えば、シリコン基板である。なお、半導体基板21Bは、例えば、シリコン単結晶基板上にシリコン単結晶をエピタキシャル成長させたものを用いてもよい。また、半導体基板21としては、シリコン基板に限定されず、例えば、SOI基板を用いてもよい。
The substrate 2B includes a
また、半導体基板21Bの凹部24Bよりも外側の部分には、半導体回路7が作り込まれている。半導体回路7は、後に詳述するが、例えば、振動素子5Bを励振させるための発振用回路を有し、その他にも、例えば、必要に応じて、位相同期回路(PLL回路)や、発振回路からの出力周波数を整数倍にする逓倍回路(周波数調整回路)や、信号を所定の出力形式に変換して出力する出力回路や、メモリー等の周辺回路を有している。このような半導体回路7には、必要に応じて、MOSトランジスタ、キャパシタ、インダクタ、抵抗、ダイオード、配線等の回路要素が含まれている。
In addition, the
このように、電子デバイス1B内に、半導体回路7を作り込むことで、例えば、電子デバイス1Bと半導体回路7とが別体である場合と比較して、装置全体の小型化を図ることができる。また、半導体回路7を振動素子5Bに近接して配置することができるため、振動素子5Bからの出力される信号にノイズが乗り難く、発振特性のよい電子デバイス1Bとなる。なお、図9では、説明の便宜上、半導体回路7としてMOSトランジスタ71のみを図示している。
Thus, by making the
また、図9および図10に示すように、凹部24B内には、枠状の補強部31(枠部)と、補強部31の内側に配置された柱状の4本の補強部32(柱部)と、補強部31の外側に配置された補強部33と、が設けられている。
Further, as shown in FIGS. 9 and 10, in the recess 24B, a frame-shaped reinforcing portion 31 (frame portion) and four columnar reinforcing portions 32 (column portions) arranged inside the reinforcing
4つの補強部32は、補強部31の内側に補強部31と離間して設けられており、振動素子5Bの周囲に沿って互いに離間して設けられている。また、各補強部32は、略四角形の平面視形状を有している。これら4つの補強部32は、積層構造体6Bを下方から支持する支持部として機能する。そのため、積層構造体6Bの下方(空洞部S内)への撓み変形が低減され、積層構造体6Bと振動素子5Bとの接触を防止することができる。
The four reinforcing
また、4つの補強部32は、振動素子5Bと電気的に接続され、振動素子5Bが有する電極を外部へ引き出すための配線(電気経路)の一部として用いられている。このように、補強部32が配線の一部を兼ねることで、補強部32を有効利用でき、別途配線を引き回す必要がなく、電子デバイス1Bの装置構成が簡単なものとなると共に、電子デバイス1Bの小型化を図ることができる。このような補強部32は、例えば、リン、ボロン等の不純物をドープ(拡散または注入)したポリシリコンで構成されている。なお、補強部32の数としては、4つに限定されない。
The four reinforcing
補強部31は、枠状をなし、平面視で振動素子5Bおよび補強部32の周囲を囲むように、凹部24Bの底部に立設されている。そして、補強部31の内側の空間が空洞部Sとなっている。
The reinforcing
ここで、補強部32が、基板2Bの一方の面側に平面視で振動素子5Bを囲んで配置されている「壁部」を構成している。このように、基板2Bが、空洞部Sの壁部の少なくとも一部が配置されている凹部24Bを有することにより、電子デバイス1Bの低背化を図ることができる。また、積層構造体6Bは、この壁部に対して基板2Bとは反対側に配置されていて空洞部S(内部空間)を基板2Bおよび壁部とともに構成している「天井部」を構成している。
Here, the reinforcing
そして、補強部31(壁部)の積層構造体6B(天井部)側の端部の内周縁310は、図10に示すように、前述した第1実施形態の内周縁643と同様の形状をなしている。すなわち、内周縁310は、4つの辺311と、互いに隣り合う2つの辺311の間に設けられた4つの隅部312と、を有し、各隅部312が円形に沿った曲線で構成されている。これにより、積層構造体6Bの熱収縮等が生じたときに積層構造体6Bの途中部分への応力集中を低減することができる。そのため、積層構造体6Bの熱収縮等に起因する損傷を低減することができる。
And the inner
このような補強部31は、例えば、ポリシリコンで構成されている。また、補強部31の外周側(補強部31と凹部24Bの内側面との間)には補強部31を補強する補強部33が設けられている。これにより、電子デバイス1Bの機械的強度を高めることができる。このような補強部33は、例えば、二酸化ケイ素(SiO2)で構成されている。
Such a reinforcing
積層構造体6Bは、基板2Bの上面側に設けられ、凹部24Bの開口部および補強部31の開口部を塞いでいる。これにより、基板2Bと積層構造体6Bの間に気密封止された空洞部Sが形成される。この空洞部Sには振動素子5Bが配置されており、これにより、振動素子5Bを保護することができると共に、振動素子5Bを所定の環境下(安定した環境下)で駆動することができる。そのため、電子デバイス1Bの信頼性が向上する。
The laminated structure 6B is provided on the upper surface side of the substrate 2B and closes the opening of the recess 24B and the opening of the reinforcing
このような積層構造体6Bは、図9に示すように、各補強部32の上面に接続されると共にこれらに支持された被覆層67と、被覆層67上に積層された封止層68と、封止層68および基板2B上に積層された構造体69と、を有している。
As shown in FIG. 9, such a laminated structure 6B is connected to the upper surface of each reinforcing
被覆層67は、絶縁層671と、絶縁層671上に積層された導電層672と、を有している。また、被覆層67は、空洞部Sの内外を連通する複数の連通孔67aを有している。この連通孔67aは、製造時に空洞部S内の犠牲層をエッチングにより除去するためのリリースホールである。
The
また、導電層672は、絶縁層671を貫通して補強部32と電気的に接続されているコンタクト部672aを有している。このようなコンタクト部672aは、補強部32と同様に、振動素子5Bを半導体回路7に接続するための配線の一部として用いられる。
In addition, the
このような被覆層67では、絶縁層671は、例えば、窒化ケイ素(SiN)で構成されており、導電層672は、例えば、リン、ボロン等の不純物をドープ(拡散または注入)したポリシリコンで構成されている。
In such a
封止層68は、被覆層67上に積層されており、連通孔67aを塞いでいる。これにより、空洞部Sが気密封止される。このように、空洞部Sを気密封止することで、空洞部Sに収容されている振動素子5Bの雰囲気を安定させることができる。空洞部Sは、真空状態(減圧状態)となっていることが好ましい。これにより、粘性抵抗が減り、より効率的かつ安定的に振動素子5Bを駆動することができる。
The
また、封止層68は、コンタクト部672a上に周囲から島状に独立して配置されていてコンタクト部672aと電気的に接続されているコンタクト部681を有している。このようなコンタクト部681は、補強部32およびコンタクト部672aと同様に、振動素子5Bを半導体回路7に接続するための配線の一部として用いられる。
In addition, the
このような封止層68としては、例えば、Al、Cu、W、Ti、TiN等の金属材料(導電性材料)を用いることができる。
As such a
構造体69は、層間絶縁膜691と、層間絶縁膜691上に形成された配線層692と、配線層692および層間絶縁膜691上に形成された層間絶縁膜693と、層間絶縁膜693上に形成された配線層694と、配線層694および層間絶縁膜693上に形成された表面保護層695と、を有している。このうち、配線層692、694は、半導体回路7の配線として機能し、半導体回路7は、配線層692、694によって電子デバイス1Bの上面に引き出され、配線層694の一部が外部接続端子694a(実装端子)となっている。また、表面保護層695は、電子デバイス1Bを水分、ゴミ、傷などから保護する。
The
このような構造体69では、層間絶縁膜691、693は、例えば、二酸化ケイ素(SiO2)で構成されており、配線層692、694は、例えば、アルミニウム(Al)で構成されており、表面保護層695は、例えば、二酸化ケイ素(SiO2)、窒化ケイ素(SiN)、ポリイミド、エポキシ樹脂等で構成されている。
In such a
振動素子5Bは、静電容量型(静電駆動型)の振動素子であり、凹部24B内に配置されている。このように、振動素子5Bを凹部24B内に配置することで、電子デバイス1Bの低背化を図ることができる。 The vibration element 5B is a capacitance type (electrostatic drive type) vibration element, and is disposed in the recess 24B. Thus, by arranging the vibration element 5B in the recess 24B, it is possible to reduce the height of the electronic device 1B.
このような振動素子5Bは、図10に示すように、基板2B上に設けられた振動部電極51および基板電極52と、を有している。
As shown in FIG. 10, the vibration element 5B includes a
振動部電極51は、基板2B上に設けられた固定部511と、固定部511と空隙を隔てて対向配置された振動体512と、振動体512および固定部511の間に配置され、振動体512を固定部511に支持する支持部513と、を有している。また、振動体512は、支持部513に支持されている基部512aと、基部512aに接続されている4つの振動部512b、512c、512d、512eと、を有し、略十字状をなしている。なお、振動部の数は、本実施形態の4つに限定されず、1〜3つであってもよいし、5つ以上であってもよい。
The
一方、基板電極52は、基板2B上に設けられていて振動部512bに対向配置されている電極521と、基板2B上に設けられていて振動部512dに対向配置されている電極522と、を有している。
On the other hand, the
これら振動部電極51および基板電極52は、それぞれ、例えば、リン、ボロン等の不純物をドープ(拡散または注入)したポリシリコンで構成されている。
Each of the
また、振動部電極51および基板電極52は、それぞれ、補強部32を介して半導体回路7と電気的に接続されており、半導体回路7から振動部電極51と基板電極52との間に所定周波数(振動部電極51の共振周波数とほぼ等しい周波数)の交番電圧が印加されると、振動体512と基板電極52との間に発生する静電力によって、振動部512b、512dと振動部512c、512eとが逆相で振動する。そして、この振動に基づく信号(周波数信号)が基板電極52(または振動部電極51)から出力され、出力された信号を半導体回路7で処理することで、所定周波数の信号を出力することができる。
Further, the
このような振動素子5Bによれば、複数の振動部512b〜512eが基部512aから互いに異なる方向に延出していることにより、振動漏れを低減することができる。
According to such a
以上説明したような第3実施形態によっても、天井部の損傷を低減し、優れた信頼性を有する電子デバイス1Bを提供することができる。 According to the third embodiment as described above, it is possible to provide the electronic device 1B having excellent reliability by reducing the damage to the ceiling.
2.圧力センサー
次に、本発明の電子デバイスを備える圧力センサー(本発明の圧力センサー)ついて説明する。図11は、本発明の圧力センサーの一例を示す断面図である。
2. Pressure sensor Next, a pressure sensor including the electronic device of the present invention (pressure sensor of the present invention) will be described. FIG. 11 is a cross-sectional view showing an example of the pressure sensor of the present invention.
図11に示すように、本発明の圧力センサー100は、電子デバイス1と、電子デバイス1を収納する筐体101と、電子デバイス1から得た信号を圧力データに演算する演算部102とを備えている。電子デバイス1は、配線103を介して演算部102と電気的に接続されている。
As shown in FIG. 11, the
電子デバイス1は、筐体101の内側に、図示しない固定手段により固定されている。また、筐体101には、電子デバイス1のダイヤフラム部20が、例えば大気(筐体101の外側)と連通するための貫通孔104を有している。
The
このような圧力センサー100によれば、貫通孔104を介してダイヤフラム部20が圧力を受ける。この受圧した信号を配線103を介して演算部に送信し、圧力データに演算する。この演算された圧力データは、図示しない表示部(例えば、パーソナルコンピューターのモニター等)を介して表示することができる。
According to such a
3.高度計
次に、本発明の電子デバイスを備える高度計(本発明の高度計)の一例について説明する。図12は、本発明の高度計の一例を示す斜視図である。
3. Next, an example of an altimeter (the altimeter of the present invention) including the electronic device of the present invention will be described. FIG. 12 is a perspective view showing an example of the altimeter of the present invention.
高度計200は、腕時計のように、手首に装着することができる。また、高度計200の内部には、電子デバイス1が搭載されており、表示部201に現在地の海抜からの高度、または、現在地の気圧等を表示することができる。
The
なお、この表示部201には、現在時刻、使用者の心拍数、天候等、様々な情報を表示することができる。
The
4.電子機器
次に、本発明の電子デバイスを備える電子機器を適用したナビゲーションシステムについて説明する。図13は、本発明の電子機器の一例を示す正面図である。
4). Next, a navigation system to which an electronic apparatus including the electronic device of the present invention is applied will be described. FIG. 13 is a front view showing an example of an electronic apparatus of the present invention.
ナビゲーションシステム300には、図示しない地図情報と、GPS(全地球測位システム:Global Positioning System)からの位置情報取得手段と、ジャイロセンサーおよび加速度センサーと車速データとによる自立航法手段と、電子デバイス1と、所定の位置情報または進路情報を表示する表示部301とを備えている。
The
このナビゲーションシステムによれば、取得した位置情報に加えて高度情報を取得することができる。高度情報を得ることにより、例えば、一般道路と位置情報上は略同一の位置を示す高架道路を走行する場合、高度情報を持たない場合には、一般道路を走行しているのか高架道路を走行しているのかナビゲーションシステムでは判断できず、優先情報として一般道路の情報を使用者に提供してしまっていた。そこで、本実施形態に係るナビゲーションシステム300では、高度情報を電子デバイス1によって取得することができ、一般道路から高架道路へ進入することによる高度変化を検出し、高架道路の走行状態におけるナビゲーション情報を使用者に提供することができる。
According to this navigation system, altitude information can be acquired in addition to the acquired position information. By obtaining altitude information, for example, when traveling on an elevated road that shows approximately the same position as a general road, if you do not have altitude information, you are traveling on an ordinary road or on an elevated road The navigation system was unable to determine whether or not the vehicle was being used, and the general road information was provided to the user as priority information. Therefore, in the
なお、表示部301は、例えば液晶パネルディスプレイや、有機EL(Organic Electro-Luminescence)ディスプレイなど、小型かつ薄型化が可能な構成となっている。
The
なお、本発明の電子デバイスを備える電子機器は、上記のものに限定されず、例えば、パーソナルコンピューター、携帯電話、スマートフォン、タブレット端末、時計、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)、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。 Note that the electronic apparatus including the electronic device of the present invention is not limited to the above-described ones. For example, a personal computer, a mobile phone, a smartphone, a tablet terminal, a clock, a medical device (for example, an electronic thermometer, a blood pressure monitor, a blood glucose meter, an electrocardiogram The present invention can be applied to measuring devices, ultrasonic diagnostic devices, electronic endoscopes), various measuring devices, instruments (for example, vehicles, aircraft, ship instruments), flight simulators, and the like.
5.移動体
次いで、本発明の電子デバイスを適用した移動体(本発明の移動体)について説明する。図14は、本発明の移動体の一例を示す斜視図である。
5. Next, the moving body (the moving body of the present invention) to which the electronic device of the present invention is applied will be described. FIG. 14 is a perspective view showing an example of the moving body of the present invention.
図14に示すように、移動体400は、車体401と、4つの車輪402とを有しており、車体401に設けられた図示しない動力源(エンジン)によって車輪402を回転させるように構成されている。このような移動体400には、ナビゲーションシステム300(電子デバイス1)が内蔵されている。
As shown in FIG. 14, the moving
以上、本発明の電子デバイス、圧力センサー、高度計、電子機器および移動体を図示の各実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれら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、他の任意の構成物が付加されていてもよい。 As mentioned above, although the electronic device, pressure sensor, altimeter, electronic device, and moving body of the present invention have been described based on the illustrated embodiments, the present invention is not limited thereto, and the configuration of each part is the same. Any structure having a function can be substituted. Moreover, other arbitrary components may be added.
また、1つのダイヤフラム部に設けられるピエゾ抵抗素子(機能素子)の数は、前述した第1、第2実施形態では4つである場合を例に説明したが、これに限定されず、例えば、1つ以上3つ以下、または、5つ以上であってもよい。また、ピエゾ抵抗素子の配置や形状等も前述した実施形態に限定されず、例えば、前述した実施形態において、ダイヤフラム部の中央部にもピエゾ抵抗素子を配置してもよい。 Moreover, although the number of piezoresistive elements (functional elements) provided in one diaphragm portion has been described as an example in the first and second embodiments described above, the number is not limited to this. For example, It may be 1 or more and 3 or less, or 5 or more. Further, the arrangement, shape, and the like of the piezoresistive element are not limited to the above-described embodiment. For example, in the above-described embodiment, the piezoresistive element may be arranged at the center of the diaphragm portion.
また、前述した第1、第2実施形態では、ダイヤフラム部の撓みを検出するセンサー素子としてピエゾ抵抗素子を用いた場合を例に説明したが、かかる素子としては、これに限定されず、例えば、共振子であってもよい。 In the first and second embodiments described above, the case where a piezoresistive element is used as a sensor element for detecting the deflection of the diaphragm portion has been described as an example. However, such an element is not limited to this, for example, It may be a resonator.
1‥‥電子デバイス
1A‥‥電子デバイス
1B‥‥電子デバイス
2‥‥基板
2B‥‥基板
3‥‥中間層
5‥‥ピエゾ抵抗素子
5B‥‥振動素子
5a‥‥ピエゾ抵抗素子
5b‥‥ピエゾ抵抗素子
5c‥‥ピエゾ抵抗素子
5d‥‥ピエゾ抵抗素子
6‥‥積層構造体
6B‥‥積層構造体
7‥‥半導体回路
20‥‥ダイヤフラム部
21‥‥半導体基板
21B‥‥半導体基板
22‥‥絶縁膜
23‥‥絶縁膜
24‥‥凹部
24B‥‥凹部
25‥‥受圧面
31‥‥補強部
32‥‥補強部
33‥‥補強部
41‥‥犠牲層
42‥‥犠牲層
51‥‥振動部電極
52‥‥基板電極
61‥‥層間絶縁膜
62‥‥配線層
63‥‥層間絶縁膜
64‥‥配線層
64A‥‥配線層
65‥‥表面保護膜
66‥‥封止層
67‥‥被覆層
67a‥‥連通孔
68‥‥封止層
69‥‥構造体
71‥‥トランジスタ
100‥‥圧力センサー
101‥‥筐体
102‥‥演算部
103‥‥配線
104‥‥貫通孔
200‥‥高度計
201‥‥表示部
211‥‥シリコン層
212‥‥酸化シリコン層
213‥‥シリコン層
214‥‥配線
214a‥‥配線
214b‥‥配線
214c‥‥配線
214d‥‥配線
300‥‥ナビゲーションシステム
301‥‥表示部
310‥‥内周縁
311‥‥辺
312‥‥隅部
400‥‥移動体
401‥‥車体
402‥‥車輪
511‥‥固定部
512‥‥振動体
512a‥‥基部
512b‥‥振動部
512c‥‥振動部
512d‥‥振動部
512e‥‥振動部
513‥‥支持部
521‥‥電極
522‥‥電極
641‥‥被覆層
642‥‥細孔
643‥‥内周縁
643A‥‥内周縁
643X‥‥内周縁
671‥‥絶縁層
672‥‥導電層
672a‥‥コンタクト部
681‥‥コンタクト部
691‥‥層間絶縁膜
692‥‥配線層
693‥‥層間絶縁膜
694‥‥配線層
694a‥‥外部接続端子
695‥‥表面保護層
6431‥‥辺
6431a‥‥辺
6431b‥‥辺
6431c‥‥辺
6431d‥‥辺
6432‥‥隅部
6432a‥‥隅部
6432b‥‥隅部
6432c‥‥隅部
6432d‥‥隅部
6433‥‥角部
6434‥‥隅部
6434a‥‥隅部
6434b‥‥隅部
6434c‥‥隅部
6434d‥‥隅部
a‥‥線分
b‥‥交点
c‥‥線分
L‥‥距離
L1‥‥突出長さ
L2‥‥幅
P‥‥圧力
S‥‥空洞部
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記基板に設けられている機能素子と、
前記基板の平面視で前記機能素子を囲んで前記基板の一方の面側に配置されている壁部と、
前記壁部に対して前記基板とは反対側に配置されていて、前記基板および前記壁部とともに内部空間を構成している天井部と、
を備え、
前記壁部の前記天井部側にある端部の内周縁は、前記平面視で前記内部空間の中心から遠ざかる方向に突出している隅部を有することを特徴とする電子デバイス。 A substrate,
A functional element provided on the substrate;
A wall portion disposed on one side of the substrate surrounding the functional element in a plan view of the substrate;
A ceiling portion which is disposed on the opposite side of the substrate with respect to the wall portion and constitutes an internal space together with the substrate and the wall portion;
With
The electronic device according to claim 1, wherein an inner peripheral edge of an end portion of the wall portion on the ceiling portion side has a corner portion protruding in a direction away from the center of the internal space in the plan view.
前記隅部は、互いに隣り合う前記第1辺と前記第2辺との間に設けられている請求項1または2に記載の電子デバイス。 The inner peripheral edge extends along the first direction and is opposed to each other in the plan view, and extends along a second direction different from the first direction. A pair of opposing second sides,
The electronic device according to claim 1, wherein the corner is provided between the first side and the second side that are adjacent to each other.
前記機能素子は、前記ダイヤフラム部に設けられていて、歪みにより電気信号を出力する請求項1ないし7のいずれか1項に記載の電子デバイス。 The substrate has a diaphragm portion that is bent and deformed by pressure reception,
The electronic device according to claim 1, wherein the functional element is provided in the diaphragm portion and outputs an electrical signal due to distortion.
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JP7393155B2 (en) | 2018-08-29 | 2023-12-06 | ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング | Sensor device and method of manufacturing the sensor device |
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2015
- 2015-04-13 JP JP2015081752A patent/JP2016200534A/en active Pending
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