JP2018169176A - Acceleration sensor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両等に用いられる加速度センサおよびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to an acceleration sensor used in a vehicle or the like and a manufacturing method thereof.
以下、従来の加速度センサについて、図面を参照しながら、説明する。 Hereinafter, a conventional acceleration sensor will be described with reference to the drawings.
図８は従来の加速度センサの側断面図である。 FIG. 8 is a side sectional view of a conventional acceleration sensor.
図８において、２はＳｉからなる錘部である。前記錘部２はＳｉからなる枠部３にＳｉからなる梁部４を介して接続されており、前記梁部４には、ピエゾ抵抗５を設けている。また、前記錘部２の上面には、自己診断電極６を設けている。７はＳｉからなる上蓋で、この上蓋７は前記枠部３に接続されるとともに、自己診断電極６と対向する位置に対向電極８を設けている。９はＳｉからなる下蓋で、この下蓋９は前記枠部３の下面に接続されている。 In FIG. 8, 2 is a weight portion made of Si. The weight portion 2 is connected to a frame portion 3 made of Si via a beam portion 4 made of Si, and a piezoresistor 5 is provided on the beam portion 4. A self-diagnosis electrode 6 is provided on the upper surface of the weight part 2. Reference numeral 7 denotes an upper lid made of Si. The upper lid 7 is connected to the frame portion 3 and is provided with a counter electrode 8 at a position facing the self-diagnosis electrode 6. Reference numeral 9 denotes a lower lid made of Si, and the lower lid 9 is connected to the lower surface of the frame portion 3.
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献としては、例えば、特許文献１が知られている。 As a prior art document related to the invention of this application, for example, Patent Document 1 is known.
しかしながら、上記従来の加速度センサの製造時においては、枠部４と下蓋９との接続後に、上方からのエッチングにより、錘部２の不要な部分を溶解させようとすると、下蓋９まで溶解することとなり、錘部２と下蓋９との距離がばらつくから、空気抵抗の変動により、錘部２の変位が不安定になってしまうという課題を有していた。 However, when the conventional acceleration sensor is manufactured, if the unnecessary portion of the weight portion 2 is dissolved by etching from above after the frame portion 4 and the lower lid 9 are connected, the lower lid 9 is dissolved. Therefore, since the distance between the weight part 2 and the lower lid 9 varies, there is a problem that the displacement of the weight part 2 becomes unstable due to fluctuations in air resistance.
本発明は上記従来の課題を解決するもので、錘部と下蓋との距離がばらつくことにより、錘部の変位が不安定になってしまうということのない加速度センサを提供することを目的とするものである。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide an acceleration sensor in which the displacement of the weight portion does not become unstable due to the variation in the distance between the weight portion and the lower lid. To do.
本発明の請求項１に記載の発明は、ベース層の上面に保護層を介して活性層を設けるとともにこの活性層の上面に絶縁層を設けた枠部と、前記枠部に一端を接続され活性層の上面に絶縁層を介して検出部を設けた梁部と、前記梁部の他端に接続されるとともにベース層の上面に保護層を介して活性層を設け、この活性層の上面に絶縁層を設けた錘部とからなる検出素子と、前記検出素子の上面に接続される上蓋と、前記検出素子の下面に接続される下蓋とを備え、前記検出素子における枠部、梁部および錘部における活性層の下面に保護層を設けたものである。この構成によれば、検出素子における枠部、梁部および錘部における活性層の下面に保護層を設けたため、加速度センサの製造時において、検出素子と下蓋との接続後に、上方からのエッチングにより、検出素子の不要な部分を溶解させようとしても、保護層により、エッチングの速度を低下させることができることとなり、下蓋の溶解を防止することができるという作用効果を有するものである。 According to the first aspect of the present invention, an active layer is provided on the upper surface of the base layer through a protective layer and an insulating layer is provided on the upper surface of the active layer, and one end is connected to the frame portion. A beam part provided with a detection part on the upper surface of the active layer via an insulating layer, and an active layer provided on the upper surface of the base layer via a protective layer connected to the other end of the beam part. A detection element comprising a weight portion provided with an insulating layer on the upper surface, an upper lid connected to the upper surface of the detection element, and a lower lid connected to the lower surface of the detection element. The protective layer is provided on the lower surface of the active layer in the part and the weight part. According to this configuration, since the protective layer is provided on the lower surface of the active layer in the frame portion, the beam portion, and the weight portion of the detection element, etching is performed from above after the detection element and the lower lid are connected during the manufacture of the acceleration sensor. Thus, even if an unnecessary portion of the detection element is to be dissolved, the protective layer can reduce the etching rate, and the lowering of the lower lid can be prevented.
本発明の請求項２に記載の発明は、特に、前記枠部、梁部および錘部における活性層の
下面に設けた保護層をＳｉＯ２としたもので、この構成によれば、保護層をＳｉＯ２としたため、Ｓｉからなる枠部、梁部および錘部を酸化させるだけで、容易に、保護層を形成することができるという作用効果を有するものである。
In the invention according to claim 2 of the present invention, in particular, the protective layer provided on the lower surface of the active layer in the frame part, the beam part and the weight part is made of SiO 2. Since SiO 2 is used, the protective layer can be easily formed by simply oxidizing the frame portion, beam portion and weight portion made of Si.
本発明の請求項３に記載の発明は、予めベース層の上面に保護層を介して設けた活性層の上面に第１の絶縁層を蒸着した後、第１の絶縁層の上面に第１の金属層を蒸着する工程と、前記第１の金属層の上面に第２の絶縁層を蒸着した後、この第２の絶縁層の上面に第２の金属層を蒸着する工程と、前記検出素子の下面に下蓋を接着する工程と、前記検出素子におけるベース層の所定の位置にレジスト膜を形成した後、ベース層および酸化膜層を除去する工程と、前記活性層の所定の位置にレジスト膜を形成した後、活性層をエッチングにより除去することにより検出素子を形成する工程と、前記検出素子の上面に上蓋を接着する工程とからなる加速度センサの製造方法である。この方法によれば、前記検出素子における保護層により、活性層を除去する際に、下蓋にエッチングが作用しないようにすることができるという作用効果を有するものである。 According to a third aspect of the present invention, the first insulating layer is deposited on the upper surface of the active layer previously provided on the upper surface of the base layer via the protective layer, and then the first insulating layer is formed on the upper surface of the first insulating layer. Depositing a second metal layer on the upper surface of the first metal layer, and then depositing a second metal layer on the upper surface of the second insulating layer, and the detection Adhering a lower lid to the lower surface of the element; forming a resist film at a predetermined position of the base layer in the detection element; then removing the base layer and the oxide film layer; and at a predetermined position of the active layer This is a method for manufacturing an acceleration sensor, which includes a step of forming a detection element by removing an active layer by etching after forming a resist film, and a step of adhering an upper lid to the upper surface of the detection element. According to this method, when the active layer is removed by the protective layer in the detection element, there is an effect that etching can be prevented from acting on the lower lid.
本発明の加速度センサは、ベース層の上面に酸化膜層を介して活性層を設けるとともにこの活性層の上面に絶縁層を設けた枠部と、前記枠部に一端を接続され活性層の上面に絶縁層を介して検出部を設けた梁部と、前記梁部の他端に接続されるとともにベース層の上面に保護層を介して活性層を設け、この活性層の上面に絶縁層を設けた錘部とからなる検出素子と、前記検出素子の上面に接続される上蓋と、前記検出素子の下面に接続される下蓋とを備え、前記検出素子における枠部、梁部および錘部における活性層の下面に保護層を設けたものである。この構成によれば、検出素子における枠部、梁部および錘部における活性層の下面に保護層を設けたため、加速度センサの製造時において、検出素子と下蓋との接続後に、上方からのエッチングにより、検出素子の不要な部分を溶解させようとしても、保護層により、エッチングの速度を低下させることができることとなり、下蓋の溶解を防止することができるという効果を有するものである。 The acceleration sensor according to the present invention includes a frame portion in which an active layer is provided on the upper surface of a base layer via an oxide film layer and an insulating layer is provided on the upper surface of the active layer, and one end connected to the frame portion and the upper surface of the active layer. And a beam portion provided with a detection portion via an insulating layer, an active layer provided on the upper surface of the base layer via a protective layer, connected to the other end of the beam portion, and an insulating layer provided on the upper surface of the active layer. A detection element comprising a provided weight portion; an upper lid connected to the upper surface of the detection element; and a lower lid connected to the lower surface of the detection element; a frame portion, a beam portion, and a weight portion in the detection element A protective layer is provided on the lower surface of the active layer. According to this configuration, since the protective layer is provided on the lower surface of the active layer in the frame portion, the beam portion, and the weight portion of the detection element, etching is performed from above after the detection element and the lower lid are connected during the manufacture of the acceleration sensor. Thus, even if an unnecessary portion of the detection element is to be dissolved, the protective layer can reduce the etching rate, and the lower lid can be prevented from being dissolved.
以下、本発明の一実施の形態における加速度センサについて、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, an acceleration sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は本発明の一実施の形態における加速度センサの分解斜視図、図２は同加速度センサにおける検出素子の上面図、図３（ａ）は図２のＡ−Ａ´線における断面図、（ｂ）は（ａ）の検出素子２０を拡大した図である。 1 is an exploded perspective view of an acceleration sensor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a top view of a detection element in the acceleration sensor, FIG. 3A is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. b) is an enlarged view of the detection element 20 of FIG.
図１〜図３に示すように、加速度センサ１０は、検出素子２０と、検出素子２０の上面に接続される上蓋３０と、検出素子２０の下面に接続される下蓋４０と、を備えており、検出素子２０が上蓋３０と下蓋４０との間に狭持される。
検出素子２０は、支持基板１２と、錘部１３と、支持基板１２に一端が接続され、錘部１３に他端が接続された第１の梁部１４ａおよび第２の梁部１４ｂと、錘部１３の上面に形成された自己診断電極１６と、支持基板１２に形成された接地電極１８と、を備える。
As shown in FIGS. 1 to 3, the acceleration sensor 10 includes a detection element 20, an upper lid 30 connected to the upper surface of the detection element 20, and a lower lid 40 connected to the lower surface of the detection element 20. The detection element 20 is sandwiched between the upper lid 30 and the lower lid 40.
The detection element 20 includes a support substrate 12, a weight portion 13, a first beam portion 14a and a second beam portion 14b, one end of which is connected to the support substrate 12 and the other end of which is connected to the weight portion 13, and a weight. A self-diagnosis electrode 16 formed on the upper surface of the portion 13 and a ground electrode 18 formed on the support substrate 12 are provided.
ここで、支持基板１２は、検出素子２０の外周側に位置し、その形状は、例えば略四角形の枠状に形成されている。そして、前記支持基板１２から延出されている枠部１２ａにより、検出素子２０における錘部１３を取り囲むように構成されている。また、支持基板１２の内側には、第１の梁部１４ａおよび第２の梁部１４ｂが設けられている。 Here, the support substrate 12 is located on the outer peripheral side of the detection element 20, and the shape thereof is formed in, for example, a substantially rectangular frame shape. The weight 12 in the detection element 20 is surrounded by a frame 12 a extending from the support substrate 12. In addition, a first beam portion 14 a and a second beam portion 14 b are provided inside the support substrate 12.
第１の梁部１４ａおよび第２の梁部１４ｂはそれぞれ、一端が支持基板１２に繋がり、他端が錘部１３に繋がっている。なお、図１では１対の梁を有する構造を示すが、これに限らない。例えば、１本、あるいは３本の梁部で錘部１３を支持する構造であってもよい。 Each of the first beam portion 14 a and the second beam portion 14 b has one end connected to the support substrate 12 and the other end connected to the weight portion 13. Although FIG. 1 shows a structure having a pair of beams, the present invention is not limited to this. For example, a structure in which the weight portion 13 is supported by one or three beam portions may be used.
錘部１３は、第１の梁部１４ａおよび第２の梁部１４ｂの先端に繋がっており、支持基板１２の内側に位置する。また、錘部１３と支持基板１２との間には、錘部１３を取囲む溝が設けられている。これにより、錘部１３と支持基板１２との間には隙間が形成され、錘部１３は、第１の梁部１４ａおよび第２の梁部１４ｂによってＺ軸方向に変位可能に支持されている。 The weight portion 13 is connected to the tips of the first beam portion 14 a and the second beam portion 14 b and is located inside the support substrate 12. Further, a groove surrounding the weight portion 13 is provided between the weight portion 13 and the support substrate 12. Thereby, a gap is formed between the weight portion 13 and the support substrate 12, and the weight portion 13 is supported by the first beam portion 14a and the second beam portion 14b so as to be displaceable in the Z-axis direction. .
検出素子２０は、シリコンからなるベース層２０ａと、ベース層２０ａ上のシリコン酸化膜の絶縁層からなる保護層２０ｂと、保護層２０ｂ上のシリコン層である活性層２０ｃと、活性層２０ｃ上に設けたＳｉＯ２からなる第１の絶縁層２０ｄと、この第１の絶縁層２０ｄ上に設けたＳｉＮからなる第２の絶縁層２０ｅと、この第２の絶縁層上に設けたＡｕからなる第２の金属層２００ａとを有している。 The detection element 20 includes a base layer 20a made of silicon, a protective layer 20b made of an insulating layer of a silicon oxide film on the base layer 20a, an active layer 20c that is a silicon layer on the protective layer 20b, and an active layer 20c. A first insulating layer 20d made of SiO 2 provided, a second insulating layer 20e made of SiN provided on the first insulating layer 20d, and a second insulating layer made of Au provided on the second insulating layer. 2 metal layers 200a.
そして、前記検出素子２０における枠部１２ａは、ベース層２０ａ、ＳｉＯ２からなる保護層２０ｂ、活性層２０ｃおよび第１の絶縁層２０ｄとにより構成されている。 The frame portion 12a in the detection element 20 includes a base layer 20a, a protective layer 20b made of SiO2, an active layer 20c, and a first insulating layer 20d.
また、前記検出素子２０における第１の梁部１４ａおよび第２の梁部１４ｂは、ＳｉＯ２からなる保護層２０ｂ、活性層２０ｃ、第１の絶縁層２０ｄおよび第１の金属層２００ｂとにより構成されている。 Further, the first beam portion 14a and the second beam portion 14b in the detection element 20 are constituted by a protective layer 20b made of SiO2, an active layer 20c, a first insulating layer 20d, and a first metal layer 200b. ing.
そしてまた、前記検出素子２０における錘部１３は、ベース層２０ａ、ＳＩＯ２からなる保護層２０ｂ、活性層２０ｃ、第１の絶縁層２０ｄ、第２の絶縁層２０ｅおよび第２の金属層２００ａとにより構成されている。 Further, the weight portion 13 in the detection element 20 includes a base layer 20a, a protective layer 20b made of SIO2, an active layer 20c, a first insulating layer 20d, a second insulating layer 20e, and a second metal layer 200a. It is configured.
上蓋３０は、自己診断電極１６と対向する位置に形成された対向電極１７を備えている。また、第１の梁部１４ａの上に検出部１４ｃが形成され、第２の梁部１４ｂの上に検出部１４ｄが形成されている。自己診断電極１６は第１の梁部１４ａおよび第２の梁部１４ｂ上の配線を経由して支持基板１２上の電極パッドに接続されている。 The upper lid 30 includes a counter electrode 17 formed at a position facing the self-diagnosis electrode 16. Moreover, the detection part 14c is formed on the 1st beam part 14a, and the detection part 14d is formed on the 2nd beam part 14b. The self-diagnosis electrode 16 is connected to the electrode pad on the support substrate 12 via the wiring on the first beam portion 14a and the second beam portion 14b.
また、支持基板１２、錘部１３、第１の梁部１４ａ、第２の梁部１４ｂ、上蓋３０は、シリコン、溶融石英、アルミナ等を用いることができる。好ましくは、シリコンを用いて形成することにより、微細加工技術を用いて小型の加速度センサとすることができる。 Further, the support substrate 12, the weight portion 13, the first beam portion 14a, the second beam portion 14b, and the upper lid 30 can be made of silicon, fused quartz, alumina, or the like. Preferably, by using silicon, a small acceleration sensor can be obtained by using a fine processing technique.
また、支持基板１２と上蓋３０とを接着する方法として、接着材による接着や金属接合、常温接合、陽極接合等を用いることができる。このうち、接着材としてはエポキシ系樹脂やシリコン系樹脂等の接着剤が用いられる。接着剤として、シリコン系樹脂を用いることにより、接着剤自身の硬化による応力を小さくすることができる。 In addition, as a method for bonding the support substrate 12 and the upper lid 30, bonding with an adhesive, metal bonding, room temperature bonding, anodic bonding, or the like can be used. Among these, an adhesive such as an epoxy resin or a silicon resin is used as the adhesive. By using a silicon-based resin as the adhesive, the stress due to the curing of the adhesive itself can be reduced.
検出部１４ｃ、１４ｄとして、歪抵抗方式を用いることができる。歪抵抗としてピエゾ抵抗を用いることにより、加速度センサ１０の感度を向上させることができる。また、歪抵抗方式として酸化膜歪み抵抗体を用いた薄膜抵抗方式を用いることにより、加速度センサ１０の温度特性を向上させることができる。 As the detection units 14c and 14d, a strain resistance method can be used. The sensitivity of the acceleration sensor 10 can be improved by using a piezoresistor as the strain resistance. Moreover, the temperature characteristic of the acceleration sensor 10 can be improved by using a thin film resistance method using an oxide film strain resistor as the strain resistance method.
また、図３に示すように、下蓋４０は、錘部１３と対向する部分に凹部４１を形成している。下蓋４０は、シリコン材料を用いて形成されている。 Further, as shown in FIG. 3, the lower lid 40 has a concave portion 41 formed in a portion facing the weight portion 13. The lower lid 40 is formed using a silicon material.
図４は加速度センサ１０の検出回路を示す回路図である。 FIG. 4 is a circuit diagram showing a detection circuit of the acceleration sensor 10.
Ｒ１は検出部１４ｃに対応する抵抗、Ｒ４は検出部１４ｄに対応するピエゾ抵抗、Ｒ２およびＲ３は支持基板１２に設けられた基準となるピエゾ抵抗である。図４に示す如く、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４をブリッジ型に接続し、対向する一対の接続点ＶｄｄとＧＮＤとの間に電圧を印加し、Ｖｏｕｔ１とＶｏｕｔ２と間の電圧の変化を検出することにより、加速度センサ１０に印加された加速度を検出することができる。 R1 is a resistor corresponding to the detector 14c, R4 is a piezoresistor corresponding to the detector 14d, and R2 and R3 are reference piezoresistors provided on the support substrate 12. As shown in FIG. 4, R1, R2, R3, and R4 are connected in a bridge shape, and a voltage is applied between a pair of opposing connection points Vdd and GND to detect a change in voltage between Vout1 and Vout2. Thus, the acceleration applied to the acceleration sensor 10 can be detected.
図５は、本発明の一実施の形態における加速度センサのベース層の上面に活性層を介して形成される他のコンタクト部の側断面図である。 FIG. 5 is a side sectional view of another contact portion formed on the upper surface of the base layer of the acceleration sensor according to one embodiment of the present invention via an active layer.
コンタクト部１１は、第１の絶縁層２０ｄに設けた第１の開口部２０ｆに、例えばクロム、あるいはクロムを含む合金等からなる第１の金属層２００ｂを設けている。そして、この第１の金属層２００ｂは活性層２０ｃが第２の金属層２００ａに相互拡散しないための密着層としての役割を果たしている。そして、この第１の金属層２００ｂを前記第２の金属層２００ａと絶縁するために、第２の絶縁層２０ｅを設けている。そして、さらに、第２の金属層２００ａは図２に示すように、配線１８ａを経由して、検出素子２０に設けられる接地電極１８に接続される。 In the contact portion 11, a first metal layer 200b made of, for example, chromium or an alloy containing chromium is provided in the first opening 20f provided in the first insulating layer 20d. The first metal layer 200b serves as an adhesion layer for preventing the active layer 20c from interdiffusing into the second metal layer 200a. In order to insulate the first metal layer 200b from the second metal layer 200a, a second insulating layer 20e is provided. Further, as shown in FIG. 2, the second metal layer 200a is connected to the ground electrode 18 provided in the detection element 20 via the wiring 18a.
この構成により、自己診断の際に錘部１３に帯電が発生したとしても、その電荷を錘部１３における活性層２０ｃ、梁部１４ａ、１４ｂにおける活性層２０ｃ、枠部１２ａのコンタクト部１１における活性層２０ｃ、第１の金属層２００ｂ、第２の金属層２００ａ、配線１８ａ、接地電極１８を介してグランドに落とすことができるので、例えば、活性層２０ｃと対向電極１７で形成される空間に電界が形成されることを抑制でき、その結果、錘部１３を動作させる静電力が安定し正常な自己診断を行うことができる。 With this configuration, even if the weight 13 is charged during self-diagnosis, the charge is activated in the active layer 20c in the weight 13, the active layer 20c in the beams 14a and 14b, and the contact 11 in the frame 12a. Since it can be dropped to the ground via the layer 20c, the first metal layer 200b, the second metal layer 200a, the wiring 18a, and the ground electrode 18, for example, an electric field is generated in the space formed by the active layer 20c and the counter electrode 17 Can be suppressed, and as a result, the electrostatic force for operating the weight portion 13 is stabilized and normal self-diagnosis can be performed.
このように、第１の金属層２００ｂを設けた場合のコンタクト部１１ｂでは、第１の絶縁層２０ｄに設けた第１の開口部２０ｆと第２の絶縁層２０ｅに設けた第２の開口部２０ｇは同じ位置に設けられる。そして、第１の絶縁層２０ｄに設ける第１の開口部２０ｆよりも第２の絶縁層２０ｅに設ける第２の開口部２０ｇの方が大きいことが好ましい。（すなわち、図５において、Ｄ２＜Ｄ１、あるいは、第１の絶縁層２０ｄに設ける第１の開口部２０ｆよりも第２の絶縁層２０ｅに設ける第２の開口部２０ｇの方が、垂直方向断面において、幅において大きい）この構成により、第２の金属層２００ａと第１の金属層２００ｂとのコンタクト抵抗を低減でき、より効率よく錘部１３の帯電を抑制することができる。 Thus, in the contact portion 11b when the first metal layer 200b is provided, the first opening 20f provided in the first insulating layer 20d and the second opening provided in the second insulating layer 20e. 20g is provided at the same position. The second opening 20g provided in the second insulating layer 20e is preferably larger than the first opening 20f provided in the first insulating layer 20d. (That is, in FIG. 5, D2 <D1, or the second opening 20g provided in the second insulating layer 20e is perpendicular to the first opening 20f rather than the first opening 20f provided in the first insulating layer 20d. In this configuration, the contact resistance between the second metal layer 200a and the first metal layer 200b can be reduced, and charging of the weight portion 13 can be more efficiently suppressed.
以上のように構成された本発明の一実施の形態における加速度センサについて、次に、その組立方法を説明する。 Next, a method for assembling the acceleration sensor according to the embodiment of the present invention configured as described above will be described.
まず、図６（ａ）のように、予めベース層２０ａの上面に保護層２０ｂを介して設けた活性層２０ｃの表面に第１の絶縁層２０ｄを形成する。この第１の絶縁層２０ｄは、活性
層２０ｃの表面を保護すると共に、活性層２０ｃを絶縁させるためのものである。例えば、第１の絶縁層２０ｄとしてＳｉＯ２等の酸化膜を形成する場合には、例えば熱酸化手法により活性層２０ｃの表面部分を酸化させて第１の絶縁層２０ｄが形成される。
First, as shown in FIG. 6A, the first insulating layer 20d is formed on the surface of the active layer 20c provided in advance on the upper surface of the base layer 20a via the protective layer 20b. The first insulating layer 20d protects the surface of the active layer 20c and insulates the active layer 20c. For example, when an oxide film such as SiO2 is formed as the first insulating layer 20d, the first insulating layer 20d is formed by oxidizing the surface portion of the active layer 20c by, for example, a thermal oxidation method.
次に、図６（ｂ）に示されるように、その第１の絶縁層２０ｄの予め定められた位置に第１の開口部２０ｆを開口形成する。その第１の開口部２０ｆは、例えばフォトリソ技術を用いて形成することができる。つまり、まず、第１の絶縁層２０ｄの表面全面にレジスト膜を形成し、その後、そのレジスト膜の上方側に配置したコンタクトホール形成位置規制用のマスクを利用してコンタクトホール形成領域以外のレジスト膜部分を紫外線照射により硬化させる。そして、レジスト膜の硬化してない部分、つまり、コンタクトホール形成領域のレジスト膜部分を除去してレジスト膜に第１の絶縁層２０ｄまで達する孔部を形成する。その後、そのレジスト膜の孔部の形成位置の第１の絶縁層２０ｄの部分をそのレジスト膜の孔部を通して例えばドライエッチング手法やウエットエッチング手法により除去してコンタクトホールを形成する。その後、レジスト膜を例えばアッシング手法により除去する。このようにフォトリソ技術を利用して第１の開口部２０ｆを形成することができる。 Next, as shown in FIG. 6B, a first opening 20f is formed at a predetermined position of the first insulating layer 20d. The first opening 20f can be formed using, for example, a photolithography technique. That is, first, a resist film is formed on the entire surface of the first insulating layer 20d, and then a resist other than the contact hole formation region is utilized using a contact hole formation position regulating mask disposed above the resist film. The film portion is cured by ultraviolet irradiation. Then, the uncured portion of the resist film, that is, the resist film portion in the contact hole formation region is removed, and a hole reaching the first insulating layer 20d is formed in the resist film. Thereafter, the portion of the first insulating layer 20d at the position where the hole portion of the resist film is formed is removed through the hole portion of the resist film by, for example, a dry etching method or a wet etching method to form a contact hole. Thereafter, the resist film is removed by, for example, an ashing technique. In this way, the first opening 20f can be formed using the photolithography technique.
次に、図６（ｃ）に示すように、密着層としての第１の金属層２００ｂを形成する。この金属層も例えば第１の絶縁層２０ｄの表面全面にスパッタ等の成膜形成技術により形成する。 Next, as shown in FIG. 6C, a first metal layer 200b as an adhesion layer is formed. This metal layer is also formed on the entire surface of the first insulating layer 20d by a film formation technique such as sputtering.
次に、図６（ｄ）に示すように、第１の金属層２００ｂの表面に第２の絶縁層２０ｅを形成する。この第２の絶縁層２０ｅは第１の金属層２００ｂの表面を保護すると共に、第２の絶縁層２０ｅの表面上に形成される図４に示す、Ｖｄｄ、ＧＮＤ、Ｖｏｕｔ１およびＶｏｕｔ２からなる電極や検出部１４ｃに対応するビエゾ抵抗Ｒ１、検出部１４ｄに対応するピエゾ抵抗Ｒ４、支持基板１２に設けられたピエゾ抵抗Ｒ２、Ｒ３およびそれらを結線してブリッジ回路を構成する配線と、第１の金属層２００ｂとを絶縁させるためのものである。 Next, as shown in FIG. 6D, a second insulating layer 20e is formed on the surface of the first metal layer 200b. The second insulating layer 20e protects the surface of the first metal layer 200b, and is formed on the surface of the second insulating layer 20e. The electrode made of Vdd, GND, Vout1, and Vout2 shown in FIG. A piezoresistor R1 corresponding to the detector 14c, a piezoresistor R4 corresponding to the detector 14d, piezoresistors R2 and R3 provided on the support substrate 12, and a wire connecting them to form a bridge circuit, and a first metal This is for insulating the layer 200b.
また、第２の絶縁層２０ｅとしてＳｉＮ膜が形成される場合には、例えばＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により第２の絶縁層２０ｅが第１の金属層２００ｂ上に積層形成される。 When a SiN film is formed as the second insulating layer 20e, the second insulating layer 20e is stacked on the first metal layer 200b by, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method.
次に、図６（ｅ）に示されるように、第２の絶縁層２０ｅの予め定められた位置に第２の開口部２０ｇを形成する。第２の開口部２０ｇも前述のフォトリソ技術を用いることで形成することができる。 Next, as shown in FIG. 6E, a second opening 20g is formed at a predetermined position of the second insulating layer 20e. The second opening 20g can also be formed by using the photolithography technique described above.
次に、図６（ｆ）に示すように、第２の金属層２００ａを形成する。この第２の金属層２００ａも例えば第２の絶縁層２０ｅの表面全面にスパッタ等の成膜形成技術により形成する。 Next, as shown in FIG. 6F, a second metal layer 200a is formed. The second metal layer 200a is also formed on the entire surface of the second insulating layer 20e by a film formation technique such as sputtering.
次に、検出素子２０の下面に、下蓋４０を接着する。 Next, the lower lid 40 is bonded to the lower surface of the detection element 20.
次に、図７（ａ）に示すように、第２の金属層２００ａの所定の位置にレジスト膜（図示せず）を形成した後、ドライエッチングをすることにより、活性層２０ｃを残すまで、前記第２の金属層２００ａ、第２の絶縁層２０ｅおよび第１の金属層２００ｂを除去する。 Next, as shown in FIG. 7A, after forming a resist film (not shown) at a predetermined position of the second metal layer 200a, dry etching is performed until the active layer 20c remains. The second metal layer 200a, the second insulating layer 20e, and the first metal layer 200b are removed.
次に、図７（ｂ）に示すように、ウエハーを上下逆さまに取り付けた後、ベース層２０ａの下面の所定の位置にレジスト膜（図示せず）を形成し、さらに、ドライエッチングす
ることにより、ベース層２０ａを除去する。
Next, as shown in FIG. 7B, after the wafer is mounted upside down, a resist film (not shown) is formed at a predetermined position on the lower surface of the base layer 20a, and further, dry etching is performed. Then, the base layer 20a is removed.
次に、図７（ｄ）に示すように、ウエハーの上下を戻して取り付けた後、活性層２０ｃの所定の位置にレジスト膜（図示せず）を形成し、さらに、ドライエッチングすることにより、活性層２０ｃおよび保護層２０ｂを貫通させる。 Next, as shown in FIG. 7D, after attaching the wafer upside down, a resist film (not shown) is formed at a predetermined position of the active layer 20c, and further dry etching is performed. The active layer 20c and the protective layer 20b are penetrated.
このとき、検出素子２０と下蓋４０との接続後に、上方からのエッチングにより、検出素子２０の不要な部分を溶解させようとしても、保護層２０ｂにより、エッチングの速度を低下させることができることとなり、下蓋４０の溶解を防止することができるという作用効果を有するものである。 At this time, even if an unnecessary portion of the detection element 20 is dissolved by etching from above after the detection element 20 and the lower lid 40 are connected, the etching rate can be reduced by the protective layer 20b. The lower lid 40 can be prevented from being dissolved.
最後に、前記検出素子２０の上面に上蓋３０を接着する。 Finally, an upper lid 30 is bonded to the upper surface of the detection element 20.
以上のように、構成、組立られた本発明の一実施の形態における加速度センサについて、次にその動作を説明する。 Next, the operation of the acceleration sensor according to the embodiment of the present invention constructed and assembled as described above will be described.
加速度センサ１０にＺ軸方向の加速度が作用すると、錘部１３に作用する慣性力（外部応力）によって錘部１３が揺動し、これに起因して梁部が歪み変形する。その結果、検出部１４ｃ、１４ｄに応力が加わる。これにより、加速度による外部応力に応じてピエゾ抵抗の抵抗値が変化するため、ピエゾ抵抗に流れる電流も抵抗値に応じて変化する。このため、ピエゾ抵抗に流れる電流を検出信号として用いることで検出素子２０に作用した加速度（慣性力）を検出することができる。 When acceleration in the Z-axis direction acts on the acceleration sensor 10, the weight portion 13 swings due to inertial force (external stress) acting on the weight portion 13, and as a result, the beam portion is distorted and deformed. As a result, stress is applied to the detection units 14c and 14d. Thereby, since the resistance value of the piezoresistor changes according to the external stress due to acceleration, the current flowing through the piezoresistor also changes according to the resistance value. For this reason, the acceleration (inertial force) acting on the detection element 20 can be detected by using the current flowing through the piezoresistor as a detection signal.
以下、図３および図４を用いて自己診断機能について説明する。
図３に示すように、自己診断を行う際には、診断回路から、自己診断電極１６と対向電極１７との間に電圧Ｖを印加する。これにより自己診断電極１６と対向電極１７の間に静電力が発生し、錘部１３が上蓋３０に引き寄せられる。この錘部１３の変位により、検出部１４ｃに対応する抵抗Ｒ１および検出部１４ｄに対応する抵抗Ｒ４が低下する。したがって、ブリッジ回路の出力電圧Ｖｏｕｔが検出され、正常に動作していることが確認できる。
Hereinafter, the self-diagnosis function will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 3, when performing a self-diagnosis, a voltage V is applied between the self-diagnosis electrode 16 and the counter electrode 17 from the diagnosis circuit. As a result, an electrostatic force is generated between the self-diagnosis electrode 16 and the counter electrode 17, and the weight portion 13 is attracted to the upper lid 30. Due to the displacement of the weight part 13, the resistance R1 corresponding to the detection part 14c and the resistance R4 corresponding to the detection part 14d are lowered. Therefore, the output voltage Vout of the bridge circuit is detected and it can be confirmed that the bridge circuit is operating normally.
本発明の加速度センサおよびその製造方法は、錘部と下蓋との距離がばらつくことにより、錘部の変位が不安定になってしまうということのない加速度センサを提供することができるという効果を有するものであり、車両等に用いられる加速度センサとして有用なものである。 The acceleration sensor and the manufacturing method thereof according to the present invention have the effect that it is possible to provide an acceleration sensor in which the displacement of the weight portion does not become unstable due to the variation in the distance between the weight portion and the lower lid. It is useful as an acceleration sensor used in vehicles and the like.
１２ａ 枠部
１３ 錘部
１４ａ 第１の梁部
１４ｂ 第２の梁部
１４ｃ、１４ｄ 検出部
２０ 検出素子
２０ａ ベース層
２０ｂ 保護層
２０ｄ 絶縁層
２０ｃ 活性層
３０ 上蓋
４０ 下蓋
12a Frame part 13 Weight part 14a First beam part 14b Second beam part 14c, 14d Detection part 20 Detection element 20a Base layer 20b Protective layer 20d Insulating layer 20c Active layer 30 Upper cover 40 Lower cover
Claims (3)
Depositing a first insulating layer on the upper surface of the active layer previously provided on the upper surface of the base layer via a protective layer, and then depositing a first metal layer on the upper surface of the first insulating layer; Depositing a second insulating layer on the upper surface of the metal layer, then depositing a second metal layer on the upper surface of the second insulating layer, and bonding a lower lid to the lower surface of the detection element; Forming a resist film at a predetermined position of the base layer in the detection element, then removing the base layer and the oxide film layer; forming a resist film at a predetermined position of the active layer; and etching the active layer A method of manufacturing an acceleration sensor comprising a step of forming a detection element by removing and a step of adhering an upper lid to the upper surface of the detection element.
Priority Applications (1)
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