JP4000168B2

JP4000168B2 - Sensor device

Info

Publication number: JP4000168B2
Application number: JP2006089556A
Authority: JP
Inventors: 浩嗣後藤; 万士片岡; 隆司西條; 崇史奥戸; 徹馬場; 久和宮島
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2006-03-28
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2026-03-28
Also published as: JP2007263762A

Description

本発明は、半導体基板の厚み方向に変位する可動部を有したセンシング部が形成されているセンサ基板と、センサ基板とともにパッケージを形成しかつ外部回路と接続するためのパッド電極を備えた電極形成基板とを積層した構成のセンサ装置に関するものである。 The present invention provides a sensor substrate on which a sensing portion having a movable portion that is displaced in the thickness direction of a semiconductor substrate is formed, and an electrode formation including a pad electrode for forming a package together with the sensor substrate and connecting to an external circuit The present invention relates to a sensor device having a structure in which a substrate is laminated.

この種のセンサ装置には、たとえばセンシング部として加速度センサを備える構成がある。加速度センサは、一般に、半導体基板に形成され外部回路との接続部を有する支持部と、支持部に対して相対的に可動である質量体と、可撓性を有し支持部と質量体とを繋ぐ撓み部とを備えている。また、質量体に作用する加速度（外力）を電気量に変換する技術としては、質量体の変位に伴って撓み部に生じる応力を検出するピエゾ抵抗からなる歪みゲージを設けて加速度の変化を電気抵抗の変化として検出する構成や、質量体に設けた可動電極と支持部に対して相対的に固定された固定電極とが対向するように配置して加速度の変化を静電容量の変化として検出する構成が知られている。 This type of sensor device has a configuration including an acceleration sensor as a sensing unit, for example. In general, the acceleration sensor includes a support portion formed on a semiconductor substrate and having a connection portion with an external circuit, a mass body that is relatively movable with respect to the support portion, and a flexible support portion and mass body. And a bending portion connecting the two. In addition, as a technique for converting acceleration (external force) acting on the mass body into an electric quantity, a strain gauge consisting of a piezoresistor that detects the stress generated in the flexure portion as the mass body is displaced is provided to electrically change the acceleration. A configuration that detects changes in resistance, and a movable electrode provided on the mass body and a fixed electrode that is fixed relative to the support section are opposed to each other, and changes in acceleration are detected as changes in capacitance. The structure to do is known.

支持部としては、質量体に並設する構成のもののほか、質量体の周囲を全周に囲繞する構成が採用されている。また、質量体から一方向に延出した撓み部を用いて質量体を支持部に対して片持ち梁の形式で繋ぐ構造、質量体から一直線上で二方向に延出した撓み部を用いて質量体を囲繞する支持部と質量体とを両持ち梁の形式で繋ぐ構造が主として採用されており、また、質量体から四方に延出した撓み部を用いて質量体を囲繞する支持部と質量体とを４箇所で繋ぐ構造も知られている。支持部と質量体とを４箇所で繋ぐ構造では、平面視（支持部が質量体を囲繞する平面）において４回回転対称となるように撓み部を配置したものが一般的である。 As a support part, the structure which surrounds the circumference | surroundings of a mass body to the perimeter other than the thing of the structure arranged in parallel with a mass body is employ | adopted. In addition, a structure in which the mass body is connected to the support portion in the form of a cantilever using a flexure portion extending in one direction from the mass body, and a flexure portion extending in two directions on a straight line from the mass body is used. A structure that connects the support body surrounding the mass body and the mass body in the form of a doubly-supported beam is mainly adopted, and a support portion that surrounds the mass body using a bent portion extending from the mass body in four directions A structure connecting the mass body at four locations is also known. In a structure in which the support portion and the mass body are connected at four locations, a structure in which the flexure portion is arranged so as to be four-fold rotationally symmetric in plan view (a plane in which the support portion surrounds the mass body) is generally used.

ところで、この種のセンサ装置は小型化が進むとともに多端子化が進んでおり、たとえば５ｍｍ角程度のセンサ基板に４０個程度の端子を設けたい場合がある。端子としてパッド電極を形成する場合を想定すると、フリップチップ実装であれば、たとえば、２００μｍ×２００μｍ角以上のパッド電極を１５０μｍ以上の間隔を開けて配置すればよいから、センサ基板の各辺にパッド電極を１列ずつ配置してもこの条件を満たすことが可能である。たとえば、図１０では、センサ基板に電極形成基板２を積層し、電極形成基板２に形成した貫通孔配線２４によって、フリップチップ実装用のパッド電極２５′を形成した例を示している。 By the way, this type of sensor device has been reduced in size and increased in the number of terminals. For example, there are cases where about 40 terminals are desired to be provided on a sensor board of about 5 mm square. Assuming the case where pad electrodes are formed as terminals, if flip-chip mounting is used, for example, pad electrodes of 200 μm × 200 μm square or more may be arranged with an interval of 150 μm or more. This condition can be satisfied even if the electrodes are arranged one by one. For example, FIG. 10 shows an example in which the electrode forming substrate 2 is stacked on the sensor substrate, and the pad electrode 25 ′ for flip chip mounting is formed by the through-hole wiring 24 formed on the electrode forming substrate 2.

しかしながら、半田リフローに用いるには、たとえば、３５０μｍ×３５０μｍ角のパッド電極を２５０μｍ以上の間隔を開けて配置する必要があるから、上述の条件を満たすことができないという問題がある。つまり、半田リフロー用の場合にはパッド電極のピッチは６００μｍ以上が必要であり、センサ基板の各辺にパッド電極を１列ずつ配列するとすれば１辺当たり６０００μｍ以上の寸法が必要になるから、上述した５６００μｍ×５６００μｍ角の寸法のセンサ基板ではパッド電極を目的とする個数分だけ設けることができない。 However, in order to use it for solder reflow, for example, it is necessary to dispose pad electrodes of 350 μm × 350 μm square with an interval of 250 μm or more. That is, in the case of solder reflow, the pitch of the pad electrodes needs to be 600 μm or more, and if the pad electrodes are arranged one by one on each side of the sensor substrate, a dimension of 6000 μm or more per side is required. The sensor substrate having the dimensions of 5600 μm × 5600 μm square described above cannot provide the desired number of pad electrodes.

このような構成に対して、センサ基板を実装する実装基板と蓋体とによってセンサ基板を収納するパッケージを構成し、外部回路と接続するために実装基板に設けた端子とセンサ基板の各電極との間をボンディングワイヤを介して電気的に接続する構成が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００５−１６９５４１号公報 In contrast to such a configuration, a package for housing the sensor substrate is configured by a mounting substrate and a lid body on which the sensor substrate is mounted, and terminals provided on the mounting substrate for connection to an external circuit and each electrode of the sensor substrate The structure which electrically connects between these via a bonding wire is known (for example, refer patent document 1).
JP 2005-169541 A

特許文献１に記載された構成を採用すれば、実装基板によって電極の形状や寸法の自由度を高めることができるから、パッド電極のレイアウトの自由度が高くなるが、それだけ実装面積が大きくなり、センサ基板と同程度の実装面積で実装することはできなくなる。 If the configuration described in Patent Document 1 is adopted, the degree of freedom of the electrode shape and dimensions can be increased by the mounting substrate, so that the degree of freedom of the pad electrode layout increases, but the mounting area increases accordingly, It becomes impossible to mount with the same mounting area as the sensor substrate.

ところで、センサ基板に形成された電気回路を外部回路と接続するためのパッド電極を備えた電極形成基板をセンサ基板に積層し、電極形成基板がセンサ基板とともにパッケージを形成するようにしたセンサ装置が考えられている。この構成では、電極形成基板をセンサ基板と同面積に形成することができ、しかも電極形成基板は、センサ基板のように質量体と撓み部とからなる可動部を備えていないから、パッド電極を電極形成基板の周囲に１列に並べて配置する必要はなく、パッド電極を任意の場所に配置することができる。つまり、パッド電極の配置の自由度が高いから、半田リフロー用のパッド電極を多列に配列することができ、実装面積が小さいながらも多端子であるセンサ装置を提供することが可能になると考えられる。 By the way, there is a sensor device in which an electrode forming substrate having a pad electrode for connecting an electric circuit formed on a sensor substrate to an external circuit is stacked on the sensor substrate, and the electrode forming substrate forms a package together with the sensor substrate. It is considered. In this configuration, the electrode forming substrate can be formed in the same area as the sensor substrate, and the electrode forming substrate does not include a movable part composed of a mass body and a bending portion unlike the sensor substrate. There is no need to arrange them in a line around the electrode forming substrate, and the pad electrodes can be arranged at arbitrary positions. In other words, since the degree of freedom of the arrangement of the pad electrodes is high, it is considered that the pad electrodes for solder reflow can be arranged in multiple rows, and it becomes possible to provide a sensor device that has multiple terminals while having a small mounting area. It is done.

ここで、この種のセンサ装置では、センサ基板に形成した電気回路の一部とパッド電極とを電気的に接続するために、電極形成基板の厚み方向に貫通する貫通孔配線を形成することが考えられる。ただし、センサ基板において質量体と撓み部とで形成されている可動部が変位可能となるように、電極形成基板におけるセンサ基板との対向面には変位用凹所を形成しなければならないから、貫通孔配線の一端をセンサ基板に形成された電気回路と接触接続させるには、貫通孔配線を変位用凹所の周囲に形成しなければならない。結局、電極形成基板を設けても貫通孔配線の位置はセンサ基板に設けた電極の位置に制約されるから、電極形成基板を設けてもパッド電極は周部に１列に配列されることになり、上述した問題の解決にならない。 Here, in this type of sensor device, in order to electrically connect a part of the electric circuit formed on the sensor substrate and the pad electrode, a through-hole wiring penetrating in the thickness direction of the electrode forming substrate may be formed. Conceivable. However, a displacement recess must be formed on the surface of the electrode formation substrate facing the sensor substrate so that the movable portion formed by the mass body and the bending portion in the sensor substrate can be displaced. In order to contact and connect one end of the through-hole wiring to the electric circuit formed on the sensor substrate, the through-hole wiring must be formed around the displacement recess. After all, even if the electrode forming substrate is provided, the position of the through-hole wiring is restricted by the position of the electrode provided on the sensor substrate. Therefore, even if the electrode forming substrate is provided, the pad electrodes are arranged in a row in the peripheral portion. Therefore, it does not solve the problem described above.

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、小型化しながらも外部回路と接続するためのパッド電極のレイアウトの自由度を高めることができるセンサ装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described reasons, and an object of the present invention is to provide a sensor device that can increase the degree of freedom of the layout of pad electrodes for connecting to an external circuit while being downsized. .

請求項１の発明は、半導体基板で形成され少なくとも厚み方向への変位が許容された可動部を有するセンシング部を備えセンシング部と協働する集積回路である回路部が形成されたセンサ基板と、センサ基板の厚み方向の一表面に封着されセンサ基板との対向面において可動部が変位する空間を形成する変位用凹所を備えた電極形成基板とを有し、センサ基板は、前記一表面においてセンサ基板の外周縁の全周に沿う形で配置された第１の封止用金属層と、第１の封止用金属層よりも内側に配置されセンサ基板に形成された電気回路の接続部となる複数個の第１の接続用金属層とが形成され、電極形成基板には、変位用凹所を囲む領域であってセンサ基板との対向面の周部で電極形成基板の外周縁の全周に沿うように第１の封止用金属層に常温接合された第２の封止用金属層と、第２の封止用金属層と変位用凹所との間の領域において各第１の接続用金属層にそれぞれ常温接合された複数個の第２の接続用金属層と、センサ基板との対向面に対する反対面において配列され外部回路と接続される複数個のパッド電極と、電極形成基板を貫通し一端が各パッド電極にそれぞれ連続する複数個の貫通孔配線とが形成され、第１の封止用金属層と第１の接続用金属層とは同一の金属材料により同じ厚み寸法に形成され、かつ第２の封止用金属層と第２の接続用金属層とは同一の金属材料により同じ厚み寸法に形成され、さらに活性化された接合面同士が常温接合され、少なくとも一部の貫通孔配線の他端は変位用凹所の内底面に配置されており、当該貫通孔配線と第２の接続用金属層との間が電極形成基板においてセンサ基板との対向面に形成された金属膜の中間配線を介して電気的に接続されていることを特徴とする。 The invention according to claim 1 is a sensor substrate formed with a sensing portion having a movable portion that is formed of a semiconductor substrate and at least allowed to move in the thickness direction, and a circuit portion that is an integrated circuit that cooperates with the sensing portion; An electrode-formed substrate that is sealed to one surface in the thickness direction of the sensor substrate and includes a displacement recess that forms a space in which the movable portion is displaced on the surface facing the sensor substrate. The first sealing metal layer disposed along the entire circumference of the outer peripheral edge of the sensor substrate and the connection of the electric circuit disposed on the inner side of the first sealing metal layer and formed on the sensor substrate A plurality of first connecting metal layers are formed, and the electrode forming substrate includes an outer peripheral edge of the electrode forming substrate at a peripheral portion of the surface facing the sensor substrate and surrounding the displacement recess. The first sealing metal layer is always along the entire circumference of the A plurality of second sealing metal layers bonded to each first connecting metal layer at room temperature in a region between the second sealing metal layer and the second sealing metal layer and the displacement recess. 2 connection metal layers, a plurality of pad electrodes arranged on the surface opposite to the surface facing the sensor substrate and connected to an external circuit, and a plurality of electrodes penetrating the electrode forming substrate and having one end continuous with each pad electrode. Through- hole wirings are formed, the first sealing metal layer and the first connection metal layer are formed of the same metal material and have the same thickness, and the second sealing metal layer and the first metal layer The connecting metal layer 2 is formed of the same metal material with the same thickness, and the activated bonding surfaces are bonded to each other at room temperature, and at least the other end of the through-hole wiring is within the displacement recess. Arranged on the bottom surface, the through-hole wiring and the second connecting metal layer There, characterized in that it is electrically connected via an intermediate wiring of the metal film formed on the surface facing the sensor substrate in the electrode forming substrate.

この構成によれば、センサ基板に形成した電気回路の一部と電極形成基板に形成した接続用金属層との接合は変位用凹所の周囲で行うから、両者の接合が容易であり、しかも必要に応じて中間配線で電路を引き回すことにより貫通孔配線を変位用凹所に対応する部位に配置することが可能になるから、電極形成基板に設けるパッド電極のレイアウトの自由度が高くなり、電極形成基板の周部に１列ずつのパッド電極を配列する場合に比較すれば、面積当たりのパッド電極の個数を増やすことができ、結果的に多端子であっても小型のセンサ装置を提供することが可能になる。また、中間配線は電極形成基板においてセンサ基板との対向面に形成されているから、パッド電極の間を中間配線が通ることはなく、パッド電極に半田によって外部回路を接続する場合でも中間配線とパッド電極との間に半田ブリッジによる短絡が生じることがなく、実装時の不良の発生を防止できる。さらに、センサ基板に回路部を形成していることにより、電源や信号の入出力以外に検査用の端子などが必要になるから、センシング部を単体で設ける場合よりも外部回路と接続するために必要なパッド電極の個数が大幅に増加するが、上述のように中間配線を設けていることにより、パッド電極のレイアウトの自由度が高いから、パッド電極の個数が多い場合でも対応可能になる。 According to this configuration, since a part of the electric circuit formed on the sensor substrate and the connecting metal layer formed on the electrode forming substrate are joined around the displacement recess, both can be easily joined. Since it is possible to arrange the through-hole wiring at a portion corresponding to the displacement recess by routing the electric circuit with the intermediate wiring as necessary, the degree of freedom of the layout of the pad electrode provided on the electrode forming substrate is increased. Compared to the case where one row of pad electrodes is arranged on the periphery of the electrode forming substrate, the number of pad electrodes per area can be increased, and as a result, a small sensor device is provided even with multiple terminals. It becomes possible to do. In addition, since the intermediate wiring is formed on the surface of the electrode forming substrate facing the sensor substrate, the intermediate wiring does not pass between the pad electrodes, and even when an external circuit is connected to the pad electrode by soldering, A short circuit due to a solder bridge does not occur between the pad electrode and the occurrence of defects during mounting can be prevented. In addition, since the circuit board is formed on the sensor board, it is necessary to use terminals for inspection in addition to power supply and signal input / output. Although the number of necessary pad electrodes greatly increases, the provision of the intermediate wiring as described above provides a high degree of freedom in the layout of the pad electrodes, so that even when the number of pad electrodes is large, it can be handled.

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記貫通孔配線の全部の前記他端が前記変位用凹所の内底面に配置されることを特徴とする。 The invention of claim 2 is characterized in that, in the invention of claim 1, all the other ends of the through-hole wiring are arranged on the inner bottom surface of the displacement recess.

この構成によれば、電極形成基板に形成されるすべての貫通孔配線の長さが等しくなるから、貫通孔配線の形状および製造の管理が容易であり、貫通孔配線の品質のばらつきが少なくなる。 According to this configuration, since the lengths of all the through-hole wirings formed on the electrode forming substrate are equal, it is easy to manage the shape and manufacturing of the through-hole wirings, and variations in the quality of the through-hole wirings are reduced. .

請求項３の発明では、請求項１または請求項２の発明において、前記センシング部と協働する回路部が前記センサ基板のうち前記変位用凹所と対向する部位に集積回路として形成され、前記第１の接続用金属層が回路部に接続されていることを特徴とする。
この構成によれば、センサ基板から離間している変位用凹所の内底面に回路部が対向し、第１の接続用金属層が回路部の周囲において第２の接続用金属層と常温接合される。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention , a circuit portion that cooperates with the sensing portion is formed as an integrated circuit in a portion of the sensor substrate that faces the displacement recess, The first connecting metal layer is connected to the circuit portion.
According to this configuration, the circuit portion faces the inner bottom surface of the displacement recess that is separated from the sensor substrate, and the first connection metal layer is bonded to the second connection metal layer at room temperature around the circuit portion. Is done.

本発明の構成によれば、センサ基板に形成した電気回路の接続部である第１の接続用金属層と電極形成基板に形成した第２の接続用金属層とを変位用凹所の周囲で常温接合により接続しているから、両者の接合が容易である。また、センサ基板と電極形成基板とは変位用凹所の周部でセンサ基板および電極形成基板の外周縁の全周に沿うように形成した第１の封着用金属層と第２の封着用金属層との常温接合により接合するから、接合後におけるセンサ基板の残留応力を少なくすることができる。しかも、必要に応じて中間配線で電路を引き回すことにより貫通孔配線を変位用凹所に対応する部位に配置することが可能になっているから、電極形成基板に設けるパッド電極のレイアウトの自由度が高く、電極形成基板の周部に１列ずつのパッド電極を配列する場合に比較すれば、面積当たりのパッド電極の個数を増やすことができる。すなわち、小型かつ多端子のセンサ装置を提供することが可能になるという利点がある。また、中間配線は電極形成基板においてセンサ基板との対向面に形成されているから、パッド電極の間を中間配線が通ることがなく、パッド電極に対して半田によって外部回路を接続する場合でも中間配線とパッド電極との間に半田ブリッジによる短絡が生じることがなく、実装時の不良の発生を防止できるという効果がある。さらに、センサ基板に回路部を形成していることにより、電源や信号の入出力以外に検査用の端子などが必要になるから、センシング部を単体で設ける場合よりも外部回路と接続するために必要なパッド電極の個数が大幅に増加するが、上述のように中間配線を設けていることにより、パッド電極のレイアウトの自由度が高いから、パッド電極の個数が多い場合でも対応可能になる。 According to the configuration of the present invention, the first connection metal layer which is the connection portion of the electric circuit formed on the sensor substrate and the second connection metal layer formed on the electrode formation substrate are arranged around the displacement recess. Since they are connected by room-temperature bonding, it is easy to join them. In addition, the first sealing metal layer and the second sealing metal formed so that the sensor substrate and the electrode forming substrate are arranged along the entire circumference of the outer peripheral edge of the sensor substrate and the electrode forming substrate at the peripheral portion of the displacement recess. Since the bonding is performed by room temperature bonding with the layer, the residual stress of the sensor substrate after bonding can be reduced. Moreover, since it is possible to arrange the through-hole wiring in a portion corresponding to the recess for displacement by routing the electric circuit with an intermediate wiring as required, the degree of freedom of the layout of the pad electrode provided on the electrode forming substrate The number of pad electrodes per area can be increased as compared with the case where one row of pad electrodes is arranged on the periphery of the electrode forming substrate. That is, there is an advantage that a small and multi-terminal sensor device can be provided. Also, since the intermediate wiring is formed on the surface facing the sensor substrate on the electrode forming substrate, the intermediate wiring does not pass between the pad electrodes, and even when an external circuit is connected to the pad electrodes by soldering There is no short circuit due to the solder bridge between the wiring and the pad electrode, and there is an effect that it is possible to prevent the occurrence of defects during mounting. In addition, since the circuit board is formed on the sensor board, it is necessary to use terminals for inspection in addition to power supply and signal input / output. Although the number of necessary pad electrodes greatly increases, the provision of the intermediate wiring as described above provides a high degree of freedom in the layout of the pad electrodes, so that even when the number of pad electrodes is large, it can be handled.

以下に説明する実施形態では、支持部が質量体を囲繞するとともに、質量体から四方に延出させた可撓性を有する撓み部を介して支持部と質量体とを繋ぎ、各撓み部にピエゾ抵抗体からなる歪みゲージを設けることにより、質量体の変位に伴って撓み部に生じる応力を歪みゲージにより検出し、歪みゲージの抵抗変化を用いて加速度を検出する構成を例示する。つまり、センシング部が加速度センサを構成している例を示す。また、各質量体から四方に延出している撓み部にそれぞれ歪みゲージが配置されることにより、４本の撓み部を含む平面内で互いに直交する方向の２軸と、これらの２軸に直交する方向の１軸との合計３軸における加速度を個別に検出することが可能になっている。ただし、質量体を備えるセンサ装置であれば、加速度センサではなくジャイロセンサにおいても本発明の技術思想を適用することができ、質量体の変位の検出はピエゾ抵抗に限らず、静電容量の変化として検出する構成を採用してもよい。また、撓み部は質量体から四方に延出する構成に限定されない。 In the embodiment described below, the support portion surrounds the mass body, and the support portion and the mass body are connected via a flexible flexure portion that is extended from the mass body in all directions. An example of a configuration in which a strain gauge made of a piezoresistor is provided to detect a stress generated in a flexure portion as the mass body is displaced by the strain gauge, and an acceleration is detected using a resistance change of the strain gauge. That is, an example in which the sensing unit constitutes an acceleration sensor is shown. In addition, by arranging strain gauges in the flexures that extend in four directions from each mass body, two axes in directions orthogonal to each other in a plane including the four flexures, and perpendicular to these two axes Thus, it is possible to individually detect the acceleration in a total of three axes including one axis in the direction to be performed. However, as long as the sensor device includes a mass body, the technical idea of the present invention can be applied to a gyro sensor instead of an acceleration sensor. It is also possible to adopt a configuration for detecting as follows. Moreover, a bending part is not limited to the structure extended in all directions from a mass body.

（実施形態１）
本実施形態のセンサ装置は、図１に示すように、センシング部Ｄｓおよび回路部Ｄｃを形成した半導体基板からなるセンサ基板１と、外部回路を接続するパッド電極２５を厚み方向の一表面（図１の上面）に備えセンサ基板１の厚み方向の一表面（図１の上面）に封着される半導体基板からなる電極形成基板２と、センサ基板１の厚み方向の他表面（図１の下面）に封着される半導体基板からなるカバー基板３とを備える。すなわち、センサ装置は３枚の半導体基板の積層体からなる。センサ基板１と電極形成基板２とカバー基板３との外周形状は矩形状（図示例では正方形）であり、電極形成基板２とカバー基板３とはセンサ基板１と外形寸法が一致する。 (Embodiment 1)
As shown in FIG. 1, the sensor device of the present embodiment includes a sensor substrate 1 formed of a semiconductor substrate on which a sensing portion Ds and a circuit portion Dc are formed, and a pad electrode 25 for connecting an external circuit on one surface in the thickness direction (FIG. 1 on the upper surface of the sensor substrate 1, and an electrode forming substrate 2 made of a semiconductor substrate sealed on one surface in the thickness direction of the sensor substrate 1 (upper surface in FIG. 1); And a cover substrate 3 made of a semiconductor substrate sealed. That is, the sensor device is composed of a laminate of three semiconductor substrates. The sensor substrate 1, the electrode forming substrate 2, and the cover substrate 3 have a rectangular shape (square in the illustrated example), and the electrode forming substrate 2 and the cover substrate 3 have the same outer dimensions as the sensor substrate 1.

センサ基板１はＳＯＩウェハを加工することにより形成される。ここで用いるＳＯＩウェハは、シリコン基板からなる支持基板１０ａを有し、支持基板１０ａの厚み方向の一表面にシリコン酸化膜からなる埋込酸化膜としての絶縁層１０ｂを介してｎ形のシリコン層からなる活性層１０ｃが形成されている。さらに、センサ基板１において、活性層１０ｃの表面にはシリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜からなる絶縁膜１６が形成される。したがって、活性層１０ｃは絶縁膜１６により表面が覆われる。また、電極形成基板２とカバー基板３とは、それぞれ異なるシリコンウェハを加工することにより形成してある。すなわち、センサ基板１の半導体基板としてＳＯＩウェハを用い、電極形成基板２とカバー基板３との半導体基板としてはシリコンウェハを用いている。 The sensor substrate 1 is formed by processing an SOI wafer. The SOI wafer used here has a support substrate 10a made of a silicon substrate, and an n-type silicon layer is formed on one surface in the thickness direction of the support substrate 10a via an insulating layer 10b as a buried oxide film made of a silicon oxide film. An active layer 10c made of is formed. Further, in the sensor substrate 1, an insulating film 16 made of a laminated film of a silicon oxide film and a silicon nitride film is formed on the surface of the active layer 10c. Therefore, the surface of the active layer 10 c is covered with the insulating film 16. The electrode forming substrate 2 and the cover substrate 3 are formed by processing different silicon wafers. That is, an SOI wafer is used as the semiconductor substrate of the sensor substrate 1, and a silicon wafer is used as the semiconductor substrate of the electrode forming substrate 2 and the cover substrate 3.

本実施形態における寸法例を例示すると、ＳＯＩウェハにおける支持基板１０ａの厚み寸法は３００〜５００μｍ、絶縁層１０ｂの厚み寸法は０．３〜１．５μｍ、シリコン層１０ｃの厚み寸法は４〜１０μｍとする。また、電極形成基板２を形成するシリコンウェハの厚み寸法は２００〜３００μｍ、カバー基板３を形成するシリコンウェハの厚み寸法は１００〜３００μｍとする。もっとも、これらの数値は限定する趣旨ではなく目安を示す値である。また、ＳＯＩウェハの一表面であるシリコン層１０ｃの表面は（１００）面としてある。 When the dimension example in this embodiment is illustrated, the thickness dimension of the support substrate 10a in an SOI wafer is 300-500 micrometers, the thickness dimension of the insulating layer 10b is 0.3-1.5 micrometers, and the thickness dimension of the silicon layer 10c is 4-10 micrometers. To do. Moreover, the thickness dimension of the silicon wafer which forms the electrode formation board | substrate 2 shall be 200-300 micrometers, and the thickness dimension of the silicon wafer which forms the cover board | substrate 3 shall be 100-300 micrometers. However, these numerical values are not intended to limit, but are values indicating a guide. The surface of the silicon layer 10c, which is one surface of the SOI wafer, is a (100) plane.

センサ基板１は、図２、図３、図４、図５に示すように、平面視において（厚み方向に直交する方向から見たときに）枠状（本実施形態では矩形枠状）の支持部１１の中央部に質量体１２を備える形状に形成されている。つまり、質量体１２は支持部１１に囲繞されている。また、本実施形態では平面視において支持部１１の中心と質量体１２の中心とはほぼ一致している。支持部１１と質量体１２とは質量体１２から四方に延出する４本の撓み部１３により繋がれている。 As shown in FIGS. 2, 3, 4, and 5, the sensor substrate 1 is supported in a frame shape (when viewed from a direction orthogonal to the thickness direction) in a plan view (in this embodiment, a rectangular frame shape). It is formed in a shape having a mass body 12 at the center of the portion 11. That is, the mass body 12 is surrounded by the support portion 11. In the present embodiment, the center of the support portion 11 and the center of the mass body 12 substantially coincide with each other in plan view. The support portion 11 and the mass body 12 are connected by four flexure portions 13 extending from the mass body 12 in all directions.

各撓み部１３は、短冊状に形成された可撓性を有している。各撓み部１３は平面視において質量体１２の中心を通り互いに直交する２本の直線の上に配置される。つまり、各２本の撓み部１３がそれぞれ互いに直交する各直線上に配置される。この構成により、質量体１２は支持部１１に対して変位可能になる。支持部１１および質量体１２は、ＳＯＩウェハの支持基板１０ａと絶縁層１０ｂと活性層１０ｃとの全体を用い、撓み部１３はＳＯＩウェハにおける支持基板１０ａと絶縁層１０ｂとを除去し活性層１０ｃのみを用いる。したがって、撓み部１３は支持部１１および質量体１２に比較して十分に薄肉に形成される。 Each bending part 13 has the flexibility formed in strip shape. Each bending portion 13 is arranged on two straight lines that pass through the center of the mass body 12 and are orthogonal to each other in plan view. In other words, each of the two bent portions 13 is arranged on each straight line orthogonal to each other. With this configuration, the mass body 12 can be displaced with respect to the support portion 11. The support portion 11 and the mass body 12 use the entire support substrate 10a, insulating layer 10b, and active layer 10c of the SOI wafer, and the bending portion 13 removes the support substrate 10a and insulating layer 10b from the SOI wafer, thereby activating the active layer 10c. Use only. Therefore, the bending portion 13 is formed to be sufficiently thin as compared with the support portion 11 and the mass body 12.

質量体１２は、４本の撓み部１３を介して支持部１１に結合されているコア部１２ａと、コア部１２ａに連続一体に連結された４個のリーフ部１２ｂとを備える。平面視においては、質量体１２は、５個の正方形のうちの１個の正方形を中心として他の正方形を周囲に４回回転対称となるように配列し、中心の正方形の各角部に他の各正方形の１つの角部をそれぞれ重複させた形状に形成される。本実施形態では、中心に配置した正方形に対応する部分がコア部１２ａに相当し、他の正方形のうちコア部１２ａと重複する部位を除いた部分がリーフ部１２ｂに相当する。言い換えると、コア部１２ａは平面視において正方形状であり、リーフ部１２ｂは正方形の一つの角部が切欠された形状になる。撓み部１３は、コア部１２ａの各辺の中央部に一体に連続し、各撓み部１３の幅方向（平面視において撓み部１３の延長方向とは直交する方向）の両側にリーフ部１２ｂが配置される。 The mass body 12 includes a core portion 12a that is coupled to the support portion 11 via four flexure portions 13, and four leaf portions 12b that are continuously and integrally connected to the core portion 12a. In the plan view, the mass body 12 is arranged so that one of the five squares is centered on the other square so as to be rotationally symmetric about four times, and the other is located at each corner of the central square. Are formed in a shape in which one corner of each square is overlapped. In the present embodiment, the portion corresponding to the square arranged at the center corresponds to the core portion 12a, and the portion of the other squares excluding the portion overlapping with the core portion 12a corresponds to the leaf portion 12b. In other words, the core portion 12a has a square shape in plan view, and the leaf portion 12b has a shape in which one corner portion of the square is cut out. The bending portion 13 is integrally continuous with the central portion of each side of the core portion 12a, and leaf portions 12b are provided on both sides in the width direction of each bending portion 13 (a direction orthogonal to the extending direction of the bending portion 13 in plan view). Be placed.

各リーフ部１２ｂは、平面視において互いに直交する２本の撓み部１３と支持部１１とに囲まれる空間に配置されており、各リーフ部１２ｂと支持部１１との間にはそれぞれセンサ基板１の厚み方向に貫通するスリット１４が形成される。また、撓み部１３と各リーフ部１２ｂとは離間しており、撓み部１３を挟んで配置された各一対のリーフ部１２ｂの間隔は、各撓み部１３の幅寸法よりも大きくなっている。 Each leaf portion 12b is disposed in a space surrounded by the two bending portions 13 and the support portion 11 that are orthogonal to each other in plan view, and the sensor substrate 1 is interposed between each leaf portion 12b and the support portion 11, respectively. A slit 14 penetrating in the thickness direction is formed. Moreover, the bending part 13 and each leaf part 12b are spaced apart, and the space | interval of each pair of leaf part 12b arrange | positioned on both sides of the bending part 13 is larger than the width dimension of each bending part 13. FIG.

なお、センサ基板１における支持部１１と質量体１２と撓み部１３とは、半導体装置の製造技術として知られているリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して形成することができる。 In addition, the support part 11, the mass body 12, and the bending part 13 in the sensor board | substrate 1 can be formed using the lithography technique and etching technique known as a manufacturing technique of a semiconductor device.

ところで、図示例は３軸の加速度センサであるから、加速度を検出する方向を定義しておく。センサ基板１の厚み方向に直交する方向をｚ軸方向とし、支持基板１０ａから活性層１０ｃに向かう向きを正の向きとする。また、活性層１０ｃの表面をｘｙ平面とし、ｘｙ平面において質量体１２の中心位置を原点とする。ｘ軸方向およびｙ軸方向は、それぞれコア部１２ａから撓み部１３が延出されている方向とし、右手系で正の向きを定義する。たとえば図３の右向きをｘ軸方向の正の向き、上向きをｙ軸方向の正の向きとする。したがって、質量体１２は、コア部１２ａを挟んで配置されたｘ軸方向の２本の撓み部１３と、コア部１２ａを挟んで配置されたｙ軸方向の２本の撓み部１３とにより支持部１１に繋がれていることになる。 By the way, since the illustrated example is a triaxial acceleration sensor, a direction in which acceleration is detected is defined. A direction orthogonal to the thickness direction of the sensor substrate 1 is defined as a z-axis direction, and a direction from the support substrate 10a toward the active layer 10c is defined as a positive direction. The surface of the active layer 10c is the xy plane, and the center position of the mass body 12 is the origin in the xy plane. The x-axis direction and the y-axis direction are directions in which the bending portion 13 extends from the core portion 12a, respectively, and define a positive direction in the right-handed system. For example, the right direction in FIG. 3 is the positive direction in the x-axis direction, and the upward direction is the positive direction in the y-axis direction. Therefore, the mass body 12 is supported by the two bent portions 13 in the x-axis direction disposed with the core portion 12a interposed therebetween and the two bent portions 13 in the y-axis direction disposed with the core portion 12a interposed therebetween. It is connected to the part 11.

質量体１２のコア部１２ａからｘ軸方向の正向き（図３においてコア部１２ａから右向き）に延出する撓み部１３には、コア部１２ａ側の一端部に２個１組のピエゾ抵抗Ｒｘ２，Ｒｘ４が形成され、支持部１１側の一端部に１個のピエゾ抵抗Ｒｚ２が形成される。同様にして、コア部１２ａからｘ軸方向の負向き（図３においてコア部１２ａから左向き）に延出する撓み部１３には、コア部１２ａ側の一端部に２個１組のピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ３が形成され、支持部１１側の一端部に１個のピエゾ抵抗Ｒｚ３が形成される。 A pair of piezoresistors Rx2 is provided at one end on the core 12a side in the bending portion 13 that extends in the positive direction in the x-axis direction from the core 12a of the mass body 12 (rightward from the core 12a in FIG. 3). , Rx4, and one piezoresistor Rz2 is formed at one end on the support 11 side. Similarly, the bending portion 13 extending in the negative direction in the x-axis direction from the core portion 12a (leftward from the core portion 12a in FIG. 3) has a pair of piezoresistors Rx1 at one end on the core portion 12a side. , Rx3, and one piezoresistor Rz3 is formed at one end on the support 11 side.

質量体１２のコア部１２ａからｙ軸方向の正向き（図３においてコア部１２ａから上向き）に延長された撓み部１３には、コア部１２ａ側の一端部に２個１組のピエゾ抵抗Ｒｙ１，Ｒｙ３が形成され、支持部１１側の一端部に１個のピエゾ抵抗Ｒｚ１が形成される。同様にして、コア部１２ａからｙ軸方向の負向き（図３においてコア部１２ａから下向き）に延長された撓み部１３には、コア部１２ａ側の一端部に２個１組のピエゾ抵抗Ｒｙ２，Ｒｙ４が形成され、支持部１１側の一端部に１個のピエゾ抵抗Ｒｚ４が形成される。 A set of two piezoresistors Ry1 at one end on the core 12a side is provided in the bending portion 13 that is extended from the core 12a of the mass body 12 in the positive direction in the y-axis direction (upward from the core 12a in FIG. 3). , Ry3, and one piezoresistor Rz1 is formed at one end on the support 11 side. Similarly, in the bending portion 13 extended from the core portion 12a in the negative direction in the y-axis direction (downward from the core portion 12a in FIG. 3), a set of two piezoresistors Ry2 at one end portion on the core portion 12a side. , Ry4 are formed, and one piezoresistor Rz4 is formed at one end on the support portion 11 side.

ｘ軸方向に延長された２本の撓み部１３において、コア部１２ａ側の一端部に形成された４個のピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４は、ｘ軸方向の加速度を検出するために形成され、ｘ軸方向の加速度が質量体１２に作用したときに撓み部１３に生じる応力が集中する領域に形成されている。ピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４は、平面視においてｘ軸方向が長手方向となる長方形状に形成されている。これらのピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４は、図８における左端のブリッジ回路Ｂｘを構成するように接続される。 In the two flexures 13 extended in the x-axis direction, the four piezoresistors Rx1, Rx2, Rx3, and Rx4 formed at one end on the core 12a side are for detecting acceleration in the x-axis direction. It is formed in a region where stress generated in the bending portion 13 is concentrated when acceleration in the x-axis direction acts on the mass body 12. The piezoresistors Rx1, Rx2, Rx3, and Rx4 are formed in a rectangular shape whose longitudinal direction is the x-axis direction in plan view. These piezo resistors Rx1, Rx2, Rx3, and Rx4 are connected so as to constitute the leftmost bridge circuit Bx in FIG.

また、ｙ軸方向に延長された２本の撓み部１３において、コア部１２ａ側の一端部に形成された４個のピエゾ抵抗Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４は、ｙ軸方向の加速度を検出するために形成され、ｙ軸方向の加速度が質量体１２に作用したときに撓み部１３に生じる応力が集中する領域に形成されている。ピエゾ抵抗Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４は、平面視においてｙ軸方向が長手方向となる長方形状に形成されている。これらのピエゾ抵抗Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４は、図８における中央のブリッジ回路Ｂｙを構成するように接続される。 In the two flexures 13 extended in the y-axis direction, four piezoresistors Ry1, Ry2, Ry3, and Ry4 formed at one end on the core 12a side detect acceleration in the y-axis direction. For this reason, it is formed in a region where stress generated in the bending portion 13 is concentrated when acceleration in the y-axis direction acts on the mass body 12. The piezoresistors Ry1, Ry2, Ry3, Ry4 are formed in a rectangular shape whose longitudinal direction is the y-axis direction in plan view. These piezoresistors Ry1, Ry2, Ry3, and Ry4 are connected to form a central bridge circuit By in FIG.

４本の撓み部１３において、それぞれ支持部１１側の一端部に形成された４個のピエゾ抵抗Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４は、ｚ軸方向の加速度を検出するために形成されている。ピエゾ抵抗Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４は、いずれもｙ軸方向が長手方向となる長方形状に形成されている。すなわち、ｙ軸方向に延長された２本の撓み部１３に形成されたピエゾ抵抗Ｒｚ１，Ｒｚ４の長手方向は撓み部１３の延長方向に一致し、ｘ軸方向に延長された２本の撓み部１３に形成されたピエゾ抵抗Ｒｚ２，Ｒｚ３の長手方向は撓み部１３の延長方向に直交する。これらのピエゾ抵抗Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４は、図８における右端のブリッジ回路Ｂｚを構成するように接続されている。 In the four flexures 13, four piezoresistors Rz1, Rz2, Rz3, and Rz4 formed at one end on the support 11 side are formed to detect acceleration in the z-axis direction. The piezoresistors Rz1, Rz2, Rz3, and Rz4 are all formed in a rectangular shape whose longitudinal direction is the y-axis direction. That is, the longitudinal directions of the piezoresistors Rz1 and Rz4 formed in the two flexures 13 extended in the y-axis direction coincide with the extension direction of the flexure 13 and the two flexures extended in the x-axis direction. The longitudinal direction of the piezoresistors Rz2 and Rz3 formed on 13 is orthogonal to the extending direction of the flexure 13. These piezoresistors Rz1, Rz2, Rz3, and Rz4 are connected so as to constitute the rightmost bridge circuit Bz in FIG.

上述した各ピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４、Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４、Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４の接続には、センサ基板１に形成されている拡散層配線や金属配線を用いる。 For the connection of each of the piezoresistors Rx1, Rx2, Rx3, Rx4, Ry1, Ry2, Ry3, Ry4, Rz1, Rz2, Rz3, Rz4, a diffusion layer wiring or a metal wiring formed on the sensor substrate 1 is used.

図８に示した回路構成では、３個のブリッジ回路Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚに電圧を印加する入力端子Ｔ１，Ｔ２を共通に接続し、各ブリッジ回路Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚには個別の出力端子Ｘ１，Ｘ２、Ｙ１，Ｙ２、Ｚ１，Ｚ２を設けている。本実施形態では、入力端子Ｔ１，Ｔ２に印加する電圧は直流電圧であって、入力端子Ｔ１に電圧ＶＤＤを印加し、入力端子Ｔ２を回路グランドＧＮＤに接続する。したがって、質量体１２の変位に伴って撓み部１３に生じる応力が、ピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４、Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４、Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４により電気量（抵抗値）に変換され、さらに、ブリッジＢｘ，Ｂｙ，Ｂｚにより電気量（電圧）に変換されて出力されるのである。 In the circuit configuration shown in FIG. 8, input terminals T1 and T2 for applying voltages to the three bridge circuits Bx, By and Bz are connected in common, and each bridge circuit Bx, By and Bz has an individual output terminal X1. , X2, Y1, Y2, Z1, Z2 are provided. In the present embodiment, the voltage applied to the input terminals T1 and T2 is a DC voltage, the voltage VDD is applied to the input terminal T1, and the input terminal T2 is connected to the circuit ground GND. Therefore, the stress generated in the bending portion 13 due to the displacement of the mass body 12 is caused by the piezoresistors Rx1, Rx2, Rx3, Rx4, Ry1, Ry2, Ry3, Ry4, Rz1, Rz2, Rz3, and Rz4. In addition, it is converted into an electric quantity (voltage) by the bridges Bx, By, Bz and output.

以下にセンサ基板１の動作例を説明する。いま、センサ基板１に加速度が作用していない状態からセンサ基板１に対してｘ軸方向の正向きに加速度が作用したとすると、ｘ軸方向の負向きに作用する質量体１２の慣性力によって支持部１１に対して質量体１２が変位し、コア部１２ａからｘ軸方向に延長された２本の撓み部１３が撓んで当該撓み部１３に形成されているピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４の抵抗値が変化する。このとき、ピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ３は引張応力を受け、ピエゾ抵抗Ｒｘ２，Ｒｘ４は圧縮応力を受ける。一般に、ピエゾ抵抗は引張応力を受けると抵抗値（抵抗率）が増加し、圧縮応力を受けると抵抗値（抵抗率）が減少する。したがって、ｘ軸方向の正向きに加速度が作用したときには、ピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ３の抵抗値が増加し、ピエゾ抵抗Ｒｘ２，Ｒｘ４の抵抗値が減少する。この動作によって、図８の左端のブリッジ回路Ｂｘの出力端子Ｘ１，Ｘ２間の電位差がｘ軸方向の加速度の大きさに応じて変化する。 Hereinafter, an operation example of the sensor substrate 1 will be described. Assuming that acceleration is applied in the positive direction in the x-axis direction to the sensor substrate 1 from a state in which no acceleration is applied to the sensor substrate 1, the inertial force of the mass body 12 acting in the negative direction in the x-axis direction is used. The mass body 12 is displaced with respect to the support portion 11, and the two bending portions 13 extended in the x-axis direction from the core portion 12a are bent to form the piezoresistors Rx1, Rx2, Rx3 formed in the bending portion 13. The resistance value of Rx4 changes. At this time, the piezoresistors Rx1 and Rx3 are subjected to tensile stress, and the piezoresistors Rx2 and Rx4 are subjected to compressive stress. In general, when a piezoresistor is subjected to a tensile stress, its resistance value (resistivity) increases, and when it receives a compressive stress, its resistance value (resistivity) decreases. Therefore, when acceleration acts in the positive direction in the x-axis direction, the resistance values of the piezo resistors Rx1 and Rx3 increase, and the resistance values of the piezo resistors Rx2 and Rx4 decrease. By this operation, the potential difference between the output terminals X1 and X2 of the leftmost bridge circuit Bx in FIG. 8 changes according to the magnitude of acceleration in the x-axis direction.

同様にして、ｙ軸方向の加速度が作用すれば図８の中央のブリッジ回路Ｂｙの出力端子Ｙ１，Ｙ２間の電位差がｙ軸方向の加速度の大きさに応じて変化し、ｚ軸方向の加速度が作用すれば図８の右端のブリッジ回路Ｂｚの出力端子Ｚ１，Ｚ２間の電位差がｚ軸方向の加速度の大きさに応じて変化する。 Similarly, if the acceleration in the y-axis direction acts, the potential difference between the output terminals Y1 and Y2 of the center bridge circuit By in FIG. 8 changes according to the magnitude of the acceleration in the y-axis direction, and the acceleration in the z-axis direction. As a result, the potential difference between the output terminals Z1 and Z2 of the bridge circuit Bz at the right end of FIG. 8 changes according to the magnitude of acceleration in the z-axis direction.

したがって、各ブリッジ回路Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚの出力電圧の変化をそれぞれ検出することにより、センサ基板１に作用したｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向それぞれの加速度を検出することができる。本実施形態では、質量体１２と４本の撓み部１３とピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４、Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４、Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４とによりセンシング部Ｄｓが構成される。 Therefore, by detecting the change in the output voltage of each bridge circuit Bx, By, Bz, the acceleration in the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction acting on the sensor substrate 1 can be detected. In the present embodiment, the sensing body Ds is configured by the mass body 12, the four bending portions 13, and the piezoresistors Rx1, Rx2, Rx3, Rx4, Ry1, Ry2, Ry3, Ry4, Rz1, Rz2, Rz3, Rz4. .

本実施形態は３軸の加速度センサであるから、センシング部Ｄｓと協働する回路部Ｄｃとしては、ブリッジ回路Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚの入力端子Ｔ１，Ｔ２に電圧を印加する電源回路、ブリッジ回路Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚの出力端子Ｘ１，Ｘ２、Ｙ２，Ｙ２、Ｚ１，Ｚ２に接続されブリッジ回路Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚの出力電圧を増幅する増幅回路などが必要であり、回路部Ｄｃは集積回路として形成される。回路部Ｄｃはセンサ基板１において、支持基板１０ａを有している部位の活性層１０ｃに形成される。すなわち、本実施形態では、支持部１１および質量体１２については、支持基板１０ａと絶縁層１０ｂと活性層１０ｃとからなるＳＯＩウェハの全体を用いて形成しているから、支持部１１と質量体１２とにおける活性層１０ｃを用いて回路部Ｄｃを形成している。ただし、質量体１２には回路部Ｄｃを設けなくてもよく、質量体１２に回路部Ｄｃを設けない場合には、リーフ部１２ｂにおける絶縁層１０ｂと活性層１０ｃとを除去してもよい。質量体１２に回路部Ｄｃを形成する場合には、支持部１１と質量体１２とに形成した回路部Ｄｃの間を、撓み部１３に拡散層配線または金属配線を形成することによって接続する。つまり、撓み部１３に回路部Ｄｃの内部配線を設ける。また、センサ基板１のうち撓み部１３には支持基板１０ａが存在せず、また撓み部１３は変形するから、撓み部１３には回路部Ｄｃは形成しない。 Since this embodiment is a triaxial acceleration sensor, the circuit unit Dc that cooperates with the sensing unit Ds includes a power supply circuit that applies a voltage to the input terminals T1 and T2 of the bridge circuits Bx, By, and Bz, and the bridge circuit Bx. , By, Bz output terminals X 1, X 2, Y 2, Y 2, Z 1, Z 2 are required to amplify the output voltage of the bridge circuits Bx, By, Bz, etc., and the circuit portion Dc is formed as an integrated circuit. Is done. The circuit portion Dc is formed on the active layer 10c of the sensor substrate 1 where the support substrate 10a is provided. That is, in the present embodiment, the support portion 11 and the mass body 12 are formed using the entire SOI wafer including the support substrate 10a, the insulating layer 10b, and the active layer 10c. The circuit part Dc is formed using the active layer 10c in the No. 12. However, the mass body 12 does not need to be provided with the circuit portion Dc, and when the mass body 12 is not provided with the circuit portion Dc, the insulating layer 10b and the active layer 10c in the leaf portion 12b may be removed. When the circuit portion Dc is formed on the mass body 12, the circuit portion Dc formed on the support portion 11 and the mass body 12 is connected by forming a diffusion layer wiring or a metal wiring on the bending portion 13. That is, the internal wiring of the circuit part Dc is provided in the bending part 13. Further, since the support substrate 10 a does not exist in the bending portion 13 of the sensor substrate 1 and the bending portion 13 is deformed, the circuit portion Dc is not formed in the bending portion 13.

センサ基板１の一表面（図１の上面）には、封止用金属層１８と接続用金属層１９とが形成される。接続用金属層１９は金属配線の一部であり、センシング部Ｄｓおよび回路部Ｄｃを外部回路と接続するための接続部として機能する。図６に金属配線のうち接続用金属層１９の近傍部位を示す。なお、拡散層配線の図示は省略してある。 A sealing metal layer 18 and a connection metal layer 19 are formed on one surface of the sensor substrate 1 (upper surface in FIG. 1). The connection metal layer 19 is a part of metal wiring, and functions as a connection part for connecting the sensing part Ds and the circuit part Dc to an external circuit. FIG. 6 shows the vicinity of the connecting metal layer 19 in the metal wiring. Note that the illustration of the diffusion layer wiring is omitted.

封止用金属層１８は、センサ基板１の外周縁の全周に沿う形で形成されており、センシング部Ｄｓおよび回路部Ｄｃを囲繞している。また、接続用金属層１９も支持部１１において封止用金属層１８の内側に配置される。接続用金属層１９を含む金属配線および封止用金属層１８は活性層１０ｃの表面を覆う絶縁膜１６の上に形成される。また、封止用金属層１８と接続用金属層１９とは同一の金属材料により形成されており、封止用金属層１８と接続用金属層１９とを同時かつ略同じ厚み寸法に形成することができる。 The sealing metal layer 18 is formed along the entire outer peripheral edge of the sensor substrate 1 and surrounds the sensing part Ds and the circuit part Dc. The connecting metal layer 19 is also disposed inside the sealing metal layer 18 in the support portion 11. The metal wiring including the connecting metal layer 19 and the sealing metal layer 18 are formed on the insulating film 16 covering the surface of the active layer 10c. Further, the sealing metal layer 18 and the connecting metal layer 19 are formed of the same metal material, and the sealing metal layer 18 and the connecting metal layer 19 are formed simultaneously and substantially in the same thickness. Can do.

センサ基板１において、ピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４、Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４、Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４および拡散層配線は、活性層１０ｃにおけるそれぞれの形成部位に適宜濃度のｐ形不純物をドーピングすることにより形成される。また、接続用金属層１９を除いた金属配線は、絶縁膜１６上にスパッタ法や蒸着法などにより成膜した金属膜（たとえば、Ａｌ膜、Ａｌ−Ｓｉ膜など）をリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングすることにより形成されており、金属配線は絶縁膜１６に設けたコンタクトホールを通して拡散層配線と電気的に接続されている。 In the sensor substrate 1, the piezoresistors Rx1, Rx2, Rx3, Rx4, Ry1, Ry2, Ry3, Ry4, Rz1, Rz2, Rz3, Rz4 and the diffusion layer wiring are p-types with appropriate concentrations at respective formation sites in the active layer 10c. It is formed by doping impurities. Further, the metal wiring excluding the connection metal layer 19 is obtained by applying a lithography technique and an etching technique to a metal film (for example, an Al film, an Al—Si film, etc.) formed on the insulating film 16 by a sputtering method or a vapor deposition method. The metal wiring is electrically connected to the diffusion layer wiring through a contact hole provided in the insulating film 16.

封止用金属層１８および接続用金属層１９は、接合用のＡｕ膜を表面に備え、Ａｕ膜と絶縁膜１６との間には密着性改善用のＴｉ膜を介在させてある。つまり、封止用金属層１８および接続用金属層１９は、絶縁膜１６上に形成されたＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上に形成されたＡｕ膜との積層膜により形成されている。 The sealing metal layer 18 and the connection metal layer 19 have a bonding Au film on the surface, and a Ti film for improving adhesion is interposed between the Au film and the insulating film 16. That is, the sealing metal layer 18 and the connection metal layer 19 are formed of a laminated film of a Ti film formed on the insulating film 16 and an Au film formed on the Ti film.

なお、封止用金属層１８および接続用金属層１９は、Ｔｉ膜の膜厚を１５〜５０ｎｍ、Ａｕ膜の膜厚を５００ｎｍに設定してあり、接続用金属層１９を除く金属配線の膜厚は１μｍに設定してある。ただし、これらの数値は一例であって限定する趣旨ではない。 The sealing metal layer 18 and the connection metal layer 19 have a Ti film thickness of 15 to 50 nm and an Au film thickness of 500 nm. The metal wiring film excluding the connection metal layer 19 The thickness is set to 1 μm. However, these numerical values are merely examples and are not intended to be limiting.

電極形成基板２は、図１に示すように、センサ基板１との対向面（図１における下面）の中央部に、センサ基板１の厚み方向における質量体１２および撓み部１３の変位空間を確保する（質量体１２の変位量を規制する）ための変位用凹所２１が形成される。また、電極形成基板２におけるセンサ基板１との対向面の周部には電極形成基板２の外周縁の全周に沿うように封止用金属層２８が形成される。電極形成基板２の封止用金属層２８は、センサ基板１に電極形成基板２を重ね合わせたときに、センサ基板１の封止用金属層１８に重なる部位に形成してあり、封止用金属層１８，２８が互いに接合されることによって、センサ基板１と電極形成基板２との間が封止されるようにしてある。 As shown in FIG. 1, the electrode forming substrate 2 secures a displacement space for the mass body 12 and the bending portion 13 in the thickness direction of the sensor substrate 1 at the center of the surface facing the sensor substrate 1 (the lower surface in FIG. 1). Displacement recesses 21 are formed to perform (to regulate the displacement amount of the mass body 12). In addition, a sealing metal layer 28 is formed along the entire circumference of the outer peripheral edge of the electrode forming substrate 2 on the peripheral portion of the electrode forming substrate 2 facing the sensor substrate 1. The sealing metal layer 28 of the electrode forming substrate 2 is formed in a portion that overlaps the sealing metal layer 18 of the sensor substrate 1 when the electrode forming substrate 2 is superimposed on the sensor substrate 1. The metal layers 18 and 28 are bonded to each other so that the space between the sensor substrate 1 and the electrode forming substrate 2 is sealed.

電極形成基板２におけるセンサ基板１との対向面の適所には、電極形成基板２の厚み方向に貫通する複数の貫通孔２２が形成される。図６（ａ）には貫通孔２２を封止用金属層２８と変位用凹所２１との間の領域に形成した例を示しており、図６（ｂ）には貫通孔２２を変位用凹所２１の内底面に対応する領域に形成した例を示している。電極形成基板２の厚み方向の両面および貫通孔２２の内周面には熱酸化により形成したシリコン酸化膜である絶縁膜２３が連続して形成される。また、貫通孔２２には電極形成基板２の厚み方向の表裏に貫通する貫通孔配線２４が形成される。したがって、貫通孔配線２４と貫通孔２２の内周面との間に絶縁膜２３の一部が介在する。電極形成基板２に設けられる複数の貫通孔配線２４は互いに離間して配置される。貫通孔配線２４の材料としてはＣｕを採用するのが望ましいが、Ｃｕに限らず、たとえば、Ｎｉなどを採用してもよい。 A plurality of through holes 22 penetrating in the thickness direction of the electrode forming substrate 2 are formed at appropriate positions on the surface of the electrode forming substrate 2 facing the sensor substrate 1. FIG. 6A shows an example in which the through hole 22 is formed in the region between the sealing metal layer 28 and the displacement recess 21, and FIG. 6B shows the through hole 22 for displacement. The example formed in the area | region corresponding to the inner bottom face of the recess 21 is shown. An insulating film 23 which is a silicon oxide film formed by thermal oxidation is continuously formed on both surfaces in the thickness direction of the electrode forming substrate 2 and the inner peripheral surface of the through hole 22. Further, a through-hole wiring 24 penetrating the front and back in the thickness direction of the electrode forming substrate 2 is formed in the through-hole 22. Therefore, a part of the insulating film 23 is interposed between the through-hole wiring 24 and the inner peripheral surface of the through-hole 22. The plurality of through-hole wirings 24 provided on the electrode forming substrate 2 are arranged apart from each other. Although it is desirable to employ Cu as the material of the through-hole wiring 24, it is not limited to Cu, and for example, Ni may be employed.

電極形成基板２におけるセンサ基板１との対向面のうち変位用凹所２１を囲む部位には、各貫通孔配線２４とそれぞれ電気的に接続された複数の接続用金属層２９が形成される。接続用金属層２９は、封止用金属層２８の内側に配置されている。接続用金属層２９は、一部が貫通孔配線２４の一端部に電気的に接合されており、他部位がセンサ基板１の接続用金属層１９と接合されるように配置してある。つまり、センサ基板１に電極形成基板２を重ね合わせたときに、貫通孔配線２４と当該貫通孔配線２４に対応する接続用金属層１９との位置がずれるように配置してある。接続用金属層２９と封止用金属層２８とは同一の金属材料により形成されており、接続用金属層２９と封止用金属層２８とを同時かつ略同じ厚み寸法に形成することができる。 A plurality of connection metal layers 29 electrically connected to the respective through-hole wirings 24 are formed in a portion surrounding the displacement recess 21 on the surface of the electrode forming substrate 2 facing the sensor substrate 1. The connecting metal layer 29 is disposed inside the sealing metal layer 28. A part of the connection metal layer 29 is electrically bonded to one end of the through-hole wiring 24, and the other part is arranged to be bonded to the connection metal layer 19 of the sensor substrate 1. That is, when the electrode forming substrate 2 is superimposed on the sensor substrate 1, the positions of the through-hole wiring 24 and the connection metal layer 19 corresponding to the through-hole wiring 24 are shifted. The connecting metal layer 29 and the sealing metal layer 28 are formed of the same metal material, and the connecting metal layer 29 and the sealing metal layer 28 can be formed simultaneously and substantially in the same thickness. .

図６（ａ）のように貫通孔２２が変位用凹所２１の周囲に形成されている場合には、接続用金属層２９から貫通孔配線２４までの電路の引き回しは不要である。一方、図６（ｂ）のように貫通孔２２の一端が変位用凹所２１の内底面に位置する場合には、接続用金属層２９と貫通孔配線２４との間が離間しているから、電路の引き回しが必要になる。そこで、接続用金属層２９と貫通孔配線２４との間に中間配線２６を形成している。中間配線２６は接続用金属層２９と一体に連続して形成される。 When the through hole 22 is formed around the displacement recess 21 as shown in FIG. 6A, it is not necessary to route the electric circuit from the connecting metal layer 29 to the through hole wiring 24. On the other hand, when one end of the through hole 22 is located on the inner bottom surface of the displacement recess 21 as shown in FIG. 6B, the connection metal layer 29 and the through hole wiring 24 are separated from each other. It is necessary to route the electric circuit. Therefore, an intermediate wiring 26 is formed between the connecting metal layer 29 and the through-hole wiring 24. The intermediate wiring 26 is formed integrally and continuously with the connecting metal layer 29.

また、センサ基板１において接続用金属層１９は、他の金属配線に対して積層してあり、積層部位の厚み寸法が接続用金属層１９のみの部位よりも大きくなっている。そこで、センサ基板１において接続用金属層１９と他の金属配線との積層部位は、電極形成基板２と重ね合わせたときに電極形成基板２に設けた変位用凹所２１に位置するように位置が決められている。 Further, in the sensor substrate 1, the connecting metal layer 19 is laminated with respect to other metal wirings, and the thickness dimension of the laminated part is larger than the part of the connecting metal layer 19 alone. Therefore, in the sensor substrate 1, the laminated portion of the connection metal layer 19 and the other metal wiring is positioned so as to be positioned in the displacement recess 21 provided in the electrode formation substrate 2 when it is superimposed on the electrode formation substrate 2. Is decided.

中間配線２６と封止用金属層２８と接続用金属層２９とは、接合用のＡｕ膜を表面に備え、Ａｕ膜と絶縁膜２３との間には密着性改善用のＴｉ膜を介在させてある。つまり、中間配線２６と封止用金属層２８と接続用金属層２９とは、絶縁膜２３上に形成されたＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上に形成されたＡｕ膜との積層膜により形成されている。 The intermediate wiring 26, the sealing metal layer 28, and the connection metal layer 29 have a bonding Au film on the surface, and a Ti film for improving adhesion is interposed between the Au film and the insulating film 23. It is. That is, the intermediate wiring 26, the sealing metal layer 28, and the connection metal layer 29 are formed by a laminated film of a Ti film formed on the insulating film 23 and an Au film formed on the Ti film. Yes.

なお、中間配線２６と封止用金属層２８と接続用金属層２９とは、Ｔｉ膜の膜厚を１５〜５０ｎｍ、Ａｕ膜の膜厚を５００ｎｍに設定してある。ただし、これらの数値は一例であって限定する趣旨ではない。 The intermediate wiring 26, the sealing metal layer 28, and the connection metal layer 29 have a Ti film thickness of 15 to 50 nm and an Au film thickness of 500 nm. However, these numerical values are merely examples and are not intended to be limiting.

電極形成基板２の厚み方向の各面のうちセンサ基板１の対向面とは反対側の表面には、外部回路との接続用電極となる半田リフロー用のパッド電極２５が形成されている。各パッド電極２５は、各貫通孔配線２４の他端部にそれぞれ電気的に接続される。各パッド電極２５は、外周形状が矩形状（たとえば、正方形状）であり、電極形成基板２の表面に略等間隔で離間して配置されている。各パッド電極２５の大きさ、および隣り合うパッド電極２５の間の距離は、それぞれ半田リフローに適した大きさを下回らないように設計してある。 A solder reflow pad electrode 25 serving as an electrode for connection to an external circuit is formed on the surface of the electrode forming substrate 2 in the thickness direction opposite to the surface facing the sensor substrate 1. Each pad electrode 25 is electrically connected to the other end of each through-hole wiring 24. Each pad electrode 25 has a rectangular outer shape (for example, a square shape), and is arranged on the surface of the electrode forming substrate 2 at substantially equal intervals. The size of each pad electrode 25 and the distance between adjacent pad electrodes 25 are designed so as not to fall below a size suitable for solder reflow.

パッド電極２５の個数やレイアウトは様々であるから、センサ基板１に設けた接続用金属層１９の位置と、当該接続用金属層１９に電気的に接続するパッド電極２５の位置との位置が異なる場合には、上述した中間配線２６を設けて電路を引き回すことにより各パッド電極２５と接続用金属層１９との電気的接続を可能にしている。つまり、電極形成基板２におけるパッド電極２５のレイアウトに応じて、接続用金属層１９と接続用金属層２９との接合部位と、接続用金属層２９と貫通孔配線２４との接続部位との相対的な位置関係を調整する中間配線２６を形成する。 Since the number and layout of the pad electrodes 25 are various, the position of the connection metal layer 19 provided on the sensor substrate 1 is different from the position of the pad electrode 25 electrically connected to the connection metal layer 19. In this case, the above-described intermediate wiring 26 is provided and the electric circuit is routed to allow the pad electrode 25 and the connecting metal layer 19 to be electrically connected. That is, according to the layout of the pad electrode 25 on the electrode forming substrate 2, the relative positions of the joint portion between the connection metal layer 19 and the connection metal layer 29 and the connection portion between the connection metal layer 29 and the through-hole wiring 24. The intermediate wiring 26 for adjusting the general positional relationship is formed.

したがって、図６（ｂ）のように、電極形成基板２におけるセンサ基板１との対向面のうち変位用凹所２１の周囲に接続用金属層２８を形成しながらも、貫通孔配線２４を設ける部位は変位用凹所２１の周部に制限せず、変位用凹所２１の内底面に対応する部位にも貫通孔配線２４を設けることができる。この位置関係であると、貫通孔配線２４と接続用金属層２８との位置が異なっているが、変位用凹所２１の内底面に沿って中間配線２６を引き回すことにより接続用金属層２８を貫通孔配線２４に電気的に接続することが可能になる。 Therefore, as shown in FIG. 6B, the through-hole wiring 24 is provided while the connection metal layer 28 is formed around the displacement recess 21 in the surface of the electrode forming substrate 2 facing the sensor substrate 1. The portion is not limited to the peripheral portion of the displacement recess 21, and the through-hole wiring 24 can also be provided at a portion corresponding to the inner bottom surface of the displacement recess 21. With this positional relationship, the positions of the through-hole wiring 24 and the connection metal layer 28 are different, but the connection metal layer 28 is drawn by routing the intermediate wiring 26 along the inner bottom surface of the displacement recess 21. It is possible to electrically connect to the through-hole wiring 24.

一例として、電極形成基板２の一面に設定した６×６の正方格子の格子点上に正方形状のパッド電極２６を配置した例を図７に示す。図示例では、センサ基板１の各辺に沿ってそれぞれ１１個の接続用金属層１９が１列ずつ配列してあり、これらの接続用金属層１９と各パッド電極２６とを必要に応じて電気的に接続している。 As an example, FIG. 7 shows an example in which square pad electrodes 26 are arranged on lattice points of a 6 × 6 square lattice set on one surface of the electrode forming substrate 2. In the illustrated example, 11 connecting metal layers 19 are arranged in a row along each side of the sensor substrate 1, and the connecting metal layers 19 and the pad electrodes 26 are electrically connected as necessary. Connected.

電極形成基板２の周部に配列したパッド電極２５は接続用金属層１９に重複するから、接続用金属層１９に接合される接続用金属層２９とこれらのパッド電極２５との間は貫通孔端縁２２により直接接続される。一方、電極形成基板２の中央部に配列したパッド電極２５は接続用金属層１９とはずれて位置しているから、パッド電極２５ごとに貫通孔配線２４を設けるだけでは接続用金属層１９とこれらのパッド電極２５とを電気的に接続することができない。つまり、これらの貫通孔配線２４の一端は変位用凹所２１の内底面に位置している。そこで、接続用金属層１９に接合される接続用金属層２９と貫通孔配線２４との間で電路を引き回す中間配線２６を設け、接続用金属層２９と貫通孔配線２４との間の電気的接続を行っている。この構成により、パッド電極２５のレイアウトが接続用金属層１９のレイアウトの制約を受けず、電極形成基板２の面積の全体を用いてパッド電極２５を配列することが可能になる。すなわち、センサ基板１に形成される接続用金属層１９がフリップチップ実装に対応する程度の寸法および間隔であったとしても、電極形成基板２には半田リフロー用の寸法および間隔を持つ電極パッド２５を形成することが可能になる。 Since the pad electrodes 25 arranged on the periphery of the electrode forming substrate 2 overlap the connecting metal layer 19, there is a through hole between the connecting metal layer 29 joined to the connecting metal layer 19 and these pad electrodes 25. Directly connected by the edge 22. On the other hand, since the pad electrode 25 arranged in the center part of the electrode forming substrate 2 is located away from the connection metal layer 19, the connection metal layer 19 and these can be formed only by providing the through-hole wiring 24 for each pad electrode 25. The pad electrode 25 cannot be electrically connected. That is, one end of these through-hole wirings 24 is located on the inner bottom surface of the displacement recess 21. Therefore, an intermediate wiring 26 is provided between the connecting metal layer 29 joined to the connecting metal layer 19 and the through-hole wiring 24, and an electrical wiring between the connecting metal layer 29 and the through-hole wiring 24 is provided. Connecting. With this configuration, the layout of the pad electrode 25 is not limited by the layout of the connecting metal layer 19, and the pad electrode 25 can be arranged using the entire area of the electrode forming substrate 2. In other words, even if the connecting metal layer 19 formed on the sensor substrate 1 has a size and a spacing corresponding to flip chip mounting, the electrode pad 25 having a size and a spacing for solder reflow is provided on the electrode forming substrate 2. Can be formed.

各パッド電極２５は、厚み方向に積層されたＴｉ膜とＣｕ膜とＮｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成されており、最上層がＡｕ膜となっている。各パッド電極２５は、厚み方向に積層された少なくとも二層の金属膜により構成され、かつ最上層の金属膜がＡｕにより形成されるとともに最上層直下の金属膜がＮｉにより形成されていれば、最上層の金属膜がＡｕで形成されていることにより酸化を防止することができ、また、最上層直下の金属膜がＮｉで形成されていることにより、Ｃｕにより形成されている場合に比べて半田に溶食されにくくなり、膜厚を薄くすることが可能になる。また、各パッド電極２５の厚み方向の最下層の金属膜がＴｉにより形成されていることにより、各パッド電極２５と絶縁膜２３との密着性を高めることができる。 Each pad electrode 25 is composed of a laminated film of a Ti film, a Cu film, a Ni film, and an Au film laminated in the thickness direction, and the uppermost layer is an Au film. Each pad electrode 25 is composed of at least two layers of metal films laminated in the thickness direction, and if the uppermost metal film is formed of Au and the metal film immediately below the uppermost layer is formed of Ni, Since the uppermost metal film is made of Au, oxidation can be prevented, and the metal film immediately below the uppermost layer is made of Ni, so that it can be compared with the case of being made of Cu. It becomes difficult to be eroded by the solder, and the film thickness can be reduced. Further, since the lowermost metal film in the thickness direction of each pad electrode 25 is formed of Ti, the adhesion between each pad electrode 25 and the insulating film 23 can be enhanced.

カバー基板３は、センサ基板１の厚み方向において電極形成基板２とは反対側の面に封着される。カバー基板３におけるセンサ基板１との対向面の中央部には、質量体１２の変位を許容する（質量体１２の変位量を規制する）空間を形成する変位用凹所３１が形成される。変位用凹所３１の深さは、たとえば、５〜１０μｍに設定される。変位用凹所３１は、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して形成する。 The cover substrate 3 is sealed to the surface opposite to the electrode forming substrate 2 in the thickness direction of the sensor substrate 1. A displacement recess 31 that forms a space that allows displacement of the mass body 12 (regulates the amount of displacement of the mass body 12) is formed at the center of the surface of the cover substrate 3 that faces the sensor substrate 1. The depth of the displacement recess 31 is set to 5 to 10 μm, for example. The displacement recess 31 is formed using a lithography technique and an etching technique.

なお、カバー基板３に変位用凹所３１を形成する構成に代えて、質量体１２の厚み寸法を調節することによって、質量体１２の変位量を規制してもよい。すなわち、質量体１２のコア部１２ａおよび各リーフ部１２ｂのうちＳＯＩウェハの支持基板１０ａを利用して形成されている部位の厚み寸法を、支持部１１において支持基板１０ａを利用して形成されている部位の厚み寸法よりも小さくすればよい。この構成では、質量体１２における支持基板１０ａの厚み寸法と支持部１１における支持基板１０ａの厚み寸法との差が、センサ基板１の厚み方向において許容する質量体１２の変位量になる。 Note that the displacement amount of the mass body 12 may be regulated by adjusting the thickness dimension of the mass body 12 instead of forming the displacement recess 31 in the cover substrate 3. That is, the thickness dimension of the part formed using the support substrate 10a of the SOI wafer in the core portion 12a and each leaf portion 12b of the mass body 12 is formed in the support portion 11 using the support substrate 10a. What is necessary is just to make it smaller than the thickness dimension of the site | part which exists. In this configuration, the difference between the thickness dimension of the support substrate 10 a in the mass body 12 and the thickness dimension of the support substrate 10 a in the support portion 11 is the displacement amount of the mass body 12 that is allowed in the thickness direction of the sensor substrate 1.

上述した加速度センサを製造するにあたっては、多数個のセンサ基板１を形成したＳＯＩウェハと、多数個の電極形成基板２を形成したシリコンウェハと、多数個のカバー基板３を形成したシリコンウェハとをウェハレベルで互いに接合した後に、ダイシング工程により個別に切断分離する。ウェハレベルでの接合時には、センサ基板１に形成された封止用金属層１８および接続用金属層１９と、電極形成基板２に形成された封止用金属層２８および接続用金属層２９とが互いに接合されることによりセンサ基板１に電極形成基板２が接合される。また、センサ基板１とカバー基板３とは互いの対向面の周部同士が接合される。このような製造工程を採用することにより、電極形成基板２とカバー基板３とがセンサ基板１と同じ外形寸法になり、小型のチップサイズパッケージを容易に製造することができる。 In manufacturing the acceleration sensor described above, an SOI wafer on which a large number of sensor substrates 1 are formed, a silicon wafer on which a large number of electrode forming substrates 2 are formed, and a silicon wafer on which a large number of cover substrates 3 are formed. After being bonded to each other at the wafer level, they are individually cut and separated by a dicing process. At the time of bonding at the wafer level, the sealing metal layer 18 and the connection metal layer 19 formed on the sensor substrate 1, and the sealing metal layer 28 and the connection metal layer 29 formed on the electrode forming substrate 2 are formed. The electrode forming substrate 2 is bonded to the sensor substrate 1 by being bonded to each other. Further, the sensor substrate 1 and the cover substrate 3 are joined to each other at the peripheral portions of the opposing surfaces. By adopting such a manufacturing process, the electrode forming substrate 2 and the cover substrate 3 have the same outer dimensions as the sensor substrate 1, and a small chip size package can be easily manufactured.

ところで、センサ基板１と電極形成基板２およびカバー基板３との接合方法としては、接合後におけるセンサ基板１の残留応力を少なくすることが望ましい。したがって、低温での接合が可能な接合方法を採用することが望ましい。そこで、本実施形態では、常温接合法を採用している。 By the way, as a joining method of the sensor substrate 1, the electrode formation substrate 2, and the cover substrate 3, it is desirable to reduce the residual stress of the sensor substrate 1 after joining. Therefore, it is desirable to employ a bonding method that enables bonding at a low temperature. Therefore, in this embodiment, a room temperature bonding method is adopted.

常温接合法では、接合前に互いの接合面へアルゴンのプラズマもしくはイオンビームもしくは原子ビームを真空中で照射することにより、各接合面の清浄化および活性化を行い、次に接合面同士を接触させ、常温下で適宜の荷重を印加する。このとき、封止用金属層１８と封止用金属層２８とが接合されると同時に、接続用金属層１９と接続用金属層２９とが接合され、また常温下でセンサ基板１の支持部１１とカバー基板３の周部とが接合される。 In the room temperature bonding method, each bonding surface is cleaned and activated by irradiating the bonding surfaces with argon plasma, ion beam or atomic beam in vacuum before bonding, and then the bonding surfaces are brought into contact with each other. And apply an appropriate load at room temperature. At this time, the sealing metal layer 18 and the sealing metal layer 28 are bonded together, and at the same time, the connection metal layer 19 and the connection metal layer 29 are bonded, and the support portion of the sensor substrate 1 at room temperature. 11 and the peripheral portion of the cover substrate 3 are joined.

本実施形態のセンサ装置では、センサ基板１と電極形成基板２との間の接合がＡｕ−Ａｕ接合になり、センサ基板１とカバー基板３との接合がＳｉ−Ｓｉ接合になる。また、本実施形態では、センサ基板１と電極形成基板２とカバー基板３とが同じ半導体材料であるＳｉにより形成されているので、センサ基板１と電極形成基板２とカバー基板３との線膨張率差に起因した応力（センサ基板１における残留応力）がブリッジ回路Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚの出力に与える影響を低減できる。つまり、電極形成基板２とカバー基板３とがセンサ基板１とは異なる材料により形成されている場合に比較すると、製品毎のセンサ特性のばらつきを低減することができる。 In the sensor device of this embodiment, the bonding between the sensor substrate 1 and the electrode forming substrate 2 is an Au—Au bonding, and the bonding between the sensor substrate 1 and the cover substrate 3 is an Si—Si bonding. In the present embodiment, since the sensor substrate 1, the electrode formation substrate 2, and the cover substrate 3 are formed of Si, which is the same semiconductor material, the linear expansion of the sensor substrate 1, the electrode formation substrate 2, and the cover substrate 3 is performed. It is possible to reduce the influence of stress (residual stress in the sensor substrate 1) resulting from the rate difference on the outputs of the bridge circuits Bx, By, Bz. That is, as compared with the case where the electrode forming substrate 2 and the cover substrate 3 are formed of a material different from that of the sensor substrate 1, variations in sensor characteristics for each product can be reduced.

ここに、互いに接合される接続用金属層１９，２９と封止用金属層１８，２８とにそれぞれ同じ金属材料を用いているので、接続用金属層１９と接続用金属層２９との接合と封止用金属層１８と封止用金属層２８との接合とを同時に行うことが可能であり、接合箇所ごとに半田を供給する工程およびリフロー工程を伴う製造方法に比較すると、製造プロセスの大幅な簡素化が図れるとともに、センサ基板１の厚み方向における電極形成基板２の位置精度を高めることができる。なお、上述した構成例では、センサ基板１の形成にＳＯＩウェハを用いているが、この構成は必須ではなく、ＳＯＩウェハに代えて、たとえばシリコンウェハを採用してもよい。 Here, since the same metal material is used for each of the connecting metal layers 19 and 29 and the sealing metal layers 18 and 28 to be joined to each other, the joining of the connecting metal layer 19 and the connecting metal layer 29 is performed. The sealing metal layer 18 and the sealing metal layer 28 can be bonded at the same time. Compared to a manufacturing method that involves supplying solder at each bonding location and a reflow process, the manufacturing process can be greatly increased. In addition, the positional accuracy of the electrode forming substrate 2 in the thickness direction of the sensor substrate 1 can be increased. In the configuration example described above, an SOI wafer is used to form the sensor substrate 1, but this configuration is not essential, and a silicon wafer, for example, may be employed instead of the SOI wafer.

上述した加速度センサでは、電極形成基板２においてセンサ基板１との対向面とは反対側の表面にパッド電極２５が形成されているので、インターポーザを用いることなく半田リフローにより実装基板に実装することが可能である。また、接続用金属層１９と接続用金属層２９との接合部位と接続用金属層２９と貫通孔配線２４との接続部位との相対的な位置関係を調整する中間配線２６を必要に応じて設けているので、電極形成基板２におけるパッド電極２５の大きさや位置などのレイアウトの自由度が高くなり、加速度センサにおける平面寸法（パッド電極２５を配列した面の面積）の小型化が図れる。中間配線２６は電極形成基板２の接続用金属層２９に設けるほか、センサ基板１の接続用金属層１９に形成することも可能である。 In the acceleration sensor described above, since the pad electrode 25 is formed on the surface of the electrode forming substrate 2 opposite to the surface facing the sensor substrate 1, it can be mounted on the mounting substrate by solder reflow without using an interposer. Is possible. Further, if necessary, an intermediate wiring 26 for adjusting the relative positional relationship between the connecting portion between the connecting metal layer 19 and the connecting metal layer 29 and the connecting portion between the connecting metal layer 29 and the through-hole wiring 24 is used. Since it is provided, the degree of freedom in layout such as the size and position of the pad electrode 25 in the electrode forming substrate 2 is increased, and the planar dimension (area of the surface on which the pad electrode 25 is arranged) in the acceleration sensor can be reduced. The intermediate wiring 26 can be formed on the connection metal layer 29 of the sensor substrate 1 in addition to being provided on the connection metal layer 29 of the electrode forming substrate 2.

（実施形態２）
実施形態１では、貫通孔配線２４の一部は一端が変位用凹所２１の周部（変位用凹所２１の外側）に配置され、残りは一端が変位用凹所２１の内底面に配置されている。したがって、貫通孔配線２４を設ける場所に応じて貫通孔配線２４の長さが異なっている。長さの異なる貫通孔配線２４を形成することは可能であるが、品質にばらつきを生じやすくなる。 (Embodiment 2)
In the first embodiment, one end of the through-hole wiring 24 is disposed on the peripheral portion of the displacement recess 21 (outside the displacement recess 21), and the other end is disposed on the inner bottom surface of the displacement recess 21. Has been. Therefore, the length of the through-hole wiring 24 differs depending on the place where the through-hole wiring 24 is provided. Although it is possible to form the through-hole wirings 24 having different lengths, the quality tends to vary.

そこで、本実施形態では、図９に示すように、すべての貫通孔配線２４について一端を変位用凹所２１の内底面に位置させている。この配置によって、電極形成基板２に形成されるすべての貫通孔配線２４の長さが等しくなり、各貫通孔配線２４を同条件で形成することができるから、貫通孔配線２４の品質のばらつきを抑制することができる。なお、本実施形態では、接続用金属層２９と各貫通孔配線２４との間の電気的接続には、かならず中間配線２６を用いることになる。他の構成および動作は実施形態１と同様である。 Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 9, one end of each through-hole wiring 24 is positioned on the inner bottom surface of the displacement recess 21. With this arrangement, the lengths of all the through-hole wirings 24 formed on the electrode forming substrate 2 are equal, and each through-hole wiring 24 can be formed under the same conditions. Can be suppressed. In the present embodiment, the intermediate wiring 26 is always used for the electrical connection between the connecting metal layer 29 and each through-hole wiring 24. Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment.

実施形態１に用いるセンサ基板の平面図である。2 is a plan view of a sensor substrate used in Embodiment 1. FIG. 同上の図１におけるＡ−Ａ′線断面に相当する階段断面図である。FIG. 2 is a step sectional view corresponding to a section taken along line AA ′ in FIG. 同上に用いるセンサ基板のセンシング部を示す要部平面図である。It is a principal part top view which shows the sensing part of the sensor board | substrate used for the same as the above. 図３のＢ−Ａ′線断面における縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view in the BA 'line cross section of FIG. 図３のＡ−Ａ′線断面における縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view in the AA 'line cross section of FIG. （ａ）は図２のＣ−Ｃ′線断面に相当する縦断面図、（ｂ）は図２のＤ−Ｄ′線断面に相当する縦断面図である。(A) is a longitudinal cross-sectional view corresponding to the CC 'line cross section of FIG. 2, (b) is a vertical cross-sectional view corresponding to the DD' line cross section of FIG. 同上に用いる電極形成基板の平面図である。It is a top view of the electrode formation board | substrate used for the same as the above. 同上の回路図である。It is a circuit diagram same as the above. 実施形態２に用いる電極形成基板の平面図である。6 is a plan view of an electrode forming substrate used in Embodiment 2. FIG. 従来構成を示すセンサ基板の平面図である。It is a top view of the sensor board | substrate which shows a conventional structure.

Explanation of symbols

１センサ基板
２電極形成基板
１２質量体（可動部）
１３撓み部（可動部）
１９接続用金属層（接続部）
２１変位用凹所
２４貫通孔配線
２５パッド電極
２６中間配線
Ｄｃ回路部
Ｄｓセンシング部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sensor substrate 2 Electrode formation board 12 Mass body (movable part)
13 Deflection part (movable part)
19 Metal layer for connection (connection part)
21 Displacement recess 24 Through-hole wiring 25 Pad electrode 26 Intermediate wiring Dc Circuit part Ds Sensing part

Claims

A sensor substrate having a sensing portion having a movable portion formed of a semiconductor substrate and allowed to move at least in the thickness direction and having a circuit portion that is an integrated circuit cooperating with the sensing portion, and a sensor substrate in the thickness direction. And an electrode forming substrate having a displacement recess that forms a space in which the movable portion is displaced on the surface facing the sensor substrate. The sensor substrate has an outer peripheral edge of the sensor substrate on the one surface. A first sealing metal layer disposed along the entire circumference, and a plurality of first metal layers serving as connecting portions of electrical circuits disposed on the sensor substrate and disposed on the inner side of the first sealing metal layer. 1 connecting metal layer is formed, and the electrode forming substrate is a region that surrounds the displacement recess, and is along the entire circumference of the outer peripheral edge of the electrode forming substrate at the periphery of the surface facing the sensor substrate. Second room temperature bonded to the first sealing metal layer A plurality of second connection metal layers each bonded at room temperature to each first connection metal layer in a region between the stop metal layer and the second sealing metal layer and the displacement recess; , A plurality of pad electrodes arranged on the surface opposite to the surface facing the sensor substrate and connected to an external circuit, and a plurality of through-hole wirings penetrating the electrode forming substrate and having one end continuous with each pad electrode. The first sealing metal layer and the first connection metal layer are formed of the same metal material and have the same thickness, and the second sealing metal layer and the second connection metal layer are Are formed with the same thickness by the same metal material, and the activated bonding surfaces are bonded to each other at room temperature, and at least the other end of the through-hole wiring is disposed on the inner bottom surface of the displacement recess, Between the through hole wiring and the second connecting metal layer is an electrode forming substrate. There sensor device, characterized in that it is electrically connected via an intermediate wiring of the metal film formed on the surface facing the sensor substrate.

The sensor device according to claim 1, wherein all the other ends of the through-hole wiring are arranged on an inner bottom surface of the displacement recess.

A circuit unit cooperating with the sensing unit is formed as an integrated circuit in a portion of the sensor substrate facing the displacement recess, and the first connecting metal layer is connected to the circuit unit. The sensor device according to claim 1 or 2.