JP4858064B2 - Mechanical quantity detection sensor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、力学量検出センサおよびその製造方法に関する。力学量検出センサには、例えば、加速度センサ、角速度センサが含まれる。 The present invention relates to a mechanical quantity detection sensor and a manufacturing method thereof. Examples of the mechanical quantity detection sensor include an acceleration sensor and an angular velocity sensor.
半導体からなるトランデューサ構造体をガラス基板に接合して構成される、加速度を検出する力学量検出センサの技術が開示されている（特許文献１参照）。
しかしながら、トランデューサ構造体にガラス基板を陽極接合する際に、錘部（重量部）がガラス基板に静電引力により引き寄せられて接合されてしまい、錘部が作動せず、力学量検出センサとして機能しない状態になる可能性があることが判った。
上記に鑑み、本発明は半導体からなるトランデューサ構造体とガラス基板との陽極接合の際に、錘部（重量部）とガラス基板との接合を防止することが可能な力学量検出センサおよびその製造方法を提供することを目的とする。
However, when the glass substrate is anodically bonded to the transducer structure, the weight portion (weight portion) is attracted and joined to the glass substrate by electrostatic attraction, and the weight portion does not operate, and as a mechanical quantity detection sensor It has been found that there is a possibility that it will not function.
In view of the above, the present invention provides a mechanical quantity detection sensor capable of preventing bonding between a weight part (weight part) and a glass substrate during anodic bonding between a transducer structure made of a semiconductor and a glass substrate, and its sensor An object is to provide a manufacturing method.
本発明の一態様に係る力学量検出センサは、開口を有する固定部と、この開口内に配置され、かつ前記固定部に対して変位する変位部と、前記固定部と前記変位部とを接続する接続部と、を有し、かつ平板状の第１の半導体材料から一体的に構成される第１の構造体と、前記変位部に接合される重量部と、前記重量部を囲んで配置され、かつ前記固定部に接合される台座と、を有し、第２の半導体材料から構成され、かつ前記第１の構造体に積層して配置される第２の構造体と、前記固定部と前記台座とを接合する第１の接合部と、前記変位部と前記重量部とを接続する第２の接合部と、を有し、絶縁性材料から構成され、かつ前記第１の構造体と前記第２の構造体とを接合する接合体と、前記変位部の変位を検出する変位検出部と、前記台座に接続されて前記第２の構造体に積層配置され、前記重量部との対向面に配置される第１の導電性部材を有し、絶縁性材料から構成される第１の基体と、前記固定部と前記台座とを電気的に接続する第１の導通部と、前記変位部と前記重量部とを電気的に接続する第２の導通部とを具備し、前記第１の基体が、少なくとも前記第１の基体と前記第２の構造体との接合時に、前記第１の導電性部材と前記台座とを電気的に接続する第１の導電部を有することを特徴とする。 A mechanical quantity detection sensor according to an aspect of the present invention includes a fixed portion having an opening, a displacement portion disposed in the opening and displaced with respect to the fixed portion, and the fixed portion and the displacement portion connected to each other. A first structure body integrally formed from a flat plate-like first semiconductor material, a weight portion joined to the displacement portion, and disposed so as to surround the weight portion. And a pedestal joined to the fixed part, the second structure made of a second semiconductor material and disposed in a stacked manner on the first structure, and the fixed part And a first joint that joins the pedestal, and a second joint that connects the displacement part and the weight part. The first structure is made of an insulating material. A joined body that joins the second structure, a displacement detection unit that detects a displacement of the displacement unit, and the platform A first base member made of an insulating material, having a first conductive member that is connected to the second structure and is disposed in a stack on the second structure and disposed on a surface facing the weight portion; A first conductive portion that electrically connects the fixed portion and the pedestal; and a second conductive portion that electrically connects the displacement portion and the weight portion; and It has a 1st electroconductive part which electrically connects a said 1st electroconductive member and the said base at the time of joining of a said 1st base | substrate and a said 2nd structure at least.
本発明の一態様に係る力学量検出センサの製造方法は、第１の半導体材料からなる第１の層、絶縁性材料からなる第２の層、および第２の半導体材料からなる第３の層が順に積層されてなる半導体基板の前記第１の層をエッチングして、開口を有する固定部と、この開口内に配置され、かつ前記固定部に対して変位する変位部と、前記固定部と前記変位部とを接続する接続部と、を有する第１の構造体を形成するステップと、前記固定部と前記第３の層とを電気的に接続する第１の導通部を形成するステップと、前記変位部と前記第３の層とを電気的に接続する第２の導通部を形成するステップと、前記第３の層をエッチングして、前記変位部に接合される重量部と、前記重量部を囲んで配置され、かつ前記固定部に接合される台座と、を有する第２の構造体を形成するステップと、絶縁性材料から構成される第１の基体を、この第一の基体の前記重量部との対向面に配置される第１の導電性部材と前記台座との間を導通しながら、前記台座に接合して前記第２の構造体に積層配置するステップと、を有することを特徴とする。 A manufacturing method of a mechanical quantity detection sensor according to one embodiment of the present invention includes a first layer made of a first semiconductor material, a second layer made of an insulating material, and a third layer made of a second semiconductor material. Etching the first layer of the semiconductor substrate that is sequentially stacked, a fixed part having an opening, a displacement part disposed in the opening and displaced with respect to the fixed part, and the fixed part, Forming a first structure having a connection portion connecting the displacement portion, and forming a first conduction portion electrically connecting the fixing portion and the third layer; Forming a second conductive portion that electrically connects the displacement portion and the third layer, etching the third layer, and a weight portion joined to the displacement portion, A pedestal disposed around the weight portion and joined to the fixing portion. Forming a second structure, and a first base made of an insulating material, the first conductive member disposed on a surface of the first base facing the weight portion, and the first base A step of joining to the pedestal and stacking and arranging the second structure while conducting between the pedestal and the pedestal.
本発明によれば、半導体からなるトランデューサ構造体とガラス基板との陽極接合の際に、錘部（重量部）とガラス基板との接合を防止することが可能な力学量検出センサおよびその製造方法を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the mechanical quantity detection sensor which can prevent joining to a weight part (weight part) and a glass substrate in the case of anodic bonding of the transducer structure which consists of semiconductors, and a glass substrate, and its manufacture Can provide a method.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
本発明は、力学量検出センサ及びその製造方法に関するものであるが、ここでは加速度センサの構成について述べる。
図１は本発明の第１の実施形態に係る加速度センサ１００を表す斜視図である。また、図２は加速度センサ１００を分解した状態を表す分解斜視図である。図３は、加速度センサ１００の接続部（梁）上の配線を上面から見た状態を表す上面図である。図４は、加速度センサ１００を図３のＡ−Ａに沿って切断した状態を表す一部断面図である。なお、見やすさおよび図４との対応関係を考慮し、図１〜図３において配線の図示を限定している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
The present invention relates to a mechanical quantity detection sensor and a method for manufacturing the same, but here, the configuration of an acceleration sensor will be described.
FIG. 1 is a perspective view showing an
加速度センサ１００は、互いに積層して配置される第１の構造体１１０、接合部１２０、第２の構造体１３０、基体１４０を有する。なお、図２では、見やすさのために、接合部１２０の記載を省略している。
第１の構造体１１０、接合部１２０、第２の構造体１３０、基体１４０は、その外周が例えば、１ｍｍの辺の略正方形状であり、これらの高さはそれぞれ、例えば、３〜１２μｍ、０．５〜３μｍ、６００〜７２５μｍ、６００μｍである。
The
The outer periphery of the
第１の構造体１１０、接合部１２０、第２の構造体１３０はそれぞれ、シリコン、酸化シリコン、シリコンから構成可能であり、シリコン／酸化シリコン／シリコンの３層構造をなすＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を用いて製造可能である。
第２の構造体を構成するシリコンは、全体に例えばボロン等の不純物が含まれていてもよい。不純物の含有により第２の構造体の導電性が向上するので、後述するように、台座１３１（後述する）と基体１４０との陽極接合の際に、基体１４０の上面と重量部１３２（後述する）の裏面をより確実に等電位にできる。等電位である、基体１４０の上面と重量部１３２の裏面には、静電引力が働かないため、重量部１３２と基体１４０との接合をより確実に防止することができる。なお、重量部１３２と基体１４０との接合の防止の詳細については、後述する。
基体１４０は、例えば、ガラス材料で構成できる。
The
The silicon constituting the second structure may contain impurities such as boron as a whole. Since the conductivity of the second structural body is improved by the inclusion of impurities, the upper surface of the
The
第１の構造体１１０は、外形が略正方形であり、固定部１１１、変位部１１２、接続部１１３から構成され、その上に配線構造１５０が配置される。第１の構造体１１０は、半導体材料の膜をエッチングして開口部１１５を形成することで、作成できる。
The
固定部１１１は、外周、内周（開口）が共に略正方形の枠形状の基板である。固定部１１１は、後述の台座１３１と形状が対応し、かつ接合部１２０によって台座１３１と接合される。
変位部１１２は、外周が略正方形の基板であり、固定部１１１の開口の中央近傍に配置される。
接続部（梁）１１３は略長方形の基板であり、固定部１１１と変位部１１２とを４方向（Ｘ正方向、Ｘ負方向、Ｙ正方向、Ｙ負方向）で接続する。
The
The
The connection part (beam) 113 is a substantially rectangular substrate, and connects the
接続部１１３は、撓みが可能な梁として機能する。接続部１１３が撓むことで、変位部１１２が固定部１１１に対して変位可能である。具体的には、変位部１１２が固定部１１１に対して、Ｚ正方向、Ｚ負方向に直線的に変位する。また、変位部１１２は、固定部１１１に対してＸ軸およびＹ軸を回転軸とする正負の回転が可能である。即ち、ここでいう「変位」には、移動および回転（Ｚ軸方向での移動、Ｘ、Ｙ軸での回転）の双方を含めることができる。
The connecting
変位部１１２の変位（移動および回転）を検知することで、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸方向の加速度を測定することができる。
接続部１１３上に、１２個のピエゾ抵抗素子Ｒ（Ｒｘ１〜Ｒｘ４、Ｒｙ１〜Ｒｙ４、Ｒｚ１〜Ｒｚ４）が配置されている。このピエゾ抵抗素子Ｒは、抵抗の変化として接続部１１３の撓み（あるいは、歪み）、ひいては変位部１１２の変位を検出するためのものである。なお、この詳細は後述する。
By detecting the displacement (movement and rotation) of the
On the connecting
第１の構造体１１０上に配線構造１５０が配置される。
配線構造１５０は、絶縁層１５１、配線層１５２、保護層１５３の層構造をなす。
絶縁層１５１は、第１の構造体１１０と配線層１５２とを分離するための層である。絶縁層１５１には、ピエゾ抵抗素子Ｒと配線層１５２とを電気的に接続するためのコンタクトホール（開口）１５４が形成される。このコンタクトホール１５４には、層間接続導体１５５が配置される。
A
The
The
配線層１５２には、配線１５６、およびボンディングパッド１５７のパターンが配置される。配線１５６は、層間接続導体１５５を介して、ピエゾ抵抗素子Ｒとボンディングパッド１５７とを電気的に接続する。
ボンディングパッド１５７は、加速度センサ１００と外部回路とを例えば、ワイヤボンディングで接続するための接続端子である。
層間接続導体１５５、配線１５６、およびボンディングパッド１５７は、同一の材料、例えば、Ｎｄを含有するＡｌからなる。これらが同一の材料からなるのは、この材料を堆積してパターニングすることで、形成されるためである。
In the
The
The
この材料をＮｄ含有Ａｌとしているのは、層間接続導体１５５、配線１５６にヒロックが発生することを防止するためである。ここでいうヒロックとは、例えば、半球状の突起物をいう。後述のように、ピエゾ抵抗素子Ｒと層間接続導体１５５とをオーム性接触（オーミックコンタクト）させるため、層間接続導体１５５がアニール（加熱処理）される。このアニールによって層間接続導体１５５、配線１５６にヒロックが発生し、ピエゾ抵抗素子Ｒとボンディングパッド１５７間の電気的接続が不良となるおそれがある。第１、第２の構造体１１０、１３０の作成時に、配線１５６のヒロックが原因で配線１５６に断線等の欠陥が生じる可能性がある。
ＡｌにＮｄを含有させることで（１．５〜１０ａｔ％）、層間接続導体１５５、配線１５６へのヒロックの発生を防止し、接続信頼性を向上できる。
The reason why this material is Nd-containing Al is to prevent hillocks from occurring in the
By containing Nd in Al (1.5 to 10 at%), generation of hillocks on the
保護層１５３は、配線層１５２を外界から保護するための一種の絶縁層である。ボンディングパッド１５７と対応して、保護層１５３にパッド開口１５８が形成される。外部回路等とボンディングパッド１５７との接続のためである。
The
第２の構造体１３０は、外形が略正方形であり、台座１３１および重量部１３２（１３２a〜１３２ｅ）から構成されている。第２の構造体１３０は、半導体材料の基板をエッチングして開口部１３３を形成することで、作成可能である。
The
台座１３１は、枠体部１３１ａと突出部１３１ｂとに区分できる。
枠体部１３１ａは、外周、内周（開口部１３３）が共に略正方形の枠形状の基板である。枠体部１３１ａは固定部１１１と対応した形状を有し、接合部１２０によって固定部１１１に接続される。枠体部１３１ａと、重量部１３２とは、互いに高さがほぼ等しく、また開口部１３３によって分離され、相対的に移動可能である。
The
The
突出部１３１ｂは、重量部１３２と基体１４０との間に間隙（ギャップ）を確保し、重量部１３２の変位を可能にするためのものである。
突出部１３１ｂは、枠体部１３１ａと一体的に構成され、外周、内周が共に略正方形の枠形状の基板である。突出部１３１ｂの外周は、枠体部１３１ａの外周と一致し、突出部１３１ｂの内周は、枠体部１３１ａの内周より大きい。
The protruding
The protruding
重量部１３２は、質量を有し、加速度によって力を受ける重錘、あるいは作用体として機能する。即ち、加速度が印加されると、重量部１３２の重心に力が作用する。
重量部１３２は、略直方体形状の重量部１３２a〜１３２ｅに区分される。中心に配置された重量部１３２aに４方向から重量部１３２ｂ〜１３２ｅが接続され、全体として一体的に変位（移動、回転）が可能となっている。即ち、重量部１３２aは、重量部１３２ｂ〜１３２ｅを接続する接続部として機能する。
The weight part 132 has a mass and functions as a weight that receives a force due to acceleration or an action body. That is, when acceleration is applied, a force acts on the center of gravity of the weight portion 132.
The weight part 132 is divided into substantially rectangular
重量部１３２ａは、変位部１１２と対応する略正方形の断面形状を有し、接合部１２０によって変位部１１２と接合される。この結果、重量部１３２に加わった加速度に応じて変位部１１２が変位し、その結果、加速度の測定が可能となる。
The
重量部１３２ｂ〜１３２ｅはそれぞれ、第１の構造体１１０の開口部１１５に対応して配置される。重量部１３２が変位したときに重量部１３２ｂ〜１３２ｅが接続部１１３に接触しないようにするためである（重量部１３２ｂ〜１３２ｅが接続部１１３に接触すると、加速度の検出が阻害される）。
Each of the
重量部１３２ａ〜１３２ｅによって、重量部１３２を構成しているのは、加速度センサ１００の小型化と高感度化の両立を図るためである。加速度センサ１００を小型化（小容量化）すると、重量部１３２の容量も小さくなり、その質量が小さくなることから、加速度に対する感度も低下する。接続部１１３の撓みを阻害しないように重量部１３２ｂ〜１３２ｅを分散配置することで、重量部１３２の質量を確保している。この結果、加速度センサ１００の小型化と高感度化の両立が図られる。
The reason why the weight part 132 is configured by the
接合部１２０は、既述のように、第１、第２の構造体１１０、１３０を接続するものである。接合部１２０は、固定部１１１と台座１３１を接続する接合部１２１と、変位部１１２と重量部１３２ａを接続する接合部１２２に区分される。接合部１２０は、これ以外の部分では、第１、第２の構造体１１０、１３０を接続していない。接続部１１３の撓み、および重量部１３２ｂ〜１３２ｅの変位を可能とするためである。
なお、接合部１２１、１２２は、シリコン酸化膜をエッチングすることで構成可能である。
The joint 120 connects the first and
The
第１の構造体１１０と第２の構造体１３０とを必要な部分で導通させるため、導通部１６０、１６１を形成している。
導通部１６０は、固定部１１１と台座１３１とを導通するものであり、固定部１１１及び接合部１２１を貫通している。図１に示すように、本実施の形態では、導通部１６０は、加速度センサ１００の上面の四隅にそれぞれ形成されている。
なお、導通部１６０は、ダイシング（後述する）ライン上に形成してもよい。これにより、導通部１６０に占有される領域を確保する必要がなくなるため、スペースを有効活用でき、加速度センサ１００の小型化を図ることができる。
導通部１６１は、変位部１１２と重量部１３２とを導通するものであり、変位部１１２ａ及び接合部１２２を貫通し、加速度センサ１００の上面の中央に形成されている。
Conducting
The conducting
The
The conducting
導通部１６０、１６１は、例えば、貫通孔の縁、壁面及び底部に、例えばＡｌ等の金属層が形成されたものである。なお、貫通孔の形状は特に制限されないが、Ａｌ等のスパッタ等により金属層を効果的に形成できるため、導通部１６０、１６１の貫通孔を上広の錐状の形状にすることが好ましい。
The
基体１４０は、第１、第２の構造体１１０、１３０を支持する機能とともに、加速度センサ１００に強い衝撃が加わった時に重量部１３２が一定値以上変位するのを防止し、梁の破壊を防ぐストッパとしての機能を有する。基体１４０は、第２の構造体１３０の突出部１３１ｂと接合され、その上面に接合防止層１４１が配置される。
基体１４０は、例えば、ガラス材料からなり、略直方体の外形を有する。
基体１４０と突出部１３１ｂは、例えば、陽極接合によって接続される。基体１４０と突出部１３１ｂとを接触させて加熱した状態で、これらの間に電圧を印加することで、接合がなされる。
The
The
The
接合防止層１４１は、導電性部材として機能し、基体１４０の重量部１３２との対向面に配置され、例えば略正方形をしており、重量部１３２と基体１４０との接合を防止するためのものである。前述の陽極接合の際に、静電引力によって基体１４０に重量部１３２が接触することで、これらが接合され、加速度センサ１００が動作不良となる可能性がある。
配線層１４２は、接合防止層１４１と台座１３１（突出部１３１ｂ）を電気的に接続するものであり、導電部として機能する。
接合防止層１４１は、配線層１４２によって台座１３１（突出部１３１ｂ）と電気的に接続されている。また、固定部１１１と台座１３１は導通部１６０によって電気的に接続され、変位部１１２と重量部１３２は導通部１６１によって電気的に接続されている。変位部１１２と接続部１１３と固定部１１１は、一体的に構成されている。このため、接合防止層１４１の配置された基体１４０の上面と重量部１３２の下面は、導通されており等電位である。台座１３１と基体１４０との陽極接合時に、等電位である基体１４０の上面と重量部１３２の下面との間には静電引力が働かないため、重量部１３２と基体１４０との接合を防止することができる。
The
The
The
接合防止層１４１及び配線層１４２の構成材料には、導電性材料を用いることができ、例えば、Ａｌ等を挙げることができる。
なお、本実施の形態では、突出部１３１ｂの下面に接触しないように接合防止層１４１を形成しているが、接合防止層１４１を突出部１３１ｂに接触するように形成して突出部１３１ｂと電気的に接続し、配線層１４２としての機能を併せてもたせてもよい。
As a constituent material of the
In this embodiment, the
（加速度センサ１００の動作）
加速度センサ１００による加速度の検出の原理を説明する。既述のように、接続部１１３には、合計１２個のピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４、Ｒｙ１〜Ｒｙ４、Ｒｚ１〜Ｒｚ４が配置されている。
これら各ピエゾ抵抗素子は、シリコンからなる接続部１１３の上面付近に形成されたＰ型もしくはＮ型の不純物ドープ領域（拡散層１１６）によって構成できる。
(Operation of the acceleration sensor 100)
The principle of acceleration detection by the
Each of these piezoresistive elements can be constituted by a P-type or N-type impurity doped region (diffusion layer 116) formed near the upper surface of the
３組のピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４、Ｒｙ１〜Ｒｙ４、Ｒｚ１〜Ｒｚ４が、接続部１１３上のＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｘ軸方向に一直線に並ぶように配置される。
なお、ピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４、Ｒｚ１〜Ｒｚ４は、接続部１１３によって配置が異なる。これはピエゾ抵抗素子Ｒによる接続部１１３の撓みの検出をより高精度化するためである。
Three sets of piezoresistive elements Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, and Rz1 to Rz4 are arranged on the
The piezoresistive elements Rx1 to Rx4 and Rz1 to Rz4 are arranged differently depending on the
３組のピエゾ抵抗素子Ｒｘ１〜Ｒｘ４、Ｒｙ１〜Ｒｙ４、Ｒｚ１〜Ｒｚ４はそれぞれ、重量部１３２のＸ、Ｙ、Ｚ軸方向成分の変位を検出するＸ、Ｙ、Ｚ軸方向成分変位検出部として機能する。なお、４つのピエゾ抵抗素子Ｒｚ１〜Ｒｚ４は、必ずしもＸ軸方向に配置する必要はなく、Ｙ軸方向に配置してもよい。 The three sets of piezoresistive elements Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, and Rz1 to Rz4 function as X, Y, and Z axis direction component displacement detection units that detect the displacement of the X, Y, and Z axis direction components of the weight part 132, respectively. To do. Note that the four piezoresistive elements Rz1 to Rz4 are not necessarily arranged in the X-axis direction, and may be arranged in the Y-axis direction.
ピエゾ抵抗素子Ｒの伸び（＋）、縮み（−）の組み合わせと、その伸び縮みの量それぞれから、加速度の方向および量を検出することができる。ピエゾ抵抗素子Ｒの伸び、縮みは、ピエゾ抵抗素子Ｒの抵抗の変化として検出できる。
例えば、接続部１１３の構成材料の結晶面指数が｛１００｝で、ピエゾ抵抗素子Ｒの長手方向での結晶方向が＜１１０＞の場合を考える。ここで、各ピエゾ抵抗素子ＲがシリコンへのＰ型不純物ドープによって構成されているとする。このときには、ピエゾ抵抗素子Ｒの長手方向での抵抗値は、伸び方向の応力が作用したときには増加し、縮み方向の応力が作用した場合には減少する。
なお、ピエゾ抵抗素子ＲをシリコンへのＮ型不純物ドープによって構成した場合には、抵抗値の増減が逆になる。
The direction and amount of acceleration can be detected from the combination of the expansion (+) and contraction (−) of the piezoresistive element R and the amount of expansion / contraction. The expansion and contraction of the piezoresistive element R can be detected as a change in the resistance of the piezoresistive element R.
For example, consider a case where the crystal plane index of the constituent material of the
Note that when the piezoresistive element R is configured by doping N-type impurities into silicon, the increase and decrease of the resistance value is reversed.
図５Ａ〜図５Ｃはそれぞれ、ピエゾ抵抗素子Ｒの抵抗からＸ、Ｙ、Ｚの軸方向それぞれでの加速度を検出するための検出回路の構成例を示す回路図である。この検出回路では、Ｘ、Ｙ、Ｚの軸方向の加速度成分をそれぞれを検出するために、４組のピエゾ抵抗素子からなるブリッジ回路を構成し、そのブリッジ電圧を検出している。 5A to 5C are circuit diagrams showing configuration examples of detection circuits for detecting accelerations in the X, Y, and Z axial directions from the resistance of the piezoresistive element R, respectively. In this detection circuit, in order to detect the acceleration components in the X, Y, and Z axial directions, a bridge circuit composed of four sets of piezoresistive elements is formed, and the bridge voltage is detected.
これらのブリッジ回路では入力電圧Ｖｉｎ（Ｖｘ_ｉｎ、Ｖｙ_ｉｎ、Ｖｚ_ｉｎ）それぞれに対する出力電圧Ｖｏｕｔ（Ｖｘ_ｏｕｔ、Ｖｙ_ｏｕｔ、Ｖｚ_ｏｕｔ）の関係は以下の式（１）〜（３）で表される。
Ｖｘ_ｏｕｔ／Ｖｘ_ｉｎ＝
［Ｒｘ４／（Ｒｘ１＋Ｒｘ４）−Ｒｘ３／（Ｒｘ２＋Ｒｘ３）］ ……式（１）
Ｖｙ_ｏｕｔ／Ｖｙ_ｉｎ＝
［Ｒｙ４／（Ｒｙ１＋Ｒｙ４）−Ｒｙ３／（Ｒｙ２＋Ｒｙ３）］ ……式（２）
Ｖｚ_ｏｕｔ／Ｖｚ_ｉｎ＝
［Ｒｚ３／（Ｒｚ１＋Ｒｚ３）−Ｒｚ４／（Ｒｚ２＋Ｒｚ４）］ ……式（３）
In these bridge circuits, the relationship of the output voltage Vout (Vx_out, Vy_out, Vz_out) to each of the input voltages Vin (Vx_in, Vy_in, Vz_in) is expressed by the following equations (1) to (3).
Vx_out / Vx_in =
[Rx4 / (Rx1 + Rx4) −Rx3 / (Rx2 + Rx3)] (1)
Vy_out / Vy_in =
[Ry4 / (Ry1 + Ry4) −Ry3 / (Ry2 + Ry3)] (2)
Vz_out / Vz_in =
[Rz3 / (Rz1 + Rz3) −Rz4 / (Rz2 + Rz4)] (3)
加速度とピエゾ抵抗Ｒの伸び縮み量が比例し、さらにピエゾ抵抗素子Ｒの伸び縮の量と抵抗値Ｒの変化とが比例する。この結果、入力電圧に対する出力電圧の比（Ｖｘｏｕｔ／Ｖｘｉｎ、Ｖｙｏｕｔ／Ｖｙｉｎ、Ｖｚｏｕｔ／Ｖｚｉｎ）は加速度と比例し、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸それぞれでの加速度を分離して測定することが可能となる。 The amount of expansion and contraction of the piezoresistor R is proportional to the acceleration, and the amount of expansion and contraction of the piezoresistive element R is proportional to the change in the resistance value R. As a result, the ratio of the output voltage to the input voltage (Vxout / Vxin, Vyout / Vyin, Vzout / Vzin) is proportional to the acceleration, and the acceleration on the X, Y, and Z axes can be measured separately. .
（加速度センサ１００の作成）
加速度センサ１００の作成工程につき説明する。
図６は、加速度センサ１００の作成手順の一例を表すフロー図である。また、図７Ａ〜図７Ｑは、図４に対応し、図６の作成手順における加速度センサ１００の状態を表す断面図である
(Creation of acceleration sensor 100)
The production process of the
FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of a procedure for creating the
（１）半導体基板Ｗの用意（ステップＳ１１、および図７Ａ）
図７Ａに示すように、第１、第２、第３の層１１、１２、１３の３層を積層してなる半導体基板Ｗを用意する。
(1) Preparation of semiconductor substrate W (step S11 and FIG. 7A)
As shown in FIG. 7A, a semiconductor substrate W formed by stacking three layers of first, second, and
第１、第２、第３の層１１、１２、１３はそれぞれ、第１の構造体１１０、接合部１２０、第２の構造体１３０を構成するための層であり、ここでは、シリコン、酸化シリコン、シリコンからなる層とする。
シリコン／酸化シリコン／シリコンという３層の積層構造をもった半導体基板Ｗは、シリコン基板上にシリコン酸化膜を積層した基板と、シリコン基板とを接合後、後者のシリコン基板を薄く研磨することで作成できる（いわゆるＳＯＩ基板）。また、半導体基板Ｗは、シリコン基板上に、シリコン酸化膜、シリコン膜を順に積層することでも作成できる。
The first, second, and
A semiconductor substrate W having a three-layered structure of silicon / silicon oxide / silicon is formed by bonding a silicon substrate laminated on a silicon substrate and the silicon substrate, and then polishing the latter silicon substrate thinly. It can be created (so-called SOI substrate). The semiconductor substrate W can also be created by sequentially laminating a silicon oxide film and a silicon film on a silicon substrate.
第２の層１２を第１、第３の層１１、１３とは異なる材料から構成しているのは、第１、第３の層１１、１３とエッチング特性を異ならせ、エッチングのストッパ層として利用するためである。第１の層１１に対する上面からのエッチング、および第３の層１３に対する下面からのエッチングの双方で、第２の層１２がエッチングのストッパ層として機能する。
なお、ここでは第１の層１１と第３の層１３とを同一材料（シリコン）によって構成するものとするが、第１、第２、第３の層１１、１２、１３のすべてを異なる材料によって構成しても良い。
The reason why the
Here, the
（２）拡散層の形成（ステップ１２、および図７Ｂ〜図７Ｄ）
拡散層の形成は、次のａ、ｂのようにして行われる。
ａ．拡散マスク１４の形成（図７Ｂ）
例えば、低圧ＣＶＤ（Low Pressure-Chemical Vapor Deposition）によって、第１の層１１上にＳｉＮ膜を積層し、レジストをマスクとしてＲＩＥ（Reactive Ion Etching）で開口を形成する。このようにして、第１の層１１上に開口１５を有する膜、即ち、拡散マスク１４が形成される。
(2) Formation of diffusion layer (
Formation of the diffusion layer is performed as in the following a and b.
a. Formation of diffusion mask 14 (FIG. 7B)
For example, a SiN film is laminated on the
ｂ．拡散層１１６の形成（図７Ｃ、図７Ｄ）
例えば、拡散マスク１４上に、例えば、Ｂを含有する不純物層を、例えば、スピンコートによって形成した後、例えば１０００℃に熱処理し、不純物層に含まれる不純物、例えば、Ｂを第１の層１１内に拡散させ、拡散層１１６を形成する。
次に、フッ酸を用いて、Ｂの不純物層をエッチングして、拡散マスク１４上の不純物層を除去する（図７Ｃ）。
次に、例えば、拡散マスク１４の構成材料がＳｉＮの場合、熱リン酸によって、これをエッチングし、除去する。この結果、第１の層１１が露出される（図７Ｄ）。
b. Formation of diffusion layer 116 (FIGS. 7C and 7D)
For example, an impurity layer containing B, for example, is formed on the
Next, the impurity layer of B is etched using hydrofluoric acid to remove the impurity layer on the diffusion mask 14 (FIG. 7C).
Next, for example, when the constituent material of the
（３）配線構造１５０の形成（ステップＳ１３、および図７Ｅ〜図７Ｈ）
配線層１５０の形成は、次のａ〜ｃのようにして行われる。
ａ．絶縁層１５１の形成（図７Ｅ）
第１の層１１上に絶縁層１５１を形成する。例えば、第１の層１１の表面を熱酸化することで、ＳｉＯ２の層を形成できる。
絶縁層１５１に、例えば、レジストをマスクとしたＲＩＥによって、コンタクトホール（開口）１５４を形成する。
(3) Formation of wiring structure 150 (step S13 and FIGS. 7E to 7H)
The formation of the
a. Formation of insulating layer 151 (FIG. 7E)
An insulating
A contact hole (opening) 154 is formed in the insulating
ｂ．配線１５６の形成（図７Ｆ）
絶縁層１５１上に配線１５６を形成する。
例えばスパッタリングによって、第１の層１１上にＮｄを含むＡｌ層を形成する。この堆積の結果、第１の層１１上に配線層１５２が、コンタクトホール１５４内に層間接続導体１５５が形成される。
次に、例えば、レジストをマスクとしてウェットエッチングすることで、配線層１５２をパターニングして、配線１５６、およびボンディングパッド１５７のパターンのパターンを形成する。
b. Formation of wiring 156 (FIG. 7F)
A
For example, an Al layer containing Nd is formed on the
Next, for example, by performing wet etching using a resist as a mask, the
ｃ．保護層１５３の形成（図７Ｇ、図７Ｈ）
例えば、低圧ＣＶＤによりＳｉＮ層を堆積し、配線層１５２上に保護層１５３を形成する（図７Ｇ）。
次に、半導体基板Ｗを、例えば３８０℃、あるいは４００℃程度に熱処理し、拡散層１１６と層間接続導体１５５間をオーム性接触（オーミックコンタクト）させる。
次に、例えば、レジストをマスクとするＲＩＥによって、保護層１５３をエッチングして、保護層１５３にパッド開口１５８を形成する（図７Ｈ）。
c. Formation of protective layer 153 (FIGS. 7G and 7H)
For example, a SiN layer is deposited by low pressure CVD, and a
Next, the semiconductor substrate W is heat-treated at, for example, about 380 ° C. or 400 ° C. to make ohmic contact between the
Next, for example, the
（４）第１の構造体１１０の作成（第１の層１１のエッチング、ステップＳ１４、および図７Ｉ）
第１の層１１をエッチングすることにより、開口部１１５を形成し、第１の構造体１１０を形成する。即ち、第１の層１１に対して浸食性を有し、第２の層１２に対して浸食性を有しないエッチング方法を用いて、第１の層１１の所定領域（開口部１１５）に対して、第２の層１２の上面が露出するまで厚み方向にエッチングする。
(4) Creation of first structure 110 (etching of
By etching the
第１の層１１の上面に、第１の構造体１１０に対応するパターンをもったレジスト層を形成し、このレジスト層で覆われていない露出部分を垂直下方に浸食する。このエッチング工程では、第２の層１２に対する浸食は行われないので、第１の層１１の所定領域（開口部１１５）のみが除去される。
図７Ｉは、第１の層１１に対して、上述のようなエッチングを行い、第１の構造体１１０を形成した状態を示す。
A resist layer having a pattern corresponding to the
FIG. 7I shows a state in which the
（５）導通部１６０、１６１の形成（ステップＳ１５、および図７Ｊ、図７Ｋ）
導通部１６０、１６１の形成は、次のａ、ｂのようにして行われる。
ａ．貫通孔の形成(図７Ｊ）
例えば、レジストをマスクとするＲＩＥによって、配線構造１５０の上面の所定の箇所に開口を形成する。さらに、レジストをマスクとするＲＩＥによって、露出した第１の層１１の上面に、この開口よりも小さい開口端の貫通孔１６を第２の層１２まで貫通するように形成する。
(5) Formation of
The
a. Formation of through holes (Fig. 7J)
For example, an opening is formed at a predetermined position on the upper surface of the
ｂ．金属層の形成（図７Ｋ）
配線構造１５０の上面及び貫通孔１６内に、例えばＡｌを蒸着法やスパッタ法等により堆積させて、導通部１６０、１６１を形成する。配線構造１５０の上面に堆積した不要な金属層（導通部１６０、１６１の上端の縁の外側の金属層）はエッチングで除去する。なお、金属層の形成の際には、ボンディングパッド１５７を保護するため、ボンディングパッド１５７上をレジストで覆う必要がある。
b. Formation of metal layer (Fig. 7K)
For example, Al is deposited on the upper surface of the
（６）第２の構造体１３０の作成（第３の層１３のエッチング、ステップＳ１６、および図７Ｌ、図７Ｍ）
第２の構造体１３０は２段階に区分して作成される。
１）突出部１３１ｂの形成（図７Ｌ）
第３の層１３の下面に、突出部１３１ｂに対応するパターンをもったレジスト層を形成し、このレジスト層で覆われていない露出部分を垂直上方へと浸食させる。この結果、第３の層１３の下面に窪み（凹部）２１が形成される。この窪み２１の外周が突出部１３１ｂである。
(6) Creation of second structure 130 (etching of
The
1) Formation of
A resist layer having a pattern corresponding to the
２）台座１３１および重量部１３２の形成（図７Ｍ）
第３の層１３の窪み２１をさらにエッチングすることにより、開口部１３３を形成し、第２の構造体１３０を形成する。即ち、第３の層１３に対して浸食性を有し、第２の層１２に対して浸食性を有しないエッチング方法により、第３の層１３の所定領域（開口部１３３）に対して、第２の層１２の下面が露出するまで厚み方向へのエッチングを行う。
2) Formation of
By further etching the
第３の層１３の下面に、第２の構造体１３０に対応するパターンをもったレジスト層を形成する。窪み２１内のレジスト層で覆われていない露出部分を垂直上方へと浸食させる。このエッチング工程では、第２の層１２に対する浸食は行われないので、第３の層１３の所定領域（開口部１３３）のみが除去される。
A resist layer having a pattern corresponding to the
図７Ｍは、第３の層１３に対して、上述のようなエッチングを行い、第２の構造体１３０を形成した状態を示す。
FIG. 7M shows a state in which the
なお、上述した第１の層１１に対するエッチング工程（ステップＳ１４）と、第３の層１３に対するエッチング工程（ステップＳ１６）の順序は入れ替えることができる。いずれのエッチング工程を先に行ってもかまわないし、同時に行っても差し支えない。
導通部１６０、１６１の形成工程（ステップＳ１５）は、配線構造の形成（ステップＳ１３）の前又は後に行ってもかまわないし、配線構造の形成（ステップＳ１３）と同時に行ってもよい。配線構造の形成（ステップＳ１３）と同時に行うことにより、例えばＡｌ等のパターニングを１回で済ませることができる。また、導通部１６０、１６１の形成工程（ステップＳ１５）は、第２の構造体の形成工程（ステップＳ１６）の後に行ってもかまわないし、接合部の形成工程（ステップＳ１７）の後に行ってもかまわない。
Note that the order of the etching process (step S14) for the
The formation process (step S15) of the
（７）接合部１２０の作成（第２の層１２のエッチング、ステップＳ１７、および図７Ｎ）
第２の層１２をエッチングすることにより、接合部１２０を形成する。即ち、第２の層１２に対しては浸食性を有し、第１の層１１および第３の層１３に対しては浸食性を有しないエッチング方法により、第２の層１２に対して、その露出部分から厚み方向および層方向にエッチングする。
(7) Creation of joint 120 (etching of
The joint 120 is formed by etching the
以上の製造プロセスにおいて、第１の構造体１１０を形成する工程（ステップＳ１４）と、第２の構造体１３０を形成する工程（ステップＳ１６）では、次の２つの条件を満たすエッチング法を行う必要がある。
第１の条件は、各層の厚み方向への方向性を持つことである、第２の条件は、シリコン層に対しては浸食性を有するが、酸化シリコン層に対しては浸食性を有しないことである。第１の条件は、所定寸法をもった開口部や溝を形成するために必要な条件であり、第２の条件は、酸化シリコンからなる第２の層１２を、エッチングストッパ層として利用するために必要な条件である。
In the manufacturing process described above, an etching method that satisfies the following two conditions must be performed in the step of forming the first structure 110 (step S14) and the step of forming the second structure 130 (step S16). There is.
The first condition is to have directionality in the thickness direction of each layer. The second condition is erosive to the silicon layer but not erodible to the silicon oxide layer. That is. The first condition is a condition necessary for forming an opening or a groove having a predetermined dimension, and the second condition is for using the
第１の条件を満たすエッチング方法として、誘導結合型プラズマエッチング法（ＩＣＰエッチング法：Inductively-Coupled Plasma Etching Method ）を挙げることができる。このエッチング法は、垂直方向に深い溝を掘る際に効果的な方法であり、一般に、ＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching ）と呼ばれているエッチング方法の一種である。
この方法では、材料層を厚み方向に浸食しながら掘り進むエッチング段階と、掘った穴の側面にポリマーの壁を形成するデポジション段階と、を交互に繰り返す。掘り進んだ穴の側面は、順次ポリマーの壁が形成されて保護されるため、ほぼ厚み方向にのみ浸食を進ませることが可能になる。
As an etching method that satisfies the first condition, an inductively coupled plasma etching method (ICP etching method) can be given. This etching method is effective when digging deep grooves in the vertical direction, and is a kind of etching method generally called DRIE (Deep Reactive Ion Etching).
In this method, an etching step of digging while eroding the material layer in the thickness direction and a deposition step of forming a polymer wall on the side surface of the dug hole are alternately repeated. Since the side walls of the holes that have been dug are protected by the formation of polymer walls, it is possible to advance erosion almost only in the thickness direction.
一方、第２の条件を満たすエッチングを行うには、酸化シリコンとシリコンとでエッチング選択性を有するエッチング材料を用いればよい。例えば、エッチング段階では、ＳＦ６ガス、およびＯ２ガスの混合ガスを、デポジション段階では、Ｃ４Ｆ８ガスを用いることが考えられる。 On the other hand, in order to perform etching that satisfies the second condition, an etching material having etching selectivity between silicon oxide and silicon may be used. For example, a mixed gas of SF 6 gas and O 2 gas may be used in the etching stage, and C 4 F 8 gas may be used in the deposition stage.
第２の層１２に対するエッチング工程（ステップＳ１７）では、次の２つの条件を満たすエッチング法を行う必要がある。第１の条件は、厚み方向とともに層方向への方向性をもつことであり、第２の条件は、酸化シリコン層に対しては浸食性を有するが、シリコン層に対しては浸食性を有しないことである。
第１の条件は、不要な部分に酸化シリコン層が残存して重量部１３２の変位の自由度を妨げることがないようにするために必要な条件である。第２の条件は、既に所定形状への加工が完了しているシリコンからなる第１の構造体１１０や第２の構造体１３０に浸食が及ばないようにするために必要な条件である。
In the etching process for the second layer 12 (step S17), it is necessary to perform an etching method that satisfies the following two conditions. The first condition is to have directionality in the layer direction as well as the thickness direction, and the second condition is erosive to the silicon oxide layer but erodible to the silicon layer. Is not to.
The first condition is a condition necessary for preventing the silicon oxide layer from remaining in an unnecessary portion and preventing the degree of freedom of displacement of the weight portion 132. The second condition is a condition necessary to prevent erosion of the
第１、第２の条件を満たすエッチング方法として、バッファド弗酸（例えば、ＨＦ＝５．５ｗｔ％、ＮＨ４Ｆ＝２０ｗｔ％の混合水溶液）をエッチング液として用いるウェットエッチングを挙げることができる。 As an etching method that satisfies the first and second conditions, wet etching using buffered hydrofluoric acid (for example, a mixed aqueous solution of HF = 5.5 wt% and NH 4 F = 20 wt%) can be given.
（８）基体１４０の接合（ステップＳ１８、および図７Ｏ、図７Ｐ）
１）基体１４０への接合防止層１４１の形成（図７Ｏ）
基体１４０に接合防止層１４１及び配線層１４２を形成する。例えば、スパッタリングによって、基体１４０の上面にＡｌの層を形成する。さらに、レジストをマスクとするエッチングにより、配線層１４２の一端部のみが突出部１３１ｂの下面と接触するように不要なＡｌ層を除去して、所定の位置に接合防止層１４１及び配線１４２を形成する。突出部１３１ｂと基体１４０との接合を確保しつつ、重量部１３２と基体１４０との接合を防止するためである。
(8) Bonding of base 140 (step S18, and FIGS. 7O and 7P)
1) Formation of
A
２）半導体基板Ｗと基体１４０の接合（図７Ｐ）
半導体基板Ｗと基体１４０とを接合する。基体１４０と突出部１３１ｂそれぞれの構成材料がガラスおよびＳｉの場合、陽極接合（静電接合ともいう）が可能となる。
基体１４０と突出部１３１ｂとを接触させて加熱した状態で、これらの間に電圧を印加する。加熱によって基体１４０のガラスが軟化する。また、ガラス中に含まれる可動イオン（例えば、Ｎａイオン）の移動によって、基体１４０のガラスにナトリウム欠乏層が生成される。具体的には、可動イオンがガラス中を接合面と反対方向に移動してガラス表面に析出し、ガラス中の接合面近傍にナトリウム欠乏層が生成される。この結果、基体１４０と突出部１３１ｂ間に電気的二重層が発生し、その静電引力によりこれらが接合される。
このとき、接合防止層１４１が、基体１４０と重量部１３２間の電位差を低減して、静電引力の発生を抑制し、この結果、基体１４０と重量部１３２間での接合が防止される。
2) Bonding of the semiconductor substrate W and the base 140 (FIG. 7P)
The semiconductor substrate W and the base 140 are bonded. When the constituent materials of the
A voltage is applied between the base 140 and the
At this time, the
接合防止層１４１は、配線１４２によって台座１３１（突出部１３１ｂ）と電気的に接続されている。固定部１１１と台座１３１は導通部１６０によって電気的に接続され、変位部１１２と重量部１３２は導通部１６１によって電気的に接続されている。変位部１１２と接続部１１３と固定部１１１は、一体的に構成されている。このため、接合防止層１４１の配置された基体１４０の上面と重量部１３２の下面は、導通されており等電位である。台座１３１と基体１４０との陽極接合時に接合防止層１４１と重量部１３２とは電気的に接続されており、等電位である基体１４０の上面と重量部１３２の下面には静電引力が働かないため、重量部１３２と基体１４０との接合を、より確実に防止することができる。
The
図７Ｐでは、配線１４２がＡｌで構成されている場合を示している。配線１４２がＡｌで構成されている場合には、基体１４０と半導体基板Ｗとの陽極接合によって、突出部１３１ｂの下面に位置する配線層１４２の端部（接合防止層１４１と接続されていない側の端部）は容易に潰れる。そのため、基体１４０と半導体基板Ｗとの強固な接合が可能である。
FIG. 7P shows a case where the
なお、接合防止層１４１をＣｒで構成することにより、接合防止層１４１自体に接合防止機能を持たせて、重量部１３２と基体１４０との接合をより確実に防止することができる。ＣｒとＳｉは、接合しにくいためである。接合防止層１４１をＣｒで構成した場合にも、前述したように容易に潰れるため、配線層１４２はＡｌで構成することが好ましい。
In addition, by forming the
（９）半導体基板Ｗのダイシング（ステップＳ１９および図７Ｑ）
互いに接合された半導体基板Ｗおよび基体１４０にダイシングソー等で切れ込みを入れて、個々の加速度センサ１００に分離する。
(9) Dicing of the semiconductor substrate W (Step S19 and FIG. 7Q)
The semiconductor substrate W and the base 140 bonded to each other are cut with a dicing saw or the like and separated into
（第２の実施形態）
ここでは角速度センサの構成について述べる。
図８は角速度センサ２００を分解した状態を表す分解斜視図である。角速度センサ２００は、互いに積層して配置される第１の構造体２１０、接合部２２０、第２の構造体２３０、及び第２の基体２４０、第１の基体２５０を有する。
図９は、角速度センサ２００の一部（第一の構造体２１０、第２の構造体２３０）をさらに分解した状態を表す分解斜視図である。図１０、１１、１２はそれぞれ、第１の構造体２１０、接合部２２０、第２の構造体２３０の上面図である。図１３、図１４、図１５はそれぞれ、第２の基体２４０の下面図、第１の基体２５０の上面図、および第１の基体２５０の下面図である。図１６、図１７はそれぞれ、角速度センサ２００を図８のＢ−Ｂ及びＣ−Ｃに沿って切断した状態を表す断面図である。
(Second Embodiment)
Here, the configuration of the angular velocity sensor will be described.
FIG. 8 is an exploded perspective view showing a state where the
FIG. 9 is an exploded perspective view showing a state in which a part of the angular velocity sensor 200 (the
変位部２１２（後述する）をＺ軸方向に振動させると、Ｘ軸またはＹ軸方向の角速度ωｘ、ωｙによるＹ軸またはＸ軸方向のコリオリ力Ｆｙ、Ｆｘが変位部２１２に印加される。印加されたコリオリ力Ｆｙ、Ｆｘによる変位部２１２の変位を検出することで角速度ωｘ、ωｙを測定できる。このように角速度センサ２００は、２軸の角速度ωｘ、ωｙを測定できる。なお、この詳細は後述する。
When the displacement unit 212 (described later) is vibrated in the Z-axis direction, Coriolis forces Fy and Fx in the Y-axis or X-axis direction due to the angular velocities ωx and ωy in the X-axis or Y-axis direction are applied to the
第１の構造体２１０、接合部２２０、第２の構造体２３０、第２の基体２４０、第１の基体２５０は、その外周が例えば、５ｍｍの辺の略正方形状であり、これらの高さはそれぞれ、例えば、２０μｍ、２μｍ、６７５μｍ、５００μｍ、５００μｍである。
第１の構造体２１０、接合部２２０、第２の構造体２３０はそれぞれ、シリコン、酸化シリコン、シリコンから構成可能であり、シリコン／酸化シリコン／シリコンの３層構造をなすＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いて製造可能である。第１の構造体２１０、第２の構造体２３０を構成するシリコンには、全体に例えばボロン等の不純物が含まれた導電性材料を使用することが好ましい。後述するように、第１の構造体２１０、第２の構造体２３０に不純物が含まれたシリコンを用いることにより、角速度センサ２００の配線を簡略にすることができる。本実施の形態では、第１の構造体２１０及び第２の構造体２３０に不純物が含まれたシリコンを使用している。
また、第２の基体２４０、第１の基体２５０はそれぞれ、ガラス材料から構成できる。
The outer periphery of the
The
Further, each of the
第１の構造体は、外形が略正方形であり、固定部２１１、変位部２１２（２１２ａ〜２１２ｅ）、接続部２１３（２１３ａ〜２１３ｄ）、ブロック上層部２１４（２１４ａ〜２１４ｊ）から構成される。第１の構造体２１０は、半導体材料の膜をエッチングして開口２１４ａ〜２１４ｄ及びブロック上層部２１４ａ〜２１４ｊを形成することで、作成できる。
The first structure has a substantially square outer shape, and includes a fixed portion 211, displacement portions 212 (212a to 212e), connection portions 213 (213a to 213d), and block upper layer portions 214 (214a to 214j). The
固定部２１１は、枠部２１１ａと突出部２１１ｂ、２１１ｃとに区分できる。枠部２１１ａは、外周、内周が共に略正方形の枠形状の基板である。突出部２１１ｂは、枠部２１１ａの内周のコーナー部に配置され、変位部２１２ｂに向かって（Ｘ−Ｙ平面のＸ方向を０°としたとき、０°方向に）突出する略正方形の基板である。突出部２１１ｃは、枠部２１１ａの内周のコーナー部に配置され、変位部２１２ｄに向かって（Ｘ−Ｙ平面のＸ方向を０°としたとき、１８０°方向に）突出する略正方形の基板である。枠部２１１ａと突出部２１１ｂ、２１１ｃは、一体的に構成されている。
The fixing part 211 can be divided into a
変位部２１２は、変位部２１２ａ〜２１２ｅから構成される。変位部２１２ａは、外周が略正方形の基板であり、固定部２１１の開口の中央近傍に配置される。変位部２１２ｂ〜２１２ｅは、外周が略正方形の基板であり、変位部２１２ａを４方向（Ｘ軸正方向、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向、Ｙ軸負方向）から囲むように接続、配置される。変位部２１２ａ〜２１２ｅはそれぞれ、接合部１２０によって後述の重量部２３２ａ〜２３２ｅと接合され、固定部２１１に対して一体的に変位する。
The
変位部２１２ａの上面は、駆動用電極Ｅ１（後述する）として機能する。この変位部２１２ａの上面の駆動用電極Ｅ１は、第２の基体２４０の下面に設置された後述の駆動用電極２４４ａと容量性結合し、この間に印加された電圧によって変位部２１２をＺ軸方向に振動させる。なお、この駆動の詳細は後述する。
The upper surface of the
変位部２１２ｂ〜２１２ｅの上面は、変位部２１２のＸ軸およびＹ軸方向の変位を検出する検出用電極Ｅ１（後述する）としてそれぞれ機能する。この変位部２１２ｂ〜２１２ｅの上面の検出用電極は、第２の基体２４０の下面に設置された後述の検出用電極２４４ｂ〜２４４ｅとそれぞれ容量性結合する（変位部２１２のｂ〜ｅのアルファベットと、検出用電極２４４のｂ〜ｅのアルファベットは、それぞれ順に対応している）。なお、この検出の詳細は後述する。
The upper surfaces of the
接続部２１３ａ〜２１３ｄは略長方形の基板であり、固定部２１１と変位部２１２ａとを４方向（Ｘ−Ｙ平面のＸ方向を０°としたとき、４５°、１３５°、２２５°、３１５°方向）で接続する。
接続部２１３ａ〜２１３ｄは、枠部２１１ａに近い領域では、台座２３１の突出部２３１ｃ（後述する）と接合部２２０によって接合されている。その他の領域、すなわち変位部２１２ａに近い領域では、対応する領域に突出部２３１ｃが形成されておらず、厚みが薄いため、可撓性を有している。接続部２１３ａ〜２１３ｄの枠部２１１ａに近い領域が、突出部２３１ｃと接合されているのは、大きな撓みにより接続部２１３ａ〜２１３ｄが損傷することを防止するためである。
接続部２１３ａ〜２１３ｄは、撓みが可能な梁として機能する。接続部２１３ａ〜２１３ｄが撓むことで、変位部２１２が固定部２１１に対して変位可能である。具体的には、変位部２１２が固定部２１１に対して、Ｚ正方向、Ｚ負方向に直線的に変位する。また、変位部２１２は、固定部２１１に対してＸ軸およびＹ軸を回転軸とする正負の回転が可能である。即ち、ここでいう「変位」には、移動および回転（Ｚ軸方向での移動、Ｘ，Ｙ軸での回転）の双方を含めることができる。
The
The
The connecting
ブロック上層部２１４は、ブロック上層部２１４ａ〜２１４ｊから構成される。ブロック上層部２１４ａ〜２１４ｊは、略正方形の基板であり、固定部２１１の内周に沿い、かつ変位部２１２を周囲から囲むように配置される。
The block
ブロック上層部２１４ｈ、２１４ａは、その端面が変位部２１２ｅの端面と対向し、ブロック上層部２１４ｂ、２１４ｃは、その端面が変位部２１２ｂの端面と対向し、ブロック上層部２１４ｄ、２１４ｅは、その端面が変位部２１２ｃの端面と対向し、ブロック上層部２１４ｆ、２１４ｇは、その端面が変位部２１２ｄの端面と対向している。図１０に示すように、ブロック上層部２１４ａ〜２１４ｈはそれぞれ、変位部２１２の８つの端面のうちの１つと対向するように、アルファベット順に右回りで配置されている。ブロック上層部２１４ｉ、ブロック上層部２１４ｊは、Ｘ−Ｙ平面のＸ方向を０°としたとき、それぞれ９０°、２７０°の方向に配置される。
The end surfaces of the block
ブロック上層部２１４ａ〜２１４ｈはそれぞれ、接合部２２０によって後述のブロック下層部２３４ａ〜２３４ｈと接合される（ブロック上層部２１４のａ〜ｈのアルファベットと、ブロック下層部２３４のａ〜ｈのアルファベットは、それぞれ順に対応している）。
ブロック上層部２１４ｉ、２１４ｊは、接合部２２０によって後述のブロック下層部２１４ｉ、２１４ｊとそれぞれ接合され、変位部２１２をＺ軸方向に振動させるための配線の用途で用いられる。なお、この詳細は後述する。
Each of the block
The block
第２の構造体２３０は、外形が略正方形であり、台座２３１（２３１ａ〜２３１ｃ）、重量部２３２（２３２ａ〜２３２ｅ）、及びブロック下層部２３４(２３４ａ〜２３４ｊ）から構成される。第２の構造体２３０は、半導体材料の基板をエッチングして開口２３３、ブロック下層部２３４ａ〜２３４ｊ、及びポケット２３５（後述する）を形成することで、作成可能である。なお、台座２３１と、ブロック下層部２３４ａ〜２３４ｊは、互いに高さがほぼ等しく、重量部２３２は、台座２３１及びブロック下層部２３４ａ〜２３４ｊよりも高さが低い。重量部２３２と第１の基体２５０との間に間隙（ギャップ）を確保し、重量部２３２の変位を可能にするためである。台座２３１と、ブロック下層部２３４ａ〜２３４ｈと、重量部２３２は、それぞれ離間して配置される。
The
台座２３１は、枠部２３１ａと突出部２３１ｂ〜２３１ｄとに区分できる。
枠部２３１ａは、外周、内周が共に略正方形の枠形状の基板であり、固定部２１１の枠部２１１ａと対応した形状を有する。
突出部２３１ｂは、枠部２３１ａの内周のコーナー部に配置され、重量部２３２ｂに向かって（Ｘ−Ｙ平面のＸ方向を０°としたとき、０°方向に）突出する略正方形の基板であり、固定部２１１の突出部２１１ｂと対応した形状を有する。
The base 231 can be divided into a
The
The protruding
突出部２３１ｃは、４つの略長方形の基板であり、Ｘ−Ｙ平面のＸ方向を０°としたとき、４５°、１３５°、２２５°、３１５°方向にそれぞれ突出し、一端が台座２３１の枠部２３１ａと接続され、他端は重量部２３２と離間して配置されている。突出部２３１ｃは、接続部２１３ａ〜２１３ｄと対応する領域のうち、枠部２３１ａ側の略半分の領域に形成されており、他の領域、すなわち、重量部２３２側の略半分の領域には形成されていない。
The projecting
突出部２３１ｄは、枠部２３１ａの内周のコーナー部に配置され、重量部２３２ｄに向かって（Ｘ−Ｙ平面のＸ方向を０°としたとき、１８０°方向に）突出する略正方形の基板内に、この基板の表面と裏面とを貫通するポケット２３５（開口）が形成されたもので、固定部２１１の突出部２１１ｃと接合されている。
ポケット２３５は、高真空を維持するためのゲッター材料を入れる、例えば直方体形状の空間である。ポケット２３５は、突出部２３１ｄの基板の表面と裏面とを貫通して形成される。ポケット２３５の一方の開口端は接合部２２０によって蓋がされている。ポケット２３５の他方の開口端は第１の基体２５０によって大部分に蓋がされているが、重量部２３２寄りの一部は蓋がされておらず、他方の開口端と重量部２３２等が形成されている開口２３３とは一部で通じている（図示せず）。ゲッター材料は、真空封入された角速度センサ２００内の真空度を高める目的で残留気体を吸着するもので、例えば、ジルコニウムを主成分とする合金等で構成されている。
枠部２１１ａと突出部２３１ｂ〜２３１ｄは、一体的に構成されている。
台座２３１は、接合部２２０によって固定部２１１、及び接続部２１３ａ〜２１３ｄの所定の領域に接続される。
The protruding
The
The
The base 231 is connected to a predetermined region of the fixing portion 211 and the connecting
重量部２３２は、質量を有し、角速度に起因するコリオリ力を受ける重錘、あるいは作用体として機能する。即ち、角速度が印加されると、重量部２３２の重心にコリオリ力が作用する。
重量部２３２は、略直方体形状の重量部２３２a〜２３３ｅに区分される。中心に配置された重量部２３２aに４方向から重量部２３２ｂ〜２３３ｅが接続され、全体として一体的に変位（移動、回転）が可能となっている。即ち、重量部２３２aは、重量部２３２ｂ〜２３３ｅを接続する接続部として機能する。
The
The
重量部２３２ａ〜２３２ｅはそれぞれ、変位部２１２ａ〜２１２ｅと対応する略正方形の断面形状を有し、接合部２２０によって変位部２１２ａ〜２１２ｅと接合される。重量部２３２に加わったコリオリ力に応じて変位部２１２が変位し、その結果、角速度の測定が可能となる。
Each of the
重量部２３２ａ〜２３２ｅによって、重量部２３２を構成しているのは、角速度センサ２００の小型化と高感度化の両立を図るためである。角速度センサ２００を小型化（小容量化）すると、重量部２３２の容量も小さくなり、その質量が小さくなることから、角速度に対する感度も低下する。接続部２１３ａ〜２１３ｄの撓みを阻害しないように重量部２３２ｂ〜２３２ｅを分散配置することで、重量部２３２の質量を確保している。この結果、角速度センサ２００の小型化と高感度化の両立が図られる。
The reason why the
重量部２３２ａの裏面は、駆動用電極Ｅ１（後述する）として機能する。この重量部２３２ａの裏面の駆動用電極Ｅ１は、第１の基体２５０の上面に設置された後述の駆動用電極２５４ａと容量性結合し、この間に印加された電圧によって変位部２１２をＺ軸方向に振動させる。なお、この駆動の詳細は後述する。
The back surface of the
重量部２３２ｂ〜２３２ｅの裏面は、変位部２１２のＸ軸およびＹ軸方向の変位を検出する検出用電極Ｅ１（後述する）としてそれぞれ機能する。この重量部２３２ｂ〜２３２ｅの裏面の検出用電極Ｅ１は、第１の基体２５０の上面に設置された後述の検出用電極２５４ｂ〜２５４ｅとそれぞれ容量性結合する（重量部２３２のｂ〜ｅのアルファベットと、検出用電極２５４のｂ〜ｅのアルファベットは、それぞれ順に対応している）。なお、この検出の詳細は後述する。
The back surfaces of the
ブロック下層部２３４ａ〜２３４ｊは、それぞれブロック上層部２１４ａ〜２１４ｊと対応する略正方形の断面形状を有し、接合部２２０によってブロック上層部２１４ａ〜２１４ｈと接合される。ブロック上層部２１４ａ〜２１４ｈ及びブロック下層部２３４ａ〜２３４ｈを接合したブロックを、以下、それぞれ「ブロックａ〜ｈ」と称する。ブロックａ〜ｈは、それぞれ駆動用電極２４４ｂ〜２４４ｅ、２５４ｂ〜２５４ｅに電源を供給するための配線の用途で用いられる。ブロック上層部２１４ｉ、２１４ｊ及びブロック下層部２３４ｉ、２３４ｊを接合したブロック（以下、それぞれ「ブロックｉ、ｊ」と称する）は、変位部２１２をＺ軸方向に振動させるための配線の用途で用いられる。なお、この詳細は後述する。
The block
接合部２２０は、既述のように、第１、第２の構造体２１０、２３０を接続するものである。接合部２２０は、接続部２１３の所定の領域及び固定部２１１と、台座２３１とを接続する接合部２２１と、変位部２１２ａ〜２１２ｅと重量部２３２ａ〜２３３ｅを接続する接合部２２２（２２２ａ〜２２２ｅ）と、ブロック上層部２１４ａ〜２１４ｊとブロック下層部２３４ａ〜２３４ｊを接続する接合部２２３（２２３ａ〜２２３ｊ）と、に区分される。接合部２２０は、これ以外の部分では、第１、第２の構造体２１０、２３０を接続していない。接続部２１３a〜２１３ｄの撓み、および重量部２３２の変位を可能とするためである。
なお、接合部２２１、２２２、２２３は、シリコン酸化膜をエッチングすることで構成可能である。
As described above, the
Note that the
第１の構造体２１０と第２の構造体２３０とを必要な部分で導通させるため、導通部２６０〜２６２を形成している。
導通部２６０は、固定部２１１と台座２３１とを導通するものであり、固定部２１１の突出部２１１ｂ及び接合部２２１を貫通している。
導通部２６１は、変位部２１２と重量部２３２とを導通するものであり、変位部２１２ａ及び接合部２２２を貫通している。
導通部２６２は、ブロック上層部２１４ａ、２１４ｂ、２１４ｅ、２１４ｆ、２１４ｉとブロック下層部２３４ａ、２３４ｂ、２３４ｅ、２３４ｆ、２３４ｉとをそれぞれ導通するものであり、ブロック上層部２１４ａ、２１４ｂ、２１４ｅ、２１４ｆ、２１４ｉ及び接合部２２３をそれぞれ貫通している。
導通部２６０〜２６２の構造は、第１の実施形態での導通部１６０、１６１と同様である。
The
The
The
The structure of the
第２の基体２４０は、例えばガラス材料からなり、略直方体の外形を有し、枠部２４１と底板部２４２とを有する。枠部２４１及び底板部２４２は、基板に略直方体状（例えば、縦横２．５ｍｍ、深さ５μｍ）の凹部２４３を形成することで作成できる。
The
枠部２４１は、外周、内周が共に略正方形の枠形状の基板形状である。枠部２４１の外周は、固定部２１１の外周と一致し、枠部２４１の内周は、固定部２１１の内周よりも大きい。
底板部２４２は、外周が枠部２４１と略同一の略正方形の基板形状である。
第２の基体２４０に凹部２４３が形成されているのは、変位部２１２が変位するための空間を確保するためである。変位部２１２以外の第１の構造体２１０、すなわち固定部２１１及びブロック上層部２１４ａ〜２１４ｊは、第２の基体２４０と、例えば陽極接合によって接合される。
The
The
The reason why the
底板部２４２上（第２の基体２４０の裏面上）には、変位部２１２と対向するように駆動用電極２４４ａ、検出用電極２４４ｂ〜２４４ｅが配置されている。駆動用電極２４４ａ、検出用電極２４４ｂ〜２４４ｅは、いずれも導電性部材として機能する。駆動用電極２４４ａは、例えば十字形状で、変位部２１２ａに対向するように凹部２４３の中央近傍に形成されている。検出用電極２４４ｂ〜２４４ｅは、それぞれ略正方形で、駆動用電極２４４ａを４方向（Ｘ軸正方向、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向、Ｙ軸負方向）から囲み、それぞれ順に変位部２１２ｂ〜２１２ｅと対向して配置される。駆動用電極２４４ａ、検出用電極２４４ｂ〜２４４ｅは、それぞれ離間している。
A driving
第２の基体２４０と、第１の構造体２１０の台座２３１及びブロック上層部２１４との陽極接合の際に、静電引力によって第２の基体２４０に変位部２１２が接触することで、これらが接合され、角速度センサ２００が動作不良となる可能性がある。重量部２３２を形成する前に、第２の基体２４０を陽極接合すれば、接続部２１３ａ〜２１３ｄには厚みの薄い領域が存在せず可撓性を有していないため、静電引力が生じても変位部２１２は第２の基体２４０に引き寄せられず、これらの接合を防止できる。そのため、重量部２３２を形成する前に、第２の基体２４０を第１の構造体２１０（台座２３１及びブロック上層部２１４）と陽極接合することが好ましい。
During the anodic bonding between the
駆動用電極２４４ａには、ブロック上層部２１４ｉの上面と電気的に接続される配線層Ｌ１が接続されている。検出用電極２４４ｂには、ブロック上層部２１４ｂの上面と電気的に接続される配線層Ｌ４、検出用電極２４４ｃには、ブロック上層部２１４ｅの上面と電気的に接続される配線層Ｌ５、検出用電極２４４ｄには、ブロック上層部２１４ｆの上面と電気的に接続される配線層Ｌ６、検出用電極２４４ｅには、ブロック上層部２１４ａの上面と電気的に接続される配線層Ｌ７がそれぞれ接続されている。
A wiring layer L1 electrically connected to the upper surface of the block
また、駆動用電極２４４ａ、検出用電極２４４ｂ〜２４４ｅには、固定部２１１の突出部２１１ｂの上面とそれぞれ接続されていた、切断あるいは溶断等された断線状態の配線層Ｌ１２〜Ｌ１６がそれぞれ接続されている（駆動用電極２４４ａ及び検出用電極２４４ｂ〜２４４ｅのａ〜ｅのアルファベット順と、配線層Ｌ１２〜Ｌ１６の番号順は、それぞれ順に対応している）。配線層Ｌ１２〜Ｌ１６は、第１の基体２５０の陽極接合時には、駆動用電極２４４ａ、検出用電極２４４ｂ〜２４４ｅと固定部２１１（突出部２１１ｂ）とをそれぞれ電気的に接続する導電部として機能していた。
In addition, the driving
駆動用電極２４４ａ、検出用電極２４４ｂ〜２４４ｅに、断線状態の（切断あるいは溶断等された）配線層Ｌ１２〜Ｌ１６がそれぞれ接続されている理由を以下に述べる。
後述する第１の基体２５０と、台座２３１及びブロック下層部２３４ａ〜２３４ｊとの陽極接合の際に、静電引力によって第２の基体２４０と変位部２１２が接触して接合され、角速度センサ２００が動作不良となる可能性がある。
The reason why the wiring layers L12 to L16 in a disconnected state (cut or melted) are connected to the driving
At the time of anodic bonding of a
駆動用電極２４４ａ、検出用電極２４４ｂ〜２４４ｅは、第１の基体２５０の陽極接合の際には、配線層Ｌ１２〜Ｌ１６（第１の基体２５０と台座２３１及びブロック下層部２３４との陽極接合時には断線されていない）によって固定部２１１（突出部２１１ｂ）の上面とそれぞれ電気的に接続されている。また、変位部２１２と接続部２１３と固定部２１１は、導電性材料により一体的に構成されている。このため、駆動用電極２４４ａ、検出用電極２４４ｂ〜２４４ｅの配置された第２の基体２４０の下面と変位部２１２の上面は、導通されており等電位である。台座２３１及びブロック下層部２３４ａ〜２３４ｊと、第１の基体２５０との陽極接合時に、等電位である第２の基体２４０の下面と変位部２１２の上面には静電引力が働かないため、変位部２１２と第２の基体２４０との接合を防止することができる。
The
第１の基体２５０を陽極接合した後においては、角速度センサ２００が機能するように、駆動電極２４４ａと変位部２１２ａの上面の駆動電極Ｅ１、検出用電極２４４ｂ〜２４４ｅと変位部２１２ｂ〜２１２ｅの上面の検出用電極Ｅ１をそれぞれ容量性結合させるべく、配線層Ｌ１２〜Ｌ１６をそれぞれ断線させている。
After the
駆動用電極２４４ａ、検出用電極２４４ｂ〜２４４ｅ、及び配線層Ｌ１、Ｌ４〜Ｌ７、Ｌ１２〜Ｌ１６の構成材料には、例えば、Ｎｄを含有するＡｌを用いることができる。駆動用電極２４４ａ、検出用電極２４４ｂ〜２４４ｅにＮｄを含有するＡｌを用いることで（Ｎｄ含有率１．５〜１０ａｔ％）、後述する熱処理工程（第１、又は第２の基体の陽極接合や、ゲッター材料の活性化）で、駆動用電極２４４ａ、検出用電極２４４ｂ〜２４４ｅにヒロックが発生することを抑制できる。ここでいうヒロックとは、例えば、半球状の突起物をいう。これにより、駆動用電極２４４ａと、駆動用電極２４４ａと容量性結合する変位部２１２ａの上面に形成された駆動用電極Ｅ１との間の距離や、検出用電極２４４ｂ〜２４４ｅと、検出用電極２４４ｂ〜２４４ｅとそれぞれ容量性結合する変位部２１２ｂ〜２１２ｅの上面に形成された検出用電極Ｅ１との間の距離の寸法精度を高くすることができる。
As a constituent material of the
第１の基体２５０は、例えばガラス材料からなり、略正方形の基板形状である。
重量部２３２以外の第２の構造体２１０、すなわち台座２３１及びブロック下層部２３４ａ〜２３４ｊは、第１の基体２５０と、例えば陽極接合によって接合される。重量部２３２は、台座２３１及びブロック下層部２３４ａ〜２３４ｊよりも高さが低いため、第１の基体２５０と接合されない。重量部２３２と第１の基体２５０との間に間隙（ギャップ）を確保し、重量部２３２の変位を可能にするためである。
The
The second
第１の基体２５０の上面上には、重量部２３２と対向するように駆動用電極２５４ａ、検出用電極２５４ｂ〜２５４ｅが配置されている。駆動用電極２５４ａ、検出用電極２５４ｂ〜２５４ｅは、いずれも導電性部材として機能する。駆動用電極２５４ａは、例えば十字形状で、重量部２３２ａに対向するように第１の基体２５０の上面の中央近傍に形成されている。検出用電極２５４ｂ〜２５４ｅは、それぞれ略正方形で、駆動用電極２５４ａを４方向（Ｘ軸正方向、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向、Ｙ軸負方向）から囲み、それぞれ順に重量部２３２ｂ〜２３２ｅに対向して配置される。駆動用電極２５４ａ、検出用電極２５４ｂ〜２５４ｅは、それぞれ離間している。
A driving
駆動用電極２５４ａには、ブロック下層部２１４ｊの裏面と電気的に接続される配線層Ｌ２が接続されている。
検出用電極２５４ｂには、ブロック下層部２３４ｃの裏面と電気的に接続される配線層Ｌ８、検出用電極２５４ｃには、ブロック下層部２３４ｄの裏面と電気的に接続される配線層Ｌ９、検出用電極２５４ｄには、ブロック下層部２３４ｇの裏面と電気的に接続される配線層Ｌ１０、検出用電極２５４ｅには、ブロック下層部２３４ｈの裏面と電気的に接続される配線層Ｌ１１がそれぞれ接続されている。
A wiring layer L2 that is electrically connected to the back surface of the block
The
また、駆動用電極２５４ａ、検出用電極２５４ｂ〜２５４ｅには、台座２３１の突出部２３１ｂの裏面とそれぞれ接続されていた、切断あるいは溶断等された断線状態の配線層Ｌ１７〜Ｌ２１がそれぞれ接続されている（駆動用電極２５４ａ及び検出用電極２５４ｂ〜２５４ｅのａ〜ｅのアルファベット順と、配線層Ｌ１７〜Ｌ２１の番号順は、それぞれ順に対応している）。配線層Ｌ１７〜Ｌ２１は、第１の基体２５０の陽極接合時には、駆動用電極２５４ａ、検出用電極２５４ｂ〜２５４ｅと台座２３１（突出部２３１ｂ）とをそれぞれ電気的に接続する導電部として機能していた。
The driving
駆動用電極２５４ａ、検出用電極２５４ｂ〜２５４ｅ、及び配線層Ｌ２、Ｌ８〜Ｌ１１、Ｌ１７〜Ｌ２１の構成材料には、例えば、Ｎｄを含有するＡｌを用いることができる。駆動用電極２５４ａ、検出用電極２５４ｂ〜２５４ｅにＮｄを含有するＡｌを用いることで（Ｎｄ含有率１．５〜１０ａｔ％）、後述する熱処理工程（第１、又は第２の基体の陽極接合や、ゲッター材料の活性化）で、駆動用電極２５４ａ、検出用電極２５４ｂ〜２５４ｅにヒロックが発生することを抑制できる。これにより、駆動用電極２５４ａと、駆動用電極２５４ａと容量性結合する重量部２３２ａの裏面に形成された駆動用電極Ｅ１との間の距離や、検出用電極２５４ｂ〜２５４ｅと、検出用電極２５４ｂ〜２５４ｅとそれぞれ容量性結合する重量部２３２ｂ〜２３２ｅの裏面に形成された検出用電極Ｅ１との間の距離の寸法精度を高くすることができる。
As a constituent material of the
駆動用電極２５４ａ、検出用電極２５４ｂ〜２５４ｅに、断線状態の（切断あるいは溶断等された）配線層Ｌ１７〜Ｌ２１がそれぞれ接続されている理由を以下に述べる。
第１の基体２５０と、台座２３１及びブロック下層部２３４ａ〜２３４ｊとの陽極接合の際に、静電引力によって第１の基体２５０と重量部２３２が接触して接合され、角速度センサ２００が動作不良となる可能性がある。
The reason why the wiring layers L17 to L21 in the disconnected state (cut or melted) are connected to the driving
During the anodic bonding of the
駆動用電極２５４ａ、検出用電極２５４ｂ〜２５４ｅは、陽極接合の際には、配線層Ｌ１７〜Ｌ２１（第１の基体２５０と台座２３１及びブロック下層部２３４との陽極接合時には断線されていない）によって台座２３１（突出部２３１ｂ）の下面とそれぞれ電気的に接続されている。また、固定部２１１と台座２３１は導通部２６０によって電気的に接続され、変位部２１２と重量部２３２は導通部２６１によって電気的に接続されている。変位部２１２と接続部２１３と固定部２１１は、導電性材料により一体的に構成されている。このため、駆動用電極２５４ａ、検出用電極２５４ｂ〜２５４ｅの配置された第１の基体２５０の上面と重量部２３２の下面は、導通されており等電位である。台座２３１及びブロック下層部２３４ａ〜２３４ｊと、第１の基体２５０との陽極接合時に、等電位である第１の基体２５０の上面と重量部２３２の下面には静電引力が働かないため、重量部２３２と基体２５０との接合を防止することができる。
The
第１の基体２５０を陽極接合した後においては、角速度センサ２００が機能するように、駆動電極２５４ａと重量部２３２ａの裏面の駆動電極Ｅ１、検出用電極２５４ｂ〜２４４ｅと重量部２３２ｂ〜２３２ｅの裏面の検出用電極Ｅ１をそれぞれ容量性結合させるべく、配線層Ｌ１７〜Ｌ２１をそれぞれ断線させている。
After the
配線層Ｌ１２〜Ｌ２１の断線方法としては、例えば、レーザー光を照射してそれぞれ焼き切る、配線層Ｌ１２〜Ｌ２１にそれぞれヒューズを形成しておき、過電流を流してヒューズを断線させる等が挙げられる。
ヒューズは、ヒューズ以外の配線層Ｌ１２〜Ｌ２１の部分に、それぞれ例えばＡｌ（融点６６０．４℃）配線層を形成して、ヒューズの部分のみに、例えばＰｂ（融点３２７．５℃）、Ｚｎ（融点４１９．５８℃）、Ｔｅ（融点４４９．８℃）等の溶断しやすい材料を使用して形成できる。また、配線層Ｌ１２〜Ｌ２１（ヒューズを含む）全体を、それぞれ例えばＡｌからなる同一材料で構成し、ヒューズの部分を他の部分よりも、細く（例えば、配線層Ｌ１２〜Ｌ２１のヒューズ以外の部分に対してそれぞれ１／１０〜１／１００の太さ）形成してもよい。他の配線部分よりも細い部分は溶断しやすいためである。
Examples of the disconnection method of the wiring layers L12 to L21 include, for example, burning each by irradiating a laser beam, forming a fuse in each of the wiring layers L12 to L21, and passing an overcurrent to disconnect the fuse.
For the fuse, for example, an Al (melting point: 660.4 ° C.) wiring layer is formed in each of the wiring layers L12 to L21 other than the fuse, and for example, only Pb (melting point: 327.5 ° C.), Zn ( It can be formed using a material that is easily melted, such as Te (melting point: 419.58 ° C.), Te (melting point: 449.8 ° C.) Further, the entire wiring layers L12 to L21 (including fuses) are each made of the same material made of Al, for example, and the fuse portion is thinner than the other portions (for example, portions other than the fuses of the wiring layers L12 to L21) (Thickness of 1/10 to 1/100 of each). This is because a portion thinner than the other wiring portions is easily melted.
第１の基体２５０には、第１の基体２５０を貫通する配線用端子Ｔ（Ｔ１〜Ｔ１１）が設けられており、角速度センサ２００の外部から駆動用電極２４４ａ、２５４ａや検出用電極２４４ｂ〜２４４ｅ、２５４ｂ〜２５４ｅへの電気的接続を可能としている。
The
配線用端子Ｔ１の上端は、台座２３１の突出部２３１ｂの裏面に接続されている。配線用端子Ｔ２〜Ｔ９は、それぞれブロック下層部２３４ａ〜２３４ｈの裏面に接続されている（配線用端子Ｔ２〜Ｔ９のＴ２〜Ｔ９の番号順と、ブロック下層部２３４ａ〜２３４ｈの２３４ａ〜２３４ｈのアルファベット順とは、それぞれ対応している）。配線用端子Ｔ１０、Ｔ１１は、それぞれブロック下層部２３４ｉ、２３４ｊの裏面に接続されている。
The upper end of the wiring terminal T1 is connected to the back surface of the protruding
配線用端子Ｔは、図１６、図１７に示すように、上広の錐状貫通孔の縁、壁面及び底部に、例えばＡｌ等の金属膜が形成されたものであり、導通部２６０〜２６２と同様の構造をしている。配線用端子Ｔは、外部回路とを、例えばワイヤボンディングで接続するための接続端子として使用できる。
なお、図８〜図１７では、第１の構造体２１０、接合部２２０、第２の構造体２３０の見やすさを考慮して、第１の基体２５０が下に配置されるように図示している。配線用端子Ｔと外部回路とを、例えばワイヤボンディングで接続する場合には、角速度センサ２００の第１の基体２５０を例えば上になるように配置して容易に接続することができる。
As shown in FIGS. 16 and 17, the wiring terminal T is formed by forming a metal film such as Al on the edge, wall surface, and bottom of the wide conical through hole, and the
8 to 17, the
（角速度センサ２００の動作、配線）
角速度センサ２００の配線、及び電極について説明する。
図１８は、図１６に示す角速度センサ２００における６組の容量素子を示す断面図である。図１８では、電極として機能する部分をハッチングで示している。なお、図１８では６組の容量素子を図示しているが、前述したように角速度センサ２００には、１０組の容量素子が形成される。
１０組の容量素子の一方の電極は、第２の基体２４０に形成された駆動用電極２４４ａ、検出用電極２４４ｂ〜２４４ｅ、及び第１の基体２５０に形成された駆動電極２５４ａ、検出用電極２５４ｂ〜２５４ｅである。
もう一方の電極は、変位部２１２ａの上面の駆動用電極Ｅ１、変位部２１２ｂ〜２１２ｅの上面にそれぞれ形成された検出用電極Ｅ１、及び重量部２３２ａの下面の駆動用電極Ｅ１、重量部２３２ｂ〜２３２ｅの下面にそれぞれ形成された検出用電極Ｅ１である。すなわち、変位部２１２及び重量部２３２を接合したブロックは、１０組の容量性結合の共通電極として機能する。第１の構造体２１０及び第２の構造体２３０は、導電性材料（不純物が含まれるシリコン）から構成されているため、変位部２１２及び重量部２３２を接合したブロックは、電極として機能することができる。
(Operation of
The wiring and electrodes of the
18 is a cross-sectional view showing six sets of capacitive elements in the
One electrode of the 10 sets of capacitive elements includes a
The other electrodes are a driving electrode E1 on the upper surface of the
コンデンサーの容量は、電極間の距離に反比例するため、変位部２１２の上面及び重量部２３２の下面に電極Ｅ１があるものと仮定している。すなわち、電極Ｅ１は、変位部２１２の上面や、重量部２３２の下面の表層に別体として形成されているわけではない。変位部２１２の上面や、重量部２３２の下面が電極Ｅ１として機能すると捉えている。
Since the capacitance of the capacitor is inversely proportional to the distance between the electrodes, it is assumed that the electrode E1 is on the upper surface of the
第２の基体２４０に形成された駆動用電極２４４ａ、検出用電極２４４ｂ〜２４４ｅは、それぞれ順に、配線層Ｌ１、Ｌ４〜Ｌ７を介してブロック上層部２１４ｉ、２１４ｂ、２１４ｅ、２１４ｆ、２１４ａと電気的に接続されている。また、ブロック上層部２１４ｉ、２１４ｂ、２１４ｅ、２１４ｆ、２１４ａとブロック下層部２３４ｉ、２３４ｂ、２３４ｅ、２３４ｆ、２３４ａとはそれぞれ導通部２６２で導通されている。
第１の基体２５０に形成された駆動用電極２５４ａ、検出用電極２５４ｂ〜２５４ｅは、それぞれ順に、配線層Ｌ２、Ｌ８〜Ｌ１１を介してブロック下層部２３４ｊ、２３４ｃ、２３４ｄ、２３４ｇ、２３４ｈと電気的に接続されている。
The
The
したがって、これらの駆動用電極２４４ａ、２５４ａ、検出用電極２４４ｂ〜２４４ｅ、２５４ｂ〜２５４ｅに対する配線は、ブロック下層部２３４ａ〜２３４ｊの下面に接続すればよい。配線用端子Ｔ２〜Ｔ９は、それぞれブロック下層部２３４ａ〜２３４ｈの下面に配置され、配線用端子Ｔ１０、Ｔ１１は、それぞれブロック下層部２３４ｉ，２３４ｊの下面に配置されている。
Therefore, the wirings for the
以上より、配線用端子Ｔ２〜Ｔ１１は、それぞれ順に、検出用電極２４４ｅ、２４４ｂ、２５４ｂ、２５４ｃ、２４４ｃ、２４４ｄ、２５４ｄ、２５４ｅ、駆動用電極２４４ａ、２５４ａと電気的に接続されている。
As described above, the wiring terminals T2 to T11 are electrically connected to the
電極（駆動用電極、検出用電極）Ｅ１は、変位部２１２の上面及び重量部２３２の下面からそれぞれなっている。変位部２１２及び重量部２３２は、導通部２６１で導通されており、いずれも導電性材料で構成されている。台座２３１及び固定部２１１は、導通部２６０で導通されており、いずれも導電性材料で構成されている。変位部２１２と接続部２１３と固定部２１１は、導電性材料により一体的に構成されている。したがって、電極Ｅ１に対する配線は、台座２３１の下面に接続すればよい。配線用端子Ｔ１は、台座２３１の突出部２３１ｂの下面に配置されて、配線用端子Ｔ１は、電極Ｅ１と電気的に接続されている。
Electrodes (drive electrodes and detection electrodes) E1 are respectively formed from the upper surface of the
以上のように、第１の構造体２１０、及び第２の構造体２３０を導電性材料（不純物が含まれるシリコン）で構成しているので、ブロック上層部２１４ａ〜２１４ｊ、及びブロック下層部２３４ａ〜２３４ｊが接合されたブロックａ〜ｊに配線としての機能をもたせることができ、容量素子に対する配線を簡略にすることが可能である。
As described above, since the
角速度センサ２００による角速度の検出の原理を説明する。
（１）変位部２１２の振動
駆動用電極２４４ａ、Ｅ１間に電圧を印加すると、クーロン力によって駆動用電極２４４ａ、Ｅ１が互いに引き合い、変位部２１２（重量部２３２も）はＺ軸正方向に変位する。また、駆動用電極２５４ａ、Ｅ１間に電圧を印加すると、クーロン力によって駆動用電極２５４ａ、Ｅ１が互いに引き合い、変位部２１２（重量部２３２も）はＺ軸負方向に変位する。即ち、駆動用電極２４４ａ、Ｅ１間、駆動用電極２５４ａ、Ｅ１間への電圧印加を交互に行うことで、変位部２１２（重量部２３２も）はＺ軸方向に振動する。この電圧の印加は正又は負の直流波形（非印加時も考慮するとパルス波形）、半波波形等を用いることができる。
The principle of angular velocity detection by the
(1) Vibration of the
変位部２１２の振動の周期は電圧を切り換える周期で決まってくる。この切換の周期は変位部２１２の固有振動数にある程度近接していることが好ましい。変位部２１２の固有振動数は、接続部２１３の弾性力や重量部２３２の質量等で決定される。変位部２１２に加えられる振動の周期が固有振動数に対応しないと、変位部２１２に加えられた振動のエネルギーが発散されてエネルギー効率が低下する。
The period of vibration of the
なお、駆動用電極２４４ａ、Ｅ１間、又は駆動用電極２５４ａ、Ｅ１間のいずれか一方のみに、変位部２１２の固有振動数の１／２の周波数の交流電圧を印加してもよい。
Note that an AC voltage having a frequency that is ½ of the natural frequency of the
（２）角速度に起因するコリオリ力の発生
重量部２３２（変位部２１２）がＺ軸方向に速度ｖｚで移動しているときに角速度ωが印加されると重量部２３２にコリオリ力Ｆが作用する。具体的には、Ｘ軸方向の角速度ωｘおよびＹ軸方向の角速度ωｙそれぞれに応じて、Ｙ軸方向のコリオリ力Ｆｙ（＝２・ｍ・ｖｚ・ωｘ）およびＸ軸方向のコリオリ力Ｆｘ（＝２・ｍ・ｖｚ・ωｙ）が重量部２３２に作用する（ｍは、重量部２３２の質量）。
(2) Generation of Coriolis Force due to Angular Velocity When the angular velocity ω is applied when the weight portion 232 (displacement portion 212) is moving at the velocity vz in the Z-axis direction, the Coriolis force F acts on the
Ｘ軸方向の角速度ωｘによるコリオリ力Ｆｙが印加されると、変位部２１２にＹ方向への傾きが生じる。このように、角速度ωｘ、ωｙに起因するコリオリ力Ｆｙ、Ｆｘによって変位部２１２にＹ方向、Ｘ方向の傾き（変位）が生じる。
When the Coriolis force Fy due to the angular velocity ωx in the X-axis direction is applied, the
（３）変位部２１２の変位の検出
変位部２１２の傾きは検出用電極２４４ｂ〜２４４ｅ、２５４ｂ〜２５４ｅによって検出することができる。変位部２１２にＹ正方向のコリオリ力Ｆｙが印加されると、検出用電極Ｅ１、２４４ｃ間、検出用電極Ｅ１、２５４ｅ間の距離は小さくなり、検出用電極Ｅ１、２４４ｅ間、検出用電極Ｅ１、２５４ｃ間の距離は大きくなる。この結果、検出用電極Ｅ１、２４４ｃ間、検出用電極Ｅ１、２５４ｅ間の容量は大きくなり、検出用電極Ｅ１、２４４ｅ間、検出用電極Ｅ１、２５４ｃ間の容量は小さくなる。即ち、検出用電極Ｅ１と検出用電極２４４ｂ〜２４４ｅ、２５４ｂ〜２５４ｅとの間の容量の差に基づいて、変位部２１２のＸ、Ｙ方向の傾きの変化を検出し、検出信号として取り出すことができる。
(3) Detection of Displacement of
以上のように、駆動用電極２４４ａ、Ｅ１、駆動用電極２５４ａ、Ｅ１によって変位部２１２をＺ方向に振動させ、検出用電極Ｅ１、２４４ｂ〜２４４ｅ、２５４ｂ〜２５４ｅによって変位部２１２のＸ方向、Ｙ方向への傾きを検出する（駆動用電極２４４ａ、Ｅ１（変位部２１２ａの上面）、駆動用電極２５４ａ、Ｅ１（重量部２３２ａの下面）は振動付与部として、検出用電極２４４ｂ〜２４４ｅ、２５４ｂ〜２５４ｅ、Ｅ１（変位部２１２ｂ〜２１２ｅの上面、重量部２３２ｂ〜２３２ｅの下面）は変位検出部として機能する）。この結果、角速度センサ２００によるＹ方向、Ｘ方向（２軸）の角速度ωｙ、ωｘの測定が可能となる。
As described above, the
（４）検出信号からのバイアス成分の除去
検出用電極２４４ｂ〜２４４ｅ、２５４ｂ〜２５４ｅ、Ｅ１から出力される信号は、重量部２３２に印加される角速度ωｙ、ωｘに起因する成分のみではない。この信号には重量部２３２に印加されるＸ軸、Ｙ軸方向の加速度αｘ、αｙに起因する成分も含まれる。加速度αｘ、αｙによっても変位部２１２の変位が生じうるからである。
(4) Removal of Bias Component from Detection Signal The signals output from the
検出信号から加速度成分を除去し角速度成分を得るには、それらの成分の特性の相違を利用することができる。重量部２３２（質量ｍ）に角速度（ω）が印加されたときの力Ｆω（＝２・ｍ・ｖｚ・ω）は重量部２３２のＺ軸方向の速度ｖｚに依存する。一方、重量部２３２（質量ｍ）に加速度（α）が印加されたときの力Ｆα（＝ｍ・α）は重量部２３２の振動には依存しない。即ち、検出信号の角速度成分は変位部２１２の振動に対応して周期的に変化する一種の振幅成分であり、検出信号の加速度成分は変位部２１２の振動に対応しない一種のバイアス成分である。
検出信号からバイアス成分を除去することで、検出信号から角速度成分の抽出、即ち、角速度の測定を行うことができる。例えば、検出信号の周波数分析によって変位部２１２の振動数と同様の振動成分を抽出する。
In order to remove the acceleration component from the detection signal and obtain the angular velocity component, the difference in the characteristics of these components can be used. The force Fω (= 2 · m · vz · ω) when the angular velocity (ω) is applied to the weight portion 232 (mass m) depends on the velocity vz of the
By removing the bias component from the detection signal, the angular velocity component can be extracted from the detection signal, that is, the angular velocity can be measured. For example, a vibration component similar to the vibration frequency of the
（角速度センサ２００の作成）
角速度センサ２００の作成工程につき説明する。
図１９は、角速度センサ２００の作成手順の一例を表すフロー図である。また、図２０Ａ〜図２０Ｊは、図１９の作成手順における角速度センサ２００の状態を表す断面図である（図８に示す角速度センサ２００をＣ−Ｃで切断した断面に相当する）。図２０Ａ〜図２０Ｊは、図１７の角速度センサ２００を上下逆に配置したものに対応する。
(Creation of angular velocity sensor 200)
The production process of the
FIG. 19 is a flowchart showing an example of a procedure for creating the
（１）半導体基板Ｗの用意（ステップＳ２０、および図２０Ａ）
図２０Ａに示すように、第１、第２、第３の層２１、２２、２３の３層を積層してなる半導体基板Ｗを用意する。
(1) Preparation of semiconductor substrate W (step S20 and FIG. 20A)
As shown in FIG. 20A, a semiconductor substrate W formed by stacking three layers of first, second, and
第１、第２、第３の層２１、２２、２３はそれぞれ、第１の構造体２１０、接合部２２０、第２の構造体２３０を構成するための層であり、ここでは、不純物が含まれるシリコン、酸化シリコン、不純物が含まれるシリコンからなる層とする。
不純物が含まれるシリコン／酸化シリコン／不純物が含まれるシリコンという３層の積層構造をもった半導体基板Ｗは、シリコン基板上に、不純物が含まれるシリコン、シリコン酸化膜、不純物が含まれるシリコン膜を順に積層することで作成できる（いわゆるＳＯＩ基板）。
The first, second, and
A semiconductor substrate W having a three-layered structure of silicon containing impurities / silicon oxide / silicon containing impurities includes a silicon substrate including silicon containing impurities, a silicon oxide film, and a silicon film containing impurities. It can be created by stacking in order (so-called SOI substrate).
シリコンに含まれる不純物としては、例えば、ボロン等を挙げることができる。ボロンが含まれるシリコンとしては、例えば、高濃度のボロンを含み、抵抗率が０．００１〜０．０１Ω・ｃｍのものを使用できる。
不純物が含まれるシリコンは、例えば、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶の製造において、ボロンをドープすることにより製造できる。
Examples of impurities contained in silicon include boron. As silicon containing boron, for example, silicon containing high-concentration boron and having a resistivity of 0.001 to 0.01 Ω · cm can be used.
Silicon containing impurities can be produced, for example, by doping boron in the production of a silicon single crystal by the Czochralski method.
なお、ここでは第１の層２１と第３の層２３とを同一材料（不純物が含まれるシリコン）によって構成するものとするが、第１、第２、第３の層２１、２２、２３のすべてを異なる材料によって構成してもよい。
Here, the
（２）第１の構造体２１０の作成（第１の層２１のエッチング、ステップＳ２１、および図２０Ｂ）
第１の層２１をエッチングすることにより、開口２１５を形成し、第１の構造体２１０を形成する。即ち、第１の層２１に対して浸食性を有し、第２の層２２に対して浸食性を有しないエッチング方法を用いて、第１の層２１の所定領域（開口２１５ａ〜２１５ｄ）に対して、第２の層２２の上面が露出するまで厚み方向にエッチングする。
(2) Creation of first structure 210 (etching of
By etching the
第１の層２１の上面に、第１の構造体２１０に対応するパターンをもったレジスト層を形成し、このレジスト層で覆われていない露出部分を垂直下方に侵食する。このエッチング工程では、第２の層２２に対する浸食は行われないので、第１の層２１の所定領域（開口２１５ａ〜２１５ｄ）のみが除去される。
図２０Ｂは、第１の層２１に対して、上述のようなエッチングを行い、第１の構造体２１０を形成した状態を示す。
A resist layer having a pattern corresponding to the
FIG. 20B shows a state where the
（３）接合部２２０の作成（第２の層２２のエッチング、ステップＳ２２、および図２０Ｃ）
第２の層２２をエッチングすることにより、接合部２２０を形成する。即ち、第２の層２２に対しては浸食性を有し、第１の層２１および第３の層２３に対しては浸食性を有しないエッチング方法により、第２の層２２に対して、その露出部分から厚み方向および層方向にエッチングする。
(3) Creation of junction 220 (etching of
The
このエッチング工程では、別途、レジスト層を形成する必要はない。即ち、第１の層２１の残存部分である第１の構造体２１０が、第２の層２２に対するレジスト層として機能する。エッチングは、第２の層１２の露出部分に対してなされる。
In this etching step, it is not necessary to separately form a resist layer. That is, the
第２の層１２に対するエッチング工程（ステップＳ２２）では、次の２つの条件を満たすエッチング法を行う必要がある。第１の条件は、厚み方向とともに層方向への方向性をもつことであり、第２の条件は、酸化シリコン層に対しては浸食性を有するが、シリコン層に対しては浸食性を有しないことである。
第１の条件は、不要な部分に酸化シリコン層が残存して重量部２３２の変位の自由度を妨げることがないようにするために必要な条件である。第２の条件は、既に所定形状への加工が完了しているシリコンからなる第１の構造体２１０や第３の層２３に浸食が及ばないようにするために必要な条件である。
In the etching process for the second layer 12 (step S22), it is necessary to perform an etching method that satisfies the following two conditions. The first condition is to have directionality in the layer direction as well as the thickness direction, and the second condition is erosive to the silicon oxide layer but erodible to the silicon layer. Is not to.
The first condition is a condition necessary for preventing the silicon oxide layer from remaining in an unnecessary portion and preventing the degree of freedom of displacement of the
第１、第２の条件を満たすエッチング方法として、バッファド弗酸（例えば、ＨＦ＝５．５ｗｔ％、ＮＨ４Ｆ＝２０ｗｔ％の混合水溶液）をエッチング液として用いるウェットエッチングを挙げることができる。また、ＣＦ４ガスとＯ２ガスとの混合ガスを用いたＲＩＥ法によるドライエッチングも適用可能である。 As an etching method that satisfies the first and second conditions, wet etching using buffered hydrofluoric acid (for example, a mixed aqueous solution of HF = 5.5 wt% and NH 4 F = 20 wt%) can be given. Further, dry etching by the RIE method using a mixed gas of CF 4 gas and O 2 gas is also applicable.
（４）導通部２６０〜２６２の形成（ステップＳ２３、および図２０Ｄ）
導通部２６０〜２６２の形成は、次のａ、ｂのようにして行われる。
ａ．錐状貫通孔の形成
第１の構造体２１０の所定の箇所をウエットエッチングし、第２の層２２まで貫通するような錘状貫通孔を形成する。エッチング液としては、第１の構造体のエッチングでは、例えば、２０％ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）を用いることができ、第２の層のエッチングでは、例えば、バッファド弗酸（例えば、ＨＦ＝５．５ｗｔ％、ＮＨ４Ｆ＝２０ｗｔ％の混合水溶液）を用いることができる。
(4) Formation of
The
a. Formation of conical through-holes A predetermined portion of the
ｂ．金属層の形成
第１の構造体２１０の上面及び錐状貫通孔内に、例えばＡｌを蒸着法やスパッタ法等により堆積させて、導通部２６０〜２６２を形成する。第１の構造体２１０の上面に堆積した不要な金属層（導通部２６０〜２６２の上端の縁（図示せず）の外側の金属層）はエッチングで除去する。
b. Formation of Metal Layer For example, Al is deposited by vapor deposition, sputtering, or the like on the upper surface of the
（５）第２の基体２４０の接合（ステップＳ２４、および図２０Ｅ）
１）第２の基体２４０の作成
絶縁性材料からなる基板、例えば、ガラス基板をエッチングして凹部２４３を形成し、駆動用電極２４４ａ、検出用電極２４４ｂ〜２４４ｅ、及び配線層Ｌ１、Ｌ４〜Ｌ７、Ｌ１２〜Ｌ１６を、例えばＮｄを含むＡｌからなるパターンによって所定の位置に形成する。
(5) Joining second base body 240 (step S24 and FIG. 20E)
1) Creation of second base body 240 A substrate made of an insulating material, for example, a glass substrate, is etched to form a
２）半導体基板Ｗと第２の基体２４０の接合
半導体基板Ｗと第２の基体２４０とを、例えば陽極接合により接合する。
第２の構造体２３０の作成前に第２の基体２４０を陽極接合している。重量部２３２を形成する前に、第２の基体２４０を陽極接合しているので、接続部２１３ａ〜２１３ｄには厚みの薄い領域が存在せず可撓性を有していないため、静電引力が生じても変位部２１２は第２の基体２４０に引き寄せられない。このため、第２の基体２４０と変位部２１２との接合を防止することができる。
図２０Ｅは、半導体基板Ｗと第２の基体２４０とを接合した状態を示す。
2) Bonding of the semiconductor substrate W and the
Before the
FIG. 20E shows a state where the semiconductor substrate W and the
（６）第２の構造体２３０の作成（第３の層２３のエッチング、ステップＳ２５、および図２０Ｆ）
第３の層２３をエッチングすることにより、開口２３３、ブロック下層部２３４ａ〜２３４ｊ、及びポケット２３５を形成し、第２の構造体２３０を形成する。即ち、第３の層２３に対して浸食性を有し、第２の層２２に対して浸食性を有しないエッチング方法により、第３の層２３の所定領域（開口２３３）に対して、第２の層２２の下面が露出するまで厚み方向へのエッチングを行う。
(6) Creation of second structure 230 (etching of
By etching the
第３の層２３の上面に、第２の構造体２３０に対応するパターンをもったレジスト層を形成し、このレジスト層で覆われていない露出部分を垂直下方に侵食する。
図２０Ｆは、第３の層２３に対して、上述のようなエッチングを行い、第２の構造体２３０を形成した状態を示す。
A resist layer having a pattern corresponding to the
FIG. 20F shows a state in which the
以上の製造プロセスにおいて、第１の構造体２１０を形成する工程（ステップＳ２１）と、第２の構造体２３０を形成する工程（ステップＳ２５）では、以下のようなエッチング法を行う必要がある。
第１の条件は、各層の厚み方向への方向性を持つことである、第２の条件は、シリコン層に対しては浸食性を有するが、酸化シリコン層に対しては浸食性を有しないことである。
In the above manufacturing process, it is necessary to perform the following etching method in the step of forming the first structure 210 (step S21) and the step of forming the second structure 230 (step S25).
The first condition is to have directionality in the thickness direction of each layer. The second condition is erosive to the silicon layer but not erodible to the silicon oxide layer. That is.
第１の条件を満たすエッチング方法として、誘導結合型プラズマエッチング法（ＩＣＰエッチング法：Induced Coupling Plasma Etching Method ）を挙げることができる。このエッチング法は、垂直方向に深い溝を掘る際に効果的な方法であり、一般に、ＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching ）と呼ばれているエッチング方法の一種である。
この方法では、材料層を厚み方向に浸食しながら掘り進むエッチング段階と、掘った穴の側面にポリマーの壁を形成するデポジション段階と、を交互に繰り返す。掘り進んだ穴の側面は、順次ポリマーの壁が形成されて保護されるため、ほぼ厚み方向にのみ浸食を進ませることが可能になる。
As an etching method that satisfies the first condition, an inductively coupled plasma etching method (ICP etching method) can be given. This etching method is effective when digging deep grooves in the vertical direction, and is a kind of etching method generally called DRIE (Deep Reactive Ion Etching).
In this method, an etching step of digging while eroding the material layer in the thickness direction and a deposition step of forming a polymer wall on the side surface of the dug hole are alternately repeated. Since the side walls of the holes that have been dug are protected by the formation of polymer walls, it is possible to advance erosion almost only in the thickness direction.
一方、第２の条件を満たすエッチングを行うには、酸化シリコンとシリコンとでエッチング選択性を有するエッチング材料を用いればよい。例えば、エッチング段階では、ＳＦ６ガス、およびＯ２ガスの混合ガスを、デポジション段階では、Ｃ４Ｆ８ガスを用いることが考えられる。 On the other hand, in order to perform etching that satisfies the second condition, an etching material having etching selectivity between silicon oxide and silicon may be used. For example, a mixed gas of SF 6 gas and O 2 gas may be used in the etching stage, and C 4 F 8 gas may be used in the deposition stage.
（７）第１の基体２５０の接合（ステップＳ２６、および図２０Ｇ）
１）第１の基体２５０の作成
絶縁性材料からなる基板に、駆動用電極２５４ａ、検出用電極２５４ｂ〜２５４ｅ、及び配線層Ｌ２、Ｌ３、Ｌ８〜Ｌ１１を、例えばＮｄを含むＡｌからなるパターンによって所定の位置に形成する。また、第１の基体２５０をエッチングすることにより、配線用端子Ｔ１〜Ｔ１１を形成するための上広の錐状貫通孔２０を所定の箇所に１１個形成する。
(7) Joining first base body 250 (step S26 and FIG. 20G)
1) Creation of first base body 250 A driving
２）半導体基板Ｗと第１の基体２５０の接合
ポケット２３５にゲッター材料（サエスゲッターズジャパン社製、商品名 非蒸発ゲッター）を入れて、第１の基体２５０と半導体基板Ｗとを、例えば陽極接合により接合する。
陽極接合の際に、駆動用電極２５４ａ、検出用電極２５４ｂ〜２５４ｅは、配線層Ｌ１７によって台座２３１（突出部２３１ｂ）と電気的に接続されている。また、固定部２１１と台座２３１は導通部２６０によって電気的に接続され、変位部２１２と重量部２３２は導通部２６１によって電気的に接続されている。変位部２１２と接続部２１３と固定部２１１は、導電性材料により一体的に構成されている。このため、駆動用電極２５４ａ、検出用電極２５４ｂ〜２５４ｅの配置された基体２５０の下面と重量部２３２の上面は、導通されており等電位である。台座２３１及びブロック下層部２３４ａ〜２３４ｊと、第１の基体２５０との陽極接合時に、等電位である第１の基体２５０の下面と重量部２３２の上面には静電引力が働かないため、重量部２３２と基体２５０との接合を防止することができる。
2) Joining of the semiconductor substrate W and the first substrate 250 A getter material (trade name non-evaporable getter manufactured by SAES Getters Japan Co., Ltd.) is put into the
At the time of anodic bonding, the driving
また、駆動用電極２４４ａ、検出用電極２４４ｂ〜２４４ｅは、第１の基体２５０の陽極接合の際には、配線層Ｌ１２〜Ｌ１６（第１の基体２５０と台座２３１及びブロック下層部２３４との陽極接合時には断線されていない）によって固定部２１１（突出部２１１ｂ）の下面とそれぞれ電気的に接続されている。また、変位部２１２と接続部２１３と固定部２１１は、導電性材料により一体的に構成されている。このため、駆動用電極２４４ａ、検出用電極２４４ｂ〜２４４ｅの配置された第２の基体２４０の上面と変位部２１２の下面は、導通されており等電位である。台座２３１及びブロック下層部２３４ａ〜２３４ｊと、第１の基体２５０との陽極接合時に、等電位である第２の基体２４０の上面と変位部２１２の下面には静電引力が働かないため、変位部２１２と第２の基体２４０との接合を防止することができる。
図２０Ｇは、半導体基板Ｗと第１の基体２５０とを接合した状態を示す。
In addition, the
FIG. 20G shows a state in which the semiconductor substrate W and the
（８）配線用端子Ｔ１〜Ｔ１１の形成（ステップＳ２７、および図２０Ｈ）
第１の基体２４０の上面及び錐状貫通孔２０内に、例えばＣｒ層、Ａｕ層の順に金属層を蒸着法やスパッタ法等により形成する。不要な金属層（配線用端子Ｔの上端の縁の外側の金属層）をエッチングにより除去し、配線用端子Ｔ１〜Ｔ１１を形成する。
(8) Formation of wiring terminals T1 to T11 (step S27 and FIG. 20H)
For example, a Cr layer and an Au layer are sequentially formed on the upper surface of the
（９）配線層Ｌ１２〜Ｌ２１の断線（ステップＳ２８、および図２０Ｉ）
第１の基体２５０の上側から、配線層Ｌ１７〜Ｌ２１にレーザー光を照射し、また、第２の基体２４０の下側から、配線層Ｌ１２〜Ｌ１６にレーザー光を照射ことにより、配線層Ｌ１２〜Ｌ２１をそれぞれ焼き切り、断線させる。第１の基体２５０、第２の基体２４０は、レーザー透過性を有するガラス基板で構成されているため、レーザー光により配線層Ｌ１２〜Ｌ２１を焼き切ることができる。
(9) Disconnection of wiring layers L12 to L21 (step S28 and FIG. 20I)
By irradiating the wiring layers L17 to L21 with laser light from the upper side of the
第１の基体２５０を陽極接合した後においては、角速度センサ２００が機能するように、駆動用電極２４４ａと変位部２１２ａの上面の駆動用電極Ｅ１、検出用電極２４４ｂ〜２４４ｅと変位部２１２ｂ〜２１２ｅの上面の検出用電極Ｅ１をそれぞれ容量性結合させるべく、配線層Ｌ１２〜Ｌ１６をそれぞれ断線させている。
また、第１の基体２５０を陽極接合した後においては、角速度センサ２００が機能するように、駆動電極２５４ａと重量部２３２ａの裏面の駆動電極Ｅ１、検出用電極２５４ｂ〜２５４ｅと重量部２３２ｂ〜２３２ｅの裏面の検出用電極Ｅ１をそれぞれ容量性結合させるべく、配線層Ｌ１７〜Ｌ２１をそれぞれ断線させている。
After the
In addition, after anodic bonding of the
（１０）半導体基板Ｗ、第２の基体２４０、第１の基体２５０のダイシング（ステップＳ２９および図２０Ｊ）
例えば、４５０℃の熱処理によってポケット２３５中のゲッター材料を活性化した後、互いに接合された半導体基板Ｗ、第２の基体２４０、及び第１の基体２５０にダイシングソー等で切れ込みを入れて、個々の角速度センサ２００に分離する。
(10) Dicing of the semiconductor substrate W, the
For example, after the getter material in the
（変形例）
以上の角速度センサ２００は、第１の基体２５０の陽極接合後に、配線層Ｌ１２〜Ｌ２１をレーザー光により焼き切って断線させている。
これに対して、配線層Ｌ１２〜Ｌ２１にそれぞれヒューズを形成しておき、配線層Ｌ１２〜Ｌ２１に過電流を流すことにより、このヒューズを断線させることも可能である。すなわち、Ｓ２４の第２の基体２４０の作成において配線層Ｌ１２〜Ｌ１６に、Ｓ２６の第１の基体２５０の作成において配線層Ｌ１７〜Ｌ２１に、ヒューズをそれぞれ形成しておき、Ｓ２８でのレーザー光の照射に代えて、配線用端子Ｔ１と配線用端子Ｔ２〜Ｔ１１とを用いて、外部から配線層Ｌ１２〜Ｌ２１に過電流を流すことにより、このヒューズをそれぞれ断線させることができる。
(Modification)
In the
On the other hand, it is also possible to disconnect the fuses by forming fuses in the wiring layers L12 to L21 and passing an overcurrent through the wiring layers L12 to L21. That is, fuses are formed in the wiring layers L12 to L16 in the formation of the
ヒューズは、ヒューズ以外の配線層Ｌ１２〜Ｌ２１の部分に、それぞれ例えばＡｌ（融点６６０．４℃）配線層を形成して、ヒューズの部分のみに、例えばＰｂ（融点３２７．５℃）、Ｚｎ（融点４１９．５８℃）、Ｔｅ（融点４４９．８℃）等の溶断しやすい材料を使用して形成できる。また、配線層Ｌ１２〜Ｌ２１（ヒューズを含む）全体を、それぞれ例えばＡｌからなる同一材料で構成し、ヒューズの部分を他の部分よりも、細く（例えば、配線層Ｌ１２〜Ｌ２１のヒューズ以外の部分に対してそれぞれ１／１０〜１／１００の太さ）形成してもよい。他の配線部分よりも細い部分は溶断しやすいためである。 For the fuse, for example, an Al (melting point: 660.4 ° C.) wiring layer is formed in each of the wiring layers L12 to L21 other than the fuse, and for example, only Pb (melting point: 327.5 ° C.), Zn ( It can be formed using a material that is easily melted, such as Te (melting point: 419.58 ° C.), Te (melting point: 449.8 ° C.) Further, the entire wiring layers L12 to L21 (including fuses) are each made of the same material made of Al, for example, and the fuse portion is thinner than the other portions (for example, portions other than the fuses of the wiring layers L12 to L21) (Thickness of 1/10 to 1/100 of each). This is because a portion thinner than the other wiring portions is easily melted.
（第３の実施形態）
図２１は、本発明の第３に実施形態に係る角速度センサ３００の主要な部分を表す一部断面図である。図２２Ａは、図２１の点線の楕円で囲まれた領域の拡大図であって、熱応動スイッチＴＳｆ及び凹部３３１ｃ近傍の拡大図である。図２２Ｂは、図２１の点線の楕円で囲まれた領域の拡大図であって、熱応動スイッチＴＳａ及び凹部３１１ｄ近傍の拡大図である。図１７に共通する部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
(Third embodiment)
FIG. 21 is a partial cross-sectional view showing main parts of an
図２１に示すように、本実施形態の角速度センサ３００は、第２の実施形態での角速度センサ２００と、以下の点において相違している。
第１に、本実施形態の角速度センサ３００は、第２の実施形態での角速度センサ２００の配線層Ｌ１７〜Ｌ２１に代えて、熱応動スイッチＴＳｆ〜ＴＳｊを備えている（配線層Ｌ１７〜Ｌ２１の１７〜２１の番号順と、熱応動スイッチＴＳｆ〜ＴＳｊのｆ〜ｊのアルファベット順とはそれぞれ順に対応している。）。また、本実施形態の角速度センサ３００は、第２の実施形態での角速度センサ２００の配線層Ｌ１２〜Ｌ１６に代えて、熱応動スイッチＴＳａ〜ＴＳｅを備えている（配線層Ｌ１２〜Ｌ１６の１２〜１６の番号順と、熱応動スイッチＴＳａ〜ＴＳｅのａ〜ｅのアルファベット順とはそれぞれ順に対応している。）。
第２に、突出部３３１ｂにおける２つの端面が交わる辺部の下端に、熱応動スイッチＴＳｆ〜ＴＳｊの動作部ＴＳ１（後述する）を収容する凹部３３１ｃが形成されている。また、突出部３１１ｂにおける２つの端面が交わる辺部の上端に、熱応動スイッチＴＳａ〜ＴＳｅの動作部ＴＳ１を収容する凹部３１１ｄが形成されている。
As shown in FIG. 21, the
First, the
Secondly, a
熱応動スイッチＴＳ（ＴＳａ〜ＴＳｊ）は、加熱により作動するスイッチ（言い換えれば、可動部材）である。熱応動スイッチＴＳｆ〜ＴＳｊは、第１の基体３５０の陽極接合時には、駆動用電極２５４ａ、検出用電極２５４ｂ〜２５４ｅと台座の突出部３３１ｂとをそれぞれ電気的に接続する導電部として機能する。また、熱応動スイッチＴＳａ〜ＴＳｅは、第１の基体３５０の陽極接合時には、駆動用電極２４４ａ、検出用電極２４４ｂ〜２４４ｅと固定部の突出部３１１ｂとをそれぞれ電気的に接続する導電部として機能する。
熱応動スイッチＴＳ（ＴＳａ〜ＴＳｊ）は、動作部ＴＳ１と、熱応動スイッチＴＳを第１の基体３５０又は第２の基体３４０に固定する固定部ＴＳ２とで構成される。動作部ＴＳ１は、加熱により変形し、温度の低下により復帰するものである。動作部ＴＳ１は、一端が固定部ＴＳ２に固定された固定端となっていて、他端は第１の基体３５０又は第２の基体３４０と離れて自由端となっており、かつ凹部３３１ｃ又は凹部３１１ｄ内に配置されている。
The thermally responsive switches TS (TSa to TSj) are switches (in other words, movable members) that are activated by heating. The thermally responsive switches TSf to TSj function as conductive portions that electrically connect the
The thermally responsive switch TS (TSa to TSj) includes an operating part TS1 and a fixing part TS2 that fixes the thermally responsive switch TS to the
動作部ＴＳ１は、熱膨張係数の異なる２種類あるいは２種類以上の部材を張り合わせて板状に一体化したものであり、少なくとも、加熱されて突出部３３１ｂ又は突出部３１１ｂと接触する部材は、電気伝導性部材である必要がある。本実施の形態では、２種類の導電層３０、３１で構成している。
導電層３０は、導電層３１よりも熱膨張係数が大きな材料で構成される。導電層３０は、例えばＡｌ（２０℃での線膨張係数３．０２×１０−５／Ｋ）で構成でき、導電層３１は、例えばＰ型ポリシリコン（例えば、ボロンを添加したＰ型シリコン、例えば、２０℃での線膨張係数２．６×１０−６／Ｋ）で構成できる。ボロンが含まれるシリコンとしては、例えば、高濃度のボロンを含み、抵抗率が０．００１〜０．０１Ω・ｃｍのものを使用できる。
The operation part TS1 is obtained by laminating two or more kinds of members having different thermal expansion coefficients and integrating them into a plate shape. At least the member that is heated and comes into contact with the
The
動作部ＴＳ１は、加熱されると、熱膨張係数の大きい導電層３０の伸び量が熱膨張係数の小さい導電層３１よりも大きくなるため、熱膨張係数の小さい導電層３１側へ曲がり、凹部３３１ｃの上面に対応する突出部３３１ｂ、又は凹部３１１ｄの下面に対応する突出部３１１ｂと接触する。また、動作部ＴＳ１は、温度の低下により復帰して、凹部３３１ｃの上面に対応する突出部３３１ｂ、又は凹部３１１ｄの下面に対応する突出部３１１ｂと離れる。
When the operating part TS1 is heated, the amount of elongation of the
半導体基板Ｗと第１の基体３５０との陽極接合時には、３００℃近くにまで加熱されるため、熱応動スイッチＴＳｆ〜ＴＳｊの動作部ＴＳ１は変形してそれぞれ突出部３３１ｂと接触する。これにより、第１の基体３５０の陽極接合時には、駆動用電極２５４ａ、検出用電極２５４ｂ〜２５４ｅは、突出部３３１ｂとそれぞれ電気的に接続されるため、駆動用電極２５４ａ、検出用電極２５４ｂ〜２５４ｅの配置された第１の基体３５０の上面と、重量部２３２の下面は導通されて等電位となる。等電位である第１の基体３５０の上面と、重量部２３２の下面には静電引力が働かないため、角速度センサ３００では、第１の基体３５０の陽極接合の際に、重量部２３２と第１の基体３５０との接合を防止することができる。
At the time of anodic bonding between the semiconductor substrate W and the
同様に、半導体基板Ｗと第１の基体３５０との陽極接合時には、３００℃近くにまで加熱されるため、熱応動スイッチＴＳａ〜ＴＳｅの動作部ＴＳ１は変形してそれぞれ突出部３１１ｂと接触する。これにより、第１の基体３５０の陽極接合時には、駆動用電極２４４ａ、検出用電極２４４ｂ〜２４４ｅは、突出部３１１ｂとそれぞれ電気的に接続されるため、駆動用電極２４４ａ、検出用電極２４４ｂ〜２４４ｅの配置された第２の基体３４０の下面と、変位部２１２の下面は導通されて等電位となる。等電位である第２の基体３４０の下面と、変位部２１２の下面には静電引力が働かないため、角速度センサ３００では、第１の基体３５０の陽極接合の際に、変位部２１２と第２の基体３４０との接合を防止することができる。
Similarly, at the time of anodic bonding between the semiconductor substrate W and the
第１の基体３５０を陽極接合した後には、温度の低下により熱応動スイッチＴＳｆ〜ＴＳｊの動作部ＴＳ１は復帰してそれぞれ突出部３３１ｂと離れ、熱応動スイッチＴＳａ〜ＴＳｅの動作部ＴＳ１は復帰してそれぞれ突出部３１１ｂと離れるため、第２の実施形態での角速度センサ２００で行った配線層Ｌ１２〜Ｌ２１の断線に対応する工程は、角速度センサ３００においては不要である。
After the
なお、図２２Ａに図示されていないが、駆動用電極２５４ａ、検出用電極２５４ｂ〜２５４ｅと熱応動スイッチＴＳｆ〜ＴＳｊはそれぞれ電気的に接続されている（駆動用電極２５４ａ、検出用電極２５４ｂ〜２５４ｅの２５４ａ〜２５４ｅのアルファベット順と、熱応動スイッチＴＳｆ〜ＴＳｊのｆ〜ｊのアルファベット順とは、それぞれ順に対応している）。
また、図２２Ｂに図示されていないが、駆動用電極２４４ａ、検出用電極２４４ｂ〜２４４ｅと熱応動スイッチＴＳａ〜ＴＳｅはそれぞれ電気的に接続されている（駆動用電極２４４ａ、検出用電極２４４ｂ〜２４４ｅの２４４ａ〜２４４ｅのアルファベット順と、熱応動スイッチＴＳａ〜ＴＳｅのａ〜ｅのアルファベット順とは、それぞれ順に対応している）。
本実施の形態では、固定部ＴＳ２と駆動用電極２４４ａ、２５４ａ及び検出用電極２４４ｂ〜２４４ｅ、２５４ｂ〜２５４ｅとのそれぞれの電気的接続を、熱応動スイッチＴＳを構成する導電層３０、３１と同一材料により構成しているが、例えば導電層３０又は導電層３１のいずれかや、他の導電性材料により接続してもよい。
Although not shown in FIG. 22A, the
Although not shown in FIG. 22B, the
In the present embodiment, the electrical connection between the fixed portion TS2, the driving
凹部３３１ｃは、台座の突出部３３１ｂにおける２つの端面が交わる辺部の下端に形成された、熱応動スイッチＴＳｆ〜ＴＳｊの動作部ＴＳ１を収容する凹部である。凹部３３１ｃの形状は、例えば直方体にすることができるが、直方体に限定されるものではなく、任意の形状でかまわない。凹部３３１ｃは、熱応動スイッチＴＳｆ〜ＴＳｊの動作部ＴＳ１が加熱により変形してそれぞれ突出部３３１ｂに接触し、加熱しない状態では動作部ＴＳ１が突出部３３１ｂとそれぞれ離れる高さに形成される。
The recessed
凹部３１１ｄは、固定部の突出部３１１ｂにおける２つの端面が交わる辺部の上端に形成された、熱応動スイッチＴＳａ〜ＴＳｅの動作部ＴＳ１を収容する凹部である。凹部３１１ｄの形状は、例えば直方体にすることができるが、直方体に限定されるものではなく、任意の形状でかまわない。凹部３１１ｄは、熱応動スイッチＴＳａ〜ＴＳｅの動作部ＴＳ１が加熱により変形してそれぞれ突出部３１１ｄに接触し、加熱しない状態では動作部ＴＳ１が突出部３１１ｄとそれぞれ離れる高さに形成される。
なお、図２１、図２２ｂでは、凹部３１１ｄの下面が、固定部の突出部３１１ｂになるように凹部３１１ｄを形成し、熱応動スイッチＴＳａ〜ＴＳｅを介して駆動用電極２４４ａ、検出用電極２４４ｂ〜２４４ｅと固定部とをそれぞれ電気的に接続している。熱応動スイッチＴＳａ〜ＴＳｅの動作部ＴＳ１を収容する凹部の下面が、台座の突出部３３１ｂになるようにこの凹部を形成し、熱応動スイッチＴＳａ〜ＴＳｅを介して駆動用電極２４４ａ、検出用電極２４４ｂ〜２４４ｅと台座とを電気的に接続してもよい。
The
21 and 22b, the
角速度センサ３００は、例えば、動作部ＴＳ１を、Ａｌからなる導電層３０とＰ型ポリシリコンからなる導電層３１とによって構成している場合には、動作部ＴＳ１の長さを５０μｍ、動作部ＴＳ１の厚みを０．５μｍ（導電層３０の厚み０．２５μｍ、導電層３１の厚み０．２５μｍ）、凹部３３１ｃの上面と導電層３１の上面との距離（凹部３１１ｄの下面と導電層３１の下面との距離）を５μｍにすることができる。
In the
角速度センサ３００の作成工程について説明する。
図２３は、角速度センサ３００の作成手順の一例を表すフロー図である。
図２３に示すように、本実施形態の角速度センサ３００の作成方法は、第２の実施形態での角速度センサ２００の作成方法と、以下の点において相違している。
第１に、ステップ３１において、エッチング等の方法で突出部３１１ｂの所定の位置に凹部３１１ｄを形成する。また、ステップ３５において、エッチング等の方法で突出部３３１ｂの所定の位置に凹部３３１ｃを形成する。
第２に、本実施形態では、第２の実施形態での角速度センサ２００の作成方法におけるステップＳ２４での配線層Ｌ１２〜Ｌ１６の形成に代えて、ステップＳ３４において熱応動スイッチＴＳａ〜ＴＳｅを形成している。また、本実施形態では、第２の実施形態での角速度センサ２００の作成方法におけるステップＳ２６の配線層Ｌ１７〜Ｌ２１の形成に代えて、ステップＳ３６において熱応動スイッチＴＳｆ〜ＴＳｊを形成している。
第３に、前述したように、本実施形態では、第２の実施形態での角速度センサ２００の作成方法でのステップ２８（配線層Ｌ１２〜Ｌ２１の断線）に対応するステップが不要である。
A process for creating the
FIG. 23 is a flowchart illustrating an example of a procedure for creating the
As shown in FIG. 23, the method of creating the
First, in
Second, in the present embodiment, instead of forming the wiring layers L12 to L16 in step S24 in the method of creating the
Thirdly, as described above, in the present embodiment, a step corresponding to step 28 (disconnection of the wiring layers L12 to L21) in the method for producing the
熱応動スイッチＴＳｆを例に、熱応動スイッチＴＳの作成手順を説明する。
図２４Ａ〜図２４Ｄは、図２３の作成手順のステップＳ３６における、第１の基体３５０に形成する熱応動スイッチＴＳｆの作成手順の一例を表す断面図である。まず、図２４Ａに示すように、第１の基体２５０の上面で、かつ凹部３３１ｃ内にレジスト３２を形成する。次に、駆動電極２５４ａの端面に接続され、かつレジスト３２の上面を覆うように、例えばスパッタリングの手法を用いて導電層３０、３１を順に形成して積層する（図２４Ｂ、図２４Ｃ）。最後に、レジスト３２を除去すれば動作部ＴＳ１が第１の基体２５０の上面から離れて形成されるので、熱応動スイッチＴＳｆを作成することができる（図２４Ｄ）。
The procedure for creating the thermally responsive switch TS will be described using the thermally responsive switch TSf as an example.
24A to 24D are cross-sectional views illustrating an example of a procedure for creating the thermally responsive switch TSf formed on the
図２５は、第２の基体に形成された熱応動スイッチＴＳａ〜ＴＳｅ及び凹部の変形例であって、熱応動スイッチＴＳａ〜ＴＳｅ及び凹部２４３ａ近傍の拡大図である。
この変形例では、固定部の突出部３１１ｂに凹部３１１ｄ（図２２Ｂ）を形成せずに、固定部の突出部２１１ｂの上面における変位部２１２側の縁部が露出するように第２の基体に凹部２４３ａを形成している。また、凹部２４３ａ内であって、上面が露出している突出部２１１ｂの上方の空間に熱応動スイッチＴＳａ〜ＴＳｅの動作部ＴＳ１をそれぞれ形成している。熱応動スイッチＴＳａ〜ＴＳｅの動作部ＴＳ１は、加熱により変形してそれぞれ突出部２１１ｂの上面に接触し、加熱しない状態では動作部ＴＳ１が突出部２１１ｂとそれぞれ離れる高さに形成される。この変形例では、ステップＳ３４の第２の基体の作成の際に、固定部の突出部２１１ｂ上面の所定の領域が露出するように凹部２４３ａを形成するので、ステップＳ３１において固定部の突出部２１１ｂに凹部を形成する必要がない。そのため、図２２Ｂに示したものよりも、熱応動スイッチＴＳａ〜ＴＳｅの動作部ＴＳ１を収容する凹部の形成が容易であるため、熱応動スイッチＴＳａ〜ＴＳｅ及び凹部を容易に作成できる。
FIG. 25 is a modification of the thermally responsive switches TSa to TSe and the recesses formed on the second base, and is an enlarged view of the vicinity of the thermally responsive switches TSa to TSe and the
In this modification, the
（第４の実施形態）
図２６は、本発明の第４の実施形態に係る角速度センサ４００を分解した状態を表す分解斜視図である。図２７は、図２６のＤ−Ｄに沿って切断した状態を表す断面図である。図８、図１７に共通する部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
(Fourth embodiment)
FIG. 26 is an exploded perspective view showing a state where the
図２６、図２７に示すように、本実施形態の角速度センサ４００は、第２の実施形態での角速度センサ２００と、以下の点において相違している。第１に、本実施形態の角速度センサ４００は、第２の実施形態での角速度センサ２００の第１の基体２５０に形成された配線用端子Ｔ１〜Ｔ１１に代えて、第２の基体４４０に配線用端子Ｔ１ａ〜Ｔ１１ａが形成されている。第２に、本実施形態の角速度センサ４００は、第２の実施形態での角速度センサ２００のブロック上層部２１４ａ、２１４ｂ、２１４ｅ、２１４ｆ、２１４ｉに形成された導通部２６２に代えて、ブロック上層部２１４ｃ、２１４ｄ、２１４ｇ、２１４ｈ、２１４ｊにそれぞれ導通部４６２を備えている。第３に、本実施形態の角速度センサ４００は、第２の実施形態での角速度センサ２００が備えている切断あるいは溶断等された配線層Ｌ１２〜Ｌ２１を、備えていない。
As shown in FIGS. 26 and 27, the
導通部４６２は、ブロック上層部２１４ｃ、２１４ｄ、２１４ｇ、２１４ｈ、２１４ｊとブロック下層部２３４ｃ、２３４ｄ、２３４ｇ、２３４ｈ、２３４ｊとをそれぞれ導通するものであり、ブロック上層部２１４ｃ、２１４ｄ、２１４ｇ、２１４ｈ、２１４ｊ及び接合部２２３をそれぞれ貫通している。導通部４６２の構造は、第２の実施形態での導通部２６０〜２６２と同様である。
The conducting
第２の基体４４０には、枠部２５１及び底板部２５２を貫通する配線用端子Ｔａ（Ｔ１ａ〜Ｔ１１ａ）が設けられており、角速度センサ４００の外部から駆動用電極２４４ａ、２５４ａや、検出用電極２４４ｂ〜２４４ｅ、２５４ｂ〜２４４ｅへの電気的接続を可能としている。配線用端子Ｔ１ａ〜Ｔ１１ａの構造は、第２の実施形態での配線用端子Ｔ１〜Ｔ１１と同様である。
The
配線用端子Ｔ１ａの下端は、固定部２１１の突出部２１１ｂの上面に接続されている。配線用端子Ｔ２ａ〜Ｔ９ａの下端は、それぞれブロック上層部２１４ａ〜２１４ｈの上面に接続されている（配線用端子Ｔ２ａ〜Ｔ９ａのＴ２ａ〜Ｔ９ａの番号順と、ブロック上層部２１４ａ〜２１４ｈの２１４ａ〜２１４ｈのアルファベット順とは、それぞれ対応している）。配線用端子Ｔ１０ａ、Ｔ１１ａは、それぞれブロック上層部２１４ｉ、２１４ｊの上面に接続されている。
The lower end of the wiring terminal T1a is connected to the upper surface of the protruding
したがって、配線用端子Ｔ２ａ〜Ｔ１１ａは、第２の実施形態での配線用端子Ｔ２〜Ｔ１１と同様に、それぞれ順に、検出用電極２４４ｅ、２４４ｂ、２５４ｂ、２５４ｃ、２４４ｃ、２４４ｄ、２５４ｄ、２５４ｅ、駆動用電極２４４ａ、２５４ａと電気的に接続されている。
また、配線用端子Ｔ１ａは、第２の実施形態での配線用端子Ｔ１と同様に、変位部２１２の上面及び重量部２３２の下面に形成される電極Ｅ１と電気的に接続されている。
Accordingly, the wiring terminals T2a to T11a are sequentially detected in the same manner as the wiring terminals T2 to T11 in the second embodiment, and the
Further, the wiring terminal T1a is electrically connected to the electrode E1 formed on the upper surface of the
本実施の形態では、半導体基板Ｗと第１の基体４５０との陽極接合時には、重量部２３２と電気的に接続されている配線用端子Ｔ１ａと、駆動用電極２４４ａ、２５４ａ、検出用電極２４４ｂ〜２４４ｅ、２５４ｂ〜２５４ｅに電気的に接続されている配線用端子Ｔ２ａ〜Ｔ１１ａとを導線等により外部で電気的に接続する。
これにより、第１の基体４５０の陽極接合時には、駆動用電極２５４ａ、検出用電極２５４ｂ〜２５４ｅの配置された第１の基体４５０の上面と、重量部２３２の下面は導通されて、等電位となる。等電位である、第１の基体４５０の上面と、重量部２３２の下面には静電引力が働かないため、角速度サンサ４００では、第１の基体４５０の陽極接合の際に、重量部２３２と第１の基体４５０との接合を防止することができる。
In the present embodiment, at the time of anodic bonding between the semiconductor substrate W and the
Thereby, at the time of anodic bonding of the
同様に、第１の基体４５０の陽極接合時には、駆動用電極２４４ａ、検出用電極２４４ｂ〜２４４ｅの配置された第２の基体４４０の下面と、変位部２１２の上面は導通されて、等電位となる。等電位である、第２の基体４４０の下面と、変位部２１２の下面には静電引力が働かないため、角速度センサ４００では、第１の基体４５０の陽極接合の際に、変位部２１２と第２の基体４４０との接合を防止することができる。
第１の基体４５０を陽極接合した後には、配線用端子Ｔ１ａと配線用端子Ｔ２ａ〜Ｔ１１ａとを外部で接続している導線は、容易に除去できる。
Similarly, at the time of anodic bonding of the
After the
角速度センサ４００の作成工程について説明する。
図２８は、角速度センサ４００の作成手順の一例を表すフロー図である。
図２８に示すように、本実施形態の角速度センサ４００の作成方法は、第２の実施形態での角速度センサ２００の作成方法と、以下の点において相違している。第１に、本実施形態では、第２の実施形態での角速度センサ２００の作成方法におけるステップ２４での配線層１２〜１６の形成、ステップＳ２６での配線層Ｌ１７〜Ｌ２１の形成が、不要である。第２に、前述したように、本実施形態では、第２の実施形態での角速度センサ２００の作成方法におけるステップＳ２８での配線層Ｌ１２〜Ｌ２１の断線に代えて、ステップＳ４８において配線用端子Ｔ１と配線用端子Ｔ２ａ〜Ｔ１１ａとを外部で接続している例えば導線を除去する。第３に、本実施形態では、第２の実施形態での角速度センサ２００の作成方法におけるステップ２７での第１の基体２５０への配線用端子Ｔ１〜Ｔ１１の形成に代えて、ステップ４５において第２の基体４４０に配線用端子Ｔ１ａ〜Ｔ１１ａを形成する。
A process for creating the
FIG. 28 is a flowchart illustrating an example of a procedure for creating the
As shown in FIG. 28, the method of creating the
（その他の実施形態）
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張、変更可能であり、拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
例えば、加速度センサについても、第２の実施形態で述べた角速度センサ２００のように、基体１４０の接合後に配線層１４２を断線させてもよい。
同様に、加速度センサについても、第３の実施形態で述べた角速度センサ３００のように、配線層１４２に代えて熱応動スイッチを形成してもよい。
(Other embodiments)
Embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and can be expanded and modified. The expanded and modified embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
For example, as for the acceleration sensor, the
Similarly, as for the acceleration sensor, a thermally responsive switch may be formed instead of the
また、加速度センサについても、第４の実施形態で述べたように、基体１４０の陽極接合時に接合防止層１４１と変位部１１２を、導線等により外部で電気的に接続し、基体１４０の接合後にこの導線を除去してもよい。
また、角速度センサ２００〜４００では、第１の構造体２１０及び第２の構造体２２０に、導電性材料（不純物が含まれるシリコン）を用いた場合を例に説明したが、必ずしも全体がすべて導電性材料で構成されている必要はない。少なくとも、例えば電極（駆動用電極、検出用電極）Ｅ１や、配線用端子Ｔ１０とブロック下層部２３４ｉの下面との間を導通する部分等のような必要な部分が導電性材料によって構成されていてもよい。
また、角速度センサ２００、３００では、第１の基体２５０、３５０に配線用端子Ｔ１〜Ｔ１１を形成したが、第４の実施形態で述べたように、第２の基体２４０に配線用端子を形成し、ブロック上層部２１４ａ〜２１４ｊの上面、及び固定部２１１の突出部２１１ｂの上面とそれぞれ接続してもよい。
As for the acceleration sensor, as described in the fourth embodiment, the
In the
In the
１００ 加速度センサ
１１０ 第１の構造体
１１１ 固定部
１１２ 変位部
１１３ 接続部
１１５ 開口部
１１６ 拡散層
１２０ 接合部
１２１ 接合部
１２２ 接合部
１３０ 第２の構造体
１３１ 台座
１３１ａ 枠体部
１３１ｂ 突出部
１３２（１３２a-１３３ｅ） 重量部
１３３ 開口部
１４０ 基体
１４１ 接合防止層
１４２ 配線層
１５０ 配線構造
１５１ 絶縁層
１５２ 配線層
１５３ 保護層
１５４ コンタクトホール
１５５ 層間接続導体
１５６ 配線
１５７ ボンディングパッド
１５８ パッド開口
１６０，１６１ 導通部
Ｒｘ１-Ｒｘ４，Ｒｙ１-Ｒｙ４，Ｒｚ１-Ｒｚ４ ピエゾ抵抗素子
１４ マスク
１５ 開口
１６ 貫通孔
２００，３００，４００ 角速度センサ
２１０ 第１の構造体
２１１ 固定部
２１１ａ 枠部
２１１ｂ，２１１ｃ 突出部
２１２（２１２ａ-２１２ｅ） 変位部
２１３（２１３ａ-２１３ｄ） 接続部
２１４（２１４ａ-２１４ｊ） ブロック上層部
２１５（２１５ａ-２１５ｄ） 開口
２２０，２２１，２２２，２２３ 接合部
２３０ 第２の構造体
２３１ 台座
２３１ａ 枠部
２３１ｂ，２３１ｃ，２３１ｄ 突出部
２３２（１３２ａ-１３３ｅ） 重量部
２３３ 開口
２３４（２３４ａ-２３４ｊ） ブロック下層部
２３５ ポケット
２４０，３４０，４４０ 第２の基体
２４１ 枠部
２４２ 底板部
２４３，２４３ａ 凹部
２４４ａ 駆動用電極
２４４ｂ-２４４ｅ 検出用電極
２５０，３５０，４５０ 第１の基体
２５４ａ 駆動用電極
２５４ｂ-２５４ｅ 検出用電極
２６０-２６２ 導通部
３１１ｂ 突出部
３１１ｄ 凹部
３３１ｂ 突出部
３３１ｃ 凹部
４６２ 導通部
３０，３１ 導電層
３２ レジスト
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ４-Ｌ２１ 配線層
Ｔ１-Ｔ１１，Ｔ１ａ-Ｔ１１ａ 配線用端子
Ｅ１ 駆動用電極、検出用電極
ＴＳ（ＴＳａ-ＴＳｊ） 熱応動スイッチ
ＴＳ１ 動作部
ＴＳ２ 固定部
100 Acceleration sensor 110 First structure 111 Fixing part 112 Displacement part 113 Connection part 115 Opening part 116 Diffusion layer 120 Joining part 121 Joining part 122 Joining part 130 Second structure 131 Base 131a Frame part 131b Protruding part 132 ( 132a-133e) Weight 133 Opening 140 Base 141 Bonding prevention layer 142 Wiring layer 150 Wiring structure 151 Insulating layer 152 Wiring layer 153 Protective layer 154 Contact hole 155 Interlayer connection conductor 156 Wiring 157 Bonding pad 158 Pad opening 160, 161 Conducting portion Rx1-Rx4, Ry1-Ry4, Rz1-Rz4 Piezoresistive element 14 Mask 15 Opening 16 Through-hole 200, 300, 400 Angular velocity sensor 210 First structure 211 Fixed portion 211a Frame portion 211b, 211c Protruding portion 212 (212a-212e ) Position part 213 (213a-213d) Connection part 214 (214a-214j) Block upper layer part 215 (215a-215d) Opening 220, 221, 222, 223 Joint part 230 Second structure 231 Base 231a Frame part 231b, 231c, 231d Projection 232 (132a-133e) Weight 233 Opening 234 (234a-234j) Block lower layer 235 Pocket 240, 340, 440 Second base 241 Frame 242 Bottom plate 243, 243a Recess 244a Drive electrode 244b-244e Detection electrodes 250, 350, 450 First base 254a Driving electrodes 254b-254e Detection electrodes 260-262 Conductive portion 311b Protruding portion 311d Recessed portion 331b Protruding portion 331c Recessed portion 462 Conducting portion 30, 31 Conductive layer 32 Resist L1, L2 , L4-L21 Line layer T1-T11, T1a-T11a wiring terminals E1 driving electrode, detection electrode TS (TSa-TSj) thermo-switch TS1 operation section TS2 fixed part
Claims (20)
前記変位部に接合される重量部と、前記重量部を囲んで配置され、かつ前記固定部に接合される台座と、を有し、第２の半導体材料から構成され、かつ前記第１の構造体に積層して配置される第２の構造体と、
前記固定部と前記台座とを接合する第１の接合部と、前記変位部と前記重量部とを接続する第２の接合部と、を有し、絶縁性材料から構成され、かつ前記第１の構造体と前記第２の構造体とを接合する接合体と、
前記変位部の変位を検出する変位検出部と、
前記台座に接続されて前記第２の構造体に積層配置され、前記重量部との対向面に配置される第１の導電性部材を有し、絶縁性材料から構成される第１の基体と、
前記固定部と前記台座とを電気的に接続する第１の導通部と、
前記変位部と前記重量部とを電気的に接続する第２の導通部とを具備し、
前記第１の基体が、少なくとも前記第１の基体と前記第２の構造体との接合時に、前記第１の導電性部材と前記台座とを電気的に接続する第１の導電部を有することを特徴とする力学量検出センサ。 A fixed portion having an opening, a displacement portion disposed in the opening and displaced with respect to the fixed portion, and a connection portion connecting the fixed portion and the displacement portion, and having a flat plate shape A first structure integrally constructed from a first semiconductor material;
A weight part that is joined to the displacement part, a base that surrounds the weight part and is joined to the fixing part, and is made of a second semiconductor material, and the first structure A second structure that is stacked on the body;
A first joint that joins the fixed part and the pedestal; and a second joint that joins the displacement part and the weight part. And a joined body for joining the second structure and the second structure,
A displacement detection unit for detecting a displacement of the displacement unit;
A first base member made of an insulating material having a first conductive member connected to the pedestal and stacked on the second structure and disposed on a surface facing the weight portion; ,
A first conductive portion that electrically connects the fixed portion and the pedestal;
A second conducting part for electrically connecting the displacement part and the weight part;
The first base has a first conductive portion that electrically connects the first conductive member and the pedestal at least when the first base and the second structure are joined. A mechanical quantity detection sensor characterized by
前記第２の基体が、少なくとも前記第１の基体と前記第２の構造体との接合時に、前記第２の導電性部材と前記固定部又は前記台座とを電気的に接続する第２の導電部を有することを特徴とする請求項２に記載の力学量検出センサ。 A second base member made of an insulating material, having a second conductive member connected to the fixed portion and stacked on the first structure and disposed on the surface facing the displacement portion Further comprising
The second base electrically connects the second conductive member and the fixed portion or the pedestal at least when the first base and the second structure are joined. The mechanical quantity detection sensor according to claim 2, further comprising a portion.
前記固定部と前記第３の層とを電気的に接続する第１の導通部を形成するステップと、
前記変位部と前記第３の層とを電気的に接続する第２の導通部を形成するステップと、
前記第３の層をエッチングして、前記変位部に接合される重量部と、前記重量部を囲んで配置され、かつ前記固定部に接合される台座と、を有する第２の構造体を形成するステップと、
絶縁性材料から構成される第１の基体を、この第一の基体の前記重量部との対向面に配置される第１の導電性部材と前記台座との間を導通しながら、前記台座に接合して前記第２の構造体に積層配置するステップと、
を有することを特徴とする力学量検出センサの製造方法。 Etching the first layer of a semiconductor substrate in which a first layer made of a first semiconductor material, a second layer made of an insulating material, and a third layer made of a second semiconductor material are sequentially stacked. A first fixing portion having an opening; a displacement portion that is disposed in the opening and is displaced with respect to the fixing portion; and a connection portion that connects the fixing portion and the displacement portion. Forming a structure; and
Forming a first conductive portion that electrically connects the fixed portion and the third layer;
Forming a second conductive portion that electrically connects the displacement portion and the third layer;
The third layer is etched to form a second structure having a weight part joined to the displacement part, and a pedestal arranged to surround the weight part and joined to the fixed part. And steps to
A first base made of an insulating material is connected to the pedestal while conducting between the pedestal and the first conductive member disposed on the surface of the first base facing the weight portion. Joining and stacking and arranging on the second structure;
A manufacturing method of a mechanical quantity detection sensor characterized by comprising:
前記第１の基体を前記第２の構造体に積層配置するステップにおける前記第１の導電性部材と前記台座との間の導通は、前記第１の配線によりなされることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の力学量検出センサの製造方法。 The first base has a first wiring that conducts between the first conductive member and the pedestal,
The electrical connection between the first conductive member and the pedestal in the step of stacking and arranging the first base on the second structure is performed by the first wiring. A method for manufacturing a mechanical quantity detection sensor according to any one of 8 to 11.
前記第１の基体を前記第２の構造体に積層配置するステップにおける前記第２の導電性部材と前記固定部との間の導通は、前記第２の配線によりなされることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の力学量検出センサの製造方法。 The second base has a second wiring that conducts between the second conductive member and the fixed portion,
The electrical connection between the second conductive member and the fixed portion in the step of stacking and arranging the first base on the second structure is performed by the second wiring. Item 13. A method for producing a mechanical quantity detection sensor according to Item 11 or 12.
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