JP5292825B2 - Method for manufacturing mechanical quantity sensor - Google Patents

Method for manufacturing mechanical quantity sensor Download PDF

Info

Publication number
JP5292825B2
JP5292825B2 JP2008011537A JP2008011537A JP5292825B2 JP 5292825 B2 JP5292825 B2 JP 5292825B2 JP 2008011537 A JP2008011537 A JP 2008011537A JP 2008011537 A JP2008011537 A JP 2008011537A JP 5292825 B2 JP5292825 B2 JP 5292825B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
base
displacement
portions
block members
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2008011537A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2009174907A (en
Inventor
清和 武下
寛人 望月
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dai Nippon Printing Co Ltd
Original Assignee
Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dai Nippon Printing Co Ltd filed Critical Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority to JP2008011537A priority Critical patent/JP5292825B2/en
Publication of JP2009174907A publication Critical patent/JP2009174907A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5292825B2 publication Critical patent/JP5292825B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は,力学量を検出する力学量センサおよびその製造方法に関する。   The present invention relates to a mechanical quantity sensor for detecting a mechanical quantity and a method for manufacturing the same.

半導体からなるセンサ構造体を一対のガラス基板で挟み,それぞれ陽極接合により接合して構成された加速度および角速度を検出する力学量センサの技術が開示されている(特許文献1参照)。また,センサの内部の配線を簡便にするために,シリコン基板内に孤立した配線用柱状体を形成し,配線に必要な箇所において導電部を形成し,基板の上下を電気的に導通させる技術が開示されている(特許文献2参照)。
特開2002−350138号公報 特開2007−3192号公報,段落番号0108
A technique of a mechanical quantity sensor that detects an acceleration and an angular velocity configured by sandwiching a sensor structure made of a semiconductor between a pair of glass substrates and joining them by anodic bonding is disclosed (see Patent Document 1). In addition, in order to simplify the wiring inside the sensor, a technology for forming isolated wiring pillars in the silicon substrate, forming conductive parts where necessary for wiring, and electrically connecting the top and bottom of the substrate Is disclosed (see Patent Document 2).
JP 2002-350138 A JP 2007-3192 A, paragraph number 0108

しかしながら,上述の力学量センサの製造において第1のガラス基板との陽極接合後に第2のガラス基板を陽極接合しようとした場合に,接合後の第1のガラス基板が電気的絶縁材料(あるいは導電性に乏しい材料)となっているため,第1のガラス基板を介してセンサ構造体の第2のガラス基板との接合面に適切に電圧を印加できず,第2のガラス基板との接合に不良が生じる。より具体的には,第2のガラス基板と半導体基板との間で真空封止に必要な接合強度が得られない例や,全く接合しない例が見られ,センサ構造体と第2のガラス基板との陽極接合の際に加工の再現性が得られなかった。
とりわけ,特許文献2における配線用柱状体においてはシリコン基板内で電気的に孤立して配置されているため,当該配線用柱状体には陽極接合に必要とされる電圧を印加することができない。すると,当該配線用柱状体部分において上述のような接合不良が起こり,良好な電気接続が得られないことが鋭意実験の結果判った。
However, when the second glass substrate is to be anodic bonded after anodic bonding to the first glass substrate in the production of the mechanical quantity sensor described above, the first glass substrate after bonding is electrically insulating material (or conductive). Therefore, a voltage cannot be appropriately applied to the bonding surface of the sensor structure with the second glass substrate via the first glass substrate, and the bonding to the second glass substrate is not possible. Defects occur. More specifically, there are examples in which the bonding strength necessary for vacuum sealing cannot be obtained between the second glass substrate and the semiconductor substrate, and examples in which the bonding is not performed at all, and the sensor structure and the second glass substrate. The reproducibility of processing was not obtained during the anodic bonding.
In particular, since the wiring columnar body in Patent Document 2 is electrically isolated in the silicon substrate, a voltage required for anodic bonding cannot be applied to the wiring columnar body. Then, as a result of earnest experiments, it was found that the above-described bonding failure occurred in the wiring columnar portion and a good electrical connection could not be obtained.

そこで上記に鑑み,本発明は,上述したような陽極接合法を用いてセンサ構造体を真空封止する際に,接合部分での不良を抑ることが可能な力学量センサおよびその製造方法であって,さらに陽極接合時にセンサ構造体の接合面を略等電位にすることで接合および電気接続を好ましいものとする力学量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。   Therefore, in view of the above, the present invention provides a mechanical quantity sensor capable of suppressing defects at a joint portion when the sensor structure is vacuum-sealed using the anodic bonding method as described above, and a method for manufacturing the same. In addition, an object of the present invention is to provide a mechanical quantity sensor and a method for manufacturing the same, in which joining and electrical connection are preferably performed by making the joining surface of the sensor structure substantially equipotential during anodic joining.

本発明の一態様に係る力学量センサは,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,前記固定部,前記変位部,および前記接続部の何れにも接続されず,かつ互いに離隔される複数の第1のブロック部材と,を有し,かつ第1の半導体材料から構成される第1の構造体と,前記固定部に接合される台座と,前記変位部に接合される重量部と,前記複数の第1のブロック部材にそれぞれ接合され,かつ互いに離隔される複数の第2のブロック部材とを有し,導電性を有する第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,絶縁材料から構成され,前記第1,第2の構造体を接合する接合部と,前記固定部に接続されて前記第1の構造体に積層配置される第1の基体と,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る第2の基体と,前記第3の構造体を貫通して,前記複数の第1,第2のブロック部材をそれぞれ電気的に接続する複数の第1の導通部と,前記第1の基体または前記第2の基体を貫通して,前記複数の第1のブロック部材あるいは前記複数の第2のブロック部材それぞれと電気的に接続される複数の第2の導通部と,具備することを特徴とする。   A mechanical quantity sensor according to an aspect of the present invention connects 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. A connecting portion; and a plurality of first block members that are not connected to any of the fixed portion, the displacement portion, and the connecting portion and that are spaced apart from each other, and are made of a first semiconductor material A plurality of first structures which are joined to the plurality of first block members and spaced apart from each other, a pedestal joined to the fixed part, a weight part joined to the displacement part, A second block member, and a second structure body made of an electrically conductive second semiconductor material and arranged in a stacked manner on the first structure body, and an insulating material, A joint for joining the first and second structures; A first base that is connected to a portion and stacked on the first structure, a second base that is connected to the pedestal and stacked on the second structure, and the third structure Penetrating through the body, penetrating through the first base or the second base with a plurality of first conductive parts electrically connecting the plurality of first and second block members, respectively, A plurality of first block members or a plurality of second conductive portions electrically connected to each of the plurality of second block members are provided.

本発明の一態様に係る力学量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,および導電性を有する第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の層から,開口を有する台座と,前記開口内に配置される重量部と,前記台座および前記重量部の何れにも接続されず,かつ互いに離隔される複数の第1のブロック部材と,を有する第1の構造体を形成するステップと,前記第2の層を貫通して,前記複数の第1のブロック部材と前記第3の層を電気的に接続する複数の第1の導通部を形成するステップと,絶縁性材料から構成される第1の基体を前記台座に陽極接合するステップと,前記第1の基体を貫通して,前記複数の第1のブロック部材とそれぞれに電気的に接続される複数の第2の導通部を形成するステップと,前記第3の層から,前記台座に接合される固定部と,前記重量部に接続される変位部と,前記固定部と前記変位部とを接続する接続部と,前記複数の第1のブロック部材に接続される複数の第2のブロック部材と,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2の基体を前記固定部に接合するステップと,を具備することを特徴とする。   A method of manufacturing a mechanical quantity sensor according to one aspect of the present invention includes a first layer made of a first semiconductor material, a second layer made of an insulating material, and a second semiconductor material made of a conductive second material. From the first layer of the semiconductor substrate in which the three layers are sequentially stacked, a base having an opening, a weight part disposed in the opening, and not connected to any of the base and the weight part, And forming a first structure having a plurality of first block members spaced apart from each other, penetrating through the second layer, the plurality of first block members and the third block member. Forming a plurality of first conductive portions that electrically connect the layers, anodically bonding a first base made of an insulating material to the pedestal, and penetrating the first base , Electrically with each of the plurality of first block members A step of forming a plurality of second conducting portions to be continued; a fixing portion joined to the base from the third layer; a displacement portion connected to the weight portion; the fixing portion and the displacement A step of forming a second structure having a connecting portion for connecting a portion and a plurality of second block members connected to the plurality of first block members, and an insulating material. Joining the second base to the fixed portion.

本発明によれば,陽極接合法を用いてセンサ構造体を真空封止する際に,接合部分での不良を抑ることが可能であって,さらに陽極接合時にセンサ構造体の接合面を略等電位にすることで接合および電気接続を好ましいものとすることができる。   According to the present invention, when the sensor structure is vacuum-sealed by using the anodic bonding method, it is possible to suppress defects at the bonded portion, and the bonding surface of the sensor structure is substantially reduced during anodic bonding. By making them equipotential, bonding and electrical connection can be made preferable.

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。
図1は,本発明の一実施形態に係る力学量センサ100を分解した状態を表す分解斜視図である。力学量センサ100は,互いに積層して配置される構造体110,接合部120,構造体130,及び基体140,基体150を有する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a state in which a mechanical quantity sensor 100 according to an embodiment of the present invention is disassembled. The mechanical quantity sensor 100 includes a structure 110, a joint 120, a structure 130, a base 140, and a base 150 that are stacked on each other.

図2は,力学量センサ100の一部(構造体110,構造体130)をさらに分解した状態を表す分解斜視図である。図3,4,5はそれぞれ,構造体110,接合部120,構造体130の上面図である。図6,図7,図8はそれぞれ,基体150の下面図,基体140の上面図,および基体140の下面図である。図9,図10はそれぞれ,力学量センサ100を図1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。なお,図6,図7では,後述のブロック上層部114,ブロック下層部134をそれぞれ破線で示している。   FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating a state in which a part (structure 110, structure 130) of the mechanical quantity sensor 100 is further disassembled. 3, 4, and 5 are top views of the structure 110, the joint 120, and the structure 130, respectively. 6, 7, and 8 are a bottom view of the base 150, a top view of the base 140, and a bottom view of the base 140, respectively. 9 and 10 are cross-sectional views showing a state in which the mechanical quantity sensor 100 is cut along BB and CC in FIG. In FIGS. 6 and 7, a block upper layer portion 114 and a block lower layer portion 134, which will be described later, are indicated by broken lines.

力学量センサ100は,それ単体,あるいは回路基板と組み合わされて(例えば,基板への搭載),電子部品として機能する。電子部品としての力学量センサ100は,ゲーム機やモバイル端末機(例えば,携帯電話)等への搭載が可能である。なお,力学量センサ100と回路基板(回路基板上のIC等の能動素子,配線用端子)は,ワイヤボンディング,フリップチップ等によって電気的に接続される。   The mechanical quantity sensor 100 functions as an electronic component by itself or in combination with a circuit board (for example, mounting on a board). The mechanical quantity sensor 100 as an electronic component can be mounted on a game machine, a mobile terminal (for example, a mobile phone) or the like. The mechanical quantity sensor 100 and the circuit board (an active element such as an IC on the circuit board, a wiring terminal) are electrically connected by wire bonding, flip chip, or the like.

力学量センサ100は,加速度α,角速度ωの一方,または双方を測定できる。即ち,力学量は加速度α,角速度ωの一方,または双方を意味する。X,Y,Z軸方向それぞれでの力F0x,F0y,F0zによる変位部112(後述する)の変位を検出することで,加速度αx,αy,αzを測定できる。また,変位部112をZ軸方向に振動させ,Y,X軸方向それぞれでのコリオリ力Fy,Fxによる変位部112の変位を検出することで,X,Y軸方向それぞれの角速度ωx,ωyを測定できる。このように,力学量センサ100は,3軸の加速度αx,αy,αzおよび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。   The mechanical quantity sensor 100 can measure one or both of the acceleration α and the angular velocity ω. That is, the mechanical quantity means one or both of acceleration α and angular velocity ω. By detecting the displacement of the displacement part 112 (described later) by the forces F0x, F0y, and F0z in the X, Y, and Z axis directions, the accelerations αx, αy, and αz can be measured. Further, by oscillating the displacement portion 112 in the Z-axis direction and detecting the displacement of the displacement portion 112 due to the Coriolis forces Fy and Fx in the Y and X-axis directions, the angular velocities ωx and ωy in the X and Y-axis directions are obtained. It can be measured. Thus, the mechanical quantity sensor 100 can measure the triaxial accelerations αx, αy, αz and the biaxial angular velocities ωx, ωy. Details of this will be described later.

構造体110,接合部120,構造体130,基体150,基体140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,600μm,500μm,500μmである。
構造体110,接合部120,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,力学量センサ100は,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。構造体110,構造体130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る導電性材料を使用することが好ましい。後述するように,構造体110,構造体130を不純物が含まれるシリコンで構成することにより,力学量センサ100の配線を簡略化できる。本実施の形態では,構造体110及び構造体130に不純物が含まれるシリコンを使用している。
また,基体140,基体150はそれぞれ,可動イオンを含むガラス材料から構成できる。なお,ガラスが可動イオンを含むのは,後の陽極接合のためである。
The outer periphery of each of the structure 110, the joint 120, the structure 130, the base 150, and the base 140 is, for example, a substantially square shape with a side of 5 mm, and the heights thereof are, for example, 20 μm, 2 μm, 600 μm, and 500 μm, respectively. 500 μm.
The structure 110, the joint 120, and the structure 130 can be made of silicon, silicon oxide, and silicon, respectively, and the mechanical quantity sensor 100 is an SOI (Silicon On Insulator) having a three-layer structure of silicon / silicon oxide / silicon. It can be manufactured using a substrate. It is preferable to use a conductive material that contains impurities such as boron as a whole for silicon constituting the structure 110 and the structure 130. As will be described later, the wiring of the mechanical quantity sensor 100 can be simplified by configuring the structure 110 and the structure 130 with silicon containing impurities. In this embodiment mode, silicon containing impurities is used for the structure 110 and the structure 130.
Further, each of the base 140 and the base 150 can be made of a glass material containing movable ions. The reason why the glass contains mobile ions is because of later anodic bonding.

構造体110は,外形が略正方形であり,固定部111(111a〜111c),変位部112(112a〜112e),接続部113(113a〜113d),ブロック上層部(ブロック部材)114(114a〜114j)から構成される。構造体110は,半導体材料の膜をエッチングして開口115a〜115d及びブロック上層部114a〜114jを形成することで作成できる。   The structure 110 has a substantially square outer shape, and includes a fixed portion 111 (111a to 111c), a displacement portion 112 (112a to 112e), a connection portion 113 (113a to 113d), and a block upper layer portion (block member) 114 (114a to 114a). 114j). The structure 110 can be formed by etching the semiconductor material film to form the openings 115a to 115d and the block upper layer portions 114a to 114j.

固定部111は,枠部111aと突出部111b,111cとに区分できる。枠部111a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111bは,枠部111aの内周のコーナー部に配置され,変位部112b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111cは,枠部111aの内周のコーナー部に配置され,変位部112d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111aと突出部111b,111cは,一体的に構成されている。   The fixed part 111 can be divided into a frame part 111a and projecting parts 111b and 111c. The frame portion 111a is a frame-shaped substrate whose outer periphery and inner periphery are both substantially square. The protruding portion 111b is disposed at a corner portion on the inner periphery of the frame portion 111a, and protrudes toward the displacement portion 112b (when the X direction of the XY plane is 0 °, the 0 ° direction). It is. The protruding portion 111c is disposed at the corner portion on the inner periphery of the frame portion 111a, and protrudes toward the displacing portion 112d (in the 180 ° direction when the X direction of the XY plane is 0 °). It is. The frame portion 111a and the protruding portions 111b and 111c are integrally configured.

変位部112は,変位部112a〜112eから構成される。変位部112a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。変位部112b〜112eは,外周が略正方形の基板であり,変位部112a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112a〜112eはそれぞれ,接合部120によって後述の重量部132a〜132eと接合され,固定部111に対して一体的に変位する。   The displacement part 112 is comprised from the displacement parts 112a-112e. The displacement part 112 a is a substrate having a substantially square outer periphery, and is disposed in the vicinity of the center of the opening of the fixed part 111. The displacement portions 112b to 112e are substrates having a substantially square outer periphery, and are connected and arranged so as to surround the displacement portion 112a from four directions (X-axis positive direction, X-axis negative direction, Y-axis positive direction, and Y-axis negative direction). Is done. The displacement parts 112 a to 112 e are joined to weight parts 132 a to 132 e described later by the joint part 120 and displaced integrally with the fixed part 111.

変位部112a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112aの上面の駆動用電極E1は,基体150の下面に設置された後述する駆動用電極154a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112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 displacement portion 112a functions as a drive electrode E1 (described later). The driving electrode E1 on the upper surface of the displacement portion 112a is capacitively coupled to a driving electrode 154a, which will be described later, installed on the lower surface of the base 150, and the displacement portion 112 is vibrated in the Z-axis direction by a voltage applied therebetween. . Details of this drive will be described later.

変位部112b〜112eの上面は,変位部112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112b〜112eの上面の検出用電極は,基体150の下面に設置された後述する検出用電極154b〜154eとそれぞれ容量性結合する(変位部112のb〜eのアルファベットと,検出用電極154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 displacement portions 112b to 112e function as detection electrodes E1 (described later) that detect displacement of the displacement portion 112 in the X-axis and Y-axis directions. The detection electrodes on the upper surfaces of the displacement portions 112b to 112e are capacitively coupled to detection electrodes 154b to 154e, which will be described later, installed on the lower surface of the base 150 (the alphabets b to e of the displacement portion 112 and the detection electrodes). The alphabets b to e of the electrode 154 correspond to each other in order). Details of this detection will be described later.

接続部113a〜113dは略長方形の基板であり,固定部111と変位部112a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。   The connection portions 113a to 113d are substantially rectangular substrates, and the fixed portion 111 and the displacement portion 112a are arranged in four directions (45 °, 135 °, 225 °, 315 ° when the X direction of the XY plane is 0 °). Direction).

接続部113a〜113dは,枠部111aに近い側の領域では,台座131の突出部131c(後述する)と接合部120によって接合されている。接続部113a〜113dのその他の領域,すなわち変位部112aに近い側の領域では,対応する領域に突出部131c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113a〜113dの枠部111aに近い側の領域が,突出部131cと接合されているのは,大きな撓みにより接続部113a〜113dが損傷することを防止するためである。   The connecting portions 113a to 113d are joined to a projecting portion 131c (described later) of the pedestal 131 by a joining portion 120 in a region near the frame portion 111a. In the other regions of the connection portions 113a to 113d, that is, the region closer to the displacement portion 112a, the protrusion 131c is not formed in the corresponding region, and the thickness is small, so that the region has flexibility. The reason why the regions of the connecting portions 113a to 113d near the frame portion 111a are joined to the protruding portion 131c is to prevent the connecting portions 113a to 113d from being damaged by a large deflection.

接続部113a〜113dは,撓みが可能な梁として機能する。接続部113a〜113d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 portions 113a to 113d function as beams that can be bent. As the connecting portions 113a to 113d are bent, the displacement portion 112 can be displaced with respect to the fixed portion 111. Specifically, the displacement portion 112 is linearly displaced in the Z positive direction and the Z negative direction with respect to the fixed portion 111. Further, the displacement portion 112 can rotate positively and negatively with respect to the fixed portion 111 with the X axis and the Y axis as rotation axes. That is, the “displacement” here can include both movement and rotation (movement in the Z-axis direction, rotation in the X and Y axes).

ブロック上層部(ブロック部材)114は,ブロック上層部114a〜114jから構成される。ブロック上層部114a〜114jは,略正方形の基板であり,固定部111の内周に沿い,かつ変位部112を周囲から囲むように配置される。ブロック上層部114a〜114jは,互いに離隔される複数の第1のブロック部材に対応する。   The block upper layer portion (block member) 114 includes block upper layer portions 114a to 114j. The block upper layer portions 114a to 114j are substantially square substrates, and are arranged along the inner periphery of the fixed portion 111 so as to surround the displacement portion 112 from the periphery. The block upper layer portions 114a to 114j correspond to a plurality of first block members spaced apart from each other.

ブロック上層部114h,114aは,変位部112eの端面と対向する端面を有し,ブロック上層部114b,114cは,変位部112bの端面と対向する端面を有し,ブロック上層部114d,114eは,変位部112cの端面と対向する端面を有し,ブロック上層部114f,114gは,変位部112dの端面と対向する端面を有している。図1に示すように,ブロック上層部114a〜114hはそれぞれ,変位部112の8つの端面のうちの1つと対向する端面を有して,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114i,ブロック上層部114j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 block upper layer portions 114h and 114a have end surfaces that face the end surfaces of the displacement portions 112e, the block upper layer portions 114b and 114c have end surfaces that face the end surfaces of the displacement portions 112b, and the block upper layer portions 114d and 114e The block upper layer portions 114f and 114g have end surfaces that face the end surfaces of the displacement portion 112c. As shown in FIG. 1, each of the block upper layer portions 114 a to 114 h has an end surface that faces one of the eight end surfaces of the displacement portion 112 and is arranged clockwise in alphabetical order. The block upper layer portion 114i and the block upper layer portion 114j are arranged in directions of 90 ° and 270 °, respectively, where the X direction of the XY plane is 0 °.

ブロック上層部114a〜114hはそれぞれ,接合部120によって後述するブロック下層部134a〜134hと接合される(ブロック上層部114のa〜hのアルファベットと,ブロック下層部134のa〜hのアルファベットは,それぞれ順に対応している)。   The block upper layer portions 114a to 114h are respectively joined to block lower layer portions 134a to 134h described later by the joint portion 120 (the alphabets a to h of the block upper layer portion 114 and the alphabets a to h of the block lower layer portion 134 are Each corresponds in turn).

ブロック上層部114i,114jは,接合部120によって後述するブロック下層部134i,134jとそれぞれ接合され,変位部112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 upper layer portions 114i and 114j are respectively joined to the block lower layer portions 134i and 134j, which will be described later, by the joint portion 120, and are used for the purpose of wiring for vibrating the displacement portion 112 in the Z-axis direction. Details of this will be described later.

構造体130は,外形が略正方形であり,台座131(131a〜131d),重量部132(132a〜132e),及びブロック下層部(ブロック部材)134(134a〜134j)から構成される。構造体130は,半導体材料の基板をエッチングして開口133,ブロック下層部134a〜134j,及びポケット135(後述する)を形成することで,作成可能である。
なお,台座131と,ブロック下層部134a〜134jは,互いに高さがほぼ等しく,重量部132は,台座131及びブロック下層部134a〜134jよりも高さが低い。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である。台座131と,ブロック下層部134a〜134jと,重量部132は,それぞれ離間して配置される。
The structure 130 has a substantially square outer shape, and includes a pedestal 131 (131a to 131d), a weight part 132 (132a to 132e), and a block lower layer part (block member) 134 (134a to 134j). The structure 130 can be created by etching a semiconductor material substrate to form openings 133, block lower layer portions 134a to 134j, and pockets 135 (described later).
The pedestal 131 and the block lower layer portions 134a to 134j are substantially equal in height to each other, and the weight portion 132 is lower in height than the pedestal 131 and the block lower layer portions 134a to 134j. This is because a gap (gap) is ensured between the weight part 132 and the base body 140 and the weight part 132 can be displaced. The pedestal 131, the block lower layer portions 134a to 134j, and the weight portion 132 are arranged separately from each other.

台座131は,枠部131aと突出部131b〜131dとに区分できる。
枠部131a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111の枠部111aと対応した形状を有する。
突出部131bは,枠部131aの内周のコーナー部に配置され,重量部132b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111の突出部111bと対応した形状を有する。
The pedestal 131 can be divided into a frame part 131a and projecting parts 131b to 131d.
The frame portion 131 a is a frame-shaped substrate having both an outer periphery and an inner periphery that are substantially square, and has a shape corresponding to the frame portion 111 a of the fixed portion 111.
The protruding portion 131b is disposed at a corner portion on the inner periphery of the frame portion 131a, and protrudes toward the weight portion 132b (when the X direction of the XY plane is 0 °, the 0 ° direction). And has a shape corresponding to the protruding portion 111b of the fixed portion 111.

突出部131c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°方向に枠部131aから重量部132aに向かってそれぞれ突出し,一端が台座131の枠部131aと接続され,他端は重量部132aと離間して配置されている。突出部131cは,接続部113a〜113dと対応する領域のうち,枠部131a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132側の略半分の領域には形成されていない。   The projecting portions 131c are four substantially rectangular substrates. When the X direction of the XY plane is 0 °, the projecting portions 131c are directed from the frame portion 131a to the weight portion 132a in 45 °, 135 °, 225 °, and 315 ° directions. And one end connected to the frame portion 131a of the pedestal 131 and the other end spaced apart from the weight portion 132a. The protruding portion 131c is formed in a substantially half region on the frame portion 131a side among the regions corresponding to the connection portions 113a to 113d, and is formed in another region, that is, a substantially half region on the weight portion 132 side. It has not been.

突出部131dは,枠部131aの内周のコーナー部に配置され,重量部132d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135(開口)が形成されたもので,固定部111の突出部111cと接合されている。   The protruding portion 131d is disposed at a corner portion on the inner periphery of the frame portion 131a, and protrudes toward the weight portion 132d (when the X direction of the XY plane is 0 °, the 180 ° direction). Inside, a pocket 135 (opening) penetrating the front and back surfaces of the substrate is formed, and is joined to the protruding portion 111c of the fixed portion 111.

ポケット135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135の一方の開口端は接合部120によって蓋がされている。ポケット135の他方の開口端は基体140によって大部分に蓋がされているが,重量部132寄りの一部は蓋がされておらず,この他方の開口端と重量部132等が形成されている開口133とは一部で通じている(図示せず)。ゲッター材料は,真空封入された力学量センサ100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することができる。   The pocket 135 is, for example, a rectangular parallelepiped space in which a getter material for maintaining a high vacuum is placed. One open end of the pocket 135 is covered with a joint 120. The other open end of the pocket 135 is mostly covered by the base 140, but a portion near the weight portion 132 is not covered, and the other open end and the weight portion 132 are formed. The opening 133 is partially communicated (not shown). The getter material adsorbs residual gas for the purpose of increasing the degree of vacuum in the mechanical quantity sensor 100 sealed in vacuum, and can be made of, for example, an alloy containing zirconium as a main component.

枠部131aと突出部131b〜131dは,一体的に構成されている。
台座131は,接合部120によって固定部111,及び接続部113a〜113dの所定の領域と接続される。
The frame portion 131a and the protruding portions 131b to 131d are integrally configured.
The pedestal 131 is connected to the fixed portion 111 and predetermined regions of the connection portions 113a to 113d by the joint portion 120.

重量部132は,質量を有し,加速度α,角速度ωそれぞれに起因する力F0,コリオリ力F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α,角速度ωが印加されると,重量部132の重心に力F0,コリオリ力Fが作用する。   The weight part 132 has a mass and functions as a weight or an action body that receives the force F0 and the Coriolis force F caused by the acceleration α and the angular velocity ω, respectively. That is, when acceleration α and angular velocity ω are applied, force F 0 and Coriolis force F act on the center of gravity of the weight portion 132.

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 is divided into substantially rectangular parallelepiped weight parts 132a to 132e. The weight parts 132b to 132e are connected to the weight part 132a arranged at the center from four directions, and can be displaced (moved and rotated) integrally as a whole. That is, the weight part 132a functions as a connection part for connecting the weight parts 132b to 132e.

重量部132a〜132eはそれぞれ,変位部112a〜112e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112a〜112eと接合される。重量部132に加わった力F0,コリオリ力Fに応じて変位部112が変位し,その結果,加速度α,角速度ωの測定が可能となる。   Each of the weight portions 132a to 132e has a substantially square cross-sectional shape corresponding to the displacement portions 112a to 112e, and is joined to the displacement portions 112a to 112e by the joining portion 120. The displacement portion 112 is displaced according to the force F0 and the Coriolis force F applied to the weight portion 132, and as a result, the acceleration α and the angular velocity ω can be measured.

重量部132a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132aの裏面の駆動用電極E1は,基体140の上面に設置された後述する駆動用電極144a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112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 weight portion 132a functions as a drive electrode E1 (described later). The driving electrode E1 on the back surface of the weight portion 132a is capacitively coupled to a driving electrode 144a, which will be described later, installed on the upper surface of the base 140, and the displacement portion 112 is vibrated in the Z-axis direction by a voltage applied therebetween. . Details of this drive will be described later.

重量部132b〜132eの裏面は,変位部112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132b〜132eの裏面の検出用電極E1は,基体140の上面に設置された後述する検出用電極144b〜144eとそれぞれ容量性結合する(重量部132のb〜eのアルファベットと,検出用電極144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 weight portions 132b to 132e function as detection electrodes E1 (described later) that detect displacement of the displacement portion 112 in the X-axis and Y-axis directions. The detection electrodes E1 on the back surfaces of the weight parts 132b to 132e are capacitively coupled to detection electrodes 144b to 144e, which will be described later, installed on the upper surface of the base 140 (the alphabets b to e of the weight part 132 are detected). The alphabets b to e of the electrode 144 correspond to each other in order). Details of this detection will be described later.

ブロック下層部(ブロック部材)134a〜134jは,それぞれブロック上層部114a〜114jと対応する略正方形の断面形状を有し,接合部120によってブロック上層部114a〜114jと接合される。ブロック下層部134a〜134jは,複数の第1のブロック部材とそれぞれ対応する形状の複数の第2のブロック部材に対応する。   The block lower layer portions (block members) 134a to 134j have substantially square cross-sectional shapes corresponding to the block upper layer portions 114a to 114j, respectively, and are joined to the block upper layer portions 114a to 114j by the joint portion 120. The block lower layer portions 134a to 134j correspond to a plurality of second block members each having a shape corresponding to the plurality of first block members.

ブロック上層部114a〜114j及びブロック下層部134a〜134jを接合したブロックを,以下,それぞれ「ブロックa〜j」と称する。ブロックa〜hは,それぞれ駆動用電極154b〜154e,144b〜144e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i,jは,変位部112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。構造体110と基体150の陽極接合時に,ブロックa〜jの全てが固定部111と略等電位に揃うため,陽極接合時の不具合の低減が図られる。なお,これらの詳細は後述する。   The blocks obtained by joining the block upper layer portions 114a to 114j and the block lower layer portions 134a to 134j are hereinafter referred to as “blocks a to j”, respectively. The blocks a to h are used for wiring for supplying power to the driving electrodes 154b to 154e and 144b to 144e, respectively. The blocks i and j are used for the purpose of wiring for vibrating the displacement portion 112 in the Z-axis direction. At the time of anodic bonding of the structure 110 and the base body 150, all of the blocks a to j are substantially equipotential with the fixed portion 111, so that problems during anodic bonding can be reduced. Details of these will be described later.

接合部120は,既述のように,構造体110,130を接続するものである。接合部120は,接続部113の所定の領域及び固定部111と,台座131とを接続する接合部121と,変位部112a〜112eと重量部132a〜133eを接続する接合部122(122a〜122e)と,ブロック上層部114a〜114jとブロック下層部134a〜134jを接続する接合部123(123a〜123j)と,に区分される。接合部120は,これ以外の部分では,構造体110,130を接続していない。接続部113a〜113dの撓み,および重量部132の変位を可能とするためである。
なお,接合部121,122,123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 structures 110 and 130 as described above. The joining portion 120 includes a joining portion 121 that connects a predetermined region of the connecting portion 113 and the fixing portion 111 and the pedestal 131, and a joining portion 122 (122a to 122e that connects the displacement portions 112a to 112e and the weight portions 132a to 133e. ) And the joint 123 (123a to 123j) connecting the block upper layer portions 114a to 114j and the block lower layer portions 134a to 134j. The joint 120 is not connected to the structures 110 and 130 at other portions. This is because the connecting portions 113a to 113d can be bent and the weight portion 132 can be displaced.
The junctions 121, 122, and 123 can be configured by etching a silicon oxide film.

構造体110と構造体130とを必要な部分で導通させるため,導通部160〜163を形成している。   Conducting portions 160 to 163 are formed in order to connect the structure 110 and the structure 130 at necessary portions.

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の突出部111b及び接合部121を貫通している。
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を貫通している。
The conducting part 160 conducts the fixed part 111 and the pedestal 131, and penetrates the protruding part 111 b and the joining part 121 of the fixed part 111.
The conducting part 161 conducts the displacement part 112 and the weight part 132, and penetrates the displacement part 112 a and the joint part 122.

導通部162は,ブロック上層部114a,114b,114e,114f,114iとブロック下層部134a,134b,134e,134f,134iとをそれぞれ導通するものであり,ブロック上層部114a,114b,114e,114f,114i及び接合部123をそれぞれ貫通している。導通部162は,後述の配線層L1,L4,L5,L6,L7それぞれと,配線用端子T10,T3,T6,T7,T2を電気的に接続する。即ち,導通部162は力学量センサ100の動作時に使用される。   The conduction part 162 conducts the block upper layer parts 114a, 114b, 114e, 114f, 114i and the block lower layer parts 134a, 134b, 134e, 134f, 134i, respectively, and the block upper layer parts 114a, 114b, 114e, 114f, 114i and the joint 123 are respectively penetrated. The conductive portion 162 electrically connects wiring layers L1, L4, L5, L6, and L7, which will be described later, and wiring terminals T10, T3, T6, T7, and T2. That is, the conduction part 162 is used when the mechanical quantity sensor 100 is operated.

導通部163は,ブロック上層部114c,114d,114g,114h,114jとブロック下層部134c,134d,134g,134h,134jとをそれぞれ導通するものであり,ブロック上層部114c,114d,114g,114h,114j及び接合部123をそれぞれ貫通している。導通部163は,構造体110と基体150の陽極接合時に構造体110への電圧印加に用いられ,陽極接合時での不具合の低減に寄与する。   The conduction portion 163 conducts the block upper layer portions 114c, 114d, 114g, 114h, 114j and the block lower layer portions 134c, 134d, 134g, 134h, 134j, respectively, and the block upper layer portions 114c, 114d, 114g, 114h, 114j and the joint 123 are respectively penetrated. The conducting portion 163 is used for applying a voltage to the structure 110 when the structure 110 and the base 150 are anodically joined, and contributes to a reduction in defects during the anodic joining.

導通部160〜163は,例えば,貫通孔の縁,壁面及び底部にAlのような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160〜163の貫通孔を上広の錐状の形状にすることが好ましい。   For example, the conductive portions 160 to 163 are formed by forming a metal layer such as Al on the edge, wall surface, and bottom of the through hole. The shape of the through hole is not particularly limited, but it is preferable that the through holes of the conductive portions 160 to 163 have a wide cone shape because the metal layer can be effectively formed by sputtering such as Al.

基体140は,例えばパイレックス(登録商標)ガラスなどの可動イオンを含むガラス材料からなり,略正方形の基板形状である。
重量部132以外の構造体130,すなわち台座131及びブロック下層部134a〜134jは,基体140と,陽極接合によって接合される。重量部132は,台座131及びブロック下層部134a〜134jよりも高さが低いため,基体140と接合されない。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である。
なお,基体140は,所定位置に錐状貫通孔11が形成された絶縁性基板であれば足り,ポリイミド樹脂などの絶縁性基板を用いることも可能である。この場合,接着剤を塗布して加圧して接合,あるいは共晶接合などの方法により接合できる。
The base 140 is made of a glass material containing movable ions such as Pyrex (registered trademark) glass, and has a substantially square substrate shape.
The structure 130 other than the weight part 132, that is, the base 131 and the block lower layer parts 134a to 134j are joined to the base 140 by anodic bonding. The weight part 132 is not joined to the base 140 because the height is lower than the base 131 and the block lower layer parts 134a to 134j. This is because a gap (gap) is ensured between the weight part 132 and the base body 140 and the weight part 132 can be displaced.
The base body 140 may be an insulating substrate in which the conical through holes 11 are formed at predetermined positions, and an insulating substrate such as a polyimide resin may be used. In this case, bonding can be performed by applying an adhesive and pressurizing and bonding or eutectic bonding.

基体140の上面上には,重量部132と対向するように駆動用電極144a,検出用電極144b〜144eが配置されている。駆動用電極144a,検出用電極144b〜144eは,いずれも導電性材料で構成することができる。駆動用電極144aは,例えば十字形状で,重量部132aに対向するように基体140の上面の中央近傍に形成されている。検出用電極144b〜144eは,それぞれ略正方形で,駆動用電極144a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132b〜132eに対向して配置される。駆動用電極144a,検出用電極144b〜144eは,それぞれ離間している。   On the upper surface of the base 140, a driving electrode 144a and detection electrodes 144b to 144e are arranged so as to face the weight portion 132. The drive electrode 144a and the detection electrodes 144b to 144e can be made of a conductive material. The driving electrode 144a has, for example, a cross shape and is formed in the vicinity of the center of the upper surface of the base 140 so as to face the weight portion 132a. Each of the detection electrodes 144b to 144e is substantially square, and surrounds the drive electrode 144a from four directions (X-axis positive direction, X-axis negative direction, Y-axis positive direction, and Y-axis negative direction). It is arranged to face 132e. The drive electrode 144a and the detection electrodes 144b to 144e are separated from each other.

駆動用電極144aには,ブロック下層部134j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144bには,ブロック下層部134cの裏面と電気的に接続される配線層L8,検出用電極144cには,ブロック下層部134dの裏面と電気的に接続される配線層L9,検出用電極144dには,ブロック下層部134gの裏面と電気的に接続される配線層L10,検出用電極144eには,ブロック下層部134h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 lower layer part 134j is connected to the driving electrode 144a.
The detection electrode 144b has a wiring layer L8 that is electrically connected to the back surface of the block lower layer portion 134c, and the detection electrode 144c has a wiring layer L9 that is electrically connected to the back surface of the block lower layer portion 134d. A wiring layer L10 electrically connected to the back surface of the block lower layer part 134g is connected to the electrode 144d, and a wiring layer L11 electrically connected to the back surface of the block lower layer part 134h is connected to the detection electrode 144e. Yes.

基体140には,基体140を貫通する配線用端子T(T1〜T11)が設けられており,力学量センサ100の外部から駆動用電極154a,144a,検出用電極154b〜154e,144b〜144eへの電気的接続を可能としている。   The base 140 is provided with wiring terminals T (T1 to T11) penetrating the base 140, and from the outside of the mechanical quantity sensor 100 to the drive electrodes 154a and 144a, the detection electrodes 154b to 154e, and 144b to 144e. This enables electrical connection.

配線用端子T1の上端は,台座131の突出部131b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134a〜134h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134a〜134hの134a〜134h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134i,134j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 protrusion 131b of the base 131. The wiring terminals T2 to T9 are connected to the back surfaces of the block lower layer portions 134a to 134h, respectively (the numbers T2 to T9 of the wiring terminals T2 to T9 and the alphabets 134a to 134h of the block lower layer portions 134a to 134h). The order corresponds to each). The wiring terminals T10 and T11 are connected to the back surfaces of the block lower layer portions 134i and 134j, respectively.

配線用端子Tは,図9,図10に示すように,例えば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160〜162と同様の構造をしている。配線用端子Tは,外部回路と,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。   As shown in FIGS. 9 and 10, the wiring terminal T is formed by, for example, forming a metal film such as Al on the edge, wall surface, and bottom of the wide conical through hole. It has the same structure as 162. The wiring terminal T can be used as a connection terminal for connecting to an external circuit by, for example, wire bonding.

基体150は,パイレックス(登録商標)ガラスなどの可動イオンを含むガラス材料からなり,略直方体の外形を有し,枠部151と底板部152とを有する。枠部151及び底板部152は,基板に変位部が変位可能なように,略直方体状(例えば,縦横2.5mm,深さ5μm)の凹部153を形成することで作成できる。   The base 150 is made of a glass material containing movable ions such as Pyrex (registered trademark) glass, has a substantially rectangular parallelepiped outer shape, and has a frame portion 151 and a bottom plate portion 152. The frame portion 151 and the bottom plate portion 152 can be formed by forming a concave portion 153 having a substantially rectangular parallelepiped shape (for example, vertical and horizontal 2.5 mm, depth 5 μm) so that the displacement portion can be displaced on the substrate.

枠部151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151の外周は,固定部111の外周と一致し,枠部151の内周は,固定部111の内周よりも小さい。
底板部152は,外周が枠部151と略同一の略正方形の基板形状である。
基体150に凹部153が形成されているのは,変位部112が変位するための空間を確保するためである。変位部112以外の構造体110,すなわち固定部111及びブロック上層部114a〜114jは,基体150と,陽極接合によって接合される。
The frame portion 151 has a frame-like substrate shape in which the outer periphery and the inner periphery are both substantially square. The outer periphery of the frame part 151 coincides with the outer periphery of the fixed part 111, and the inner periphery of the frame part 151 is smaller than the inner periphery of the fixed part 111.
The bottom plate portion 152 has a substantially square substrate shape whose outer periphery is substantially the same as the frame portion 151.
The reason why the concave portion 153 is formed in the base 150 is to ensure a space for the displacement portion 112 to be displaced. The structure 110 other than the displacement portion 112, that is, the fixed portion 111 and the block upper layer portions 114a to 114j are joined to the base 150 by anodic bonding.

底板部152上(基体150の裏面上)には,変位部112と対向するように駆動用電極154a,検出用電極154b〜154eが配置されている。駆動用電極154a,検出用電極154b〜154eは,いずれも導電性材料で構成することができる。駆動用電極154aは,例えば十字形状で,変位部112aに対向するように凹部153の中央近傍に形成されている。検出用電極154b〜154eは,それぞれ略正方形で,駆動用電極154a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112b〜112eと対向して配置される。駆動用電極154a,検出用電極154b〜154eは,それぞれ離間している。   On the bottom plate portion 152 (on the back surface of the base 150), a driving electrode 154a and detection electrodes 154b to 154e are disposed so as to face the displacement portion 112. Both the driving electrode 154a and the detection electrodes 154b to 154e can be made of a conductive material. The driving electrode 154a has, for example, a cross shape and is formed near the center of the recess 153 so as to face the displacement portion 112a. Each of the detection electrodes 154b to 154e is substantially square, and surrounds the drive electrode 154a from four directions (X-axis positive direction, X-axis negative direction, Y-axis positive direction, and Y-axis negative direction). It is arranged to face 112e. The drive electrode 154a and the detection electrodes 154b to 154e are separated from each other.

駆動用電極154aには,ブロック上層部114i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154bには,ブロック上層部114bの上面と電気的に接続される配線層L4,検出用電極154cには,ブロック上層部114eの上面と電気的に接続される配線層L5,検出用電極154dには,ブロック上層部114fの上面と電気的に接続される配線層L6,検出用電極154eには,ブロック上層部114a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 upper layer portion 114i is connected to the driving electrode 154a. The detection electrode 154b has a wiring layer L4 electrically connected to the upper surface of the block upper layer portion 114b, and the detection electrode 154c has a wiring layer L5 electrically connected to the upper surface of the block upper layer portion 114e. A wiring layer L6 electrically connected to the upper surface of the block upper layer portion 114f is connected to the electrode 154d, and a wiring layer L7 electrically connected to the upper surface of the block upper layer portion 114a is connected to the detection electrode 154e. Yes.

なお,図1〜図10では,構造体110,接合部120,構造体130の見やすさを考慮して,基体140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,力学量センサ100の基体140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。   In FIG. 1 to FIG. 10, the base 140 is illustrated below in consideration of the visibility of the structure 110, the joint 120, and the structure 130. When the wiring terminal T and the external circuit are connected by, for example, wire bonding, the base 140 of the mechanical quantity sensor 100 can be easily connected by being disposed, for example.

(力学量センサ100の動作,配線)
力学量センサ100の配線,及び電極について説明する。
図13は,図9に示す力学量センサ100における6組の容量素子を示す断面図である。図13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13では6組の容量素子を図示しているが,前述したように力学量センサ100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,基体150に形成された駆動用電極154a,検出用電極154b〜154e,及び基体140に形成された駆動電極144a,検出用電極144b〜144eである。
もう一方の電極は,変位部112aの上面の駆動用電極E1,変位部112b〜112eの上面にそれぞれ形成された検出用電極E1,重量部132aの下面の駆動用電極E1,及び重量部132b〜132e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112及び重量部132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。構造体110及び構造体130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112及び重量部132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 and wiring of mechanical quantity sensor 100)
The wiring and electrodes of the mechanical quantity sensor 100 will be described.
13 is a cross-sectional view showing six sets of capacitive elements in the mechanical quantity sensor 100 shown in FIG. In FIG. 13, the portion that functions as an electrode is indicated by hatching. Although six sets of capacitive elements are illustrated in FIG. 13, ten sets of capacitive elements are formed in the mechanical quantity sensor 100 as described above.
One electrode of the 10 sets of capacitive elements is a drive electrode 154a and detection electrodes 154b to 154e formed on the base 150, and a drive electrode 144a and detection electrodes 144b to 144e formed on the base 140.
The other electrodes are the driving electrode E1 on the upper surface of the displacement portion 112a, the detection electrode E1 formed on the upper surface of the displacement portions 112b to 112e, and the driving electrode E1 and the weight portion 132b on the lower surface of the weight portion 132a. It is the electrode E1 for a detection formed in the lower surface of 132e, respectively. That is, the block in which the displacement portion 112 and the weight portion 132 are joined functions as a common electrode for 10 capacitive couplings. Since the structure body 110 and the structure body 130 are made of a conductive material (silicon containing impurities), the block in which the displacement portion 112 and the weight portion 132 are joined can function as an electrode.

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112の上面及び重量部132の下面に駆動用電極E1や検出用電極E1があるものと仮定している。すなわち,駆動用電極E1や検出用電極E1は,変位部112の上面や,重量部132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112の上面や,重量部132の下面が駆動用電極E1や検出用電極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 driving electrode E1 and the detection electrode E1 are on the upper surface of the displacement portion 112 and the lower surface of the weight portion 132. That is, the drive electrode E1 and the detection electrode E1 are not formed separately on the upper surface of the displacement portion 112 or the surface layer of the lower surface of the weight portion 132. It is assumed that the upper surface of the displacement portion 112 and the lower surface of the weight portion 132 function as the drive electrode E1 and the detection electrode E1.

基体150に形成された駆動用電極154a,検出用電極154b〜154eは,それぞれ順に,配線層L1,L4〜L7を介してブロック上層部114i,114b,114e,114f,114aと電気的に接続されている。また,ブロック上層部114i,114b,114e,114f,114aとブロック下層部134i,134b,134e,134f,134aとはそれぞれ導通部162で導通されている。   The drive electrode 154a and the detection electrodes 154b to 154e formed on the base 150 are electrically connected to the block upper layer portions 114i, 114b, 114e, 114f, and 114a through the wiring layers L1 and L4 to L7, respectively. ing. Further, the block upper layer portions 114i, 114b, 114e, 114f, and 114a and the block lower layer portions 134i, 134b, 134e, 134f, and 134a are electrically connected to each other by the conductive portion 162.

図6に示すように,この配線層L1,L4〜L7は,ブロック上層部114と基体140との間に挟まれて配置される第1の部材(踏みつけ部)と,この第1の部材と駆動用電極154a等を接続する第2の部材に区分して考えることができる。図11は,図6の検出用電極144b,配線層L4,およびブロック上層部114bを拡大した状態を表す平面図である。配線層L4が,第1の部材L4a,第2の部材L4bに区分されている。第1,第2の部材L4a,L4bの境界は,ブロック上層部114bの上面の外に配置され,第1の部材L4aとブロック上層部114bとの電気的接続が良好になるようにしている。   As shown in FIG. 6, the wiring layers L1, L4 to L7 include a first member (stepping portion) arranged between the block upper layer portion 114 and the base 140, and the first member. It can be considered that the second member is connected to the drive electrode 154a and the like. FIG. 11 is a plan view showing an enlarged state of the detection electrode 144b, the wiring layer L4, and the block upper layer portion 114b of FIG. The wiring layer L4 is divided into a first member L4a and a second member L4b. The boundary between the first and second members L4a and L4b is arranged outside the upper surface of the block upper layer portion 114b so that the electrical connection between the first member L4a and the block upper layer portion 114b is good.

基体140に形成された駆動用電極144a,検出用電極144b〜144eは,それぞれ順に,配線層L2,L8〜L11を介してブロック下層部134j,134c,134d,134g,134hと電気的に接続されている。   The drive electrode 144a and the detection electrodes 144b to 144e formed on the base 140 are electrically connected to the block lower layer portions 134j, 134c, 134d, 134g, and 134h through the wiring layers L2 and L8 to L11, respectively. ing.

図7に示すように,この配線層L2,L8〜L11は,ブロック下層部134と基体150との間に挟まれて配置される第1の部材(踏みつけ部)と,この第1の部材と駆動用電極154a等を接続する第2の部材に区分して考えることができる。図12は,図7の検出用電極154d,配線層L10,およびブロック下層部134gを拡大した状態を表す平面図である。配線層L10が,第1の部材L10a,第2の部材L10bに区分されている。第1,第2の部材L10a,L10bの境界は,ブロック下層部134gの底面の外に配置され,第1の部材L10aとブロック上層部134gとの電気的接続が良好になるようにしている。   As shown in FIG. 7, the wiring layers L2, L8 to L11 include a first member (stepping portion) disposed between the block lower layer portion 134 and the base 150, and the first member It can be considered that the second member is connected to the drive electrode 154a and the like. FIG. 12 is a plan view showing an enlarged state of the detection electrode 154d, the wiring layer L10, and the block lower layer part 134g of FIG. The wiring layer L10 is divided into a first member L10a and a second member L10b. The boundary between the first and second members L10a and L10b is arranged outside the bottom surface of the block lower layer portion 134g so that the electrical connection between the first member L10a and the block upper layer portion 134g is good.

したがって,これらの駆動用電極154a,144a,検出用電極154b〜154e,144b〜144eに対する配線は,ブロック下層部134a〜134j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134a〜134h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134i,134jの下面に配置されている。   Therefore, the wirings for the drive electrodes 154a and 144a and the detection electrodes 154b to 154e and 144b to 144e may be connected to the lower surfaces of the block lower layer portions 134a to 134j. The wiring terminals T2 to T9 are disposed on the lower surfaces of the block lower layer portions 134a to 134h, respectively, and the wiring terminals T10 and T11 are disposed on the lower surfaces of the block lower layer portions 134i and 134j, respectively.

以上より,配線用端子T2〜T11は,それぞれ順に,検出用電極154e,154b,144b,144c,154c,154d,144d,144e,駆動用電極154a,144a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 detection electrodes 154e, 154b, 144b, 144c, 154c, 154d, 144d, 144e, and the driving electrodes 154a, 144a, respectively, in order.

駆動用電極E1,検出用電極E1は,変位部112の上面及び重量部132の下面からそれぞれなっている。変位部112及び重量部132は,導通部161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131及び固定部111は,導通部160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112と接続部113と固定部111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,駆動用電極E1,検出用電極E1に対する配線は,台座131の下面に接続すればよい。配線用端子T1は,台座131の突出部131bの下面に配置されて,配線用端子T1は,駆動用電極E1,検出用電極E1と電気的に接続されている。   The driving electrode E1 and the detection electrode E1 are formed from the upper surface of the displacement portion 112 and the lower surface of the weight portion 132, respectively. The displacement part 112 and the weight part 132 are electrically connected by a conduction part 161, both of which are made of a conductive material. The pedestal 131 and the fixed part 111 are electrically connected by a conductive part 160, both of which are made of a conductive material. The displacement part 112, the connection part 113, and the fixing part 111 are integrally formed of a conductive material. Therefore, the wiring for the drive electrode E1 and the detection electrode E1 may be connected to the lower surface of the pedestal 131. The wiring terminal T1 is disposed on the lower surface of the projecting portion 131b of the base 131, and the wiring terminal T1 is electrically connected to the driving electrode E1 and the detection electrode E1.

以上のように,構造体110,及び構造体130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114a〜114j,及びブロック下層部134a〜134j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 structure 110 and the structure 130 are made of a conductive material (silicon containing impurities), the block in which the block upper layer portions 114a to 114j and the block lower layer portions 134a to 134j are joined. a to j can have a function as wiring, and wiring for the capacitor can be simplified.

力学量センサ100による加速度および角速度の検出の原理を説明する。
(1)変位部112の振動
駆動用電極154a,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154a,E1が互いに引き合い,変位部112(重量部132も)はZ軸正方向に変位する。また,駆動用電極144a,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144a,E1が互いに引き合い,変位部112(重量部132も)はZ軸負方向に変位する。即ち,駆動用電極154a,E1間,駆動用電極144a,E1間への電圧印加を交互に行うことで,変位部112(重量部132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 acceleration and angular velocity detection by the mechanical quantity sensor 100 will be described.
(1) Vibration of the displacement portion 112 When a voltage is applied between the drive electrodes 154a and E1, the drive electrodes 154a and E1 are attracted to each other by the Coulomb force, and the displacement portion 112 (also the weight portion 132) is displaced in the positive direction of the Z axis. To do. When a voltage is applied between the drive electrodes 144a and E1, the drive electrodes 144a and E1 are attracted to each other by the Coulomb force, and the displacement portion 112 (also the weight portion 132) is displaced in the Z-axis negative direction. That is, by alternately applying a voltage between the drive electrodes 154a and E1 and between the drive electrodes 144a and E1, the displacement portion 112 (also the weight portion 132) vibrates in the Z-axis direction. The voltage can be applied using a positive or negative DC waveform (a pulse waveform when considering non-application), a half-wave waveform, or the like.

なお,駆動用電極154a,E1(変位部112aの上面),駆動用電極144a,E1(重量部132aの下面)は振動付与部として,検出用電極154b〜154e,144b〜144e,E1(変位部112b〜112eの上面,重量部132b〜132eの下面)は変位検出部として機能する。   The drive electrodes 154a and E1 (upper surface of the displacement portion 112a) and the drive electrodes 144a and E1 (lower surface of the weight portion 132a) serve as vibration applying portions, and the detection electrodes 154b to 154e, 144b to 144e, and E1 (displacement portion). The upper surfaces of 112b to 112e and the lower surfaces of the weight portions 132b to 132e function as displacement detection units.

変位部112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112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112の固有振動数は,接続部113の弾性力や重量部132の質量等で決定される。変位部112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112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 displacement part 112 is determined by the period at which the voltage is switched. The switching cycle is preferably close to the natural frequency of the displacement portion 112 to some extent. The natural frequency of the displacement portion 112 is determined by the elastic force of the connection portion 113, the mass of the weight portion 132, and the like. If the period of vibration applied to the displacement portion 112 does not correspond to the natural frequency, the energy of vibration applied to the displacement portion 112 is diverged and energy efficiency is reduced.

なお,駆動用電極154a,E1間,又は駆動用電極144a,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 displacement portion 212 may be applied only between the driving electrodes 154a and E1 or between the driving electrodes 144a and E1.

(2)加速度に起因する力の発生
重量部132(変位部112)に加速度αが印加されると重量部132に力F0が作用する。具体的には,X,Y,Z軸方向それぞれの加速度αx,αy,αzに応じて,X,Y,Z軸方向の力F0x(=m・αx),F0y(=m・αy),F0z(=m・αz)が重量部132に作用する(mは,重量部132の質量)。その結果,変位部112にX,Y方向への傾き,およびZ方向への変位が生じる。このように,加速度αx,αy,αzによって変位部112にX,Y,Z方向の傾き(変位)が生じる。
(2) Generation of Force Due to Acceleration When an acceleration α is applied to the weight part 132 (displacement part 112), a force F0 acts on the weight part 132. Specifically, the forces F0x (= m · αx), F0y (= m · αy), F0z in the X, Y, and Z axis directions according to the accelerations αx, αy, and αz in the X, Y, and Z axis directions, respectively. (= M · αz) acts on the weight part 132 (m is the mass of the weight part 132). As a result, the displacement portion 112 is inclined in the X and Y directions and displaced in the Z direction. In this way, the displacements 112 are inclined (displaced) in the X, Y, and Z directions by the accelerations αx, αy, and αz.

(3)角速度に起因するコリオリ力の発生
重量部132(変位部112)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132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132に作用する(mは,重量部132の質量)。
(3) Generation of Coriolis force due to angular velocity When the angular velocity ω is applied when the weight portion 132 (displacement portion 112) is moving in the Z-axis direction at the velocity vz, the Coriolis force F acts on the weight portion 132. . Specifically, according to the angular velocity ωx in the X-axis direction and the angular velocity ωy in the Y-axis direction, the Coriolis force Fy (= 2 · m · vz · ωx) in the Y-axis direction and the Coriolis force Fx (= 2 · m · vz · ωy) acts on the weight part 132 (m is the mass of the weight part 132).

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112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112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 displacement portion 112 is inclined in the Y direction. In this way, the displacement portion 112 is inclined (displaced) in the Y direction and the X direction by the Coriolis forces Fy and Fx caused by the angular velocities ωx and ωy.

(4)変位部112の変位の検出
以上のように,加速度αおよび角速度ωによって,変位部112の変位(傾き)が生じる。検出用電極154b〜154e,144b〜144eによって,変位部112の変位を検出することができる。
(4) Detection of Displacement of Displacement Unit 112 As described above, the displacement (tilt) of the displacement unit 112 is generated by the acceleration α and the angular velocity ω. The displacement of the displacement portion 112 can be detected by the detection electrodes 154b to 154e and 144b to 144e.

変位部112にZ正方向の力F0zが印加されると,検出用電極E1(変位部112cの上面),154c間および検出用電極E1(変位部112eの上面),154e間の距離は共に小さくなる。この結果,検出用電極E1(変位部112cの上面),154c間および検出用電極E1(変位部112eの上面),154e間の容量は共に大きくなる。即ち,検出用電極E1と検出用電極154b〜154e間の容量の和(あるいは,検出用電極E1と検出用電極144b〜144e間の容量の和)に基づいて,変位部112のZ方向の変位を検出し,検出信号として取り出すことができる。   When a positive Z-direction force F0z is applied to the displacement portion 112, the distances between the detection electrodes E1 (upper surface of the displacement portion 112c) and 154c and between the detection electrodes E1 (upper surface of the displacement portion 112e) and 154e are both small. Become. As a result, the capacitance between the detection electrode E1 (upper surface of the displacement portion 112c) and 154c and between the detection electrode E1 (upper surface of the displacement portion 112e) and 154e is increased. That is, based on the sum of the capacitance between the detection electrode E1 and the detection electrodes 154b to 154e (or the sum of the capacitance between the detection electrode E1 and the detection electrodes 144b to 144e), the displacement of the displacement portion 112 in the Z direction is changed. Can be detected and extracted as a detection signal.

一方,変位部112にY正方向の力F0yまたはコリオリ力Fyが印加されると,駆動用電極E1(変位部112cの上面),154c間,検出用電極E1(重量部132eの下面),144e間の距離は小さくなり,検出用電極E1(変位部112eの上面),154e間,検出用電極E1(重量部132cの下面),144c間の距離は大きくなる。この結果,検出用電極E1(変位部112cの上面),154c間,検出用電極E1(重量部132eの下面),144e間の容量は大きくなり,検出用電極E1(変位部112eの上面),154e間,検出用電極E1(重量部132cの下面),144c間の容量は小さくなる。即ち,検出用電極E1と検出用電極154b〜154e,144b〜144eとの間の容量の差に基づいて,変位部112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。   On the other hand, when a positive Y-direction force F0y or Coriolis force Fy is applied to the displacement portion 112, the drive electrode E1 (upper surface of the displacement portion 112c) and 154c, the detection electrode E1 (lower surface of the weight portion 132e), 144e The distance between the detection electrodes E1 (the upper surface of the displacement portion 112e) and 154e, and the distance between the detection electrodes E1 (the lower surface of the weight portion 132c) and 144c increase. As a result, the capacitance between the detection electrode E1 (upper surface of the displacement portion 112c) and 154c, the detection electrode E1 (lower surface of the weight portion 132e), and 144e increases, and the detection electrode E1 (upper surface of the displacement portion 112e), Between 154e, the capacitance between the detection electrode E1 (the lower surface of the weight portion 132c) and 144c decreases. That is, based on the difference in capacitance between the detection electrode E1 and the detection electrodes 154b to 154e and 144b to 144e, a change in the inclination of the displacement portion 112 in the X and Y directions can be detected and taken out as a detection signal. it can.

以上のように,検出用電極E1,154b〜154e,144b〜144eによって変位部112のX方向,Y方向への傾きおよびZ方向への変位を検出する。   As described above, the detection electrodes E1, 154b to 154e and 144b to 144e detect the inclination of the displacement portion 112 in the X direction and the Y direction and the displacement in the Z direction.

(5)検出信号からの加速度,角速度の抽出
検出用電極154b〜154e,144b〜144e,E1から出力される信号には,加速度αx,αy,αz,角速度ωx,ωyに起因する成分の双方が含まれる。これらの成分の相違を利用して,加速度および角速度を抽出できる。
(5) Extraction of acceleration and angular velocity from detection signal In the signals output from the detection electrodes 154b to 154e, 144b to 144e, E1, both components due to acceleration αx, αy, αz, angular velocity ωx, ωy are included. included. By using the difference between these components, the acceleration and angular velocity can be extracted.

重量部132(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132の振動には依存しない。即ち,検出信号中の加速度成分は,重量部132の振動に対応しない一種のバイアス成分である。一方,重量部132(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132のZ軸方向の速度vzに依存する。即ち,検出信号中の角速度成分は,重量部132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る。   The force Fα (= m · α) when the acceleration α is applied to the weight part 132 (mass m) does not depend on the vibration of the weight part 132. That is, the acceleration component in the detection signal is a kind of bias component that does not correspond to the vibration of the weight portion 132. On the other hand, the force Fω (= 2 · m · vz · ω) when the angular velocity ω is applied to the weight part 132 (mass m) depends on the velocity vz of the weight part 132 in the Z-axis direction. That is, the angular velocity component in the detection signal is a kind of amplitude component that periodically changes corresponding to the vibration of the weight portion 132.

具体的には,検出信号の周波数分析によって,変位部112の振動数より低周波のバイアス成分(加速度),変位部112の振動数と同様の振動成分(角速度)を抽出する。この結果,力学量センサ100によるX,Y,Z方向(3軸)の加速度αx,αy,αz,およびX,Y方向(2軸)の角速度ωx,ωyの測定が可能となる。   Specifically, a bias component (acceleration) having a lower frequency than the frequency of the displacement unit 112 and a vibration component (angular velocity) similar to the frequency of the displacement unit 112 are extracted by frequency analysis of the detection signal. As a result, the mechanical quantity sensor 100 can measure the accelerations αx, αy, αz in the X, Y, and Z directions (three axes) and the angular velocities ωx, ωy in the X, Y directions (two axes).

(力学量センサ100の作成)
力学量センサ100の作成工程につき説明する。
図14は,力学量センサ100の作成手順の一例を表すフロー図である。また,図15A〜図15Jは,図14の作成手順における力学量センサ100の状態を表す断面図である(図1に示す力学量センサ100をC−Cで切断した断面に相当する)。図15A〜図15Jは,図10の力学量センサ100を上下逆に配置したものに対応する。
(Creation of mechanical quantity sensor 100)
The production process of the mechanical quantity sensor 100 will be described.
FIG. 14 is a flowchart showing an example of a procedure for creating the mechanical quantity sensor 100. 15A to 15J are cross-sectional views showing the state of the mechanical quantity sensor 100 in the creation procedure of FIG. 14 (corresponding to a cross section obtained by cutting the mechanical quantity sensor 100 shown in FIG. 1 with CC). FIGS. 15A to 15J correspond to the mechanical quantity sensor 100 of FIG. 10 arranged upside down.

(1)半導体基板Wの用意(ステップS10,および図15A)
図15A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 S10 and FIG. 15A)
As shown in FIG. 15A, a semiconductor substrate W is prepared by laminating three layers of first, second and third layers 11, 12 and 13.

第1,第2,第3の層11,12,13はそれぞれ,構造体110,接合部120,構造体130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,不純物が含まれるシリコン基板上にシリコン酸化膜を積層した基板と,不純物が含まれるシリコン基板とを接合後,後者の不純物が含まれる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)。
The first, second, and third layers 11, 12, and 13 are layers for forming the structure 110, the junction 120, and the structure 130, respectively. Here, silicon containing impurities, silicon oxide, A layer made of silicon containing impurities is used.
A semiconductor substrate W having a three-layer structure of silicon containing impurities / silicon oxide / silicon containing impurities includes a substrate in which a silicon oxide film is laminated on a silicon substrate containing impurities, and silicon containing impurities. After bonding the substrate, the silicon substrate containing the latter impurity is thinly polished (so-called SOI substrate).

ここで,不純物が含まれるシリコン基板は,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,不純物をドープすることにより製造できる。
シリコンに含まれる不純物としては,例えばボロン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。
Here, the silicon substrate containing impurities can be manufactured by doping impurities in the manufacture of a silicon single crystal by the Czochralski method, for example.
An example of impurities contained in silicon is 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.

なお,ここでは第1の層11と第3の層13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11,12,13のすべてを異なる材料によって構成してもよい。   Here, the first layer 11 and the third layer 13 are made of the same material (silicon containing impurities), but the first, second, and third layers 11, 12, and 13 All may be composed of different materials.

(2)構造体130の作成(第3の層13のエッチング,ステップS11,および図15B,図15C)
構造体130の形成は,次のa,bのようにして行われる。
a.ギャップ10の形成(図15B)
第3の層13の上面に,重量部132の形成領域及びその近傍を除いて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(重量部132の形成領域及びその近傍)を垂直下方へと侵食させる。この結果,重量部の形成される領域の上部に重量部132の変位を可能とするためのギャップ10が形成される。
(2) Creation of structure 130 (etching of third layer 13, step S11, and FIGS. 15B and 15C)
The structure 130 is formed in the following manners a and b.
a. Formation of gap 10 (FIG. 15B)
A resist layer is formed on the upper surface of the third layer 13 except for the formation region of the weight portion 132 and the vicinity thereof, and the exposed portion (the formation region of the weight portion 132 and the vicinity thereof) not covered with the resist layer is perpendicular. Erosion downwards. As a result, the gap 10 for enabling the displacement of the weight portion 132 is formed above the region where the weight portion is formed.

b.構造体130の形成(図15C)
ギャップ10が形成された第3の層13をエッチングすることにより,開口133,ブロック下層部134a〜134j,及びポケット135を形成し,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133)に対して,厚み方向へのエッチングを行う。
b. Formation of structure 130 (FIG. 15C)
By etching the third layer 13 in which the gap 10 is formed, the opening 133, the block lower layer portions 134a to 134j, and the pocket 135 are formed, and the structure 130 is formed. That is, the thickness of a predetermined region (opening 133) of the third layer 13 is determined by an etching method that is erosive to the third layer 13 and not erodible to the second layer 12. Etching in the direction.

第3の層13の上面に,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15Cは,第3の層13に対して,上述のようなエッチングを行い,構造体130を形成した状態を示す。
A resist layer having a pattern corresponding to the structure 130 is formed on the upper surface of the third layer 13, and the exposed portion not covered with the resist layer is eroded vertically downward.
FIG. 15C shows a state in which the structure 130 is formed by etching the third layer 13 as described above.

(3)導通部160〜163の形成(ステップS12,および図15D)
導通部160〜163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
構造体110及び第2の層12の所定の箇所をウエットエッチングし,第2の層12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,構造体110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12のエッチングでは,例えば,バッファド弗酸(例えば,HF=5.5wt%,NHF=20wt%の混合水溶液)を用いることができる。
(3) Formation of conduction parts 160 to 163 (step S12 and FIG. 15D)
The conductive portions 160 to 163 are formed as follows a and b.
a. Formation of conical through-holes A predetermined portion of the structure 110 and the second layer 12 is wet-etched to form a weight-like through-hole that penetrates to the second layer 12. As the etchant, for example, 20% TMAH (tetramethylammonium hydroxide) can be used in the etching of the structure 110, and in the etching of the second layer 12, for example, buffered hydrofluoric acid (for example, HF = 5). 0.5 wt%, NH 4 F = 20 wt% mixed aqueous solution).

b.金属層の形成
構造体110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160〜162を形成する。構造体110の上面に堆積した不要な金属層(導通部160〜162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 or sputtering on the upper surface of the structure 110 and in the conical through holes to form the conductive portions 160 to 162. Unnecessary metal layers deposited on the upper surface of the structure 110 (metal layers outside the upper edges (not shown) of the conductive portions 160 to 162) are removed by etching.

(4)基体140の接合(ステップS13,および図15E)
a.基体140の作成
絶縁性材料からなる基板(可動イオンを含むガラス基板,例えば,パイレックス(登録商標)ガラス)に,駆動用電極144a,検出用電極144b〜144e,及び配線層L2,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,基体140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10を所定の箇所に11個形成する。
(4) Bonding of base 140 (step S13 and FIG. 15E)
a. Production of Base 140 A substrate made of an insulating material (a glass substrate containing movable ions, such as Pyrex (registered trademark) glass) is provided with a driving electrode 144a, detection electrodes 144b to 144e, and wiring layers L2, L8 to L11. , For example, by a pattern made of Al containing Nd. In addition, by etching the base 140, 11 wide conical through holes 10 for forming the wiring terminals T1 to T11 are formed at predetermined positions.

なお,駆動用電極144a等の形成に先立ち,エッチング等により基体140に凹部を形成しても良い。この場合,構造体130へのギャップ10の形成が不要となる。即ち,重量部132と基体140間のギャップは,構造体130,基体140の何れか,または双方に設けに設けることができる。   Prior to the formation of the drive electrode 144a and the like, a recess may be formed in the base 140 by etching or the like. In this case, the formation of the gap 10 in the structure 130 is not necessary. That is, the gap between the weight portion 132 and the base body 140 can be provided in either or both of the structure 130 and the base body 140.

b.半導体基板W(構造体130)と基体140の接合
ポケット135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,基体140と構造体130とを,陽極接合により接合する。
図15Eは,構造体130と基体140とを接合した状態を示す。
このとき,基体140との陽極接合前に導通部160〜163が形成され,半導体基板の上下に導通がとられているため,第2の層12を貫通していない場合に比べて容易に接合することができる。
b. Bonding of Semiconductor Substrate W (Structure 130) and Base 140 A getter material (trade name non-evaporable getter, manufactured by SAES Getters Japan) is put in the pocket 135, and the base 140 and the structure 130 are bonded by anodic bonding.
FIG. 15E shows a state in which the structure 130 and the base body 140 are joined.
At this time, the conductive portions 160 to 163 are formed before the anodic bonding with the base 140, and the continuity is taken up and down of the semiconductor substrate, so that the bonding is easier than in the case where the second layer 12 is not penetrated. can do.

(5)配線用端子T1〜T11の形成(ステップS14,および図15F)
基体140の上面及び錐状貫通孔10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。
(5) Formation of wiring terminals T1 to T11 (step S14 and FIG. 15F)
For example, a metal layer is formed in the order of a Cr layer and an Au layer on the upper surface of the base 140 and the conical through hole 10 by vapor deposition, sputtering, or the like. Unnecessary metal layers (metal layers outside the upper edge of the wiring terminal T) are removed by etching to form wiring terminals T1 to T11.

(6)構造体110の作成(第1の層11のエッチング,ステップS15,および図15G)
第1の層11をエッチングすることにより,開口115を形成し,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115a〜115d)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。
(6) Creation of structure 110 (etching of first layer 11, step S15, and FIG. 15G)
By etching the first layer 11, the opening 115 is formed and the structure 110 is formed. That is, an etching method that has erosion with respect to the first layer 11 and does not have erosion with respect to the second layer 12 is used to form predetermined regions (openings 115 a to 115 d) of the first layer 11. On the other hand, etching is performed in the thickness direction until the upper surface of the second layer 12 is exposed.

第1の層11の上面に,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侵食する。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115a〜115d)のみが除去される。
図15Gは,第1の層11に対して,上述のようなエッチングを行い,構造体110を形成した状態を示す。
A resist layer having a pattern corresponding to the structure 110 is formed on the upper surface of the first layer 11, and an exposed portion not covered with the resist layer is eroded vertically downward. In this etching process, since the second layer 12 is not eroded, only predetermined regions (openings 115a to 115d) of the first layer 11 are removed.
FIG. 15G shows a state where the structure 110 is formed by etching the first layer 11 as described above.

(7)接合部120の作成(第2の層12のエッチング,ステップS16,および図15H)
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 second layer 12, step S16, and FIG. 15H)
Etching the second layer 12 forms the joint 120. That is, the second layer 12 is erodible with respect to the second layer 12, and the second layer 12 is etched with respect to the first layer 11 and the third layer 13 by an etching method without erosion. Etching is performed in the thickness direction and the layer direction from the exposed portion.

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11の残存部分である構造体110が,第2の層12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 process, it is not necessary to separately form a resist layer. That is, the structure 110 that is the remaining portion of the first layer 11 functions as a resist layer for the second layer 12. Etching is performed on the exposed portion of the second layer 12.

第2の層12に対するエッチング工程(ステップS12)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構造体110や第3の層13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 S12), it is necessary to perform an etching method that satisfies the following two conditions. The first condition is to have a direction 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 for preventing the structure 110 made of silicon, which has already been processed into a predetermined shape, and the third layer 13 from eroding.

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%,NHF=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,CFガスとO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.

以上の製造プロセスにおいて,構造体110を形成する工程(ステップS15)と,構造体130を形成する工程(ステップS11)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 structure 110 (step S15) and the step of forming the structure 130 (step S11).
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 stage in which the material layer is dug while being eroded in the thickness direction and a deposition stage in which a polymer wall is formed 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,SFガス,およびOガスの混合ガスを,デポジション段階では,Cガスを用いることが考えられる。 On the other hand, in order to perform etching satisfying 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.

(8)基体150の接合(ステップS17,および図15I)
1)基体150の作成
絶縁性材料からなる基板(可動イオンを含むガラス基板,例えば,パイレックス(登録商標)ガラス)をエッチングして凹部153を形成し,駆動用電極154a,検出用電極154b〜244e,及び配線層L1,L4〜L7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。
(8) Bonding of base 150 (step S17 and FIG. 15I)
1) Creation of Base 150 Etching a substrate made of an insulating material (a glass substrate containing movable ions, such as Pyrex (registered trademark) glass) to form a recess 153, and driving electrode 154a and detection electrodes 154b to 244e The wiring layers L1, L4 to L7 are formed at predetermined positions by a pattern made of Al containing Nd, for example.

2)半導体基板W(構造体110)と基体150の接合
構造体110と基体150とを陽極接合により接合する。このとき,陽極接合装置における平板電極(図示せず)上に構造体110と基体150とをアライメントした状態で載置する。そして配線用端子T1〜T11を通じて,構造体110の全体に電圧を印加し,構造体110全体と基体150とを均一に接合することが可能である。即ち,配線用端子T1〜T11,ブロック下層部134(および台座131),および導通部160〜163を経由して,ブロック上層部114および固定部111に電圧が印加され,基体150と真空雰囲気下で陽極接合される。既述のように,導通部163は,陽極接合時におけるセンサ構造体の接合面を略等電位とするための給電用導通部として用いられる。
図15Iは,半導体基板Wと基体150とを接合した状態を示す。センサの可動部は真空封止されている。
2) Bonding of Semiconductor Substrate W (Structure 110) and Base 150 The structure 110 and the base 150 are bonded by anodic bonding. At this time, the structure 110 and the base 150 are placed in alignment with each other on a plate electrode (not shown) in the anodic bonding apparatus. A voltage is applied to the entire structure 110 through the wiring terminals T1 to T11, and the entire structure 110 and the base 150 can be bonded uniformly. That is, a voltage is applied to the block upper layer portion 114 and the fixing portion 111 via the wiring terminals T1 to T11, the block lower layer portion 134 (and the base 131), and the conduction portions 160 to 163, and the substrate 150 and the vacuum atmosphere Anodically bonded. As described above, the conduction portion 163 is used as a conduction portion for power supply for making the joint surface of the sensor structure at the time of anodic bonding have a substantially equipotential.
FIG. 15I shows a state in which the semiconductor substrate W and the base 150 are joined. The movable part of the sensor is vacuum sealed.

(9)半導体基板W,基体150,基体140のダイシング(ステップS18および図15J)
例えば,450℃の熱処理によってポケット135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,基体150,及び基体140にダイシングソー等で切れ込みを入れて,個々の力学量センサ100に分離する。
(9) Dicing of the semiconductor substrate W, the base 150, and the base 140 (step S18 and FIG. 15J)
For example, after the getter material in the pocket 135 is activated by heat treatment at 450 ° C., the semiconductor substrate W, the base body 150, and the base body 140 bonded to each other are cut with a dicing saw or the like, and the individual mechanical quantity sensors 100 are thus cut. To separate.

以上のように,本実施形態は以下を採用している。
・ブロックa〜jの全てについて,導通部160〜163が配置され,構造体110,130間の導通が確保されている。
・基体140を基体150より先に陽極接合している。この順序は,配線用端子T1〜T11の形成の有無と対応する。
As described above, the present embodiment employs the following.
-About all the blocks aj, the conduction parts 160-163 are arrange | positioned and the conduction | electrical_connection between the structures 110 and 130 is ensured.
The base 140 is anodically bonded before the base 150. This order corresponds to whether or not the wiring terminals T1 to T11 are formed.

基体150と構造体110の陽極接合時に,配線用端子T1〜T11,ブロック下層部134a〜134h,導通部160〜163を経由して,ブロック上層部114a〜114hへの電圧印加が可能となる。ブロック上層部114a〜114h全てが略等電位となる。この結果,以下の利点が生じる。   At the time of anodic bonding of the base 150 and the structure 110, voltage can be applied to the block upper layer portions 114a to 114h via the wiring terminals T1 to T11, the block lower layer portions 134a to 134h, and the conduction portions 160 to 163. All of the block upper layer portions 114a to 114h are substantially equipotential. This results in the following advantages.

(1)陽極接合プロセスが安定する。
全てのブロック上層部114a〜114hに導通部を有する構造を採用することにより,フレーム(固定部)とブロック上層部114の接合面が略等電位に保った状態で陽極接合を行なうことが可能となった。つまり,接合面全域で略同様の陽極接合プロセスが実現される。踏みつけ部で接合が安定し,電気的接続が安定化する。
(1) The anodic bonding process is stabilized.
By adopting a structure having conductive portions in all the block upper layer portions 114a to 114h, it becomes possible to perform anodic bonding in a state where the bonding surfaces of the frame (fixed portion) and the block upper layer portion 114 are maintained at substantially the same potential. became. That is, substantially the same anodic bonding process is realized over the entire bonding surface. The joint is stabilized at the stepping part, and the electrical connection is stabilized.

(2)フローティング電位による接合面とは反対側の基体側へ生じる静電引力発生を防止する。
「スティッキング」とは,陽極接合の際に重量部132が基体に付着することを言う。力学量センサ100の製造時の歩留まりの低下をもたらす。重量部132が基体140,150の何れかに静電引力により引き寄せられて付着し(スティッキング),力学量センサとして機能しなくなる可能性がある。基体150の陽極接合時に,ブロック上層部114a〜114h全てが等電位となる結果,重量部132が常に基体150側に静電引力が生じ,基体150側にのみスティッキング対策を施せば足りる。スティッキング対策として,底板部152にスティッキング防止用の膜,例えば,Crを形成することが挙げられる。フローティング電位をなくすことにより,接合面とは反対側の基体側へのスティッキングによる不良モードが解消される。
(2) The generation of electrostatic attraction generated on the side of the substrate opposite to the bonding surface due to the floating potential is prevented.
“Sticking” means that the weight portion 132 adheres to the substrate during anodic bonding. The yield at the time of manufacturing the mechanical quantity sensor 100 is reduced. There is a possibility that the weight portion 132 is attracted to and adhered to either of the bases 140 and 150 (sticking) and does not function as a mechanical quantity sensor. As a result of all the block upper layer portions 114a to 114h being equipotential at the time of anodic bonding of the substrate 150, the weight portion 132 always generates an electrostatic attractive force on the substrate 150 side, and it is sufficient to take measures against sticking only on the substrate 150 side. As a countermeasure against sticking, a film for preventing sticking, for example, Cr may be formed on the bottom plate portion 152. By eliminating the floating potential, the failure mode due to sticking to the substrate side opposite to the bonding surface is eliminated.

ブロックa〜jの一部でも導通部160〜163を有さなければ,駆動用電極154a,検出用電極154b〜154e,および駆動用電極144a,検出用電極144b〜144eの電位が定まらなくなり(フローティング),重量部132が基体150(駆動用電極154a,検出用電極154b〜154e)側,基体140(駆動用電極144a,検出用電極144b〜144e)側の何れにも静電引力によって引き寄せられる可能性があり,重量部132の付着(スティッキング)を招く可能性がある。   If some of the blocks a to j do not have the conducting portions 160 to 163, the potentials of the drive electrode 154a, the detection electrodes 154b to 154e, the drive electrode 144a, and the detection electrodes 144b to 144e cannot be determined (floating) ), And the weight portion 132 can be attracted to the base 150 (drive electrode 154a, detection electrodes 154b to 154e) side and the base 140 (drive electrode 144a, detection electrodes 144b to 144e) side by electrostatic attraction. There is a possibility that the weight part 132 may be attached (sticking).

仮に,導通部160〜163が配置されない基体150を先に陽極接合すると,基体140の陽極接合時にブロックa〜jの電位が定まらず,陽極接合プロセスが安定せず,接合不良のみならずスティッキング等を招く可能性がある。台座131は力学量センサ100の外側に位置するため電圧印加が可能であるが,ブロックa〜jは台座131と接続されていないため,電位のフローティングが起こる。   If the base body 150 on which the conductive portions 160 to 163 are not arranged is first anodic bonded, the potentials of the blocks a to j are not determined at the time of anodic bonding of the base body 140, the anodic bonding process is not stable, not only defective bonding but also sticking, etc. May be incurred. Since the pedestal 131 is located outside the mechanical quantity sensor 100, a voltage can be applied. However, since the blocks a to j are not connected to the pedestal 131, a potential floating occurs.

基体150と構造体110の陽極接合前において,基体150は可動イオンを含むため,陽極接合時の温度下で導電性を有する。この陽極接合の際に基体150中の可動イオンが移動し,基体150は略絶縁体になる。このため,基体150,基体140の順で陽極接合を行った場合,基体140の陽極接合時に基体150は絶縁体となり,基体150に電圧を印加しても,ブロックa〜jに電圧が印加されることはなく,基体150の陽極接合に寄与しない。   Before the anodic bonding of the base body 150 and the structure 110, the base body 150 has conductivity at the temperature at the time of anodic bonding because it contains mobile ions. During this anodic bonding, the movable ions in the base 150 move, and the base 150 becomes a substantially insulator. Therefore, when the anodic bonding is performed in the order of the base 150 and the base 140, the base 150 becomes an insulator when the base 140 is anodic bonded, and even if a voltage is applied to the base 150, a voltage is applied to the blocks a to j. It does not contribute to the anodic bonding of the substrate 150.

(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。
(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.

上記実施形態では,配線用端子T1〜T11を基体140に配置している。この関係で,図14に示す作成手順が用いられている。
これに対して,配線用端子T1〜T11を基体150に配置しても良い。この場合,例えば,図16に示す作成手順を採用できる。この図は,図14でのステップS11とステップS15,16,およびステップS13とステップS17が入れ替えられている。この場合でも,配線用端子T1〜T11が形成される基体(基体150),配線用端子T1〜T11が形成されない基体(基体140)の順序で,基体が接合される。この結果,基体140と構造体130の陽極接合時に,配線用端子T1〜T11を経由して,ブロックa〜jへの電圧印加が可能となる。つまり,センサの可動部を真空封止する側(2枚目に接合される)の基体を陽極接合する際,既に接合された他方の基体側に導通部(第2の導通部)を有し,さらにブロック部にその上下に導通をとる導通部(第1の導通部)を形成しておけばよい。また,この順序で製造すると,2枚目の基体の接合時に重量部132と接続部113は2枚目の基体との距離(ギャップ間隔)が異なる。したがって,接続部113には作用する静電引力は重量部132に作用するものよりも小さくなり,接続部113自体が基体へ引き寄せられて破断することを防ぐ効果を期待できる。
In the above embodiment, the wiring terminals T <b> 1 to T <b> 11 are arranged on the base 140. In this relation, the creation procedure shown in FIG. 14 is used.
On the other hand, the wiring terminals T1 to T11 may be arranged on the base 150. In this case, for example, the creation procedure shown in FIG. 16 can be adopted. In this figure, step S11 and steps S15 and S16, and step S13 and step S17 in FIG. 14 are interchanged. Even in this case, the substrates are bonded in the order of the substrate (substrate 150) where the wiring terminals T1 to T11 are formed and the substrate (substrate 140) where the wiring terminals T1 to T11 are not formed. As a result, it is possible to apply a voltage to the blocks a to j via the wiring terminals T1 to T11 during the anodic bonding of the base 140 and the structure 130. That is, when anodic bonding the substrate on the side of vacuum sealing the movable portion of the sensor (bonded to the second sheet), the other substrate already bonded has a conductive portion (second conductive portion). In addition, a conducting part (first conducting part) that conducts vertically above and below the block part may be formed. Further, when manufactured in this order, the distance (gap interval) between the weight portion 132 and the connection portion 113 is different from that of the second substrate when the second substrate is bonded. Therefore, the electrostatic attractive force acting on the connecting portion 113 is smaller than that acting on the weight portion 132, and the effect of preventing the connecting portion 113 itself from being pulled to the base and breaking can be expected.

本発明の一実施形態に係る力学量センサを分解した状態を表す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view showing the state which decomposed | disassembled the mechanical quantity sensor which concerns on one Embodiment of this invention. 図1の力学量センサを分解した状態を表す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view showing the state which decomposed | disassembled the mechanical quantity sensor of FIG. 構造体110の上面図である。3 is a top view of a structure 110. FIG. 接合部の上面図である。It is a top view of a junction part. 構造体130の上面図である。3 is a top view of a structure 130. FIG. 基体150の下面図である。3 is a bottom view of a base 150. FIG. 基体140の上面図である。3 is a top view of a base body 140. FIG. 基体140の下面図である。4 is a bottom view of a base body 140. FIG. 図1のB−Bに沿って切断した状態を表す断面図である。It is sectional drawing showing the state cut | disconnected along BB of FIG. 図1のC−Cに沿って切断した状態を表す断面図である。It is sectional drawing showing the state cut | disconnected along CC of FIG. 図6の一部を拡大した下面図である。It is the bottom view to which a part of FIG. 6 was expanded. 図7の一部を拡大した上面図である。FIG. 8 is an enlarged top view of a part of FIG. 7. 図9に示す力学量センサにおける6組の容量素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows six sets of capacitive elements in the mechanical quantity sensor shown in FIG. 本発明の第1の実施形態に係る力学量センサの作成手順の一例を表すフロー図である。It is a flowchart showing an example of the preparation procedure of the dynamic quantity sensor which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図14の作成手順における力学量センサの状態を表す断面図である。It is sectional drawing showing the state of the mechanical quantity sensor in the preparation procedure of FIG. 図14の作成手順における力学量センサの状態を表す断面図である。It is sectional drawing showing the state of the mechanical quantity sensor in the preparation procedure of FIG. 図14の作成手順における力学量センサの状態を表す断面図である。It is sectional drawing showing the state of the mechanical quantity sensor in the preparation procedure of FIG. 図14の作成手順における力学量センサの状態を表す断面図である。It is sectional drawing showing the state of the mechanical quantity sensor in the preparation procedure of FIG. 図14の作成手順における力学量センサの状態を表す断面図である。It is sectional drawing showing the state of the mechanical quantity sensor in the preparation procedure of FIG. 図14の作成手順における力学量センサの状態を表す断面図である。It is sectional drawing showing the state of the mechanical quantity sensor in the preparation procedure of FIG. 図14の作成手順における力学量センサの状態を表す断面図である。It is sectional drawing showing the state of the mechanical quantity sensor in the preparation procedure of FIG. 図14の作成手順における力学量センサの状態を表す断面図である。It is sectional drawing showing the state of the mechanical quantity sensor in the preparation procedure of FIG. 図14の作成手順における力学量センサの状態を表す断面図である。It is sectional drawing showing the state of the mechanical quantity sensor in the preparation procedure of FIG. 図14の作成手順における力学量センサの状態を表す断面図である。It is sectional drawing showing the state of the mechanical quantity sensor in the preparation procedure of FIG. 本発明の変形例に係る力学量センサの作成手順の一例を表すフロー図である。It is a flowchart showing an example of the preparation procedure of the mechanical quantity sensor which concerns on the modification of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

100 力学量センサ
110 構造体
111 固定部
111a 枠部
111b,111c 突出部
112(112a-112e) 変位部
113(113a-113d) 接続部
114(114a-114j) ブロック上層部
115(115a-115d) 開口
120,121,122,123 接合部
130 構造体
131 台座
131a 枠部
131b〜131d 突出部
132(132a-133e) 重量部
133 開口
134(134a-134j) ブロック下層部
135 ポケット
150 基体
151 枠部
152 底板部
153 凹部
154a 駆動用電極
154b-154e 検出用電極
140 基体
144a 駆動用電極
144b-144e 検出用電極
160-163 導通部
10 ギャップ
11 錘状貫通孔
L1,L2,L4-L11 配線層
T1-T11 配線用端子
E1 駆動用電極,検出用電極
100 Mechanical quantity sensor 110 Structure 111 Fixed part 111a Frame part 111b, 111c Protrusion part 112 (112a-112e) Displacement part 113 (113a-113d) Connection part 114 (114a-114j) Block upper layer part 115 (115a-115d) Opening 120, 121, 122, 123 Joint 130 Structure 131 Base 131a Frame 131b to 131d Projection 132 (132a-133e) Weight 133 Opening 134 (134a-134j) Block lower layer 135 Pocket 150 Base 151 Frame 152 Bottom plate Portion 153 Recess 154a Driving electrode 154b-154e Detection electrode 140 Base 144a Driving electrode 144b-144e Detection electrode 160-163 Conducting portion 10 Gap 11 Weight-shaped through holes L1, L2, L4-L11 Wiring layer T1-T11 Wiring Terminal E1 Driving electrode, detection electrode

Claims (2)

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,および導電性を有する第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の層から,開口を有する台座と,前記開口内に配置される重量部と,前記台座および前記重量部の何れにも接続されず,かつ互いに離隔される複数の第1のブロック部材と,を有する第1の構造体を形成するステップと,
前記第1の構造体および前記第2の層を貫通して,前記複数の第1のブロック部材それぞれと前記第の層を電気的に接続する複数の第1の導通部を形成するステップと,
前記複数の第1の導通部の形成後に,絶縁性材料から構成され,貫通孔を有し,前記重量部に対応する領域にスティッキング防止用の膜が配置された,第1の基体を前記台座に接合するステップと,
前記台座の接合後に,前記第1の基体に,前記複数の第1のブロック部材とそれぞれに電気的に接続される複数の第2の導通部を形成するステップと,
前記複数の第2の導通部の形成後に,前記第の層から,前記台座に接合される固定部と,前記重量部に接合される変位部と,前記固定部と前記変位部とを接続する接続部と,前記複数の第1のブロック部材に接合され,かつ互いに離隔される複数の第2のブロック部材と,を有する第2の構造体を形成するステップと,
前記第2の構造体の形成後に,前記第2の導通部を通じて前記複数の第1,第2のブロック部材の全てに電圧を印加することで,絶縁性材料から構成され,前記重量部に対応する領域にスティッキング防止用の膜が配置されない,第2の基体を前記固定部に陽極接合するステップと,
を具備することを特徴とする力学量センサの製造方法。
A first layer of a first semiconductor material, a second layer made of an insulating material, and a third semiconductor substrate layer are laminated in this order of a second semiconductor material having conductivity, said first Three layers, a pedestal having an opening, a weight part disposed in the opening, a plurality of first block members that are not connected to any of the pedestal and the weight part and are spaced apart from each other; Forming a first structure having:
Forming a plurality of first conductive portions penetrating the first structure and the second layer and electrically connecting each of the plurality of first block members and the first layer; ,
After formation of the plurality of first conductive portion is composed of an insulating material, have a through hole, film for sticking prevention in a region corresponding to the weight portion is disposed, said base a first substrate Joining to
Forming a plurality of second conducting portions electrically connected to the plurality of first block members on the first base after joining the base;
After formation of the plurality of second conducting portions, from the first layer, connecting a fixed portion joined to said base, and a displacement portion which is joined to the parts, and the displacement portion and the fixed portion Forming a second structure having a connecting portion to be connected, and a plurality of second block members joined to the plurality of first block members and spaced apart from each other;
After the formation of the second structure, the voltage is applied to all of the plurality of first and second block members through the second conductive portion, and is made of an insulating material and corresponds to the weight portion. An anti-sticking film is not disposed in a region to be bonded, and a second substrate is anodically bonded to the fixed portion;
A method of manufacturing a mechanical quantity sensor, comprising:
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,および導電性を有する第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の層から,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,前記固定部,前記変位部,および前記接続部の何れにも接続されず,かつ互いに離隔される複数の第のブロック部材と,を有する第の構造体を形成するステップと,
前記第2の構造体および前記第2の層を貫通して,前記複数の第のブロック部材と前記第3の層を電気的に接続する複数の第1の導通部を形成するステップと,
前記複数の第1の導通部の形成後に,絶縁性材料から構成され,貫通孔を有する第の基体を前記固定部に接合するステップと,
前記固定部の接合後に,前記第の基体に,前記複数の第のブロック部材とそれぞれに電気的に接続される複数の第2の導通部を形成するステップと,
前記複数の第2の導通部の形成後に,前記第3の層から,前記固定部に接合される台座と,前記変位部に接合される重量部と,前記複数の第1のブロック部材に接合され,かつ互いに離隔される複数の第のブロック部材と,を有する第の構造体を形成するステップと,
前記第1の構造体の形成後に,前記第2の導通部を通じて前記複数の第1,第2のブロック部材の全てに電圧を印加することで,絶縁性材料から構成され,前記重量部に対応する領域にスティッキング防止用の膜が配置されない,第1の基体を前記台座に陽極接合するステップと,
を具備することを特徴とする力学量センサの製造方法。
A first layer of a first semiconductor material, a second layer made of an insulating material, and a third semiconductor substrate layer are laminated in this order of a second semiconductor material having conductivity, said first A fixed portion having an opening from one layer, a displacement portion disposed in the opening and displaced with respect to the fixed portion, a connection portion connecting the fixed portion and the displacement portion, and the fixed portion Forming a second structure having a plurality of second block members that are not connected to any of the displacement part and the connection part and are spaced apart from each other;
Forming a plurality of first conductive portions that penetrate the second structure and the second layer and electrically connect the plurality of second block members and the third layer;
Joining a second base made of an insulating material and having a through hole to the fixed portion after forming the plurality of first conductive portions ;
After joining of the fixed portion, and forming the first to second base, the second conductive portion of the plurality are electrically connected to the respective plurality of second block members,
After forming the plurality of second conductive portions, from the third layer, joined to the base joined to the fixed portion, the weight portion joined to the displacement portion, and joined to the plurality of first block members And forming a first structure having a plurality of first block members spaced apart from each other;
After the formation of the first structure, a voltage is applied to all of the plurality of first and second block members through the second conducting portion, so that the first structure is made of an insulating material and corresponds to the weight portion. An anodic bonding of the first substrate to the pedestal, wherein no sticking-preventing film is disposed in the area to be
A method of manufacturing a mechanical quantity sensor, comprising:
JP2008011537A 2008-01-22 2008-01-22 Method for manufacturing mechanical quantity sensor Expired - Fee Related JP5292825B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008011537A JP5292825B2 (en) 2008-01-22 2008-01-22 Method for manufacturing mechanical quantity sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008011537A JP5292825B2 (en) 2008-01-22 2008-01-22 Method for manufacturing mechanical quantity sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009174907A JP2009174907A (en) 2009-08-06
JP5292825B2 true JP5292825B2 (en) 2013-09-18

Family

ID=41030164

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008011537A Expired - Fee Related JP5292825B2 (en) 2008-01-22 2008-01-22 Method for manufacturing mechanical quantity sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5292825B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5657929B2 (en) * 2010-06-25 2015-01-21 パナソニックIpマネジメント株式会社 Acceleration sensor

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006153481A (en) * 2004-11-25 2006-06-15 Seiko Instruments Inc Dynamic quantity sensor
JP2006226777A (en) * 2005-02-16 2006-08-31 Seiko Instruments Inc Manufacturing method of mechanical quantity sensor, mechanical quantity sensor and electronic equipment
JP2007003191A (en) * 2005-06-21 2007-01-11 Wacoh Corp Acceleration/angular velocity sensor
JP2007192588A (en) * 2006-01-17 2007-08-02 Seiko Instruments Inc Dynamic quantity sensor having three-dimensional wiring, and method of manufacturing dynamic quantity sensor
JP2007292499A (en) * 2006-04-21 2007-11-08 Sony Corp Motion sensor and manufacturing method therefor

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009174907A (en) 2009-08-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7540191B2 (en) Angular rate sensor and method of manufacturing the same
JP4924238B2 (en) Manufacturing method of angular velocity sensor
JP5176965B2 (en) Method for manufacturing mechanical quantity sensor
EP2161539B1 (en) Mechanical quantity sensor and its manufacturing method
JPWO2008062705A1 (en) Mechanical quantity sensor and manufacturing method thereof
JP5598515B2 (en) Physical quantity sensor and manufacturing method thereof
JP5120176B2 (en) Physical quantity sensor and manufacturing method thereof
JP5292825B2 (en) Method for manufacturing mechanical quantity sensor
JP5298508B2 (en) Mechanical quantity detection sensor
JP5262658B2 (en) Mechanical quantity sensor and manufacturing method thereof
JP5176461B2 (en) Mechanical quantity sensor and manufacturing method thereof
JP5293010B2 (en) Mechanical quantity sensor and laminate manufacturing method
JP5176350B2 (en) Mechanical quantity detection sensor, electronic component using the sensor, and manufacturing method thereof
JP5167848B2 (en) Support substrate and method of manufacturing capacitive mechanical quantity detection sensor using the same
JP5062146B2 (en) PHYSICAL QUANTITY SENSOR, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND ELECTRONIC DEVICE
JP5257115B2 (en) Mechanical quantity sensor and manufacturing method thereof
JP2010145162A (en) Capacitance type gyro sensor and layout of acceleration sensor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20101109

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120613

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120619

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120813

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130514

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130527

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees