JP5298508B2 - Mechanical quantity detection sensor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a mechanical quantity detecting sensor and its manufacturing method which eliminates faulty wire connections, in the internal wiring of the sensor body of a capacitance-type mechanical quantity detecting sensor for reducing product defects. <P>SOLUTION: The mechanical quantity detection sensor is a capacitance-type mechanical quantity detection sensor. A semiconductor substrate is arranged inside a frame; a support pillar for connecting the upper support substrate and the lower support substrate is provided; and a connecting part made of a conductive material is provided, on at least one of the upper end or lower end of the support pillar, and connects the upper support substrate or the lower support substrate to the support pillar. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、容量素子を用いて力学量を検出する力学量検出センサおよびその製造方法に関し、特に、加速度または/および角速度を検出するタイプのセンサに関する。   The present invention relates to a mechanical quantity detection sensor that detects a mechanical quantity using a capacitive element and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a sensor of a type that detects acceleration or / and angular velocity.

近年、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いて小型で単純な構造を有する加速度センサあるいは角速度センサとして、静電容量素子を利用したタイプのセンサ(いわゆる静電容量型センサ)が実用化されている。静電容量型センサは、一般に一対のガラス基板に挟まれて接合された半導体基板内に、所定の自由度をもって変位可能な重錘体を用意し、当該重錘体を加速度や角速度などに伴う変位を検出する重錘体として利用する。変位の検出は、容量素子の静電容量の値に基いて行われる(特許文献1)。   In recent years, a type of sensor using a capacitive element (so-called capacitance type sensor) has been put to practical use as an acceleration sensor or an angular velocity sensor having a small and simple structure by using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology. Yes. In general, a capacitance type sensor has a weight body that can be displaced with a predetermined degree of freedom in a semiconductor substrate sandwiched between a pair of glass substrates, and the weight body is accompanied by acceleration, angular velocity, or the like. It is used as a weight body for detecting displacement. The displacement is detected based on the capacitance value of the capacitive element (Patent Document 1).

静電容量型センサにおいて、多軸成分の力学量を検出するために、従来、1軸のセンサを複数組み合わせて使われていたが、サイズやコストの点で問題であった。そこで、1つのセンサ素子によって多軸成分の検出を行うことが可能な静電容量型センサの研究が進んでいる。このような1つのセンサ素子によって多軸成分の力学量を検出するセンサにあっては、容量素子を用いて多軸成分の力学量の検出、あるいは重錘体の駆動を行うため、容量素子を構成する電極に対して外部への配線接続が必要になる。この配線接続を単純かつ効率的に行うために、例えば、半導体基板内に上下一対のガラス基板とを連結し、導電性材料からなる配線用の柱状体を配設し、当該柱状体により電極および金属配線との電気的接続を取る構成が開示されている(特許文献2)。
特開2007−057469号公報 特開2007−003192号公報
Conventionally, in order to detect a dynamic quantity of multi-axis components in a capacitance type sensor, a plurality of single-axis sensors have been used in combination. However, this is a problem in terms of size and cost. Therefore, research on a capacitive sensor capable of detecting multi-axis components with a single sensor element is in progress. In such a sensor that detects the mechanical quantity of the multi-axis component using one sensor element, the capacitive element is used to detect the dynamic quantity of the multi-axis component or drive the weight body. Wiring connection to the outside is necessary for the electrodes to be configured. In order to perform this wiring connection simply and efficiently, for example, a pair of upper and lower glass substrates are connected in a semiconductor substrate, and a wiring columnar body made of a conductive material is disposed. The structure which takes an electrical connection with metal wiring is disclosed (patent document 2).
JP 2007-057469 A JP 2007-003192 A

しかしながらガラス基板と半導体基板との接合時において、上述した配線用柱状体とガラス基板上の金属配線とを接続する場合、シリコンと金属配線との間でオーミックコンタクト(あるいはオーミックコンタクトとみなせる低抵抗コンタクト)が充分にとられず、当該接続部分において電気的な接続不良が生じ、その結果として、所望の検出感度が得られないことが判った。   However, when connecting the above-mentioned wiring columnar body and the metal wiring on the glass substrate at the time of joining the glass substrate and the semiconductor substrate, ohmic contact (or low resistance contact that can be regarded as ohmic contact) between silicon and the metal wiring. ) Is not sufficiently obtained, and an electrical connection failure occurs in the connection portion. As a result, it has been found that a desired detection sensitivity cannot be obtained.

本発明は上記に鑑み、センサの内部配線における配線接続不良をなくし、製品不良を抑えた静電容量型の力学量検出センサを提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above, an object of the present invention is to provide a capacitance type mechanical quantity detection sensor that eliminates defective wiring connections in the internal wiring of a sensor and suppresses defective products.

本発明に係る力学量検出センサは、上方支持基板と下方支持基板の間に半導体基板を挟持して配置した構造を有し、前記半導体基板はその上端を上方支持基板と、その下端を下方支持基板とそれぞれ接合され、かつ開口を有するフレーム部と、その開口内に配置された重錘体と、前記重錘体と前記フレーム部とを可撓性を持って接続する接続部と、により構成されるセンサ部を有し、前記上方支持基板はその下面に上方電極を有し、さらに前記下方支持基板はその上面に下方電極を有し、前記上方電極と前記センサ部、及び前記下方電極と前記センサ部とで上下に容量素子を形成した力学量検出センサであって、前記半導体基板は、前記フレーム内に配置され、前記上方支持基板と前記下方支持基板を連結し不純物を含んだシリコンからなる支柱を備え、該支柱の上端あるいは下端の少なくとも一方に、前記上方支持基板あるいは前記下方支持基板と前記支柱とを連結し、Al、Au、Pt、Cuのうちのいずれかよりなる導電性材料からなる連結部を有し、前記上方電極および前記下方電極は、容量素子の静電容量変化を検出する検出用電極と、前記重錘体を上下方向に振動駆動させる駆動用電極とを含み、さらに前記上方電極または前記下方電極はそれぞれ該電極と一体かつ、延長して構成された配線部を有し、前記支柱は前記連結部により前記配線部と接続され、前記上方支持基板および/または前記下方支持基板とを連結されており、前記支柱は、その上端あるいは下端のいずれか一方の端面及び前記支柱の側面に対して切欠部を有し、前記連結部は、前記上方支持基板あるいは前記下方支持基板と前記支柱との連結に先立ち前記支柱の上端あるいは下端から突出するように前記切欠部に配設され、連結時に潰れて前記配線部と接続されていることを特徴とする。
The mechanical quantity detection sensor according to the present invention has a structure in which a semiconductor substrate is interposed between an upper support substrate and a lower support substrate, and the semiconductor substrate supports an upper support substrate at its upper end and a lower support at its lower end. A frame portion that is bonded to the substrate and has an opening, a weight body disposed in the opening, and a connection portion that flexibly connects the weight body and the frame portion. The upper support substrate has an upper electrode on its lower surface, and the lower support substrate has a lower electrode on its upper surface, the upper electrode, the sensor portion, and the lower electrode A mechanical quantity detection sensor in which capacitive elements are formed vertically with the sensor unit, wherein the semiconductor substrate is disposed in the frame, and is formed of silicon containing impurities by connecting the upper support substrate and the lower support substrate. becomes Comprising a pillar, at least one of the upper or lower ends of the struts, and connecting the said upper support substrate or the lower support substrate struts, Al, Au, Pt, from the recognized conductive material any of Cu The upper electrode and the lower electrode include a detection electrode that detects a change in capacitance of a capacitive element, and a drive electrode that vibrates and drives the weight body in the vertical direction. Each of the upper electrode and the lower electrode has a wiring portion that is integrated with and extended from the electrode, and the support column is connected to the wiring portion by the connecting portion, and the upper support substrate and / or the lower electrode The support column is connected to the support substrate, and the support column has a cutout portion with respect to one of the upper end surface and the lower end surface of the support substrate and the side surface of the support column. There is disposed in the notch so as to protrude from the upper end or lower end of the strut prior to coupling with the support column and the lower support substrate, characterized in that collapse during coupling and is connected to the wiring part .

本発明に係る力学量検出センサは、上方支持基板と下方支持基板の間に半導体基板を挟持して配置した構造を有し、前記半導体基板はその上端を上方支持基板と、その下端を下方支持基板とそれぞれ接合され、かつ開口を有するフレーム部と、その開口内に配置された重錘体と、前記重錘体と前記フレーム部とを可撓性を持って接続する接続部と、により構成されるセンサ部を有し、前記上方支持基板はその下面に上方電極を有し、さらに前記下方支持基板はその上面に下方電極を有し、前記上方電極と前記センサ部、及び前記下方電極と前記センサ部とで上下に容量素子を形成した力学量検出センサであって、前記半導体基板は、前記フレーム内に配置され、前記上方支持基板と前記下方支持基板を連結し不純物を含んだシリコンからなる支柱を備え、該支柱の上端あるいは下端の少なくとも一方に、前記上方支持基板あるいは前記下方支持基板と前記支柱とを連結し、Al、Au、Pt、Cuのうちのいずれかよりなる導電性材料からなる連結部を有し、前記上方電極および前記下方電極は、容量素子の静電容量変化を検出する検出用電極と、前記重錘体を上下方向に振動駆動させる駆動用電極とを含み、さらに前記上方電極または前記下方電極はそれぞれ該電極と一体かつ、延長して構成された配線部を有し、前記支柱は前記連結部により前記配線部と接続され、前記上方支持基板および/または前記下方支持基板とを連結されており、前記支柱は、その上端あるいは下端のいずれか一方の端面及び前記支柱の側面に対して切欠部を有し、該切欠部に前記連結部が配設され、前記連結部の一部は、前記支柱の側面からはみ出していることを特徴とする。The mechanical quantity detection sensor according to the present invention has a structure in which a semiconductor substrate is interposed between an upper support substrate and a lower support substrate, and the semiconductor substrate supports an upper support substrate at its upper end and a lower support at its lower end. A frame portion that is bonded to the substrate and has an opening, a weight body disposed in the opening, and a connection portion that flexibly connects the weight body and the frame portion. The upper support substrate has an upper electrode on its lower surface, and the lower support substrate has a lower electrode on its upper surface, the upper electrode, the sensor portion, and the lower electrode A mechanical quantity detection sensor in which capacitive elements are formed vertically with the sensor unit, wherein the semiconductor substrate is disposed in the frame, and is formed of silicon containing impurities by connecting the upper support substrate and the lower support substrate. Become A column is provided, and the upper support substrate or the lower support substrate and the support column are connected to at least one of the upper end or the lower end of the support column, and a conductive material made of any one of Al, Au, Pt, and Cu is used. The upper electrode and the lower electrode include a detection electrode that detects a change in capacitance of a capacitive element, and a drive electrode that vibrates and drives the weight body in the vertical direction. Each of the upper electrode and the lower electrode has a wiring portion that is integrated with and extended from the electrode, and the support column is connected to the wiring portion by the connecting portion, and the upper support substrate and / or the lower electrode It is connected to a support substrate, and the support column has a notch with respect to either one of its upper end or lower end and the side surface of the support column, and the connection unit is disposed in the notch. Some of the serial connection unit is characterized in that protrudes from the side surface of the strut.

本発明によれば、静電容量型の力学量検出センサにおいて、配線接続不良をなくし、製品不良を抑えることができる。
According to the present invention, in the capacitance type mechanical quantity detection sensor, it is possible to eliminate defective wiring connections and suppress product defects.

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。
<力学量検出センサの構造>
図1は力学量検出センサ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、半導体基板Wを、その上下に位置する上方支持基板140と下方支持基板150との間で挟んで構成されている。半導体基板Wは、第1の構造体110、接合部120、第2の構造体130が順に積層して構成される。半導体基板Wは後述するような製造過程により、半導体基板Wの内側を刳り貫いたような開口を有するフレーム(第1の構造体110における固定部111と、第2の構造体130における台座131とを含む)と、このフレーム内に可撓性を有する接続部113により変位可能に支持される重錘体(第1の構造体110における変位部112と、第2の構造体120における重量部132とを含む)とが、一体的に構成され、力学量検出するセンサ部を形成している。さらにフレーム内に、上下支持基板(140、150)とを連結するように支柱(支柱上層部114、接合体120、支柱下層部134とが積層して構成される)を有する。
図2は、力学量検出センサ100の一部(第1の構造体110、第2の構造体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、第1の構造体110、接合部120、第2の構造体130の上面図である。図6、図7、図8はそれぞれ、上方支持基板140の下面図、下方支持基板150の上面図、および下方支持基板150の下面図である。図9、図10はそれぞれ、力学量検出センサ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り、図11は力学量検出センサ100における6組の容量素子を示す断面図であり、図12は支柱と配線層との連結箇所の拡大図である。図13は力学量検出センサ100の製造方法を表すB−Bに沿った断面図である。図14は、陽極接合前における切欠部の掘り込み量(D)と連結部の支柱端面に対する突出量(X)との関係を示す模式図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<Structure of mechanical quantity detection sensor>
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a state in which the mechanical quantity detection sensor 100 is disassembled. The mechanical quantity sensor 100 is configured by sandwiching a semiconductor substrate W between an upper support substrate 140 and a lower support substrate 150 positioned above and below the semiconductor substrate W. The semiconductor substrate W is configured by sequentially stacking a first structure 110, a joint 120, and a second structure 130. The semiconductor substrate W is manufactured by a manufacturing process as will be described later. The frame has an opening that penetrates the inside of the semiconductor substrate W (the fixed portion 111 in the first structure 110 and the base 131 in the second structure 130. And a weight body (a displacement portion 112 in the first structure 110 and a weight portion 132 in the second structure 120) supported in a displaceable manner by the flexible connection portion 113 in the frame. Are formed integrally and form a sensor unit for detecting a mechanical quantity. Furthermore, it has a support | pillar (it is comprised by laminating | stacking the support | pillar upper layer part 114, the conjugate | zygote 120, and the support | pillar lower layer part 134) so that a vertical support substrate (140, 150) may be connected in a flame | frame.
FIG. 2 is an exploded perspective view showing a state in which a part of the mechanical quantity detection sensor 100 (the first structure 110 and the second structure 130) is further disassembled. 3, 4, and 5 are top views of the first structure 110, the joint 120, and the second structure 130, respectively. 6, 7, and 8 are a bottom view of the upper support substrate 140, a top view of the lower support substrate 150, and a bottom view of the lower support substrate 150, respectively. 9 and 10 are cross-sectional views showing a state in which the mechanical quantity detection sensor 100 is cut along BB and CC in FIG. 1, and FIG. 11 shows six sets of capacities in the mechanical quantity detection sensor 100. It is sectional drawing which shows an element, FIG. 12 is an enlarged view of the connection location of a support | pillar and a wiring layer. FIG. 13 is a cross-sectional view along the line BB showing the manufacturing method of the mechanical quantity detection sensor 100. FIG. 14 is a schematic diagram showing the relationship between the digging amount (D) of the notch before the anodic bonding and the protruding amount (X) with respect to the column end surface of the connecting portion.

第1の構造体110、接合部120、第2の構造体130、上方支持基板140、下方支持基板150は、その外周が例えば、3〜5mm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。
第1の構造体110、接合部120、第2の構造体130はそれぞれ、シリコン、酸化シリコン、シリコンから構成可能であり、力学量検出センサ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。第1の構造体110、第2の構造体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を有することが好ましい。後述するように、第1の構造体110、第2の構造体130を不純物が含まれるシリコンで構成することにより、力学量検出センサ100の配線を簡略にすることができる。本実施の形態では、第1の構造体110及び第2の構造体130に不純物が含まれるシリコンを使用している。
また、上方支持基板140、下方支持基板150はそれぞれ、ガラス材料から構成され、例えば、ナトリウムなどの可動イオン含むガラス材料(パイレックス(登録商標)ガラス)を用いる。
The outer periphery of the first structure 110, the joint 120, the second structure 130, the upper support substrate 140, and the lower support substrate 150 is, for example, a substantially square shape with sides of 3 to 5 mm. For example, they are 20 μm, 2 μm, 600 μm, 500 μm, and 500 μm, respectively.
The first structure 110, the joint 120, and the second structure 130 can be made of silicon, silicon oxide, and silicon, respectively. The mechanical quantity detection sensor 100 has a three-layer structure of silicon / silicon oxide / silicon. It can be manufactured using an SOI (Silicon On Insulator) substrate. It is preferable that the silicon included in the first structure body 110 and the second structure body 130 has conductivity that contains impurities such as boron as a whole. As will be described later, the wiring of the mechanical quantity detection sensor 100 can be simplified by configuring the first structure body 110 and the second structure body 130 with silicon containing impurities. In this embodiment mode, silicon containing impurities is used for the first structure body 110 and the second structure body 130.
Each of the upper support substrate 140 and the lower support substrate 150 is made of a glass material, and for example, a glass material (pyrex (registered trademark) glass) containing movable ions such as sodium is used.

第1の構造体110は、固定部111(111a〜111c)、変位部112(112a〜112e)、接続部113(113a〜113d)、支柱上層部114(114a〜114j)から構成される。第1の構造体110は、半導体材料の膜をエッチングして開口114a〜114d及び支柱上層部114a〜114jを形成することで作成できる。   The first structure 110 includes a fixed portion 111 (111a to 111c), a displacement portion 112 (112a to 112e), a connection portion 113 (113a to 113d), and a support upper layer portion 114 (114a to 114j). The first structure 110 can be formed by etching the semiconductor material film to form the openings 114a to 114d and the support 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 part 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 a corner portion on the inner periphery of the frame portion 111a, and protrudes toward the displacement portion 112d (when the X direction of the XY plane is 0 °, in a 180 ° direction), a substantially square substrate. 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、変位部112全体としては、例えば、鉛直視略クローバー状の形状を有している。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 portion 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 portion 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). The entire displacement portion 112 has, for example, a substantially clover-like shape in the vertical view. The displacement parts 112 a to 112 e are joined to weight parts 132 a to 132 e described later by the joining part 120, and are displaced integrally with the fixing 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、上方支持基板140の下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 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 144a, which will be described later, installed on the lower surface of the upper support substrate 140, and the displacement portion 112 is moved in the Z-axis direction by a voltage applied therebetween. Vibrate. 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、上方支持基板140の下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(変位部112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 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 144b to 144e (described later) installed on the lower surface of the upper support substrate 140, respectively (the alphabets b to e of the displacement portion 112, and The alphabets b to e of the detection electrode 144 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。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。 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。   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). 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 connecting 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 near the frame portion 111a of the connection portions 113a to 113d are joined to the protruding portion 131c is to prevent the connection portions 113a to 113d from being damaged by a large deflection. The connecting portions 113a to 113d function as beams that can be bent. The displacement part 112 can be displaced with respect to the fixed part 111 by bending the connection parts 113a to 113d.

支柱上層部114は、支柱上層部114a〜114jから構成される。支柱上層部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の周囲に配置される。   The support | pillar upper layer part 114 is comprised from support | pillar upper layer part 114a-114j. The support upper layer portions 114 a to 114 j are substantially square substrates, and are disposed along the inner periphery of the fixed portion 111 and around the displacement portion 112.

支柱上層部114h、114aは、変位部112eの端面と対向する端面を有し、支柱上層部114b、114cは、変位部112bの端面と対向する端面を有し、支柱上層部114d、114eは、変位部112cの端面と対向する端面を有し、支柱上層部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、支柱上層部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。支柱上層部114i、支柱上層部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 column upper layer portions 114h and 114a have end surfaces that face the end surface of the displacement portion 112e, the column upper layer portions 114b and 114c have end surfaces that face the end surface of the displacement portion 112b, and the column upper layer portions 114d and 114e The column upper layer portions 114f and 114g have end surfaces opposite to the end surfaces of the displacement portion 112c. As shown in FIG. 1, each of the support upper layer portions 114 a to 114 h has an end surface facing one of the eight end surfaces of the displacement portion 112 and is arranged clockwise in alphabetical order. The support upper layer portion 114i and the support upper layer portion 114j are disposed in directions of 90 ° and 270 °, respectively, when the X direction of the XY plane is set to 0 °.

支柱上層部114a〜114hはそれぞれ、接合部120によって後述する支柱下層部134a〜134hと接合される(支柱上層部114のa〜hのアルファベットと、支柱下層部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)。
支柱上層部114と支柱下層部134は、上方支持基板140と下方支持基板150とを連結し、かつ配線の用途で用いられる。なお、この詳細は後述する。
The column upper layer portions 114a to 114h are respectively bonded to column lower layer portions 134a to 134h described later by the bonding portion 120 (the alphabets a to h of the column upper layer portion 114 and the alphabets a to h of the column lower layer portion 134 are Each corresponds in turn).
The support upper layer portion 114 and the support lower layer portion 134 connect the upper support substrate 140 and the lower support substrate 150 and are used for wiring. Details of this will be described later.

第2の構造体130は、外形が略正方形であり、台座131(131a〜131d)、重量部132(132a〜132e)、及び支柱下層部134(134a〜134j)から構成される。第2の構造体130は、半導体基板Wをエッチングして開口133、支柱下層部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、支柱下層部134a〜134jは、互いに高さがほぼ等しく、重量部132は、台座131及び支柱下層部134a〜134jよりも高さが低い。重量部132と下方支持基板150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、支柱下層部134a〜134jと、重量部132は、それぞれ離間して配置される。   The second 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 support lower layer part 134 (134a to 134j). The second structural body 130 can be created by etching the semiconductor substrate W to form the opening 133, the support lower layer portions 134a to 134j, and the pocket 135 (described later). The pedestal 131 and the support 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 support lower layer portions 134a to 134j. This is because a gap (gap) is secured between the weight part 132 and the lower support substrate 150 and the weight part 132 can be displaced. The pedestal 131, the support 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 protrusions 131c are four substantially rectangular substrates. When the X direction of the XY plane is 0 °, the protrusions 131c extend from the frame portion 131a to the weight portion 132a in 45 °, 135 °, 225 °, and 315 ° directions. Each projecting, one end connected to the frame 131a of the base 131, and the other end spaced apart from the weight 132a. The protrusion 131c is formed in a substantially half region on the frame 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 part 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。
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の他方の開口端は下方支持基板150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検出センサ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、Ti(チタン)やZr(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。残留気体(例えば、陽極接合の際に発生する酸素など)を吸着できるものであれば、ゲッター材料に限られない。
枠部111a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 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.
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 largely covered by the lower support substrate 150, 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 vacuum-sealed mechanical quantity detection sensor 100, and is made of, for example, an alloy mainly composed of Ti (titanium) or Zr (zirconium). be able to. As long as the residual gas (for example, oxygen generated during anodic bonding) can be adsorbed, the material is not limited to the getter material.
The frame portion 111a 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、加速度に起因する力あるいは、角速度に起因するコリオリ力を受ける錘(作用体)として機能する。
重量部132は、略直方体形状の重量部132a〜132eに区分される。中心に配置された重量部132aに4方向から重量部132b〜132eが接続され、全体として一体的に変位(移動、回転)が可能となっている。即ち、重量部132aは、重量部132b〜132eを接続する接続部として機能する。重量部132全体は例えば、鉛直視略クローバー状の形状を有している。
The weight part 132 has a mass and functions as a weight (acting body) that receives a force caused by acceleration or a Coriolis force caused by angular velocity.
The weight part 132 is divided into substantially rectangular parallelepiped weight parts 132a to 132e. The weight portions 132b to 132e are connected to the weight portion 132a disposed at the center from four directions, and can be displaced (moved or rotated) integrally as a whole. That is, the weight part 132a functions as a connection part for connecting the weight parts 132b to 132e. The entire weight part 132 has, for example, a substantially clover-like shape in a vertical view.

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に加わった力に応じて変位部112が変位し、その結果、力学量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 applied to the weight portion 132, and as a result, the mechanical quantity can be measured.

重量部132a〜132eによって、重量部132を構成しているのは、力学量検出センサ100の小型化と高感度化の両立を図るためである。力学量検出センサ100を小型化(小容量化)すると、重量部132の容量も小さくなり、その質量が小さくなることから、力学量に対する感度も低下する。接続部113a〜113dの撓みを阻害しないように重量部132b〜132eを分散配置することで、重量部132の質量を確保している。この結果、力学量検出センサ100の小型化と高感度化の両立が図られる。   The reason why the weight part 132 is configured by the weight parts 132a to 132e is to achieve both miniaturization and high sensitivity of the mechanical quantity detection sensor 100. If the mechanical quantity detection sensor 100 is reduced in size (smaller capacity), the capacity of the weight part 132 is also reduced, and the mass thereof is reduced, so that the sensitivity to the mechanical quantity is also reduced. The weight parts 132b to 132e are distributed and arranged so as not to hinder the bending of the connection parts 113a to 113d, thereby securing the mass of the weight part 132. As a result, it is possible to achieve both miniaturization and high sensitivity of the mechanical quantity detection sensor 100.

重量部132aの下面は、駆動用電極E1(後述する)として機能する。この重量部132aの下面の駆動用電極E1は、下方支持基板150の上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 lower surface of the weight portion 132a functions as a drive electrode E1 (described later). The driving electrode E1 on the lower surface of the weight portion 132a is capacitively coupled to a driving electrode 154a, which will be described later, installed on the upper surface of the lower support substrate 150, and the displacement portion 112 is moved in the Z-axis direction by the voltage applied therebetween. Vibrate. Details of this drive will be described later.

重量部132b〜132eの下面は、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の下面の検出用電極E1は、下方支持基板150の上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(重量部132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 lower 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 lower surfaces of the weight portions 132b to 132e are capacitively coupled to detection electrodes 154b to 154e (described later) installed on the upper surface of the lower support substrate 150, respectively (the alphabets b to e of the weight portions 132). The alphabets b to e of the detection electrode 154 correspond to each other in order). Details of this detection will be described later.

支柱下層部134a〜134jは、それぞれ支柱上層部114a〜114jと対応する略正方形の断面形状を有し、接合部120によって支柱上層部114a〜114jと接合される。支柱上層部114a〜114h及び支柱下層部134a〜134hを接合した支柱を、以下、それぞれ「支柱a〜h」と称する。支柱a〜hは、それぞれ電極144b〜144e、154b〜154eをセンサの外部へ導くための(後述する配線用端子Tと接続するための)配線として用いられる。支柱上層部114i、114j及び支柱下層部134i、134jをそれぞれ接合した支柱(以下、それぞれ「支柱i、j」と称する)は、変位部112をZ軸方向に振動させるための電極と接続される配線の用途で用いられる。配線層L2、L8、L9、L10、L11と接続される支柱下層部134j、134c、134d、134g、134hの下面には導電性材料からなる連結部170が形成され、連結部170と配線層Lとが接続され、後述する配線端子Tと導通がとられていることになる。   The support lower layer portions 134a to 134j have substantially square cross-sectional shapes corresponding to the support upper layer portions 114a to 114j, respectively, and are joined to the support upper layer portions 114a to 114j by the joint portion 120. The struts joining the strut upper layer portions 114a to 114h and the strut lower layer portions 134a to 134h are hereinafter referred to as “struts a to h”, respectively. The columns a to h are used as wirings for guiding the electrodes 144b to 144e and 154b to 154e to the outside of the sensor (for connecting to wiring terminals T described later). Columns (hereinafter referred to as “columns i and j”, respectively) joining the column upper layer portions 114i and 114j and the column lower layer portions 134i and 134j are connected to electrodes for vibrating the displacement unit 112 in the Z-axis direction. Used for wiring purposes. A connecting portion 170 made of a conductive material is formed on the lower surface of the support lower layer portions 134j, 134c, 134d, 134g, and 134h connected to the wiring layers L2, L8, L9, L10, and L11. And are connected to a wiring terminal T to be described later.

接合部120は、第1、第2の構造体110、130を接続するものである。接合部120は、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、支柱上層部114a〜114jと支柱下層部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、第1、第2の構造体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 first and second structures 110 and 130. The joining portion 120 includes a joining portion 121 that connects the predetermined region of the connecting portion 113 and the fixing portion 111 and the base 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 joints 123 (123a to 123j) connecting the support upper layer portions 114a to 114j and the support lower layer portions 134a to 134j. The joint 120 does not connect the first and second 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.

第1の構造体110と第2の構造体130とを必要な部分で導通させるため、導通部160〜162を形成している。導通部160は、固定部111と台座131とを導通するものであり、固定部111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。導通部162は、支柱上層部114a、114b、114e、114f、114iと支柱下層部134a、134b、134e、134f、134iとをそれぞれ導通するものであり、支柱上層部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160〜162は、例えば、貫通孔の縁、壁面及び底部に、例えば、Alなどの金属層が形成されたものである。なお、貫通孔の形状は特に制限されないが、Al等のスパッタ等により金属層を効果的に形成できるため、導通部160〜162の貫通孔を順テーパーの錐形状にすることが好ましい。
Conductive portions 160 to 162 are formed to connect the first structure 110 and the second structure 130 at necessary portions. 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 conduction part 161 conducts the displacement part 112 and the weight part 132, and penetrates the displacement part 112 a and the joint part 122. The conduction part 162 conducts the support upper layer parts 114a, 114b, 114e, 114f, 114i and the support lower layer parts 134a, 134b, 134e, 134f, 134i, respectively. The support upper layer parts 114a, 114b, 114e, 114f, 114i and the joint 123 are respectively penetrated.
The conduction parts 160 to 162 are formed, for example, by forming a metal layer such as Al on the edge, wall surface, and bottom of the through hole. Although the shape of the through hole is not particularly limited, it is preferable that the through holes of the conductive portions 160 to 162 have a forward tapered cone shape because the metal layer can be effectively formed by sputtering such as Al.

上方支持基板140は、例えばガラス材料からなり、略直方体の外形を有し、枠部141と底板部142とを有する。枠部141及び底板部142は、基板に重錘体が変位可能なように略直方体状(例えば、縦横正方1.5〜2.5mm、深さ5μm)の凹部143を形成することで作成できる。凹部143は変位部112の最大変位量に相当する値や、所望の検出感度に応じて適宜設定することができる。   The upper support substrate 140 is made of, for example, a glass material, has a substantially rectangular parallelepiped outer shape, and includes a frame portion 141 and a bottom plate portion 142. The frame portion 141 and the bottom plate portion 142 can be formed by forming a concave portion 143 having a substantially rectangular parallelepiped shape (for example, a vertical and horizontal square of 1.5 to 2.5 mm and a depth of 5 μm) so that the weight body can be displaced on the substrate. . The concave portion 143 can be appropriately set according to a value corresponding to the maximum displacement amount of the displacement portion 112 and a desired detection sensitivity.

枠部141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141の外周は、固定部111の外周と一致し、枠部141の内周は、固定部111の内周よりも小さい。底板部142は、外周が枠部141と略同一の略正方形の基板形状である。上方支持基板140に凹部143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以外の第1の構造体110、すなわち固定部111及び支柱上層部114a〜114jは、上方支持基板140と、例えば陽極接合によって接合される。   The frame part 141 is a frame-shaped substrate shape whose outer periphery and inner periphery are both substantially square. The outer periphery of the frame part 141 coincides with the outer periphery of the fixed part 111, and the inner periphery of the frame part 141 is smaller than the inner periphery of the fixed part 111. The bottom plate portion 142 has a substantially square substrate shape whose outer periphery is substantially the same as the frame portion 141. The reason why the concave portion 143 is formed in the upper support substrate 140 is to secure a space for the displacement portion 112 to be displaced. The first structure 110 other than the displacement part 112, that is, the fixed part 111 and the support upper layer parts 114a to 114j are joined to the upper support substrate 140 by, for example, anodic bonding.

底板部142上(上方支持基板140の下面)には、変位部112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、例えば略十字形状で、変位部112aに対向するように凹部143の中央部に形成されている。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、それぞれ順に変位部112b〜112eと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。   A driving electrode 144a and detection electrodes 144b to 144e are disposed on the bottom plate portion 142 (the lower surface of the upper support substrate 140) so as to face the displacement portion 112. 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 substantially cross shape, and is formed at the center of the recess 143 so as to face the displacement portion 112a. The detection electrodes 144b to 144e are substantially square, respectively, and surround 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 112e. The drive electrode 144a and the detection electrodes 144b to 144e are separated from each other.

駆動用電極144aには、支柱上層部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144bには、支柱上層部114bの上面と電気的に接続される配線層L4、検出用電極144cには、支柱上層部114eの上面と電気的に接続される配線層L5、検出用電極144dには、支柱上層部114fの上面と電気的に接続される配線層L6、検出用電極144eには、支柱上層部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 support upper layer portion 114i is connected to the driving electrode 144a. The detection electrode 144b is electrically connected to the upper surface of the support upper layer portion 114b. The detection electrode 144c is electrically connected to the upper surface of the support upper layer portion 114e. The detection electrode 144b is electrically connected to the upper surface of the support upper layer portion 114e. A wiring layer L6 electrically connected to the upper surface of the support pillar upper layer portion 114f is connected to the electrode 144d, and a wiring layer L7 electrically connected to the upper surface of the support pillar upper layer portion 114a is connected to the detection electrode 144e. Yes.

駆動用電極144a、検出用電極144b〜144e、及び配線層L1、L4〜L7の構成材料には、例えば、Ndを含有するAlを用いることができる。駆動用電極144a、検出用電極144b〜144eにNdを含有するAlを用いることで(Nd含有率1.5〜10at%)、後述する熱処理工程(上方支持基板140又は下方支持基板150の陽極接合や、ゲッター材料の活性化)で、駆動用電極144a、検出用電極144b〜144eにヒロックが発生することを抑制できる。ここでいうヒロックとは、例えば、半球状の突起物をいう。これにより、駆動用電極144aと、変位部112aの上面に形成された駆動用電極E1(駆動用電極144aと容量性結合する)との間の距離や、検出用電極144b〜144eと、変位部112b〜112eの上面に形成された検出用電極E1(検出用電極144b〜144eとそれぞれ容量性結合する)との間の距離の寸法精度を高くすることができる。   For example, Al containing Nd can be used as a constituent material of the drive electrode 144a, the detection electrodes 144b to 144e, and the wiring layers L1 and L4 to L7. By using Al containing Nd for the drive electrode 144a and the detection electrodes 144b to 144e (Nd content: 1.5 to 10 at%), a heat treatment process described later (anodic bonding of the upper support substrate 140 or the lower support substrate 150) In addition, the generation of hillocks in the drive electrode 144a and the detection electrodes 144b to 144e can be suppressed by activation of the getter material. The hillock here refers to, for example, a hemispherical protrusion. Accordingly, the distance between the driving electrode 144a and the driving electrode E1 (capacitively coupled to the driving electrode 144a) formed on the upper surface of the displacement portion 112a, the detection electrodes 144b to 144e, and the displacement portion The dimensional accuracy of the distance between the detection electrodes E1 (capacitively coupled to the detection electrodes 144b to 144e, respectively) formed on the upper surfaces of the 112b to 112e can be increased.

下方支持基板150は、例えばガラス材料からなり、略正方形の基板形状である。
重量部132以外の下方支持基板130、すなわち台座131及び支柱下層部134a〜134jは、下方支持基板150と、例えば陽極接合によって接合される。重量部132は、台座131及び支柱下層部134a〜134jよりも高さが低いため、下方支持基板150と接合されない。重量部132と下方支持基板150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。
The lower support substrate 150 is made of, for example, a glass material and has a substantially square substrate shape.
The lower support substrate 130 other than the weight portion 132, that is, the pedestal 131 and the support lower layer portions 134a to 134j are joined to the lower support substrate 150 by, for example, anodic bonding. The weight part 132 is not joined to the lower support substrate 150 because the height is lower than the base 131 and the support lower layer parts 134a to 134j. This is because a gap (gap) is secured between the weight part 132 and the lower support substrate 150 and the weight part 132 can be displaced.

下方支持基板150の上面上には、重量部132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、重量部132aに対向するように下方支持基板150の上面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、それぞれ順に重量部132b〜132eに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 upper surface of the lower support substrate 150, a driving electrode 154a and detection electrodes 154b to 154e are disposed so as to face the weight portion 132. The drive 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 upper surface of the lower support substrate 150 so as to face the weight portion 132a. 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 132e. The drive electrode 154a and the detection electrodes 154b to 154e are separated from each other.

駆動用電極154aには、支柱下層部134jの下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154bには、支柱下層部134cの下面と電気的に接続される配線層L8、検出用電極154cには、支柱下層部134dの下面と電気的に接続される配線層L9、検出用電極154dには、支柱下層部134gの下面と電気的に接続される配線層L10、検出用電極154eには、支柱下層部134hの下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。配線層L2、L8、L9、L10、L11と接続される支柱下層部134j、134c、134d、134g、134hの下面には導電性材料からなる連結部170が形成され、連結部170と配線層Lとが接続され、各電極と支柱の導通がとられていることになる。なお、配線層L1、L4、L5、L6、L7と接続される支柱上層部114i、114b、114e、114f、114aの上面に導電性材料からなる連結部170が形成されていてもよい。   A wiring layer L2 that is electrically connected to the lower surface of the support lower layer portion 134j is connected to the driving electrode 154a. The detection electrode 154b has a wiring layer L8 electrically connected to the lower surface of the support lower layer portion 134c. The detection electrode 154c has a wiring layer L9 electrically connected to the lower surface of the support lower layer portion 134d. The electrode 154d is connected to the wiring layer L10 electrically connected to the lower surface of the support lower layer part 134g, and the detection electrode 154e is connected to the wiring layer L11 electrically connected to the lower surface of the support lower layer part 134h. Yes. A connecting portion 170 made of a conductive material is formed on the lower surface of the support lower layer portions 134j, 134c, 134d, 134g, and 134h connected to the wiring layers L2, L8, L9, L10, and L11. Are connected, and each electrode and the column are electrically connected. In addition, the connection part 170 which consists of an electroconductive material may be formed in the upper surface of the support | pillar upper layer part 114i, 114b, 114e, 114f, 114a connected with wiring layer L1, L4, L5, L6, L7.

駆動用電極154a、検出用電極154b〜154e、及び配線層L2、L8〜L11の構成材料には、例えば、Ndを含有するAlを用いることができる。駆動用電極154a、検出用電極154b〜154eにNdを含有するAlを用いることで(Nd含有率1.5〜10at%)、後述する熱処理工程(半導体基板と連結部170とのオーミックコンタクト形成時、下方支持基板150の陽極接合、ゲッター材料の活性化)で、駆動用電極154a、検出用電極154b〜154eにヒロックが発生することを抑制できる。これにより、駆動用電極154aと、重量部132aの下面に形成された駆動用電極E1(駆動用電極154aと容量性結合する)との間の距離や、検出用電極154b〜154eと、重量部132b〜132eの下面に形成された検出用電極E1(検出用電極154b〜154eとそれぞれ容量性結合する)との間の距離の寸法精度を高くすることができる。   As a constituent material of the drive electrode 154a, the detection electrodes 154b to 154e, and the wiring layers L2 and L8 to L11, for example, Al containing Nd can be used. By using Al containing Nd for the drive electrode 154a and the detection electrodes 154b to 154e (Nd content: 1.5 to 10 at%), a heat treatment process described later (when forming an ohmic contact between the semiconductor substrate and the connecting portion 170) , Anodic bonding of the lower support substrate 150 and activation of the getter material) can suppress the generation of hillocks in the drive electrode 154a and the detection electrodes 154b to 154e. Accordingly, the distance between the driving electrode 154a and the driving electrode E1 (capacitively coupled to the driving electrode 154a) formed on the lower surface of the weight part 132a, the detection electrodes 154b to 154e, and the weight part The dimensional accuracy of the distance between the detection electrodes E1 (capacitively coupled to the detection electrodes 154b to 154e, respectively) formed on the lower surfaces of the 132b to 132e can be increased.

下方支持基板150には、下方支持基板150を貫通する配線用端子T(T1〜T11)が設けられており、力学量検出センサ100の外部から駆動用電極144a、154a、検出用電極144b〜144e、154b〜154eへの電気的接続を可能としている。   The lower support substrate 150 is provided with wiring terminals T (T1 to T11) penetrating the lower support substrate 150, and driving electrodes 144a and 154a and detection electrodes 144b to 144e from the outside of the mechanical quantity detection sensor 100. , 154b to 154e.

配線用端子T1の上端は、台座131の突出部131bの下面に接続されている。配線用端子T2〜T9は、それぞれ支柱下層部134a〜134hの下面に接続されている(配線用端子T2〜T9のT2〜T9の番号順と、支柱下層部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、それぞれ支柱下層部134i、134jの下面に接続されている。   The upper end of the wiring terminal T1 is connected to the lower surface of the protrusion 131b of the base 131. The wiring terminals T2 to T9 are connected to the lower surfaces of the support lower layers 134a to 134h, respectively (the numbers T2 to T9 of the wiring terminals T2 to T9 and the alphabets 134a to 134h of the support lower layers 134a to 134h). Order corresponds to each). The wiring terminals T10 and T11 are respectively connected to the lower surfaces of the support lower layer portions 134i and 134j.

配線用端子Tは、図9、図10に示すように、例えば順テーパーの錐状貫通孔の縁、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(図示しない)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。
なお、図1〜図10では、第1の構造体110、接合部120、第2の構造体130の見やすさを考慮して、下方支持基板150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(図示しない)とを、例えばワイヤボンディングで接続する場合には、力学量検出センサ100の下方支持基板150を例えば上になるように配置して容易に接続することができる。
As shown in FIGS. 9 and 10, the wiring terminal T is formed by forming a metal film such as Al on the edge, wall surface, and bottom of a forward tapered cone-shaped through-hole, for example. It has the same structure as 162. The wiring terminal T can be used as a connection terminal for connecting to an external circuit (not shown) by, for example, wire bonding.
In FIG. 1 to FIG. 10, the lower support substrate 150 is illustrated below in consideration of the visibility of the first structure 110, the joint 120, and the second structure 130. . When the wiring terminal T and the external circuit (not shown) are connected by, for example, wire bonding, the lower support substrate 150 of the mechanical quantity detection sensor 100 can be arranged, for example, so as to be easily connected. it can.

<力学量検出センサの配線>
力学量検出センサ100の配線、及び電極について説明する。
図11は、図9に示す力学量検出センサ100における6組の容量素子を示す断面図である。図11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11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検出センサ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、上方支持基板140に形成された駆動用電極144a、検出用電極144b〜144e、及び下方支持基板150に形成された駆動電極154a、検出用電極154b〜154e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、及び重量部132aの下面の駆動用電極E1、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。第1の構造体110及び第2の構造体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、支柱は、配線として機能することができる。
<Wiring of mechanical quantity detection sensor>
The wiring and electrodes of the mechanical quantity detection sensor 100 will be described.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing six sets of capacitive elements in the mechanical quantity detection sensor 100 shown in FIG. In FIG. 11, portions that function as electrodes are indicated by hatching. In FIG. 11, six sets of capacitive elements are illustrated, but as described above, ten sets of capacitive elements are formed in the mechanical quantity detection sensor 100.
One electrode of the 10 sets of capacitive elements includes a drive electrode 144a and detection electrodes 144b to 144e formed on the upper support substrate 140, and a drive electrode 154a and detection electrodes 154b to 154e formed on the lower support substrate 150. It is.
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, the driving electrode E1 on the lower surface of the weight portion 132a, and the weight portions 132b to 132b. It is the electrode E1 for a detection formed in the lower surface of 132e, respectively. Since the first structure body 110 and the second structure body 130 are formed using a conductive material (silicon containing impurities), the support column can function as a wiring.

コンデンサの容量は、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.

上方支持基板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L1、L4〜L7と連結部170を介して支柱上層部114i、114b、114e、114f、114aと電気的に接続されている。また、支柱上層部114i、114b、114e、114f、114aと支柱下層部134i、134b、134e、134f、134aとはそれぞれ導通部162で導通されている。
下方支持基板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L2、L8〜L11と連結部170を介して支柱下層部134j、134c、134d、134g、134hと電気的に接続されている。
The driving electrode 144a and the detection electrodes 144b to 144e formed on the upper support substrate 140 are in order of the pillar upper layer portions 114i, 114b, 114e, 114f, and 114a via the wiring layers L1 and L4 to L7 and the connecting portion 170, respectively. And are electrically connected. Further, the support upper layer portions 114i, 114b, 114e, 114f, and 114a and the support lower layer portions 134i, 134b, 134e, 134f, and 134a are electrically connected to each other by the conductive portion 162.
The drive electrodes 154a and the detection electrodes 154b to 154e formed on the lower support substrate 150 are in order of the support lower layers 134j, 134c, 134d, 134g, and 134h via the wiring layers L2, L8 to L11 and the connecting portion 170, respectively. And are electrically connected.

したがって、これらの駆動用電極144a、154a、検出用電極144b〜144e、154b〜154eに対する配線は、支柱下層部134a〜134jの下面に接続すればよい。配線用端子T2〜T9は、それぞれ支柱下層部134a〜134hの下面に配置され、配線用端子T10、T11は、それぞれ支柱下層部134i、134jの下面に配置されている。   Therefore, the wirings for the drive electrodes 144a and 154a and the detection electrodes 144b to 144e and 154b to 154e may be connected to the lower surfaces of the support lower layers 134a to 134j. The wiring terminals T2 to T9 are respectively disposed on the lower surfaces of the support lower layers 134a to 134h, and the wiring terminals T10 and T11 are disposed on the lower surfaces of the support lower layers 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144e、144b、154b、154c、144c、144d、154d、154e、駆動用電極144a、154a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 144e, 144b, 154b, 154c, 144c, 144d, 154d, 154e, and the driving electrodes 144a, 154a, respectively.

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 drive electrode E1 and the detection electrode E1 are respectively formed from the upper surface of the displacement portion 112 and the lower surface of the weight portion 132. The displacement part 112 and the weight part 132 are electrically connected by the conduction part 161, and both 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 protrusion 131b of the pedestal 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、第1の構造体110、及び第2の構造体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、支柱上層部114a〜114j、及び支柱下層部134a〜134jが接合された支柱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 first structure body 110 and the second structure body 130 are made of a conductive material (silicon containing impurities), the support upper layer portions 114a to 114j and the support lower layer portions 134a to 134a. The pillars a to j joined with 134j can be provided with a function as wiring, and wiring for the capacitor can be simplified.

力学量検出センサに代表されるようなMEMS製品の製造過程において素子などの機能部を形成してしまうと洗浄方法に制限が生じ、清浄な界面を得難い場合がある。例えば、素子を形成した状態で界面を酸やアルカリなどで洗浄すると、形成された脆弱な素子構造の破損などを引き起こす。一方、正常な界面が得られなければ、半導体と金属との接続に不良が生じることがある。
そこで、予め半導体と導通(オーミックコンタクトあるいはオーミックコンタクトとみなせる低抵抗コンタクト)がとられた連結部170を用いることにより、配線層Lとの接続に関し、半導体と金属との電気接続に比して容易であり、良好な電気特性が得られる。
また、支柱(特に支柱下層部134)と配線層Lとの接続不良を改善するために、陽極接合時の印加電圧および温度などを上げることが考えられる。しかし、陽極接合の電圧印加時から接続が安定するまでに所定の時間が必要であり、安定化する前に次の不良が引き起こされる可能性がある。具体的には支柱と配線層との連結箇所において接続が図れていないと、支柱と同じ電位となるはずの電極部分(駆動電極、検出電極)の電位が決定せず、その結果重錘体が上方あるいは下方支持基板へ静電引力により引寄せられた後、貼り付く現象(スティッキング)などの不良を引き起こす可能性がある。よって、接合条件を強化することが抜本的解決手段とはならない。本発明は接合前にシリコン−金属間の接続を形成しており、接合時においては連結部170にて金属同士の接触により、支柱と配線層の間で安定した導通を確保でき、陽極接合プロセスの安定化、ひいては製品の歩留まり向上をもたらすことができる。
If a functional part such as an element is formed in the manufacturing process of a MEMS product typified by a mechanical quantity detection sensor, the cleaning method is limited, and it may be difficult to obtain a clean interface. For example, if the interface is washed with an acid or alkali while the element is formed, the formed fragile element structure may be damaged. On the other hand, if a normal interface cannot be obtained, a defect may occur in the connection between the semiconductor and the metal.
Therefore, by using the connecting portion 170 that is preliminarily connected to the semiconductor (ohmic contact or low resistance contact that can be regarded as an ohmic contact), the connection with the wiring layer L is easier than the electrical connection between the semiconductor and the metal. Therefore, good electrical characteristics can be obtained.
Further, in order to improve the connection failure between the strut (particularly the strut lower layer portion 134) and the wiring layer L, it is conceivable to increase the applied voltage and temperature during anodic bonding. However, a predetermined time is required until the connection is stabilized after the voltage application of the anodic bonding, and the following failure may be caused before the stabilization. Specifically, if the connection between the support column and the wiring layer is not achieved, the potential of the electrode portion (drive electrode, detection electrode) that should be the same potential as the support column cannot be determined, and as a result, the weight body There is a possibility that a defect such as sticking after sticking to the upper or lower support substrate due to electrostatic attraction is caused. Therefore, strengthening the joining conditions is not a fundamental solution. In the present invention, a silicon-metal connection is formed before bonding, and at the time of bonding, stable connection between the pillar and the wiring layer can be ensured by contact between the metals at the connecting portion 170, and an anodic bonding process Stabilization, and in turn, yield improvement of the product.

図12は支柱と配線層Lとの連結箇所の拡大図である。連結部170は、支柱上層部114の上面または/および支柱下層部134の下面の全面もしくは一部の領域に形成することができる。また、図12(B)に示すように支柱にエッチングにより、支柱の端面から例えば、0.1μm〜2μm、より好ましくは0.3〜1μm掘り込んで設けた切欠部180に連結部170を成膜して形成してもよい。
切欠部180により連結箇所における封止をより安定させることができ、かつ連結部170と配線層Lとの接続をさらに容易とする。より好ましくは連結部170を配線用端子Tの貫通口部分を一部あるいは全面を覆うように形成する。連結部170は支柱の端面から、切欠部180の掘り込み量(D)の5〜50%の高さだけ突出するように形成され、陽極接合に供することが好ましい(切欠部の掘り込み量(D)と連結部の突出量(X)については図14参照)。突出量(X)が5%以下であると連結部による接続が不十分になる可能性がある。また突出量(X)が50%以上になると接合とセンサギャップの平行度に影響を与える可能性があり、更には接合不良を引き起こす可能性がある。
FIG. 12 is an enlarged view of a connecting portion between the support column and the wiring layer L. FIG. The connecting portion 170 can be formed on the entire upper surface of the support upper layer portion 114 and / or the entire lower surface of the support lower layer portion 134 or a partial region thereof. Further, as shown in FIG. 12 (B), the connecting portion 170 is formed in the notch portion 180 formed by etching, for example, 0.1 μm to 2 μm, more preferably 0.3 to 1 μm from the end surface of the column by etching the column. A film may be formed.
The sealing at the connection location can be further stabilized by the cutout portion 180, and the connection between the connection portion 170 and the wiring layer L is further facilitated. More preferably, the connecting portion 170 is formed so as to partially or entirely cover the through-hole portion of the wiring terminal T. The connecting portion 170 is formed so as to protrude from the end face of the column by a height of 5 to 50% of the digging amount (D) of the notch portion 180, and is preferably used for anodic bonding (the digging amount of the notch portion ( D) and the protrusion amount (X) of the connecting portion (see FIG. 14). If the protrusion amount (X) is 5% or less, the connection by the connecting portion may be insufficient. Further, when the protrusion amount (X) is 50% or more, there is a possibility that the parallelism between the joint and the sensor gap may be affected, and further, a joint failure may be caused.

<力学量検出センサの動作>
上述したように、この力学量検出センサ100では、変位部112と重量部132が一体形成された重錘体が、固定部から延びる可撓性を有する接続部113により支持され、上方支持基板140、下方支持基板150、半導体基板Wにより囲まれた空間内で変位できるように構成されている。
<Operation of mechanical quantity detection sensor>
As described above, in the mechanical quantity detection sensor 100, the weight body in which the displacement portion 112 and the weight portion 132 are integrally formed is supported by the flexible connection portion 113 extending from the fixed portion, and the upper support substrate 140 is supported. The lower support substrate 150 and the semiconductor substrate W are configured to be displaceable in a space surrounded by the lower support substrate 150 and the semiconductor substrate W.

力学量検出センサ100を加速度センサとして用いる場合は、加速度の作用に起因して生じる重錘体の変位を検出すればよい。例えば、重錘体に対して、X軸正方向の加速度が作用したとすると、この加速度に応じた外力により、重錘体はX軸正方向に変位することになる。このときの変位量は作用する加速度の大きさに依存する。したがって、重錘体のX軸、Y軸、Z軸方向の変位をそれぞれ検出すれば、各軸方向成分の加速度の値を求めることができる。力学量検出センサ100においては、各軸方向成分の加速度の値を、重錘体と電極とで形成される容量素子の静電容量変化を検出することで検出が可能である。   When the mechanical quantity detection sensor 100 is used as an acceleration sensor, the displacement of the weight body caused by the action of acceleration may be detected. For example, if acceleration in the X-axis positive direction is applied to the weight body, the weight body is displaced in the X-axis positive direction by an external force corresponding to the acceleration. The amount of displacement at this time depends on the magnitude of the acting acceleration. Therefore, if the displacement of the weight body in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions is detected, the acceleration value of each axial component can be obtained. In the mechanical quantity detection sensor 100, the acceleration value of each axial component can be detected by detecting a change in capacitance of a capacitive element formed by the weight body and the electrode.

力学量検出センサ100を角速度センサとして用いる場合は、重錘体を駆動用電極により上下振動させ(一般に、交流電圧を印加し、単振動させる)、角速度の作用に起因して生じる重錘体の変位を検出すればよい。例えば、重錘体がZ軸方向に速度vzで移動しているときに角速度ωが印加されると重錘体にコリオリ力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)が重錘体に作用する(mは、重錘体の質量)。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。したがって、重錘体の各軸方向の変位をそれぞれ検出すれば、各軸方向成分の角速度の値を求めることができる。力学量検出センサ100においては、各軸方向成分の角速度の値を、重錘体と電極とで形成される容量素子の静電容量変化を検出することで検出が可能である。   In the case where the mechanical quantity detection sensor 100 is used as an angular velocity sensor, the weight body is vibrated up and down by a driving electrode (generally, an AC voltage is applied to make a single vibration), and the weight body caused by the action of the angular velocity is detected. What is necessary is just to detect a displacement. For example, when an angular velocity ω is applied when the weight body is moving in the Z-axis direction at a speed vz, the Coriolis force F acts on the weight body. 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 body (m is the weight of the weight body). 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. As described above, the Coriolis forces Fy and Fx resulting from the angular velocities ωx and ωy cause the displacement portion 112 to be inclined (displaced) in the Y direction and the X direction. Therefore, if the displacement of the weight body in each axial direction is detected, the value of the angular velocity of each axial component can be obtained. In the mechanical quantity detection sensor 100, the value of the angular velocity of each axial component can be detected by detecting the change in the capacitance of the capacitive element formed by the weight body and the electrode.

具体的には駆動用電極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、重錘体(変位部112と重量部132)はZ軸正方向に変位する。また、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軸負方向に変位する。即ち、駆動用電極144a、E1間、駆動用電極154a、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。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。重錘体の固有振動数は、接続部113の弾性力や重量部132の質量等で決定される。重錘体に加えられる振動の周期が固有振動数に対応しないと、重錘体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。なお、駆動用電極144a、E1間、又は駆動用電極154a、E1間のいずれか一方のみに、重錘体の固有振動数の1/2の周波数の交流電圧を印加してもよい。   Specifically, when a voltage is applied between the driving electrodes 144a and E1, the driving electrodes 144a and E1 are attracted to each other by the Coulomb force, and the weight body (the displacement portion 112 and the weight portion 132) is displaced in the positive direction of the Z axis. . 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 Z-axis negative direction. That is, by alternately applying a voltage between the drive electrodes 144a and E1 and between the drive electrodes 154a 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 direct current waveform (a pulse waveform when considering non-application), a half-wave waveform, or the like. 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 weight body is determined by the elastic force of the connecting portion 113, the mass of the weight portion 132, and the like. If the period of vibration applied to the weight body does not correspond to the natural frequency, the energy of vibration applied to the weight body is diverged and energy efficiency is lowered. Note that an AC voltage having a frequency that is ½ of the natural frequency of the weight body may be applied only to either the drive electrodes 144a and E1 or between the drive electrodes 154a and E1.

このとき空間(ポケット135)内にゲッターを配設すると、空間内の真空度を高めることでQ値が高まり、センサの感度が高まり、より好ましい。   At this time, it is more preferable to arrange a getter in the space (pocket 135), because the Q value increases by increasing the degree of vacuum in the space, and the sensitivity of the sensor increases.

一般に、角速度信号は数kHz以上であり、加速度信号は角速度信号よりも2桁以上も低い周波数であるため、外部の信号処理回路(図示しない)において各々を識別することができる。すなわち、加速度、角速度は外部に設けた信号処理回路により、低周波数成分(あるいはバイアス成分)、振動周波数に追随する信号をそれぞれフィルターし、各々に検出することで、1つのセンサ素子により、3軸(X、Y、Z)方向の加速度および2軸(X、Y)方向の角速度を検出することが可能である。また、力学量検出センサ100を加速度/角速度のみを検出するセンサとして用いることができる。   In general, the angular velocity signal is several kHz or more, and the acceleration signal has a frequency two or more digits lower than the angular velocity signal, so that each can be identified by an external signal processing circuit (not shown). That is, acceleration and angular velocity are filtered by a signal processing circuit provided outside, and the signals following the low frequency component (or bias component) and the vibration frequency are respectively filtered and detected by each to detect three axes. It is possible to detect acceleration in the (X, Y, Z) direction and angular velocity in the biaxial (X, Y) direction. The mechanical quantity detection sensor 100 can be used as a sensor that detects only acceleration / angular velocity.

<力学量検出センサ100の製造>
以下、図13(a)〜(g)を参照しながら説明する。
(1)半導体基板Wの用意(図13(a))
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。第1、第2、第3の層11、12、13はそれぞれ、第1の構造体110、接合部120、第2の構造体130を構成するための層であり、ここでは、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。
<Manufacture of mechanical quantity detection sensor 100>
Hereinafter, a description will be given with reference to FIGS.
(1) Preparation of semiconductor substrate W (FIG. 13A)
A semiconductor substrate W is prepared by laminating three layers of first, second, and third layers 11, 12, and 13. The first, second, and third layers 11, 12, and 13 are layers for forming the first structure 110, the joint 120, and the second structure 130, respectively, and include impurities here. The layer is made of silicon, silicon oxide, or silicon containing impurities.

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所定の厚みに研磨することで作成できる(いわゆるSOI基板)。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。   A semiconductor substrate W having a three-layered structure of silicon containing impurities / silicon oxide / silicon containing impurities includes a substrate in which a silicon oxide film is stacked on a silicon substrate containing impurities, and silicon containing impurities. After bonding the substrate, the silicon substrate containing the latter impurities can be polished to a predetermined thickness (so-called SOI substrate). 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、あるいは同一の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 made of different or the same material.

(2)第1の構造体110の作成(図13(b))
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、第1の構造体110を形成する。即ち、第1の層11に対して浸食性を有し、第2の層12に対して浸食性を有しないエッチング方法を用いて、第1の層11の所定領域(開口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。このようなエッチング方法として、例えば、RIE(Reactive Ion Etching)法などの周知のエッチング方法を用いることができる。第1の層11の上面に、第1の構造体110に対応するパターンをもったレジスト層を形成し、このレジスト層で覆われていない露出部分を垂直下方に侵食する。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。
(2) Creation of the first structure 110 (FIG. 13B)
By etching the first layer 11, the opening 115 is formed, and the first 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 applied to predetermined regions (openings 115a to 115d) 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. As such an etching method, for example, a known etching method such as an RIE (Reactive Ion Etching) method can be used. A resist layer having a pattern corresponding to the first structure 110 is formed on the upper surface of the first layer 11, and the 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.

(3)接合部120の作成(図13(b))
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。第2の層12に対するエッチング工程では、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。このようなエッチング方法として、バッファド弗酸(例えば、HF=5.5wt%、NH4F=20wt%の混合水溶液)をエッチング液として用いるウェットエッチングを挙げることができる。また、CF4ガスとO2ガスとの混合ガスを用いたRIE法によるドライエッチングも適用可能である。
(3) Creation of the joint 120 (FIG. 13B)
The joint 120 is formed by etching the second layer 12. That is, the second layer 12 is erodible with respect to the second layer 12 by an etching method that is not erodible with respect to the first layer 11 and the third layer 13. Etching is performed in the thickness direction and the layer direction from the exposed portion. In the etching process for the second layer 12, it is necessary to perform an etching method that satisfies the following two conditions. The first condition is to have directionality in the layer direction as well as the thickness direction, and the second condition is erosive to the silicon oxide layer but erodible to the silicon layer. Is not to. As such an etching method, wet etching using buffered hydrofluoric acid (for example, a mixed aqueous solution of HF = 5.5 wt% and NH 4 F = 20 wt%) can be given. Further, dry etching by the RIE method using a mixed gas of CF 4 gas and O 2 gas is also applicable.

(4)導通部160〜162の形成(図13(c))
導通部160〜162の形成は、次の1)〜2)のようにして行われる。
1)錐状貫通孔の形成
第1の構造体110及び第2の層12の所定の箇所をウェットエッチングし、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、第1の構造体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%、NH4F=20wt%の混合水溶液)を用いることができる。
(4) Formation of conduction parts 160 to 162 (FIG. 13C)
The conductive portions 160 to 162 are formed as follows 1) to 2).
1) Formation of conical through-holes A predetermined portion of the first 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 first structure 110, and in the etching of the second layer 12, for example, buffered hydrofluoric acid (for example, HF = 5.5 wt%, NH 4 F = 20 wt% mixed aqueous solution) can be used.

2)金属層の形成
第1の構造体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。第1の構造体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。
2) Formation of metal layer On the upper surface of the first structure 110 and the conical through hole, for example, Al is deposited by an evaporation method, a sputtering method, or the like to form the conductive portions 160 to 162. Unnecessary metal layers deposited on the upper surface of the first structure 110 (metal layers outside the upper edges (not shown) of the conductive portions 160 to 162) are removed by etching.

(5)上方支持基板140の接合(図13(d))
上方支持基板140の接合は、次の1)〜2)のようにして行われる。
1)上方支持基板140の作成
例えば、可動イオンを含むガラス基板をエッチングして凹部143を形成し、駆動用電極144a、検出用電極144b〜144e、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。
(5) Bonding of the upper support substrate 140 (FIG. 13D)
The upper support substrate 140 is joined as described in 1) to 2) below.
1) Creation of upper support substrate 140 For example, a glass substrate containing movable ions is etched to form a recess 143, and a drive electrode 144a, detection electrodes 144b to 144e, and wiring layers L1 and L4 to L7 are formed, for example, Nd It is formed at a predetermined position by a pattern made of Al containing.

2)半導体基板Wと上方支持基板140の接合
半導体基板Wと上方支持基板140とを、例えば陽極接合により接合する。
第2の構造体130の作成前に上方支持基板140を陽極接合している。重量部132を形成する前に、上方支持基板140を陽極接合しているので、接続部113a〜113dには厚みの薄い領域が存在せず可撓性を有していないため、静電引力が生じても変位部112は上方支持基板140に引き寄せられない。このため、上方支持基板140と変位部112との接合を防止することができる。
2) Bonding of the semiconductor substrate W and the upper support substrate 140 The semiconductor substrate W and the upper support substrate 140 are bonded by, for example, anodic bonding.
The upper support substrate 140 is anodically bonded before the second structure 130 is formed. Since the upper support substrate 140 is anodically bonded before forming the weight portion 132, the connection portions 113a to 113d do not have a thin region and do not have flexibility. Even if it occurs, the displacement portion 112 is not attracted to the upper support substrate 140. For this reason, it is possible to prevent the upper support substrate 140 and the displacement portion 112 from being joined.

(6)第2の構造体130の形成(図13(e))
第2の構造体130の形成は、次の1)〜2)のようにして行われる。
1)ギャップ10の形成
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132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。
(6) Formation of the second structure 130 (FIG. 13E)
The formation of the second structure 130 is performed as follows 1) to 2).
1) Formation of the gap 10 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 its vicinity, and an exposed portion (formation region of the weight portion 132 is not covered with the resist layer). And its vicinity) erode vertically downward. As a result, the gap 10 for enabling the displacement of the weight portion 132 is formed above the region where the weight portion 132 is formed.

2)第2の構造体130の形成
所定のマスクが形成された第3の層13をエッチングすることにより、開口133、支柱下層部134a〜134j、及びポケット135を形成し、第2の構造体130を形成する。即ち、第3の層13に対して浸食性を有し、第2の層12に対して浸食性を有しないエッチング方法により、第3の層13の所定領域(開口133)に対して、厚み方向へのエッチングを行う。
2) Formation of the second structure 130 The third layer 13 on which the predetermined mask is formed is etched to form the opening 133, the support lower layer portions 134a to 134j, and the pocket 135, and the second structure 130 is formed. That is, the thickness of the third layer 13 with respect to a predetermined region (opening 133) is determined by an etching method that has erosion with respect to the third layer 13 and does not have erosion with respect to the second layer 12. Etching in the direction.

このようなエッチング方法として、DRIE(Deep Reactive Ion Etching)と呼ばれているエッチング方法を用いることができる。DRIE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工程と、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工程と、を交互に繰り返し、ほぼ厚み方向にのみ浸食を進ませることが可能になる。酸化シリコンとシリコンとでエッチング選択性を有するエッチング材料を用いればよい。例えば、エッチング段階では、SF6ガス、およびO2ガスの混合ガスを、デポジション段階では、C48ガスを用いることが考えられる。 As such an etching method, an etching method called DRIE (Deep Reactive Ion Etching) can be used. In DRIE, the etching process that digs while eroding the material layer in the thickness direction and the deposition process that forms a polymer wall on the side of the digged hole are alternately repeated, and erosion can proceed only in the thickness direction. become. An etching material having etching selectivity between silicon oxide and silicon may be used. For example, it is conceivable to use a mixed gas of SF 6 gas and O 2 gas in the etching stage, and C 4 F 8 gas in the deposition stage.

(7)連結部170の形成(図13(f))
配線層と接続する所定の支柱に導電性材料からなる連結部170を形成する。配線層が金属材料から構成されている場合、電気接続を好適にするために導電性材料層170は金属材料から構成されることが好ましい。支柱下層部の下端に、例えば、Alなどをスパッタ法により成膜し、シリコンと金属間のコンタクトをとるために、熱処理(約400℃)を行う。連結部170のパターニングは成膜前に所定領域以外にレジストマスクを形成しておき、金属成膜後にレジストマスクを除去することで行うことができる。陽極接合前に支柱と連結部との間でオーミックコンタクトをとっておくことでより信頼性高い力学量検出センサの製造が可能となる。
上記の連結部170の材料は(1)低抵抗材料で電気特性上優れ、(2)比較的硬度が低く、陽極接合時の押圧によって潰れやすく、(3)半導体材料(シリコン)とのオーミックコンタクト(あるいはオーミックコンタクトとみなせる低抵抗コンタクト)が可能である点で好適である。Al,Au,Pt,Cuなどはオーミックコンタクト形成において、シリコンやガラスとの密着性や信頼性などの観点から連結部と支持基板の間に密着層を設けてもよい。密着層としては例えば、Alの場合は支柱側からTi,TiNの順の積層体、Au,Cuの場合はCr,Ptの場合はTiを用いることができる。これらの密着層はスパッタ法などにより形成できる。密着層は10nm〜100nm程度の厚みで適宜形成する。
なお、連結部170は、第2の構造体130の形成前に所定領域に形成しておいてもよい。
(7) Formation of connecting portion 170 (FIG. 13 (f))
A connecting portion 170 made of a conductive material is formed on a predetermined support connected to the wiring layer. When the wiring layer is made of a metal material, the conductive material layer 170 is preferably made of a metal material in order to make electrical connection suitable. For example, Al or the like is formed on the lower end of the lower layer of the column by sputtering, and heat treatment (about 400 ° C.) is performed to make contact between silicon and metal. The patterning of the connecting portion 170 can be performed by forming a resist mask in a region other than a predetermined region before film formation and removing the resist mask after metal film formation. By providing an ohmic contact between the support column and the connecting portion before anodic bonding, a more reliable mechanical quantity detection sensor can be manufactured.
The material of the connecting portion 170 is (1) low resistance material and excellent electrical characteristics, (2) relatively low hardness, easily crushed by pressing during anodic bonding, and (3) ohmic contact with semiconductor material (silicon) (Or a low resistance contact that can be regarded as an ohmic contact) is possible. Al, Au, Pt, Cu, etc. may be provided with an adhesion layer between the connecting portion and the support substrate in terms of adhesion and reliability with silicon or glass in the formation of ohmic contact. As the adhesion layer, for example, in the case of Al, a laminated body in the order of Ti and TiN from the column side, in the case of Au and Cu, Cr and in the case of Pt, Ti can be used. These adhesion layers can be formed by sputtering or the like. The adhesion layer is appropriately formed with a thickness of about 10 nm to 100 nm.
Note that the connecting portion 170 may be formed in a predetermined region before the second structure 130 is formed.

(8)下方支持基板150の接合(図13(g))
下方支持基板150の接合は、次の1)〜2)のようにして行われる。
1)下方支持基板150の作成
例えば、可動イオンを含むガラス基板に、駆動用電極154a、検出用電極154b〜154e、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、下方支持基板150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。
(8) Bonding of the lower support substrate 150 (FIG. 13G)
The lower support substrate 150 is joined as follows 1) to 2).
1) Creation of lower support substrate 150 For example, a driving electrode 154a, detection electrodes 154b to 154e, and wiring layers L2 and L8 to L11 are predetermined on a glass substrate containing movable ions by a pattern made of Al containing Nd, for example. Form at the position. In addition, by etching the lower support substrate 150, 11 wide conical through holes 10 for forming the wiring terminals T1 to T11 are formed at predetermined positions.

2)半導体基板Wと下方支持基板150の接合
ポケット135にゲッター材料(例えばサエスゲッターズジャパン社製、商品名 非蒸発ゲッターSt122)を入れて、下方支持基板150と半導体基板Wとを、例えば陽極接合により接合する。
2) Joining of the semiconductor substrate W and the lower support substrate 150 A getter material (for example, trade name non-evaporable getter St122 manufactured by SAES Getters Japan Co., Ltd.) is put in the pocket 135, and the lower support substrate 150 and the semiconductor substrate W are joined, for example, by anodic bonding. To join.

(9)配線用端子T1〜T11の形成
下方支持基板150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。
(9) Formation of wiring terminals T <b> 1 to T <b> 11 A metal layer is formed in the order of, for example, a Cr layer and an Au layer on the upper surface of the lower support substrate 150 and the conical through hole 10 by vapor deposition or sputtering. 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.

(10)半導体基板W、上方支持基板140、下方支持基板150のダイシング
例えば、400℃の熱処理によってポケット135内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、上方支持基板140、及び下方支持基板150にダイシングソー等で切断し、個々の力学量検出センサ100に分離する。なお、ゲッター材料の活性化は半導体基板Wと下方支持基板150との陽極接合と兼ねることもできる。
(10) Dicing the semiconductor substrate W, the upper support substrate 140, and the lower support substrate 150 For example, after activating the getter material in the pocket 135 by heat treatment at 400 ° C., the semiconductor substrate W, the upper support substrate 140, Then, the lower support substrate 150 is cut with a dicing saw or the like and separated into individual mechanical quantity detection sensors 100. The activation of the getter material can also serve as anodic bonding between the semiconductor substrate W and the lower support substrate 150.

(実施例1)
支柱下層部にスパッタ法によりAl、Al(密着層としてTiN/Ti)、Au(密着層としてCrを含む)、Cu(密着層としてCrを含む)、Pt(密着層としてTiを含む)をそれぞれ0.20μm成膜した(密着層として、TiNを100nm、Tiを20nmの厚みで形成。またCr、Tiはそれぞれ50nmの厚みで形成)後、接合を行った4種類の試料を作製した。各々の試料において、電気特性を検査したところ支柱部と配線Lとの接続不良はなく、良好な電気特性が得られた。特に、支柱下層部にAlを成膜した試料については他の試料に比べ、良好な電気特性が得られた。これはAlの表面が酸化により金属酸化膜を形成しやすく、接合時に金属酸化膜がガラスと陽極接合するため、さらに接続が容易になるためであると考えられる。
Example 1
Al, Al (TiN / Ti as the adhesion layer), Au (including Cr as the adhesion layer), Cu (including Cr as the adhesion layer), and Pt (including Ti as the adhesion layer) are formed on the lower layer of the support by sputtering. After forming a 0.20 μm film (as an adhesion layer, TiN is formed with a thickness of 100 nm and Ti is formed with a thickness of 20 nm, and Cr and Ti are formed with a thickness of 50 nm, respectively), four types of samples subjected to bonding were prepared. In each sample, when the electrical characteristics were examined, there was no connection failure between the support column and the wiring L, and good electrical characteristics were obtained. In particular, good electrical characteristics were obtained for the sample in which Al was deposited on the lower layer of the column as compared with other samples. This is presumably because the surface of Al easily forms a metal oxide film by oxidation, and the metal oxide film is anodic bonded to glass at the time of bonding, so that the connection is further facilitated.

(実施例2)
支柱下層部の端面の掘り込み量(D)として0.5μmの切欠部を形成し、該切欠部に形成した連結部(Al)の端面に対する突出量(X)を0.02μm、0.05μm、0.25μm、0.30μmとして接合を行った5種類の試料を作製した。突出量(X)が0.02μmの場合には、支柱部と配線Lとの接続が図られないチップが存在した。また、突出量(X)が0.30μmの場合には、陽極接合不良のチップが存在した。一方、突出量(X)を0.05μm、0.25μmとした場合には、支柱部と配線Lとの接続が適切に図られ良好な電気特性が得られた。
(Example 2)
A notch portion of 0.5 μm is formed as the digging amount (D) of the end surface of the support lower layer portion, and the protruding amount (X) with respect to the end surface of the connecting portion (Al) formed in the notch portion is 0.02 μm, 0.05 μm , 0.25 μm and 0.30 μm were prepared as five types of samples. When the protrusion amount (X) was 0.02 μm, there was a chip in which the connection between the support column and the wiring L could not be achieved. Further, when the protrusion amount (X) was 0.30 μm, a chip with poor anodic bonding was present. On the other hand, when the protrusion amount (X) was 0.05 μm and 0.25 μm, the connection between the support column and the wiring L was appropriately achieved, and good electrical characteristics were obtained.

(比較例1)
支柱下層部に連結部を形成せずに接合を行った試料を作製した。このとき、多面付けされたウエハ内の力学量検出センサ100において接続不良、重錘体のガラス基板へのスティッキングなどの不良モードが見られた。
(Comparative Example 1)
A sample was formed by joining without forming a connecting portion in the lower layer of the column. At this time, failure modes such as poor connection and sticking of the weight body to the glass substrate were observed in the mechanical quantity detection sensor 100 in the wafer that was multifaceted.

<<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.

<<力学量検出センサ100を用いた電子部品等について>>
本発明に係る力学量検出センサ100は、例えば、IC等の能動素子を搭載する回路基板上に実装され、ワイヤボンディング接続等の周知の方法および材料によって配線用端子Tと、電子回路基板もしくはIC等の能動素子とを接続し、1つの電子部品として機能する。該電子部品は、例えば、ゲーム機、携帯電話等のモバイル端末機に搭載されて市場に流通する。
<< Electronic parts using the mechanical quantity detection sensor 100 >>
The mechanical quantity detection sensor 100 according to the present invention is mounted on a circuit board on which an active element such as an IC is mounted, for example, and is connected to a wiring terminal T and an electronic circuit board or IC by a known method and material such as wire bonding connection. It connects with active elements, such as, and functions as one electronic component. For example, the electronic component is mounted on a mobile terminal such as a game machine or a mobile phone and is distributed in the market.

本発明の実施形態に係る力学量検出センサ100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 detection sensor 100 which concerns on embodiment of this invention. 図1の力学量検出センサ100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 detection sensor 100 of FIG. 第1の構造体110の上面図である。3 is a top view of the first structure 110. FIG. 接合部120の上面図である。3 is a top view of a joint portion 120. FIG. 第2の構造体130の上面図である。3 is a top view of the second structure 130. FIG. 上方支持基板140の下面図である。4 is a bottom view of an upper support substrate 140. FIG. 下方支持基板150の上面図である。3 is a top view of a lower support substrate 150. FIG. 下方支持基板150の下面図である。6 is a bottom view of a lower support substrate 150. 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9に示す力学量検出センサ100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 detection sensor 100 shown in FIG. 支柱と配線層Lとの連結箇所の拡大図である。FIG. 4 is an enlarged view of a connection portion between a support column and a wiring layer L. 本発明の実施形態に係る力学量検出センサ100の製造方法を表すB−Bに沿った断面図である。It is sectional drawing along BB showing the manufacturing method of the physical quantity detection sensor 100 which concerns on embodiment of this invention. 陽極接合前における切欠部の掘り込み量(D)と連結部の支柱端面に対する突出量(X)との関係を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the relationship between the digging amount (D) of the notch part before anodic bonding, and the protrusion amount (X) with respect to the support | pillar end surface of a connection part.

符号の説明Explanation of symbols

100:力学量検出センサ
110:第1の構造体
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):支柱上層部
115(115a-115d):開口
120、121、122、123:接合部
130:第2の構造体
131:台座
131a:枠部
131b〜131d:突出部
132(132a-132e):重量部
133:開口
134(134a-134j):支柱下層部
135:ポケット
140:上方支持基板
141:枠部
142:底板部
143:凹部
144a:駆動用電極
144b-144e:検出用電極
150:下方支持基板
154a:駆動用電極
154b-154e:検出用電極
160-162:導通部
170:連結部
180:切欠部
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 detection sensor 110: First structure 111: Fixed part 111a: Frame part 111b, 111c: Projection part 112 (112a-112e): Displacement part 113 (113a-113d): Connection part 114 (114a-114j) ): Support upper layer portion 115 (115a-115d): openings 120, 121, 122, 123: joint portion 130: second structure 131: pedestal 131a: frame portions 131b to 131d: protrusion 132 (132a-132e): Weight part 133: opening 134 (134a-134j): support lower layer part 135: pocket 140: upper support substrate 141: frame part 142: bottom plate part 143: recess 144a: driving electrode 144b-144e: detection electrode 150: lower support Substrate 154a: Driving electrodes 154b-154e: Detection electrodes 160-162: Conducting portion 170: Connecting portion 180 Notch 10: Gap 11: conical through holes L1, L2, L4-L11: wiring layer T1-T11: wiring terminals E1: the driving electrode, detection electrode

Claims (3)

上方支持基板と下方支持基板の間に半導体基板を挟持して配置した構造を有し、前記半導体基板はその上端を上方支持基板と、その下端を下方支持基板とそれぞれ接合され、かつ開口を有するフレーム部と、その開口内に配置された重錘体と、前記重錘体と前記フレーム部とを可撓性を持って接続する接続部と、により構成されるセンサ部を有し、前記上方支持基板はその下面に上方電極を有し、さらに前記下方支持基板はその上面に下方電極を有し、前記上方電極と前記センサ部、及び前記下方電極と前記センサ部とで上下に容量素子を形成した力学量検出センサであって、
前記半導体基板は、前記フレーム内に配置され、前記上方支持基板と前記下方支持基板を連結し不純物を含んだシリコンからなる支柱を備え、該支柱の上端あるいは下端の少なくとも一方に、前記上方支持基板あるいは前記下方支持基板と前記支柱とを連結し、Al、Au、Pt、Cuのうちのいずれかよりなる導電性材料からなる連結部を有し、
前記上方電極および前記下方電極は、容量素子の静電容量変化を検出する検出用電極と、前記重錘体を上下方向に振動駆動させる駆動用電極とを含み、さらに前記上方電極または前記下方電極はそれぞれ該電極と一体かつ、延長して構成された配線部を有し、前記支柱は前記連結部により前記配線部と接続され、前記上方支持基板および/または前記下方支持基板とを連結されており、
前記支柱は、その上端あるいは下端のいずれか一方の端面及び前記支柱の側面に対して切欠部を有し、
前記連結部は、前記上方支持基板あるいは前記下方支持基板と前記支柱との連結に先立ち前記支柱の上端あるいは下端から突出するように前記切欠部に配設され、連結時に潰れて前記配線部と接続されていることを特徴とする力学量検出センサ。
The semiconductor substrate has a structure in which a semiconductor substrate is sandwiched between an upper support substrate and a lower support substrate. The semiconductor substrate has an upper end bonded to the upper support substrate and a lower end bonded to the lower support substrate, and has an opening. A sensor unit including a frame part, a weight body disposed in the opening, and a connection part that flexibly connects the weight body and the frame part; The support substrate has an upper electrode on its lower surface, the lower support substrate has a lower electrode on its upper surface, and the upper electrode and the sensor unit, and the lower electrode and the sensor unit have capacitive elements vertically. A mechanical quantity detection sensor formed,
The semiconductor substrate includes a support column made of silicon that is disposed in the frame and connects the upper support substrate and the lower support substrate and contains impurities, and the upper support substrate is provided on at least one of an upper end and a lower end of the support column. Alternatively, the lower support substrate and the support column are connected, and a connecting portion made of a conductive material made of any one of Al, Au, Pt, and Cu is provided .
The upper electrode and the lower electrode include a detection electrode that detects a change in electrostatic capacitance of a capacitive element, and a drive electrode that vibrates and drives the weight body in the vertical direction, and the upper electrode or the lower electrode Each has a wiring portion that is integrated and extended with the electrode, and the column is connected to the wiring portion by the connecting portion, and is connected to the upper supporting substrate and / or the lower supporting substrate. And
The strut has a notch portion with respect to either one of its upper end or lower end and the side of the strut,
Prior to the connection between the upper support substrate or the lower support substrate and the support column, the connection unit is disposed in the notch so as to protrude from the upper end or the lower end of the support column, and is crushed during connection and connected to the wiring unit. The mechanical quantity detection sensor characterized by being made .
上方支持基板と下方支持基板の間に半導体基板を挟持して配置した構造を有し、前記半導体基板はその上端を上方支持基板と、その下端を下方支持基板とそれぞれ接合され、かつ開口を有するフレーム部と、その開口内に配置された重錘体と、前記重錘体と前記フレーム部とを可撓性を持って接続する接続部と、により構成されるセンサ部を有し、前記上方支持基板はその下面に上方電極を有し、さらに前記下方支持基板はその上面に下方電極を有し、前記上方電極と前記センサ部、及び前記下方電極と前記センサ部とで上下に容量素子を形成した力学量検出センサであって、The semiconductor substrate has a structure in which a semiconductor substrate is sandwiched between an upper support substrate and a lower support substrate. The semiconductor substrate has an upper end bonded to the upper support substrate and a lower end bonded to the lower support substrate, and has an opening. A sensor unit including a frame part, a weight body disposed in the opening, and a connection part that flexibly connects the weight body and the frame part; The support substrate has an upper electrode on its lower surface, the lower support substrate has a lower electrode on its upper surface, and the upper electrode and the sensor unit, and the lower electrode and the sensor unit have capacitive elements vertically. A mechanical quantity detection sensor formed,
前記半導体基板は、前記フレーム内に配置され、前記上方支持基板と前記下方支持基板を連結し不純物を含んだシリコンからなる支柱を備え、該支柱の上端あるいは下端の少なくとも一方に、前記上方支持基板あるいは前記下方支持基板と前記支柱とを連結し、Al、Au、Pt、Cuのうちのいずれかよりなる導電性材料からなる連結部を有し、The semiconductor substrate includes a support column made of silicon that is disposed in the frame and connects the upper support substrate and the lower support substrate and contains impurities, and the upper support substrate is provided on at least one of an upper end and a lower end of the support column. Alternatively, the lower support substrate and the support column are connected, and a connecting portion made of a conductive material made of any one of Al, Au, Pt, and Cu is provided.
前記上方電極および前記下方電極は、容量素子の静電容量変化を検出する検出用電極と、前記重錘体を上下方向に振動駆動させる駆動用電極とを含み、さらに前記上方電極または前記下方電極はそれぞれ該電極と一体かつ、延長して構成された配線部を有し、前記支柱は前記連結部により前記配線部と接続され、前記上方支持基板および/または前記下方支持基板とを連結されており、The upper electrode and the lower electrode include a detection electrode that detects a change in electrostatic capacitance of a capacitive element, and a drive electrode that vibrates and drives the weight body in the vertical direction, and the upper electrode or the lower electrode Each has a wiring portion that is integrated and extended with the electrode, and the column is connected to the wiring portion by the connecting portion, and is connected to the upper supporting substrate and / or the lower supporting substrate. And
前記支柱は、その上端あるいは下端のいずれか一方の端面及び前記支柱の側面に対して切欠部を有し、該切欠部に前記連結部が配設され、The strut has a notch with respect to either the upper end or the lower end of the strut and the side of the strut, and the connecting portion is disposed in the notch,
前記連結部の一部は、前記支柱の側面からはみ出していることを特徴とする力学量検出センサ。A part of the connecting portion protrudes from a side surface of the support column.
前記上方支持基板および前記下方支持基板少なくとも一方は、基板の厚さ方向に貫通する配線用端子を有し、At least one of the upper support substrate and the lower support substrate has a wiring terminal penetrating in the thickness direction of the substrate,
前記配線部は前記配線用端子と直接接続し、The wiring portion is directly connected to the wiring terminal,
さらに前記連結部は前記配線用端子の全面と前記配線部とを覆うことを特徴とする請求項1又は2記載の力学量センサ。Furthermore, the said connection part covers the whole surface of the said terminal for wiring, and the said wiring part, The mechanical quantity sensor of Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP5942554B2 (en) * 2012-04-11 2016-06-29 セイコーエプソン株式会社 Physical quantity sensor and electronic equipment

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06160420A (en) * 1992-11-19 1994-06-07 Omron Corp Semiconductor acceleration sensor and its manufacture
JPH07263709A (en) * 1994-03-17 1995-10-13 Hitachi Ltd Dynamic quantity sensor and airbag system
JP4989037B2 (en) * 2004-04-05 2012-08-01 セイコーインスツル株式会社 Capacitive mechanical quantity sensor and semiconductor device
JP4445340B2 (en) * 2004-08-02 2010-04-07 セイコーインスツル株式会社 Sealed MEMS and manufacturing method of sealed MEMS
JP2007107980A (en) * 2005-10-13 2007-04-26 Seiko Instruments Inc Dynamic quantity sensor, manufacturing method thereof, and electronic equipment
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

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