JP5446236B2 - Physical quantity sensor, manufacturing method thereof, internal pressure control method thereof, and semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は、可動部が形成された半導体基板を封止した封止型デバイスに関し、特に、外力に応じて変位可能な容量素子を用いて物理量を検出する物理量センサ及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a sealed device that seals a semiconductor substrate on which a movable part is formed, and more particularly to a physical quantity sensor that detects a physical quantity using a capacitive element that can be displaced according to an external force and a method for manufacturing the same.

近年、各種電子機器の小型軽量化、多機能化や高機能化が進み、実装される電子部品にも高密度化が要求されている。このような要求に応じて各種電子部品が半導体デバイスとして製造されるものが増加している。このため、回路素子として製造される半導体デバイス以外に物理量を検出するセンサ等も半導体デバイスを用いて製造されて、小型軽量化が図られている。例えば、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では、外力に応じて変位する可動部を半導体基板に形成し、この可動部の変位が静電容量素子を利用して検出されるタイプのセンサ(いわゆる静電容量型センサ)等が実用化されている。このようなセンサでは、可動部を安定して変位させるため、半導体基板を封止材(例えば、ガラス基板等)で密封する構造がとられており、密封された封止空間はガス抜き等が行われて、可動部の変位を阻害する要因が排除されている。このような可動部を密封した封止構造を有するデバイスを、本書面では封止型デバイスと呼称するものとする。封止型デバイスには、MEMS素子以外に、SAW(Surface Acoustic Wave)素子やF−BAR(Thin Film Bulk Acoustic Wave Resonators)素子等も含まれる。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錘部を用意し、当該錘部を加速度や角速度などに伴う変位を検出する錘部として利用する。変位の検出は、容量素子の静電容量の値に基づいて行われる。静電容量型センサにおいて、多軸成分の物理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。   In recent years, various electronic devices have been reduced in size, weight, functionality, and functionality, and electronic components to be mounted have been required to have higher density. In response to such demands, an increasing number of electronic components are manufactured as semiconductor devices. For this reason, in addition to the semiconductor device manufactured as a circuit element, a sensor or the like for detecting a physical quantity is also manufactured using the semiconductor device, thereby achieving a reduction in size and weight. For example, in an acceleration sensor or an angular velocity sensor having a small and simple structure using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology, a movable portion that is displaced according to an external force is formed on a semiconductor substrate, and the displacement of the movable portion is electrostatically detected. A type of sensor (so-called capacitive sensor) that is detected using a capacitive element has been put into practical use. Such a sensor has a structure in which the semiconductor substrate is sealed with a sealing material (for example, a glass substrate) in order to displace the movable part stably, and the sealed sealing space is vented. This is done to eliminate the factor that hinders the displacement of the movable part. A device having a sealing structure in which such movable parts are sealed is referred to as a sealed device in this document. Sealed devices include SAW (Surface Acoustic Wave) elements and F-BAR (Thin Film Bulk Acoustic Wave Resonators) elements in addition to MEMS elements. In general, a capacitance type sensor has a weight part that can be displaced with a predetermined degree of freedom in a semiconductor substrate sandwiched between a pair of glass substrates, and the weight part can be displaced with acceleration or angular velocity. It is used as a weight part to detect. The displacement is detected based on the capacitance value of the capacitive element. Conventionally, in order to detect a physical quantity of a multi-axis component in a capacitance type sensor, a combination of a plurality of single-axis sensors has been used, but this is a problem in terms of size and cost.

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物理量を検出するセンサが開示されている(特許文献1及び非特許文献1)。   Therefore, research on a capacitive sensor capable of detecting multi-axis components with a single sensor element is in progress. A sensor that detects a physical quantity of a multi-axis component with such a single sensor element is disclosed (Patent Document 1 and Non-Patent Document 1).

静電容量型の角速度センサの動作原理について、図19を参照して説明する。図19(A)及び(B)は、静電容量型の角速度センサの概略構成と、基本動作を示す図である。図19(A)において、角速度センサ700は、上ガラス基板(第1基板)701と、半導体基板702と、下ガラス基板(第2基板)703と、により構成される。上ガラス基板701の半導体基板702との対向面には、駆動用の電極704が形成されている。半導体基板702には、錘部705と、錘部705を図中の上下方向に変位可能に支持する可撓部706が形成されている。半導体基板702は、その上面と下面が上ガラス基板701と下ガラス基板703に接合されて封止されることにより、その内部は真空封止されている。   The principle of operation of the capacitive angular velocity sensor will be described with reference to FIG. 19A and 19B are diagrams showing a schematic configuration and basic operation of a capacitive angular velocity sensor. In FIG. 19A, the angular velocity sensor 700 includes an upper glass substrate (first substrate) 701, a semiconductor substrate 702, and a lower glass substrate (second substrate) 703. A driving electrode 704 is formed on a surface of the upper glass substrate 701 facing the semiconductor substrate 702. The semiconductor substrate 702 is formed with a weight portion 705 and a flexible portion 706 that supports the weight portion 705 so as to be displaceable in the vertical direction in the drawing. The semiconductor substrate 702 is sealed by bonding its upper and lower surfaces to the upper glass substrate 701 and the lower glass substrate 703 and sealing the inside.

図19(A)は、電極704に駆動電圧として5Vを印加した状態を示す図である。この場合、錘部705は電極704との間の静電引力Fcにより上方に引っ張り上げられる。図19(B)は、電極704に印加する駆動電圧を0Vにした状態を示す図である。この場合、錘部705は可撓部706のばね復元力Fbにより元の位置に戻される。この角速度センサ700では、図19(A)及び(B)の駆動電圧の印加動作を繰り返すことにより錘部705を振動させた状態で、角速度に伴うコリオリ力が検出される。   FIG. 19A is a diagram illustrating a state in which 5 V is applied to the electrode 704 as a driving voltage. In this case, the weight portion 705 is pulled upward by the electrostatic attractive force Fc between the electrode 704 and the weight portion 705. FIG. 19B is a diagram illustrating a state in which the drive voltage applied to the electrode 704 is 0V. In this case, the weight portion 705 is returned to the original position by the spring restoring force Fb of the flexible portion 706. In this angular velocity sensor 700, the Coriolis force associated with the angular velocity is detected in a state where the weight portion 705 is vibrated by repeating the operation of applying the drive voltage shown in FIGS. 19 (A) and 19 (B).

図19(A)及び(B)に示した角速度センサ700は、半導体基板702は、上ガラス基板701と下ガラス基板703とにより囲まれた領域が真空封止されている。このような上下ガラス基板701,703により封止された領域の真空度を上げる力学量センサが、例えば、特許文献2により提案されている。   In the angular velocity sensor 700 shown in FIGS. 19A and 19B, the semiconductor substrate 702 is vacuum-sealed in a region surrounded by an upper glass substrate 701 and a lower glass substrate 703. For example, Patent Document 2 proposes a mechanical quantity sensor that increases the degree of vacuum in the region sealed by the upper and lower glass substrates 701 and 703.

この力学量センサでは、密閉室(封止空間)を形成する上下ガラス基板の内側の表面に、錘部の変位を検出する検出電極と同一材料からなる気体分子吸収材を設けて、密閉室内の真空度を上げるようにしている。これは、錘部705の気体粘性による振動動作の減衰を抑えるためである。すなわち、錘部705の振動動作は、封止空間内の内部圧力に依存することが判る。例えば、図20に示すように、錘部705の共振スペクトルの振動周波数幅は、製品の仕様等により所望の共振周波数幅(図中の半値幅)が必要である。図20では、共振スペクトルの共振周波数がfzである場合を示している。なお、本明細書では、共振スペクトルとは共振周波数で最大値をとる周波数スペクトルに現れる山のことであり、共振周波数とは共振スペクトルのピーク周波数のことであり、共振周波数幅とは共振スペクトルの半値幅のことである。
特開2006−226770号公報 特開2007−57469号公報 Transaction on Sensors and Micromachines,Vol.126,No.6,2006(電気学会論文誌E,126巻,6号,2006年)
In this mechanical quantity sensor, a gas molecule absorbing material made of the same material as that of the detection electrode for detecting the displacement of the weight portion is provided on the inner surfaces of the upper and lower glass substrates that form the sealed chamber (sealed space). The vacuum level is raised. This is to suppress attenuation of the vibration operation due to the gas viscosity of the weight portion 705. That is, it can be seen that the vibration operation of the weight portion 705 depends on the internal pressure in the sealed space. For example, as shown in FIG. 20, the vibration frequency width of the resonance spectrum of the weight portion 705 needs to have a desired resonance frequency width (half-value width in the drawing) depending on the product specifications and the like. FIG. 20 shows a case where the resonance frequency of the resonance spectrum is fz. In this specification, the resonance spectrum is a peak appearing in the frequency spectrum having the maximum value at the resonance frequency, the resonance frequency is the peak frequency of the resonance spectrum, and the resonance frequency width is the resonance spectrum width. It is a half width.
JP 2006-226770 A JP 2007-57469 A Transactions on Sensors and Micromachines, Vol. 126, no. 6,2006 (Journal of the Institute of Electrical Engineers of Japan, Vol. 126, No. 6, 2006)

しかしながら、上記図19(A)及び(B)に示したような角速度センサ700は、その共振周波数幅が狭ければ性能が良いというものではなく、仕様等により設定される角速度のセンサ特性に対応した共振スペクトルの所望の共振周波数幅に調整することが望ましい。   However, the angular velocity sensor 700 as shown in FIGS. 19A and 19B is not good when the resonance frequency width is narrow, and corresponds to the sensor characteristics of the angular velocity set according to the specifications. It is desirable to adjust the desired resonance frequency width of the resonance spectrum.

本発明は上記に鑑み、封止型デバイス及び静電容量型の物理量センサにおいて、封止空間内の内部圧力を制御して、錘部の共振スペクトルを所望の共振周波数幅に調整可能にする封止型デバイス、物理量センサ、その製造方法、及びその内部圧力制御方法を提供することを目的とする。   In view of the above, the present invention provides a sealed device and a capacitance-type physical quantity sensor that can control the internal pressure in the sealed space and adjust the resonance spectrum of the weight portion to a desired resonance frequency width. An object of the present invention is to provide a stationary device, a physical quantity sensor, a manufacturing method thereof, and an internal pressure control method thereof.

本発明の実施の形態に係る物理量センサは、フレーム部と、前記フレーム部の内側に配置された錘部と、前記錘部と前記フレーム部とを接続する可撓部と、を備えた半導体基板と、前記フレーム部の一方の側に接合された第1基板と、前記フレーム部の他方の側に接合された第2基板と、前記第1基板上に設けられ、前記錘部と対向する第1電極と、前記第2基板上に設けられ、前記錘部と対向する第2電極と、を備え、前記第1基板及び前記第2基板の接合により封止された封止空間内に配置され、加熱されることにより前記半導体基板内の封止空間内部の気体を吸収する気体吸収部材と、前記封止空間内に配置され、加熱されることにより前記封止空間内部に気体を放出して前記封止空間内部の圧力を調整する気体圧力調整部材と、を備え、前記気体圧力調整部材は、前記第1電極、前記第1電極の一部、前記第2電極、又は、前記第2電極の一部に、第1の導電性材料を含む第1導電層と、前記第1導電層上に積層され、前記第1の導電性材料より高融点の第2の導電性材料を含む第2導電層とが積層されて形成されたことを特徴とする。
A physical quantity sensor according to an embodiment of the present invention includes a frame part, a weight part disposed inside the frame part, and a flexible part that connects the weight part and the frame part. A first substrate bonded to one side of the frame portion; a second substrate bonded to the other side of the frame portion; and a first substrate provided on the first substrate and facing the weight portion. One electrode and a second electrode provided on the second substrate and facing the weight portion, and disposed in a sealed space sealed by joining the first substrate and the second substrate. , a gas absorbing member that absorbs sealing space inside of the gas in the semiconductor substrate by heating the disposed sealing space, to release the gas inside the sealed space by heating Bei and a gas pressure adjusting member for adjusting the pressure inside the sealed space , The gas pressure adjusting member, the first electrode, a portion of the first electrode, the second electrode, or a portion of the second electrode, a first conductive layer comprising a first conductive material And a second conductive layer that is stacked on the first conductive layer and includes a second conductive material having a melting point higher than that of the first conductive material .

本発明の実施の形態に係る物理量センサの製造方法は、半導体基板に、フレーム部と、前記フレーム部の内側に配置される錘部と、前記錘部と前記フレーム部とを接続する可撓部と、を形成し、前記フレーム部の一方の側と接合される第1基板上に、第1電極と、前記第1電極と電気的に接続される第1配線を形成し、前記フレーム部の他方の側と接合される第2基板上に、第2電極と、前記第2電極と電気的に接続される第2配線と、を形成し、第1基板上又は前記第2基板上に、加熱されることにより前記半導体基板内の封止空間内部の気体を吸収する気体吸収部材と、加熱されることにより前記封止空間内部に気体を放出して圧力を調整する気体圧力調整部材を形成し、前記錘部と前記第1電極とを対向させて前記第1基板と前記フレーム部の一方の側とを接合し、前記錘部と前記第2電極とを対向させて前記第2基板と前記フレーム部の他方の側とを接合し、第1加熱処理により、前記第1基板及び前記第2基板の接合により封止された前記半導体基板内の封止空間内部の気体を前記気体吸収部材に吸収させ、第2加熱処理により、前記気体圧力調整部材の形成時に混入された気体を前記封止空間内部に放出させて前記封止空間内部の圧力を調整することを含み、前記第1電極の形成時、前記第1配線の形成時、前記第2電極の形成時、又は、前記第2配線の形成時に、第1の導電性材料を含む第1導電層と、前記第1の導電性材料より高融点の第2の導電性材料を含む第2導電層とを積層して前記気体圧力調整部材を形成したことを特徴とする。
A method of manufacturing a physical quantity sensor according to an embodiment of the present invention includes: a semiconductor substrate; a frame portion; a weight portion disposed inside the frame portion; and a flexible portion that connects the weight portion and the frame portion. And forming a first electrode and a first wiring electrically connected to the first electrode on a first substrate bonded to one side of the frame portion, and Forming a second electrode and a second wiring electrically connected to the second electrode on a second substrate bonded to the other side; on the first substrate or the second substrate; a gas absorbing member that absorbs sealing space inside of the gas in the semiconductor substrate by heating, a gas pressure adjusting member for adjusting the pressure by releasing gas within said sealed space by heating The weight portion and the first electrode are opposed to each other, and the first substrate and the frame are formed. One side of the frame portion, the weight portion and the second electrode are opposed to each other, the second substrate and the other side of the frame portion are joined, and the first heat treatment is performed to Gas in the sealed space in the semiconductor substrate sealed by bonding of one substrate and the second substrate is absorbed by the gas absorbing member, and mixed by the second heat treatment when forming the gas pressure adjusting member. Adjusting the pressure inside the sealed space by discharging the gas into the sealed space, and when forming the first electrode, when forming the first wiring, when forming the second electrode, Alternatively, when forming the second wiring, a first conductive layer including a first conductive material and a second conductive layer including a second conductive material having a melting point higher than that of the first conductive material are stacked. Then, the gas pressure adjusting member is formed .

本発明の実施の形態に係る物理量センサの内部圧力制御方法は、フレーム部と、前記フレーム部の内側に配置された錘部と、前記錘部と前記フレーム部とを接続する可撓部と、を備えた半導体基板と、前記フレーム部の一方の側に接合された第1基板と、前記フレーム部の他方の側に接合された第2基板と、前記第1基板上に設けられ、前記錘部と対向する第1電極と、前記第2基板上に設けられ、前記錘部と対向する第2電極と、前記第1基板上又は前記第2基板上に配置され、加熱されることにより前記第1基板及び前記第2基板の接合により封止された前記半導体基板内の封止空間内部の気体を吸収する気体吸収部材と、前記封止空間内に配置され、加熱されることにより前記封止空間内部に気体を放出して圧力を調整する内部圧力調整部材と、を備える物理量センサにおいて、第1加熱処理により、前記第1基板及び前記第2基板の接合により封止された前記半導体基板内の封止空間内部の気体を前記気体吸収部材に吸収させ、第2加熱処理により、前記気体圧力調整部材の形成時に混入された気体を前記封止空間内部に放出させて前記封止空間内部の圧力を調整することを含み、前記気体圧力調整部材は、第1の導電性材料を含む第1導電層と、前記第1の導電性材料より高融点の第2の導電性材料を含む第2導電層とが積層されて形成され、前記気体圧力調整部材の形成時に面積を設定し、前記面積に応じて前記第2加熱処理の加熱温度及び加熱時間を制御して、前記封止空間内部の圧力を調整することを特徴とする。

An internal pressure control method for a physical quantity sensor according to an embodiment of the present invention includes: a frame part; a weight part disposed inside the frame part; a flexible part that connects the weight part and the frame part; A semiconductor substrate comprising: a first substrate bonded to one side of the frame portion; a second substrate bonded to the other side of the frame portion; and the weight provided on the first substrate. A first electrode opposed to a portion, a second electrode provided on the second substrate, opposed to the weight portion, disposed on the first substrate or the second substrate, and heated to thereby A gas absorbing member that absorbs gas inside the sealed space in the semiconductor substrate sealed by bonding the first substrate and the second substrate; and disposed in the sealed space and heated to seal the seal. internal pressure regulation to adjust the pressure by releasing gas therein stop space In the physical quantity sensor comprising a member, the gas absorbing member absorbs the gas inside the sealed space in the semiconductor substrate sealed by joining the first substrate and the second substrate by the first heat treatment. , the second heat treatment, said gas which is mixed at the time of formation of the gas pressure adjusting member is emitted into the sealed space comprises adjusting the pressure inside the sealed space, the gas pressure adjusting member, The gas pressure adjusting member is formed by laminating a first conductive layer including a first conductive material and a second conductive layer including a second conductive material having a melting point higher than that of the first conductive material. An area is set at the time of forming, and the pressure inside the sealed space is adjusted by controlling the heating temperature and the heating time of the second heat treatment according to the area.

本発明によれば、封止型デバイス及び静電容量型の物理量センサにおいて、封止空間内の内部圧力を制御して、錘部の共振スペクトルを所望の共振周波数幅に調整可能にする封止型デバイス、物理量センサ、その製造方法、及びその圧力制御方法を提供することができる。   According to the present invention, in a sealed device and a capacitance-type physical quantity sensor, sealing that enables adjustment of the resonance spectrum of the weight portion to a desired resonance frequency width by controlling the internal pressure in the sealing space. A mold device, a physical quantity sensor, a manufacturing method thereof, and a pressure control method thereof can be provided.

以下、図面を参照して、本発明の一実施の形態を詳細に説明する。なお、本実施の形態では、封止型デバイスとして物理量センサの例について説明する。
<物理量センサの構造>
図1は物理量センサ100を分解した状態を示す分解斜視図である。図1では物理量センサ100の面内に直交する2軸(X軸とY軸)を設定し、この2軸に垂直な方向をZ軸と定めている。物理量センサ100は、半導体基板Wを、その上下に位置する第1基板140と第2基板150とで挟んで構成されている。半導体基板Wは、シリコン膜110、BOX層120、シリコン基板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工程により、枠状のフレーム(フレーム部111とフレーム部131とを含む)と、このフレーム内に可撓性を有する可撓部113(113a〜113d)により変位可能に支持される錘接合部(錘接合部112と錘接合部132とを含む)とが、一体的に構成され、物理量を検出するセンサ部を形成している。また、シリコン膜110には、フレーム部111、錘接合部112a〜112e及び可撓部113(113a〜113d)から離隔して、ブロック上層部114a〜114jが形成されている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that in this embodiment, an example of a physical quantity sensor as a sealed device will be described.
<Structure of physical quantity sensor>
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a state in which the physical quantity sensor 100 is disassembled. In FIG. 1, two axes (X axis and Y axis) perpendicular to the plane of the physical quantity sensor 100 are set, and a direction perpendicular to the two axes is defined as a Z axis. The physical quantity sensor 100 is configured by sandwiching a semiconductor substrate W between a first substrate 140 and a second substrate 150 positioned above and below the semiconductor substrate W. The semiconductor substrate W is configured by laminating a silicon film 110, a BOX layer 120, and a silicon substrate 130 in this order. The semiconductor substrate W is displaced by a frame-like frame (including the frame portion 111 and the frame portion 131) and a flexible portion 113 (113a to 113d) having flexibility in the frame by a manufacturing process described later. The weight joint portions (including the weight joint portion 112 and the weight joint portion 132) that are supported in an integral manner are integrally configured to form a sensor unit that detects a physical quantity. In addition, block upper layer portions 114a to 114j are formed in the silicon film 110 so as to be separated from the frame portion 111, the weight joint portions 112a to 112e, and the flexible portions 113 (113a to 113d).

シリコン膜110、BOX層120、シリコン基板130、第1基板140、第2基板150は、その外周が例えば3mm×3mmの略正方形状であり、これらの高さはそれぞれ20μm、2μm、600μm、500μm、500μmである。これらの外形、高さは一例であり、上記に限定されるものではない。   The outer periphery of the silicon film 110, the BOX layer 120, the silicon substrate 130, the first substrate 140, and the second substrate 150 has a substantially square shape of, for example, 3 mm × 3 mm, and their heights are 20 μm, 2 μm, 600 μm, and 500 μm, respectively. 500 μm. These external shapes and heights are examples, and are not limited to the above.

シリコン膜110、BOX層120、シリコン基板130から構成される半導体基板Wは、SOI(Silicon On Insulator)基板を用いて製造可能である。また、第1基板140および第2基板150は、ガラス材料、半導体材料、金属材料、絶縁性樹脂材料のいずれかにより構成される。   The semiconductor substrate W including the silicon film 110, the BOX layer 120, and the silicon substrate 130 can be manufactured using an SOI (Silicon On Insulator) substrate. The first substrate 140 and the second substrate 150 are made of any one of a glass material, a semiconductor material, a metal material, and an insulating resin material.

次に、シリコン膜110の詳細な構成について、図2を参照して説明する。図2において、(A)はシリコン膜110の平面図、(B)は(A)のA−A線から見た半導体基板Wの断面図、(C)は(A)のC−C線から見た半導体基板Wの断面図である。   Next, a detailed configuration of the silicon film 110 will be described with reference to FIG. 2A is a plan view of the silicon film 110, FIG. 2B is a cross-sectional view of the semiconductor substrate W as viewed from line AA in FIG. 2A, and FIG. 2C is from line CC in FIG. It is sectional drawing of the semiconductor substrate W which was seen.

図2(A)に示すシリコン膜110には、フレーム部111、錘接合部112a〜112e、可撓部113a〜113e及びブロック上層部114a〜114jが形成されている。フレーム部111は、外周が略正方形、内周が錘接合部112a〜112eの形状に応じた多角形の枠形状の基板である。錘接合部112a〜112eは、図2(A)をZ方向から見た場合、略クローバー状の形状を有している。錘接合部112a〜112eは、該錘接合部112a〜112eと略同一形状の錘部132(図2(B)及び(C)に示す錘部132)とBOX層120を介して接合され、フレーム部111に対して一体的に変位する。可撓部113a〜113dは、それぞれ略長方形の基板であり、フレーム部111と錘接合部112b〜112eとを4方向で接続する。可撓部113a〜113dは、厚みが薄いため可撓性を有しており、撓みが可能な梁として機能する。可撓部113a〜113dが撓むことで、錘接合部112a〜112eがフレーム部111に対して変位可能である。なお、ブロック上層部114a〜114jは、フレーム部111、錘接合部112a〜112e及び可撓部113a〜113eから離間して形成されている。   In the silicon film 110 shown in FIG. 2A, a frame portion 111, weight joint portions 112a to 112e, flexible portions 113a to 113e, and block upper layer portions 114a to 114j are formed. The frame portion 111 is a polygonal frame-shaped substrate whose outer periphery is substantially square and whose inner periphery corresponds to the shape of the weight joint portions 112a to 112e. The weight joint portions 112a to 112e have a substantially clover-like shape when FIG. 2A is viewed from the Z direction. The weight joint portions 112a to 112e are joined to the weight portion 132 (the weight portion 132 shown in FIGS. 2B and 2C) having substantially the same shape as the weight joint portions 112a to 112e via the BOX layer 120, and the frame It is displaced integrally with the part 111. The flexible portions 113a to 113d are substantially rectangular substrates, respectively, and connect the frame portion 111 and the weight joint portions 112b to 112e in four directions. The flexible portions 113a to 113d have flexibility because they are thin, and function as beams that can be bent. When the flexible portions 113a to 113d are bent, the weight joint portions 112a to 112e can be displaced with respect to the frame portion 111. The block upper layer portions 114a to 114j are formed apart from the frame portion 111, the weight joint portions 112a to 112e, and the flexible portions 113a to 113e.

錘接合部112a〜112e及び可撓部113a〜113eは、その一部を図2(B)に示すように、フレーム部111表面よりも低い位置に形成された第1基板140に対して変位可能である。   The weight joint portions 112a to 112e and the flexible portions 113a to 113e can be partially displaced with respect to the first substrate 140 formed at a position lower than the surface of the frame portion 111, as shown in FIG. It is.

錘接合部112aの上面は、駆動用電極として機能する。この錘接合部112aの上面は、第1基板140の下面に設置された後述する駆動用電極144a〜144e(図3参照)との間に印加された電圧によって錘接合部112a〜112eをZ軸方向に振動させる。この駆動の詳細については後述する。   The upper surface of the weight junction 112a functions as a drive electrode. The upper surface of the weight junction 112a is connected to the drive electrodes 144a to 144e (described later) installed on the lower surface of the first substrate 140 by a voltage applied to the weight junctions 112a to 112e in the Z axis. Vibrate in the direction. Details of this drive will be described later.

錘接合部112b〜112eの上面は、錘接合部112b〜112eのX軸およびY軸方向の変位を検出する後述する検出用電極としてそれぞれ機能する。この錘接合部112b〜112eの上面は、第1基板140の下面に設置された後述する検出用電極141b〜141eとそれぞれ容量性結合する。なお、錘接合部112b〜112eと検出用電極141b〜141eにそれぞれ付した符号のアルファベット部分(b〜e)は、それぞれ相互の位置関係に対応させて同様の順序で付している。この検出の詳細については後述する。   The upper surfaces of the weight joint portions 112b to 112e function as detection electrodes to be described later that detect displacements in the X-axis and Y-axis directions of the weight joint portions 112b to 112e. The upper surfaces of the weight junctions 112b to 112e are capacitively coupled to detection electrodes 141b to 141e (described later) installed on the lower surface of the first substrate 140, respectively. In addition, the alphabet part (b-e) of the code | symbol attached | subjected to the weight junction parts 112b-112e and the detection electrodes 141b-141e, respectively is attached | subjected in the same order corresponding to mutual positional relationship. Details of this detection will be described later.

図2(B)において、シリコン基板130には、フレーム部131と、錘部132(132a〜132e)と、ブロック下層部134a〜134jと、が形成されている。シリコン基板130は、半導体基板Wをエッチングして開口を形成することで、フレーム部131と錘部132(132a〜132e)が作成可能である。なお、錘部132の高さ(図2(B)のZ軸方向)は、フレーム部131の高さより低く作成する。これは、錘部132と第2基板150との間に測定レンジに相当するギャップを確保し、錘部132の変位を可能にするためである。なお、ブロック下層部134a〜134jは、フレーム部131、錘部132及び可撓部113a〜113eから離間して形成されている。   In FIG. 2B, a frame portion 131, weight portions 132 (132a to 132e), and block lower layer portions 134a to 134j are formed on the silicon substrate 130. In the silicon substrate 130, the frame portion 131 and the weight portion 132 (132a to 132e) can be formed by forming an opening by etching the semiconductor substrate W. The height of the weight portion 132 (in the Z-axis direction in FIG. 2B) is made lower than the height of the frame portion 131. This is because a gap corresponding to the measurement range is secured between the weight part 132 and the second substrate 150 and the weight part 132 can be displaced. In addition, the block lower layer parts 134a-134j are formed away from the frame part 131, the weight part 132, and the flexible parts 113a-113e.

フレーム部131は、外周が略正方形、内周が錘部132の形状に応じた多角形の枠形状の基板であり、シリコン膜110のフレーム部111と対応した形状を有する。フレーム部131は、BOX層120aを介してフレーム部111に接合されており、フレーム部111と一体化されている。   The frame part 131 is a polygonal frame-shaped substrate whose outer periphery is substantially square and whose inner periphery corresponds to the shape of the weight part 132, and has a shape corresponding to the frame part 111 of the silicon film 110. The frame part 131 is joined to the frame part 111 via the BOX layer 120 a and is integrated with the frame part 111.

錘部132は、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。錘部132は、略直方体形状の錘部132a〜132eに区分される。中心に配置された錘部132aには、4方向から錘部132b〜132eが接続され、全体として一体的に変位(移動、回転)することが可能となっている。即ち、錘部132aは、錘部132b〜132eを接続する接続部として機能する。錘部132は、図2(A)を鉛直方向から見た場合に、略クローバー状の形状を有している。   The weight part 132 functions as a weight (action 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. Weight parts 132b to 132e are connected to the weight part 132a arranged 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 weight part 132 has a substantially clover-like shape when FIG. 2A is viewed from the vertical direction.

錘部132a〜132eは、それぞれ錘接合部112a〜112eと対応する略正方形の断面形状(図2(A)のX−Y座標平面から見た形状)を有する。錘部132a〜132eは、BOX層120bを介して錘接合部112a〜112eと接合される。錘部132a〜132eに加わった力に応じて錘接合部112が変位し、その結果、物理量の測定が可能となる。   The weight parts 132a to 132e have substantially square cross-sectional shapes (shapes seen from the XY coordinate plane in FIG. 2A) corresponding to the weight joint parts 112a to 112e, respectively. The weight parts 132a to 132e are joined to the weight joint parts 112a to 112e via the BOX layer 120b. The weight joint 112 is displaced according to the force applied to the weights 132a to 132e, and as a result, the physical quantity can be measured.

錘部132を錘部132a〜132として構成している理由は、物理量センサ100の小型化と高感度化の両立を図るためである。物理量センサ100を小型化(小容量化)すると、錘部132の容量も小さくなり、その質量が小さくなることから、物理量に対する感度も低下する。可撓部113a〜113dの撓みを阻害しないように錘部132b〜132eを分散配置することで、錘部132全体としての質量を確保している。この結果、物理量センサ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 as the weight parts 132a to 132 is to achieve both miniaturization and high sensitivity of the physical quantity sensor 100. When the physical quantity sensor 100 is downsized (capacity reduction), the capacity of the weight portion 132 is also reduced and the mass thereof is reduced, so that the sensitivity to the physical quantity is also reduced. The weights 132b to 132e are distributed and arranged so as not to hinder the bending of the flexible parts 113a to 113d, thereby securing the mass of the weight part 132 as a whole. As a result, the physical quantity sensor 100 can be both reduced in size and increased in sensitivity.

錘部132aの下面(第2基板150の上面に対向する面)は、後述する駆動用電極Eとして機能する。この錘部132aの下面は、第2基板150の上面に設置された後述する駆動用電極151a(図3(B)参照)との間に印加された電圧によって錘接合部112a〜112eをZ軸方向に振動させる。なお、この駆動の詳細については後述する。   The lower surface of the weight portion 132a (the surface facing the upper surface of the second substrate 150) functions as a driving electrode E described later. The lower surface of the weight portion 132a is configured such that the weight joint portions 112a to 112e are Z-axised by a voltage applied to a driving electrode 151a (described later with reference to FIG. 3B) installed on the upper surface of the second substrate 150. Vibrate in the direction. Details of this drive will be described later.

錘部132b〜132eのそれぞれの下面は、錘接合部112b〜112eのX軸およびY軸方向の変位を検出する後述する検出用電極としてそれぞれ機能する。これらの錘部132b〜132eの裏面の検出用電極は、第2基板150の上面に設置された後述する検出用電極151b〜151e(図3(B)参照)とそれぞれ容量性結合する。なお、錘部132b〜132eと検出用電極151b〜151eにそれぞれ付した符号のアルファベット部分(b〜e)は、それぞれ相互の位置関係に対応させて同様の順序で付している。この検出の詳細については後述する。   The lower surfaces of the weight portions 132b to 132e function as detection electrodes to be described later that detect displacements in the X-axis and Y-axis directions of the weight joint portions 112b to 112e. The detection electrodes on the back surfaces of these weight portions 132b to 132e are capacitively coupled to detection electrodes 151b to 151e (see FIG. 3B), which will be described later, installed on the upper surface of the second substrate 150, respectively. In addition, the alphabet part (b-e) of the code | symbol attached | subjected to the weight parts 132b-132e and the detection electrodes 151b-151e, respectively is attached | subjected in the same order corresponding to the mutual positional relationship. Details of this detection will be described later.

図2(B)及び(C)に示すBOX層120は、フレーム部111とフレーム部131とを接続するBOX層120aと、錘接合部112a〜112eと錘部132a〜132eを接続するBOX層120bと、ブロック上層部114a〜114jとブロック下層部134a〜134jを接続するBOX層120cと、により構成される。BOX層120は、図2(B)及び(C)に示す部分以外の部分では、シリコン膜110及びシリコン基板130とは接続されていない。   The BOX layer 120 shown in FIGS. 2B and 2C includes a BOX layer 120a that connects the frame portion 111 and the frame portion 131, and a BOX layer 120b that connects the weight joint portions 112a to 112e and the weight portions 132a to 132e. And the BOX layer 120c connecting the block upper layer portions 114a to 114j and the block lower layer portions 134a to 134j. The BOX layer 120 is not connected to the silicon film 110 and the silicon substrate 130 at portions other than the portions shown in FIGS.

ブロック下層部134a〜134jは、それぞれブロック上層部114a〜114jと対応する略正方形の断面形状を有し、BOX層120cによりブロック上層部114a〜114jと接合される。ブロック上層部114a〜114j及びブロック下層部134a〜134jを接合したブロックは、それぞれ駆動用電極141a及び検出用電極141b〜141eと、後述する駆動用電極151a及び検出用電極151b〜151eに電源を供給するための配線の用途で用いられる。   The block lower layer portions 134a to 134j have substantially square cross-sectional shapes corresponding to the block upper layer portions 114a to 114j, respectively, and are joined to the block upper layer portions 114a to 114j by the BOX layer 120c. The block obtained by joining the block upper layer portions 114a to 114j and the block lower layer portions 134a to 134j supplies power to the drive electrode 141a and the detection electrodes 141b to 141e, and the drive electrode 151a and the detection electrodes 151b to 151e described later, respectively. It is used for wiring purposes.

また、図2(A)〜(C)に示すシリコン膜110のフレーム部111の一部及びブロック上層部114a〜114jの各中央部と、BOX層120bの一部及びBOX層120cの各中央部には、第1基板140とシリコン基板130とを必要な部分で導通させるため導通部160が形成されている。導通部160は、第1基板140とシリコン基板130とを導通させるものであり、シリコン膜110のフレーム部111の一部及びブロック上層部114a〜114jと、BOX層120bの一部及びBOX層120cを貫通して形成されている。導通部160は、例えば、テーパー形状の貫通孔内に金属層を配置して構成されている。これらの導通部160は、後述する第1基板140に形成された配線用端子T1〜T11の各形成位置に合わせて形成されている。なお、導通部160は活性層の上面に形成されないことが好ましい。   2A to 2C, a part of the frame part 111 and the central parts of the block upper layer parts 114a to 114j, a part of the BOX layer 120b, and the central parts of the BOX layer 120c. A conductive portion 160 is formed to connect the first substrate 140 and the silicon substrate 130 at necessary portions. The conducting part 160 conducts the first substrate 140 and the silicon substrate 130, and part of the frame part 111 and block upper layer parts 114a to 114j of the silicon film 110, part of the BOX layer 120b and BOX layer 120c. Is formed. The conducting part 160 is configured by arranging a metal layer in a tapered through hole, for example. These conducting portions 160 are formed in accordance with the formation positions of wiring terminals T1 to T11 formed on the first substrate 140 described later. It is preferable that the conduction part 160 is not formed on the upper surface of the active layer.

次に、図3を参照して第1、第2基板140、150について説明する。図3(A)は第1基板140をZ正方向から透視した平面図である。第1基板140の下面(シリコン膜110と対向する側)には駆動電極141aと検出電極141b〜eが配置されている。駆動電極141aは配線L1を通じて配線用端子T1と電気的に接続されている。検出電極141b〜eは配線L3〜L6を通じて配線用端子T3〜T6と電気的に接続されている。なお、添え字の番号は対応している。なお、配線L1,L3〜L6と配線用端子T1,T3〜T6にそれぞれ付した符号の数字部分(1,3〜6)は、それぞれ相互の位置関係に対応させて同様の順序で付している。このように、駆動電極141aと検出電極141b〜eからの電気信号を外部に取り出すことが可能である。   Next, the first and second substrates 140 and 150 will be described with reference to FIG. FIG. 3A is a plan view of the first substrate 140 seen through from the positive Z direction. A drive electrode 141a and detection electrodes 141b to 141e are disposed on the lower surface of the first substrate 140 (the side facing the silicon film 110). The drive electrode 141a is electrically connected to the wiring terminal T1 through the wiring L1. The detection electrodes 141b to e are electrically connected to the wiring terminals T3 to T6 through the wirings L3 to L6. The subscript numbers correspond to each other. The numerical portions (1, 3 to 6) of the reference numerals attached to the wirings L1, L3 to L6 and the wiring terminals T1, T3 to T6 are attached in the same order corresponding to the mutual positional relationship. Yes. In this way, it is possible to take out electrical signals from the drive electrode 141a and the detection electrodes 141b to e.

図3(B)はZ正方向からみた第2基板150の平面図である。第2基板150の上面(シリコン基板130と対向する側)には駆動電極151aと検出電極151b〜eが配置されている。駆動電極151aは配線L2を通じて配線用端子T2と電気的に接続されている。検出電極151b〜eは配線L7〜L10を通じて配線用端子T7〜T10と電気的に接続されている。ここでは詳細を図示しないが、配線L1〜L10は、ブロック部と第1基板または第2基板との間に介在された状態にある。このようにして、駆動電極151aと検出電極151b〜eからの電気信号を外部に取り出すことが可能である。なお、配線L2,L7〜L10と配線用端子T2,T7〜T10にそれぞれ付した符号の数字部分(2,7〜10)は、それぞれ相互の位置関係に対応させて同様の順序で付している。   FIG. 3B is a plan view of the second substrate 150 viewed from the positive Z direction. A drive electrode 151a and detection electrodes 151b to 151e are disposed on the upper surface of the second substrate 150 (the side facing the silicon substrate 130). The drive electrode 151a is electrically connected to the wiring terminal T2 through the wiring L2. The detection electrodes 151b to 151e are electrically connected to the wiring terminals T7 to T10 through the wirings L7 to L10. Although details are not shown here, the wirings L1 to L10 are in a state of being interposed between the block portion and the first substrate or the second substrate. In this way, it is possible to take out electrical signals from the drive electrode 151a and the detection electrodes 151b to 151e. The numerical portions (2, 7 to 10) of the reference numerals attached to the wirings L2 and L7 to L10 and the wiring terminals T2 and T7 to T10 are attached in the same order corresponding to the mutual positional relationship. Yes.

以上の図2及び図3に示した構成により、物理量センサ100の外部(C−V変換回路など)と駆動用電極141a,151a、検出用電極141b〜141e,151b〜151eへの電気的接続を可能としている。   With the configuration shown in FIGS. 2 and 3 above, electrical connection to the outside of the physical quantity sensor 100 (CV conversion circuit or the like) and the drive electrodes 141a and 151a and the detection electrodes 141b to 141e and 151b to 151e is established. It is possible.

駆動用電極、検出用電極、および配線の全体あるいは一部には、例えば、第1の導電性材料を含む第1導電層を下層とし、第1の導電性材料より高融点の第2の導電性材料を含む第2導電層を上層とする2層構造を用いることができる。   For example, the driving electrode, the detection electrode, and all or part of the wiring are, for example, a first conductive layer containing a first conductive material as a lower layer, and a second conductive having a melting point higher than that of the first conductive material. A two-layer structure in which the second conductive layer containing a conductive material is an upper layer can be used.

また、図3(B)に示す第2基板150の上面側には、気体吸収物質を含むゲッタ201(気体吸収部材)と、気体圧力を調整する物質を含むダミー電極202(気体圧力調整部材)と、が配置されている。ゲッタ201は、例えば、ジルコニウムZr等の水や酸素を吸収する物質を用いることができる。このゲッタ201は、加熱することにより接合された半導体基板W、第1基板140及び第2基板150の封止空間内に残留する酸素分子又は水分子と化学反応して吸収し、封止空間内の真空度を向上させる。   Further, on the upper surface side of the second substrate 150 shown in FIG. 3B, a getter 201 (gas absorbing member) containing a gas absorbing substance and a dummy electrode 202 (gas pressure adjusting member) containing a substance for adjusting the gas pressure are provided. And are arranged. For the getter 201, for example, a substance that absorbs water or oxygen, such as zirconium Zr, can be used. This getter 201 chemically absorbs and absorbs oxygen molecules or water molecules remaining in the sealed space of the semiconductor substrate W, the first substrate 140, and the second substrate 150 bonded by heating, and is absorbed in the sealed space. Improve the degree of vacuum.

なお、ゲッタ201を形成するための材料としては、加熱することにより酸素分子又は水分子と化学反応して吸収する金属であればよく、例えば、チタンTi、バナジウムV、鉄Fe、ニッケルNi、ジルコニウムZr、あるいはこれらを含む合金であってもよい。また、加熱する温度は、例えば、100℃以上であることが望ましいが、駆動用電極141a,151a、検出用電極141b〜141e,151b〜154e等の金属薄膜により形成されたパターンが損傷する温度よりも低い温度であることが望ましい。例えば、駆動用電極141a,151a、検出用電極141b〜141e,151b〜154eがアルミニウムAlにより形成されている場合は、400℃以下であることが望ましい。   Note that the material for forming the getter 201 may be any metal that can absorb and react with oxygen molecules or water molecules by heating, such as titanium Ti, vanadium V, iron Fe, nickel Ni, zirconium. Zr or an alloy containing these may be used. The heating temperature is desirably 100 ° C. or higher, for example, but is higher than the temperature at which the pattern formed by the metal thin film such as the driving electrodes 141a and 151a, the detection electrodes 141b to 141e, and 151b to 154e is damaged. It is desirable that the temperature be lower. For example, when the drive electrodes 141a and 151a and the detection electrodes 141b to 141e and 151b to 154e are formed of aluminum Al, the temperature is desirably 400 ° C. or lower.

ダミー電極202は、第1の導電性材料を含む第1導電層を下層とし、第1の導電性材料より高融点であり、かつ吸着した気体をアニール温度(加熱温度)より高い温度で放出する第2の導電性材料を含む第2導電層を上層とする2層構造を用いる。このダミー電極202は、封止空間内の気体圧力を制御するために設けたものであり、その形成時の面積と、アニール温度及びアニール時間を調整することにより、封止空間内の気体圧力を制御することを可能にするものである。なお、この詳細は後述する。   The dummy electrode 202 has the first conductive layer containing the first conductive material as a lower layer, has a higher melting point than the first conductive material, and releases the adsorbed gas at a temperature higher than the annealing temperature (heating temperature). A two-layer structure having a second conductive layer containing a second conductive material as an upper layer is used. The dummy electrode 202 is provided to control the gas pressure in the sealed space, and the gas pressure in the sealed space is adjusted by adjusting the area during formation, the annealing temperature, and the annealing time. It is possible to control. Details of this will be described later.

<物理量センサの動作>
上述したように、この物理量センサ100では、錘接合部112と錘部132(132a〜132e)が一体形成された錘部が、フレーム部111から延びる可撓部113により支持され、第1基板140、第2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 physical quantity sensor>
As described above, in the physical quantity sensor 100, the weight portion in which the weight joint portion 112 and the weight portions 132 (132 a to 132 e) are integrally formed is supported by the flexible portion 113 extending from the frame portion 111, and the first substrate 140. The second substrate 150 and the semiconductor substrate W are configured to be displaceable within a space.

物理量センサ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錘部132の変位を検出すればよい。加速度は、錘接合部112および錘部132と検出電極とで形成した容量素子の静電容量変化により、錘部(錘接合部112と錘部132の接合体)の変位を検出する。X、Y軸方向の加速度は錘部の傾き、Z軸方向の加速度はZ軸方向に沿った錘部の変位を検出することで検出可能である。   When the physical quantity sensor 100 is used as an acceleration sensor, it is only necessary to detect the displacement of the weight part 132 caused by the action of acceleration. The acceleration detects the displacement of the weight part (the joined body of the weight joint part 112 and the weight part 132) based on the capacitance change of the capacitive element formed by the weight joint part 112, the weight part 132, and the detection electrode. The acceleration in the X and Y axis directions can be detected by detecting the inclination of the weight portion, and the acceleration in the Z axis direction can be detected by detecting the displacement of the weight portion along the Z axis direction.

物理量センサ100を角速度センサとして用いる場合は、錘部132を駆動用電極141a,151a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錘部132の変位を検出すればよい。例えば、錘部132がZ軸方向に速度vzで移動しているときに角速度ωが印加されると錘部132にコリオリ力Fが作用する。具体的には、X軸方向の角速度ωxおよびY軸方向の角速度ωyそれぞれに応じて、Y軸方向のコリオリ力Fy(=2・m・vz・ωx)およびX軸方向のコリオリ力Fx(=2・m・vz・ωy)が錘部132に作用する(mは、錘部132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、錘接合部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によって錘接合部112にY方向、X方向の傾き(変位)が生じる。したがって、錘部132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。物理量センサ100においては、各軸方向成分の角速度の値を、錘部132と各電極との間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 physical quantity sensor 100 is used as an angular velocity sensor, the weight portion 132 is caused to vibrate up and down by the drive electrodes 141a and 151a (generally, an alternating voltage is applied to make a single vibration), and the weight portion 132 generated due to the action of the angular velocity. What is necessary is just to detect the displacement of. For example, if the angular velocity ω is applied when the weight part 132 is moving in the Z-axis direction at the speed vz, the Coriolis force F acts on the weight part 132. Specifically, according to the angular velocity ωx in the X-axis direction and the angular velocity ωy in the Y-axis direction, the Coriolis force Fy (= 2 · m · vz · ωx) in the Y-axis direction and the Coriolis force Fx (= 2 · m · vz · ωy) acts on the weight portion 132 (m is the mass of the weight portion 132). When the Coriolis force Fy due to the angular velocity ωx in the X-axis direction is applied, an inclination in the Y direction occurs at the weight joint 112. As described above, the weight joint 112 is inclined (displaced) in the Y direction and the X direction by the Coriolis forces Fy and Fx caused by the angular velocities ωx and ωy. Therefore, by detecting the displacement of the weight portion 132 in each axial direction, the value of the angular velocity of each axial component can be obtained. In the physical quantity 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 between the weight part 132 and each electrode.

駆動用電極間に電圧を印加すると、クーロン力によって駆動用電極が互いに引き合い、錘部(錘接合部112と錘部132)はZ軸正方向に変位する。また、駆動用電極間に電圧を印加すると、クーロン力によって駆動用電極が互いに引き合い、錘接合部112(錘部132も)はZ軸負方向に変位する。即ち、上下の駆動用電極に電圧印加を交互に行うことで、錘接合部112(錘部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。錘接合部112の振動の周期は電圧を切り換える周期で決定される。この切換の周期は錘接合部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。錘部の固有振動数は、可撓部113の弾性力や錘部132の質量等で決定される。錘部132に加えられる振動の周期が固有振動数に対応しないと、錘部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、駆動用電極間、又は駆動用電極間のいずれか一方のみに、錘部の固有振動数の1/2の周波数の交流電圧を印加してもよい。   When a voltage is applied between the driving electrodes, the driving electrodes are attracted to each other by the Coulomb force, and the weight portions (the weight joint portion 112 and the weight portion 132) are displaced in the positive direction of the Z axis. Further, when a voltage is applied between the driving electrodes, the driving electrodes are attracted to each other by the Coulomb force, and the weight joint 112 (also the weight 132) is displaced in the Z-axis negative direction. That is, by alternately applying a voltage to the upper and lower drive electrodes, the weight joint 112 (also the weight 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 weight joint 112 is determined by the period for switching the voltage. This switching cycle is preferably close to the natural frequency of the weight joint 112 to some extent. The natural frequency of the weight portion is determined by the elastic force of the flexible portion 113, the mass of the weight portion 132, and the like. If the period of vibration applied to the weight part 132 does not correspond to the natural frequency, the energy of vibration applied to the weight part is diverged and energy efficiency is reduced. Note that an AC voltage having a frequency half that of the natural frequency of the weight portion may be applied only to either the driving electrodes or between the driving electrodes.

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桁以上低い周波数であるため、外部の信号処理回路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回路で処理し、その処理後の各信号を検出することで、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。すなわち、1つのセンサ素子である物理量センサ100を用いることにより、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、物理量センサ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。本実施の形態に記載した物理量センサ100は、3軸(X,Y,Z)方向の加速度と、2軸まわり(X,Y)の角速度を検出することができる。なお、3軸方向の加速度を検出する場合には、前述の駆動用電極141a,151aはZ軸方向の加速度を検出する検出用電極として機能するものとする。   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. In other words, the acceleration and angular velocity are processed by the filter circuit for the low frequency component (or bias component) and the signal following the vibration frequency by the signal processing circuit provided outside, and each signal after the processing is detected. It is possible to detect the acceleration in the triaxial (X, Y, Z) direction and the angular velocity in the biaxial (X, Y) direction. That is, by using the physical quantity sensor 100 as one sensor element, it is possible to detect the acceleration in the triaxial (X, Y, Z) direction and the angular velocity in the biaxial (X, Y) direction. Further, the physical quantity sensor 100 can be used as a sensor that detects only acceleration / angular velocity. The physical quantity sensor 100 described in the present embodiment can detect the acceleration in the three-axis (X, Y, Z) direction and the angular velocity around the two axes (X, Y). When detecting acceleration in the three-axis direction, the drive electrodes 141a and 151a described above function as detection electrodes for detecting acceleration in the Z-axis direction.

<物理量センサの製造方法>
以下、物理量センサ100の製造方法について図4(A)〜(D)と図5(A)〜(C)を参照しながら説明する。なお、図4(A)〜(D)と図5(A)〜(C)は、図2(A)に示したC−C線から見た断面に基づいて各製造工程を示している。
<Method of manufacturing physical quantity sensor>
Hereinafter, the manufacturing method of the physical quantity sensor 100 will be described with reference to FIGS. 4 (A) to (D) and FIGS. 5 (A) to (C). 4 (A) to 4 (D) and FIGS. 5 (A) to 5 (C) show the respective manufacturing steps based on the cross section viewed from the line CC shown in FIG. 2 (A).

(1)半導体基板Wの準備(図4(A)参照)
シリコン膜110、BOX層120、シリコン基板130を積層してなる半導体基板W(SOI基板)を用意する。上述したように、シリコン膜110は、フレーム部111、錘接合部112、可撓部113、およびブロック上層部114を構成する層である。BOX層120は、シリコン膜110とシリコン基板130とを接合する層であり、かつエッチングストッパ層として機能する層である。シリコン基板130は、フレーム部131、錘部132、およびブロック下層部134を構成する層である。半導体基板Wは、SIMOXないし、貼り合せ法等により作成される。
(1) Preparation of semiconductor substrate W (see FIG. 4A)
A semiconductor substrate W (SOI substrate) formed by stacking a silicon film 110, a BOX layer 120, and a silicon substrate 130 is prepared. As described above, the silicon film 110 is a layer constituting the frame portion 111, the weight joint portion 112, the flexible portion 113, and the block upper layer portion 114. The BOX layer 120 is a layer that joins the silicon film 110 and the silicon substrate 130 and functions as an etching stopper layer. The silicon substrate 130 is a layer constituting the frame part 131, the weight part 132, and the block lower layer part 134. The semiconductor substrate W is produced by SIMOX or a bonding method.

(2)シリコン膜110の加工(図4(B)参照)
フレーム部111、錘接合部112a〜112e、可撓部113a〜113d、ブロック上層部114a〜114jを加工するためのマスクを形成し、該マスクを介してシリコン膜110をエッチングすることにより、フレーム部111と、錘接合部112a〜112e及び可撓部113a〜113dを形成する位置に凹部170を形成する。エッチング方法として、RIE(Reactive Ion Etching)法を用いることができる。
(2) Processing of silicon film 110 (see FIG. 4B)
By forming a mask for processing the frame portion 111, the weight joint portions 112a to 112e, the flexible portions 113a to 113d, and the block upper layer portions 114a to 114j, and etching the silicon film 110 through the mask, the frame portion 111, and a concave portion 170 is formed at a position where the weight joint portions 112a to 112e and the flexible portions 113a to 113d are formed. As an etching method, a RIE (Reactive Ion Etching) method can be used.

(3)シリコン膜110とBOX層120の加工(図4(C)参照)
所定のマスクが形成されたシリコン膜110とBOX層120をエッチングすることにより、錘接合部112a〜112e、可撓部113a〜113d、ブロック上層部114a〜114j及び導通部160それぞれの加工位置を決める開口を形成し、シリコン膜110とBOX層120に錘接合部112a〜112eと、可撓部113a〜113dと、ブロック上層部114a〜114jと、導通部160に対応する開口161を形成する。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。この場合、酸化シリコンとシリコンとでエッチング選択性を有するエッチング材料を用いればよい。例えば、エッチング段階では、SFガス、およびOガスの混合ガスを、デポジション段階では、Cガスを用いることが考えられる。続いて、シリコン膜110とBOX層120aを貫通する開口161に対して、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を形成する。シリコン膜110の上面に堆積した不要な金属層(導通部160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。なお、図4(C)では、フレーム部111と錘接合部112aの加工された断面を示している。
(3) Processing of the silicon film 110 and the BOX layer 120 (see FIG. 4C)
By etching the silicon film 110 and the BOX layer 120 on which a predetermined mask is formed, the processing positions of the weight junction portions 112a to 112e, the flexible portions 113a to 113d, the block upper layer portions 114a to 114j, and the conduction portion 160 are determined. An opening is formed, and weight junction portions 112a to 112e, flexible portions 113a to 113d, block upper layer portions 114a to 114j, and an opening 161 corresponding to the conductive portion 160 are formed in the silicon film 110 and the BOX layer 120. As 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 dug hole can be repeated alternately, allowing erosion to proceed almost only in the thickness direction. Become. In this case, an etching material having etching selectivity between silicon oxide and silicon may be used. For example, a mixed gas of SF 6 gas and O 2 gas may be used in the etching stage, and C 4 F 8 gas may be used in the deposition stage. Subsequently, for example, Al is deposited by an evaporation method, a sputtering method, or the like in the opening 161 penetrating the silicon film 110 and the BOX layer 120a, thereby forming the conductive portion 160. Unnecessary metal layers deposited on the upper surface of the silicon film 110 (metal layers outside the upper edge (not shown) of the conductive portion 160) are removed by etching. In FIG. 4C, a processed cross section of the frame portion 111 and the weight joint portion 112a is shown.

(4)第1基板140の接合(図4(D)参照)
第1基板140の接合は、以下の1)〜3)に示す工程により行われる。
(4) Joining the first substrate 140 (see FIG. 4D)
The bonding of the first substrate 140 is performed by the following steps 1) to 3).

1)第1基板140の作成
第1基板140は、ガラス材料、半導体、金属材料、絶縁性樹脂材料のいずれかより構成される。第1基板140としてガラス材料を用いる場合について説明する。可動イオンを含むガラス基板(例えばパイレックス(登録商標)ガラス)を用いる。第1基板140のシリコン膜110との対向面の錘接合部112a〜112eにそれぞれ対向する位置に駆動用電極141a、検出用電極141b〜141e、及び配線L1,L3〜L6を、例えば、Alからなるパターンによって形成する(図3(A)参照)。また、第1基板140をエッチングあるいはサンドブラストにより、配線用端子T1〜T11を形成するための上広の錐状貫通孔171を11個形成する(図4(D)、図3(A)参照)。なお、図4(D)では、配線用端子T1が形成された断面を示している。
1) Creation of the 1st board | substrate 140 The 1st board | substrate 140 is comprised from either a glass material, a semiconductor, a metal material, and an insulating resin material. A case where a glass material is used as the first substrate 140 will be described. A glass substrate containing movable ions (for example, Pyrex (registered trademark) glass) is used. The driving electrode 141a, the detection electrodes 141b to 141e, and the wirings L1 and L3 to L6 are made of Al, for example, at positions facing the weight junctions 112a to 112e on the surface of the first substrate 140 facing the silicon film 110, respectively. (See FIG. 3A). Further, eleven wide conical through holes 171 for forming wiring terminals T1 to T11 are formed by etching or sandblasting the first substrate 140 (see FIGS. 4D and 3A). . FIG. 4D shows a cross section in which the wiring terminal T1 is formed.

上述のように、駆動用電極141a検出用電極141b〜141e、および配線L1,L3〜L6は、2層構造(第1導電層、第2導電層)とすることができる。また、全体を2層構造とせずに、その一部を2層構造とする構成であってもよい。駆動用電極141aと検出用電極141b〜141eを2層構造とすることで、エッチングの際に駆動用電極141aと検出用電極141b〜141eがエッチングガスにより劣化することを抑制できる。これら第1、第2導電層はいずれもスパッタ法を用いて形成できる。なお、第1導電層として、金Au、プラチナPt等を使用する場合には、第2基板150の上面との間に密着膜(金Auの場合は銅Cu、プラチナPtの場合はチタンTi)を付加することが好ましい。   As described above, the drive electrode 141a detection electrodes 141b to 141e and the wirings L1, L3 to L6 can have a two-layer structure (first conductive layer and second conductive layer). Further, a configuration in which a part thereof has a two-layer structure instead of a two-layer structure may be adopted. When the driving electrode 141a and the detection electrodes 141b to 141e have a two-layer structure, it is possible to prevent the driving electrode 141a and the detection electrodes 141b to 141e from being deteriorated by an etching gas during etching. These first and second conductive layers can both be formed by sputtering. When gold Au, platinum Pt or the like is used as the first conductive layer, an adhesion film (copper Cu in the case of gold Au, titanium Ti in the case of platinum Pt) between the upper surface of the second substrate 150 is used. It is preferable to add.

2)半導体基板Wと第1基板140の接合
第1基板140と半導体基板Wとを、陽極接合により接合する(図4(D)参照)。可動部を形成する前に、第1基板140を陽極接合しているので、半導体基板Wと第1基板140の陽極接合時に静電引力が発生しても錘接合部112a〜112eは第1基板140側に引き寄せられることはない。
2) Bonding of Semiconductor Substrate W and First Substrate 140 The first substrate 140 and the semiconductor substrate W are bonded by anodic bonding (see FIG. 4D). Since the first substrate 140 is anodically bonded before the movable portion is formed, the weight bonded portions 112a to 112e are not affected by the first substrate even if electrostatic attraction occurs during the anodic bonding of the semiconductor substrate W and the first substrate 140. It is not attracted to the 140 side.

3)配線用端子T1〜T11の形成
第1基板140の上面及び錐状貫通孔171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T1〜T11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(図3(A)参照)。配線用端子T1〜T11は、半導体基板Wとの接合前に形成しておいてもよい。
3) Formation of wiring terminals T1 to T11 In the upper surface of the first substrate 140 and the conical through hole 171, for example, a metal layer is formed in the order of a Cr layer and an Au layer by vapor deposition or sputtering. Unnecessary metal layers (metal layers outside the top edges of the wiring terminals T1 to T11) are removed by etching to form wiring terminals T1 to T11 (see FIG. 3A). The wiring terminals T1 to T11 may be formed before bonding to the semiconductor substrate W.

(5)シリコン基板130の加工(図5(A)参照)
シリコン基板130の第2基板150との対向面の、フレーム部131、錘部132a〜132e及びブロック下層部134a〜134jの形成位置と、ゲッタ201及びダミー電極202の配置位置に対応する領域をエッチングすることにより凹部180を形成する。エッチング方法として、RIE(Reactive Ion Etching)法を用いることができる。
(5) Processing of silicon substrate 130 (see FIG. 5A)
Etching the area corresponding to the position where the frame part 131, the weight parts 132a to 132e and the block lower layer parts 134a to 134j are formed and the position where the getter 201 and the dummy electrode 202 are arranged on the surface of the silicon substrate 130 facing the second substrate 150. By doing so, the recess 180 is formed. As an etching method, a RIE (Reactive Ion Etching) method can be used.

(6)シリコン基板130の加工(図5(B)参照)
フレーム部131、錘部132a〜132e、ブロック下層部134a〜134jを加工するためのマスクを形成し、該マスクを介してシリコン基板130をエッチングすることにより、フレーム部111と、錘接合部112a〜112e及び可撓部113a〜113dに対応する開口181を形成する。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。なお、図5(B)では、フレーム部131と錘部132aの加工された断面を示している。
(6) Processing of silicon substrate 130 (see FIG. 5B)
A mask for processing the frame part 131, the weight parts 132a to 132e, and the block lower layer parts 134a to 134j is formed, and the silicon substrate 130 is etched through the mask, whereby the frame part 111 and the weight joint parts 112a to 112a. An opening 181 corresponding to 112e and the flexible portions 113a to 113d is formed. As an etching method, an etching method called DRIE (Deep Reactive Ion Etching) can be used. FIG. 5B shows a processed cross section of the frame portion 131 and the weight portion 132a.

(7)第2基板150の接合(図5(C)参照)
第2基板150の接合は、以下の1)〜2)に示す工程により行われる。
(7) Joining the second substrate 150 (see FIG. 5C)
The bonding of the second substrate 150 is performed by the following steps 1) to 2).

1)第2基板150の作成
第2基板150としては、前述した第1基板140と略同様の材料を用いることができる。本実施の形態では、第2基板150としてガラス基板を用いた場合について説明する。可動イオンを含むガラス基板の錘部132a〜132eにそれぞれ対向する位置に、駆動用電極151a、検出用電極151b〜151e、及び配線L2,L7〜L10を、例えば、アルミニウムAl等からなるパターンによって形成する(図3(B)参照)。また、図3(B)に示した位置にゲッタ201を、例えば、アルミニウムAl等からなるパターンによって形成するとともに、図3(B)に示した位置にダミー電極202を2層構造としてパターンによって形成する。
1) Creation of the second substrate 150 As the second substrate 150, substantially the same material as the first substrate 140 described above can be used. In this embodiment, the case where a glass substrate is used as the second substrate 150 will be described. The driving electrode 151a, the detection electrodes 151b to 151e, and the wirings L2 and L7 to L10 are formed, for example, in a pattern made of aluminum Al or the like at positions facing the weight portions 132a to 132e of the glass substrate containing movable ions. (See FIG. 3B). Further, the getter 201 is formed by a pattern made of, for example, aluminum Al at the position shown in FIG. 3B, and the dummy electrode 202 is formed by a pattern as a two-layer structure at the position shown in FIG. 3B. To do.

上述のように、駆動用電極151aと検出用電極151b〜151eは、2層構造(第1導電層、第2導電層)を用いることができる。配線L2,L7〜L10は、第1導電層を用いた構造であればよく、その一部を第1導電層の上に第2導電層を有する構成としてもよい。駆動用電極151aと検出用電極151b〜151eを2層構造とすることで、エッチングの際に駆動用電極151aと検出用電極151b〜151eがエッチングガスにより劣化することを抑制できる。これら第1、第2導電層はいずれもスパッタ法を用いて形成できる。なお、第1導電層として、金Au、プラチナPt等を使用する場合には、第2基板150の上面との間に密着膜(金Auの場合は銅Cu、プラチナPtの場合はチタンTi)を付加することが好ましい。   As described above, the driving electrode 151a and the detection electrodes 151b to 151e can have a two-layer structure (a first conductive layer and a second conductive layer). The wirings L2, L7 to L10 may have a structure using the first conductive layer, and a part of the wirings may have a second conductive layer on the first conductive layer. By making the driving electrode 151a and the detection electrodes 151b to 151e have a two-layer structure, it is possible to suppress the deterioration of the driving electrode 151a and the detection electrodes 151b to 151e due to the etching gas during etching. These first and second conductive layers can both be formed by sputtering. When gold Au, platinum Pt or the like is used as the first conductive layer, an adhesion film (copper Cu in the case of gold Au, titanium Ti in the case of platinum Pt) between the upper surface of the second substrate 150 is used. It is preferable to add.

2)半導体基板Wと第2基板150の接合
第2基板150と半導体基板Wとを、陽極接合により接合する。図5(C)は、半導体基板Wと第2基板150を接合した状態を示す。
2) Bonding of the semiconductor substrate W and the second substrate 150 The second substrate 150 and the semiconductor substrate W are bonded by anodic bonding. FIG. 5C shows a state where the semiconductor substrate W and the second substrate 150 are bonded.

(8)半導体基板W、第1基板140、第2基板150のダイシング
例えば、450℃のアニール処理によりゲッタ201を活性化して封止空間内に残留した酸素分子や水分子を吸収させ後、互いに接合された半導体基板W、第1基板140、及び第2基板150をダイシングソー等で切断し、個々の物理量センサ100に分離する。以上のように物理量センサ100が製造できる。なお、駆動用電極151aと検出用電極151b〜151eを2層構造とした場合、これらの電極群からはアニール処理中の加熱温度により吸着されたスパッタガス(例えば、Arガス)が放出される。この積層電極による気体放出現象の詳細については、後述する。
(8) Dicing of the semiconductor substrate W, the first substrate 140, and the second substrate 150 For example, after the getter 201 is activated by annealing at 450 ° C. to absorb oxygen molecules and water molecules remaining in the sealed space, The bonded semiconductor substrate W, first substrate 140, and second substrate 150 are cut with a dicing saw or the like and separated into individual physical quantity sensors 100. The physical quantity sensor 100 can be manufactured as described above. When the driving electrode 151a and the detection electrodes 151b to 151e have a two-layer structure, a sputtering gas (for example, Ar gas) adsorbed by the heating temperature during the annealing process is released from these electrode groups. Details of the gas release phenomenon by the laminated electrode will be described later.

ここで、駆動用電極151a及び検出用電極151b〜151eに2層構造(第1導電層、第2導電層)を用いる理由について説明する。   Here, the reason why a two-layer structure (first conductive layer, second conductive layer) is used for the drive electrode 151a and the detection electrodes 151b to 151e will be described.

駆動用電極151a及び検出用電極151b〜151eに2層構造(第1導電層、第2導電層)を用いることにより、物理量センサ100が封止された後のアニール処理において後述する気体放出現象が発生する。この気体放出現象を利用して、封止空間内の内部圧力を調整することが可能になる。さらに、駆動用電極151a及び検出用電極151b〜151eに2層構造(第1導電層、第2導電層)を用いることにより、以下に説明する「スティッキング」や「ヒロック」等を抑制することが可能になる。半導体基板Wと第2基板150を陽極接合する時には、錘接合部112a〜112eは可撓部113a〜113dにより可動支持されているため、陽極接合時に発生する静電引力により錘部132a〜132eは第2基板150側に引き寄せられる可能性がある。例えば、半導体基板Wと第2基板150とを陽極接合する時に発生する静電引力により錘部132a〜132eが第2基板150に引き寄せられて第2基板150に付着する「スティッキング」という状態が発生する可能性がある。「スティッキング」の有無は、錘部132a〜132eと駆動用電極151a等間の導通を調べることにより確認できる。「スティッキング」が発生していればショート(導通)となり、「スティッキング」が発生していなければオープン(絶縁)となる。   By using a two-layer structure (first conductive layer, second conductive layer) for the drive electrode 151a and the detection electrodes 151b to 151e, a gas release phenomenon, which will be described later, occurs in the annealing process after the physical quantity sensor 100 is sealed. Occur. It is possible to adjust the internal pressure in the sealed space by utilizing this gas release phenomenon. Further, by using a two-layer structure (first conductive layer, second conductive layer) for the drive electrode 151a and the detection electrodes 151b to 151e, “sticking”, “hillock”, etc. described below can be suppressed. It becomes possible. When the semiconductor substrate W and the second substrate 150 are anodic bonded, the weight bonding portions 112a to 112e are movably supported by the flexible portions 113a to 113d, so that the weight portions 132a to 132e are caused by electrostatic attraction generated during anodic bonding. There is a possibility of being drawn toward the second substrate 150 side. For example, a state called “sticking” occurs in which the weights 132 a to 132 e are attracted to the second substrate 150 and adhered to the second substrate 150 by electrostatic attraction generated when the semiconductor substrate W and the second substrate 150 are anodically bonded. there's a possibility that. The presence / absence of “sticking” can be confirmed by examining conduction between the weights 132a to 132e and the driving electrode 151a. If “sticking” has occurred, a short (conduction) occurs, and if “sticking” does not occur, it becomes open (insulation).

また、半導体基板Wと第2基板150とを陽極接合する時に「ヒロック」が発生する可能性がある。この「ヒロック」とは、駆動電極や検出用電極等に発生する、例えば、半球状の突起物である。「ヒロック」の有無は、製品間での特性のばらつき、及び電極間のショートの原因となる。「ヒロック」の有無は、光学顕微鏡で観察することにより確認できる。   In addition, when the semiconductor substrate W and the second substrate 150 are anodically bonded, a “hillock” may occur. The “hillock” is, for example, a hemispherical protrusion generated on the drive electrode, the detection electrode, or the like. The presence / absence of “hillock” causes variations in characteristics between products and causes a short circuit between electrodes. The presence or absence of “hillock” can be confirmed by observing with an optical microscope.

上述の封止空間内の内部圧力を調整し、「スティッキング」及び「ヒロック」を防止するため、駆動用電極151a及び検出用電極151b〜151eとして、上述の第1の導電性材料を含む第1導電層を下層とし、第1の導電性材料より高融点の第2の導電性材料を含む第2導電層を上層とする2層構造(第1導電層、第2導電層)を用いることにした。   In order to adjust the internal pressure in the sealing space and prevent “sticking” and “hillock”, the driving electrode 151a and the detection electrodes 151b to 151e include the first conductive material described above. Using a two-layer structure (first conductive layer, second conductive layer) having a conductive layer as a lower layer and a second conductive layer containing a second conductive material having a melting point higher than that of the first conductive material as an upper layer. did.

ここで、図5(C)に示した駆動用電極151a及び検出用電極151b,151dを2層構造とした例を図6に示す。図6において、駆動用電極151a及び検出用電極151b,151dは、下層電極151a1,151b1,151d1(第1導電層)と、上層電極151a2,151b2,151d2(第2導電層)と、により形成される。下層電極151a1,151b1,151d1を形成する第1の導電性材料と、上層電極151a2,151b2,151d2を形成する第2の導電性材料としては、以下のような組み合わせが好ましい。   Here, FIG. 6 shows an example in which the driving electrode 151a and the detection electrodes 151b and 151d shown in FIG. In FIG. 6, the drive electrode 151a and the detection electrodes 151b and 151d are formed by lower layer electrodes 151a1, 151b1, 151d1 (first conductive layer) and upper layer electrodes 151a2, 151b2, 151d2 (second conductive layer). The As the first conductive material for forming the lower layer electrodes 151a1, 151b1, and 151d1 and the second conductive material for forming the upper layer electrodes 151a2, 151b2, and 151d2, the following combinations are preferable.

(1)下層電極の第1の導電性材料:Al,Al−Cu,Al−Nd,Al−Si,Al−Si−Cu,Pt,Au等
これらの第1の導電性材料は、以下のような条件を有することが好ましい。
・低抵抗であることが好ましい(物理量センサ100の感度に影響)。
・配線L2,L7〜L10と、ブロック下層部134b,134g〜134jの裏面との電気的接続が良好であることが好ましい。具体的には、陽極接合の温度(200℃〜400℃)でブロック下層部134b等の裏面(シリコン等の半導体)とオーミック接続(あるいはオーミック接続とみなせる低抵抗接続)されることが好ましい。
・陽極接合の温度下において、接合圧力により潰れる程度の柔軟性を有することが好ましい。配線L2,L7〜L10は、ブロック下層部134b等の裏面と第2基板150との間に挟まれて、ブロック下層部134b等の裏面と接続される。このとき、配線L2,L7〜L10が変形して、ブロック下層部134b等の裏面と配線L2,L7〜L10の接続箇所の全体が均一に接触することが好ましい。下層電極が変形することで、配線L2,L7〜L10とブロック下層部134b,134g〜134jとの電気的接続の信頼性が高くなる。
(1) The first conductive material of the lower layer electrode: Al, Al—Cu, Al—Nd, Al—Si, Al—Si—Cu, Pt, Au, etc. These first conductive materials are as follows: It is preferable to have various conditions.
-Low resistance is preferable (influence on the sensitivity of the physical quantity sensor 100).
It is preferable that the electrical connection between the wirings L2 and L7 to L10 and the back surfaces of the block lower layer portions 134b and 134g to 134j is good. Specifically, it is preferable to make ohmic connection (or low resistance connection that can be regarded as ohmic connection) to the back surface (semiconductor such as silicon) of the block lower layer part 134b or the like at the temperature of anodic bonding (200 ° C. to 400 ° C.).
-It is preferable that it has the softness | flexibility of the grade collapsed by joining pressure under the temperature of anodic bonding. The wirings L2, L7 to L10 are sandwiched between the back surface of the block lower layer part 134b and the second substrate 150 and connected to the back surface of the block lower layer part 134b and the like. At this time, it is preferable that the wirings L2 and L7 to L10 are deformed so that the entire back surface of the block lower layer part 134b and the like and the entire connection location of the wirings L2 and L7 to L10 are in uniform contact. By deforming the lower layer electrode, the reliability of the electrical connection between the wirings L2, L7 to L10 and the block lower layer parts 134b and 134g to 134j is increased.

(2)上層電極の第2の導電性材料:Cr,W,TiN,Mo,Ta等
これらの第1の導電性材料は、以下のような条件を有することが好ましい。
・第1の導電性材料よりも高融点であることが望ましい。陽極接合の温度(〜500℃)で軟化せず、硬いことが望ましい。これにより錘部132a〜132eの下面との融合が制限される。
・陽極接合の温度で錘部132a〜132eの下面の材料と化合物(例えば、シリサイド)を形成しないことが望ましい。
・上述の「ヒロック」等を抑制することが望ましい。
・低抵抗であることが望ましい。但し、下層電極に比べて、この要請は低い。
・下層電極との密着性が良好なことが好ましい。
(2) Second conductive material of upper layer electrode: Cr, W, TiN, Mo, Ta, etc. These first conductive materials preferably have the following conditions.
-It is desirable that the melting point be higher than that of the first conductive material. It is desirable that it is hard and does not soften at the temperature of anodic bonding (˜500 ° C.). Thereby, fusion with the lower surfaces of the weight portions 132a to 132e is limited.
-It is desirable not to form a compound (for example, silicide) with the material of the lower surface of the weight parts 132a-132e at the temperature of anodic bonding.
・ It is desirable to suppress the “hillock” mentioned above.
-Low resistance is desirable. However, this requirement is low compared to the lower layer electrode.
-It is preferable that adhesiveness with a lower layer electrode is favorable.

(3)錘部132a〜132e:シリコン等の半導体材料
・陽極接合の温度で上層電極の材料と化合物を作らないことが望ましい。
(3) Weight parts 132a to 132e: Semiconductor material such as silicon. It is desirable not to make a compound with the material of the upper electrode at the temperature of anodic bonding.

以上の下層電極の第1の導電性材料の条件と、上層電極の第2の導電性材料の条件とを考慮して、第1の導電性材料:Al,Al−Nd,Al−Si,Pt,Auと、第2の導電性材料:Cr,W,TiN,Mo,Taとの組み合わせを評価した結果、以下のような結果が得られた。   The first conductive material: Al, Al—Nd, Al—Si, Pt in consideration of the conditions of the first conductive material of the lower electrode and the conditions of the second conductive material of the upper electrode. , Au and the second conductive material: Cr, W, TiN, Mo, Ta were evaluated, and the following results were obtained.

錘部132a〜132eの下面と上層電極それぞれが、半導体(Si)及び下層電極の第1の導電性材料よりも高融点の導電性材料(Cr,W,TiN)の時に、「スティッキング」が少なかった。「ヒロック」に関しては、Alの下層電極をAlより高融点の金属含有材料の上層電極で覆うことで、下層電極の「ヒロック」を抑制できた。下層電極がAuやCrの場合、「ヒロック」は発生しないので上層電極の材料は「ヒロック」の抑制には寄与しない。電気的接続に関しては、下層電極がCrの場合以外は概ね良好であった。   “Sticking” is less when the lower surface and the upper layer electrode of the weight parts 132a to 132e are made of a conductive material (Cr, W, TiN) having a melting point higher than that of the first conductive material of the semiconductor (Si) and the lower layer electrode. It was. Regarding “hillock”, the “hillock” of the lower layer electrode could be suppressed by covering the lower layer electrode of Al with the upper layer electrode of the metal-containing material having a melting point higher than that of Al. When the lower electrode is Au or Cr, “hillock” does not occur, so the material of the upper electrode does not contribute to the suppression of “hillock”. The electrical connection was generally good except when the lower layer electrode was Cr.

以上の結果から、駆動用電極151a及び検出用電極151b〜151eに2層構造(第1導電層、第2導電層)を用いることにより、半導体基板Wと第2基板150を陽極接合する際の「スティッキング」や「ヒロック」の発生を抑制可能になった。   From the above results, when the two-layer structure (first conductive layer, second conductive layer) is used for the driving electrode 151a and the detection electrodes 151b to 151e, the semiconductor substrate W and the second substrate 150 are anodic bonded. The occurrence of “sticking” and “hillock” can be suppressed.

<電極の気体放出現象>
本実施の形態の物理量センサ100では、封止空間内の真空度を向上させるためゲッタ201を第2基板150の上面に配置している。このゲッタ201は、アルミニウムAl等の金属により形成される。ゲッタ201は、半導体基板Wに第2基板150を陽極接合した後、所定のアニール温度(例えば、415℃以上)のアニール処理で活性化され、封止空間内に残留する酸素分子又は水分子と化学反応して吸収し、封止空間内の真空度を向上させている。下層電極の第1の導電性材料としてAl系材料(Al,Al−Nd,Al−Si)を用い、上層電極の第2の導電性材料としてCrを用いて、スパッタ法により2層構造の積層電極を形成した場合、陽極接合後のアニール処理においてスパッタ処理時に積層電極膜中に混入した気体が放出されることが判明した。
<Gas release phenomenon of electrode>
In the physical quantity sensor 100 of the present embodiment, the getter 201 is disposed on the upper surface of the second substrate 150 in order to improve the degree of vacuum in the sealed space. The getter 201 is made of a metal such as aluminum Al. After the anodic bonding of the second substrate 150 to the semiconductor substrate W, the getter 201 is activated by an annealing process at a predetermined annealing temperature (for example, 415 ° C. or higher), and oxygen molecules or water molecules remaining in the sealed space It absorbs by chemical reaction and improves the degree of vacuum in the sealed space. A two-layer structure is formed by sputtering using an Al-based material (Al, Al—Nd, Al—Si) as the first conductive material of the lower electrode and Cr as the second conductive material of the upper electrode. It has been found that when the electrode is formed, the gas mixed in the laminated electrode film is released during the sputtering process in the annealing process after anodic bonding.

図6に示す駆動用電極151a及び検出用電極151b,151dは、例えば、下層電極151a1,151b1,151d1の第1の導電性材料としてAl系材料(Al,Al−Nd,Al−Si)を用い、上層電極151a2,151b2,151d2の第2の導電性材料としてCrを用いて、スパッタ法にて形成することができる。この場合、スパッタ処理に際して用いられる希ガス(例えば、Arガス)が下層電極151a1,151b1,151d1及び上層電極151a2,151b2,151d2の各電極膜中に混入する。この電極膜中に混入されたArガスは、陽極接合時の温度では放出されず、封止後にゲッタを活性化するめのアニール処理時のアニール温度(415℃以上)以上で放出されることが判明した。   The drive electrode 151a and the detection electrodes 151b and 151d shown in FIG. 6 use, for example, an Al-based material (Al, Al—Nd, Al—Si) as the first conductive material of the lower layer electrodes 151a1, 151b1 and 151d1. The upper layer electrodes 151a2, 151b2, 151d2 can be formed by sputtering using Cr as the second conductive material. In this case, a rare gas (for example, Ar gas) used in the sputtering process is mixed in the electrode films of the lower layer electrodes 151a1, 151b1, 151d1 and the upper layer electrodes 151a2, 151b2, 151d2. It has been found that the Ar gas mixed in the electrode film is not released at the temperature at the time of anodic bonding, but is released at an annealing temperature (415 ° C. or higher) at the annealing process for activating the getter after sealing. did.

上述の気体放出現象について、Al−Nd単層電極とした場合と、Cr/Al−Nd積層電極とした場合で比較した例を図9に示すグラフを参照して説明する。図9は、単層電極と積層電極の各気体放出特性を加熱温度(℃)(横軸)とArガス放出強度(a.u.)(縦軸)との対応関係で示したグラフである。この場合、単層電極と積層電極の各試料の面積は1cmである。図9において、実線は積層電極の気体放出現象を示し、点線は単層電極の気体放出現象を示す。なお、スパッタ処理に際して用いられるArガスは、電極膜中に、例えば、0.01〜1at%混入する。また、図9において、第2基板150と半導体基板Wの陽極接合時の温度は360℃である。 The gas emission phenomenon described above will be described with reference to a graph shown in FIG. 9 in which an Al—Nd single layer electrode and a Cr / Al—Nd laminated electrode are compared. FIG. 9 is a graph showing the gas release characteristics of the single-layer electrode and the multilayer electrode in correspondence with the heating temperature (° C.) (horizontal axis) and the Ar gas emission intensity (au) (vertical axis). . In this case, the area of each sample of the single layer electrode and the laminated electrode is 1 cm 2 . In FIG. 9, the solid line shows the gas release phenomenon of the laminated electrode, and the dotted line shows the gas release phenomenon of the single-layer electrode. In addition, Ar gas used in the sputtering process is mixed in the electrode film, for example, 0.01 to 1 at%. In FIG. 9, the temperature at the time of anodic bonding between the second substrate 150 and the semiconductor substrate W is 360 ° C.

図9において、スパッタ処理によりAl−Nd単層電極に混入したArガスは、加熱温度が約470℃になると放出される。この加熱温度は、上述のアニール温度(420℃)よりも高いため、Al−Nd単層電極では気体放出現象は発生しない。また、図9において、スパッタ処理によりCr/Al−Nd積層電極に混入したArガスは、加熱温度が約415℃になると放出される。この加熱温度は、上述のアニール温度(420℃)に近いため、Cr/Al−Nd積層電極では気体放出現象が発生する。すなわち、Cr/Al−Nd積層電極は、陽極接合時の温度(360℃)では気体放出現象は発生せず、ゲッタ201を活性化するアニール処理時のアニール温度(420℃)で気体放出現象が発生することが判った。また、図9に示すCr/Al−Nd積層電極の気体放出特性では、加熱温度が約420℃になると気体放出が開始され、その後、加熱温度を上げても気体放出量はほぼ一定になることが判明した。   In FIG. 9, Ar gas mixed into the Al—Nd single layer electrode by the sputtering process is released when the heating temperature reaches about 470 ° C. Since this heating temperature is higher than the above-described annealing temperature (420 ° C.), the gas release phenomenon does not occur in the Al—Nd single layer electrode. In FIG. 9, Ar gas mixed into the Cr / Al—Nd laminated electrode by the sputtering process is released when the heating temperature reaches about 415 ° C. Since this heating temperature is close to the above-described annealing temperature (420 ° C.), a gas release phenomenon occurs in the Cr / Al—Nd laminated electrode. That is, the Cr / Al—Nd multilayer electrode does not generate a gas release phenomenon at the temperature at the time of anodic bonding (360 ° C.), and does not release the gas at the annealing temperature (420 ° C.) at the annealing process for activating the getter 201. It was found to occur. Further, in the gas release characteristics of the Cr / Al—Nd laminated electrode shown in FIG. 9, gas release starts when the heating temperature reaches about 420 ° C., and then the gas release amount becomes substantially constant even when the heating temperature is raised. There was found.

以上の気体放出現象により、物理量センサ100では、封止後にゲッタ201を活性化するめのアニール処理に際して、封止空間内に残留した酸素分子又は水分子はゲッタ201の化学反応により吸収されるが、Cr/Al−Nd積層電極から放出されるArガスはゲッタ201に吸収されないことが判明した。すなわち、積層電極から放出されたArガスにより封止空間内の内部圧力が上昇することが判明した。本実施の形態の物理量センサ100では、この積層電極による気体放出現象を利用して、封止空間内の内部圧力を制御することに特徴がある。   Due to the above gas release phenomenon, in the physical quantity sensor 100, oxygen molecules or water molecules remaining in the sealing space are absorbed by the chemical reaction of the getter 201 during the annealing process for activating the getter 201 after sealing. It was found that Ar gas released from the Cr / Al—Nd laminated electrode is not absorbed by the getter 201. That is, it has been found that the internal pressure in the sealed space is increased by the Ar gas released from the laminated electrode. The physical quantity sensor 100 of the present embodiment is characterized in that the internal pressure in the sealed space is controlled by utilizing the gas release phenomenon caused by the laminated electrode.

<封止空間内の内部圧力制御方法>
上述の図20において説明したように、物理量センサの錘部の共振スペクトルの共振周波数幅(図20に示す半値幅)は、封止空間内の内部圧力に依存しているが、その共振周波数幅が狭ければ性能が良いといものではなく、仕様等により設定される加速度や角速度の検出範囲に対応した共振スペクトルの共振周波数幅に調整される必要がある。このため、本実施の形態の物理量センサ100では、上述の図9に示したCr/Al−Nd積層電極の気体放出特性を利用して、封止空間内の内部圧力を制御して、錘部の共振スペクトルを所望の共振周波数幅に調整する。
<Internal pressure control method in sealed space>
As described above with reference to FIG. 20, the resonance frequency width of the resonance spectrum of the weight portion of the physical quantity sensor (half-value width shown in FIG. 20) depends on the internal pressure in the sealed space. If it is narrow, the performance is not good, and it is necessary to adjust the resonance frequency width of the resonance spectrum corresponding to the detection range of acceleration and angular velocity set according to the specification. For this reason, in the physical quantity sensor 100 of the present embodiment, the internal pressure in the sealed space is controlled using the gas release characteristics of the Cr / Al—Nd laminated electrode shown in FIG. Is adjusted to a desired resonance frequency width.

ここで、内部圧力を求める数式(1)を以下に示す。
P=NkT/V=(vSkT)t/V・・・(1)
なお、数式(1)において、V:内部体積,S:Arガス放出面積,v:Arガス放出速度,t:加熱処理時間,T:製品使用温度,N=vSt:内部のAr分子数,k:ボルツマン定数である。また、NkT/Vは、理想気体の状態方程式である。
Here, Formula (1) for obtaining the internal pressure is shown below.
P = Nk B T / V = (vSk B T) t / V (1)
In Equation (1), V: internal volume, S: Ar gas release area, v: Ar gas release rate, t: heat treatment time, T: product use temperature, N = vSt: number of Ar molecules inside, k B : Boltzmann constant. Nk B T / V is an ideal gas equation of state.

本実施の形態の物理量センサ100では、内部圧力を求める数式(1)に基づいて、積層電極を形成する導電性材料(例えば、Cr/Al−Nd)の面積Sと、そのアニール温度Tとアニール時間tを調整することにより、封止空間内に放出されるArガス量を制御して、封止空間の内部圧力を制御することを可能にする。特に、図9に示したCr/Al−Nd積層電極の気体放出特性を考慮すると、アニール温度(420℃)でArガスの放出量が一定になるため、面積Sと加熱処理時間tを主に制御することにより、封止空間の内部圧力を所望の圧力に設定することが容易にできる。また、積層電極の気体放出温度は、ゲッタ202として用いられる材料を活性化する際に設定するアニール温度に近いことが望ましく、陽極接合時の加熱温度(第1の加熱温度)より高い加熱温度(第2の加熱温度)であることが望ましい。   In the physical quantity sensor 100 of the present embodiment, the area S of the conductive material (for example, Cr / Al—Nd) forming the laminated electrode, its annealing temperature T, and annealing based on the mathematical formula (1) for obtaining the internal pressure. By adjusting the time t, the amount of Ar gas released into the sealed space can be controlled to control the internal pressure of the sealed space. In particular, considering the gas release characteristics of the Cr / Al—Nd multilayer electrode shown in FIG. 9, the amount of Ar gas released is constant at the annealing temperature (420 ° C.), so the area S and the heat treatment time t are mainly used. By controlling, the internal pressure of the sealed space can be easily set to a desired pressure. The gas discharge temperature of the laminated electrode is desirably close to the annealing temperature set when the material used as the getter 202 is activated, and is higher than the heating temperature (first heating temperature) at the time of anodic bonding ( The second heating temperature is desirable.

図6に示した例では、駆動用電極151a及び検出用電極151b,151dをCr/Al−Ndを積層した2層構造とし、その面積Sと、そのアニール温度Tとアニール時間tを調整して、封止空間内に放出されるArガス量を制御することにより、封止空間内の内部圧力を制御することができる。また、駆動用電極151a及び検出用電極151b〜151eの一部の電極として、例えば、図7に示すように、検出用電極151dのみをCr/Al−Ndを積層した2層構造(図中の下層電極151d1と上層電極151d2)として、その面積Sと、そのアニール温度Tとアニール時間tを調整するようにしてもよい。   In the example shown in FIG. 6, the driving electrode 151a and the detection electrodes 151b and 151d have a two-layer structure in which Cr / Al—Nd is laminated, and the area S, the annealing temperature T, and the annealing time t are adjusted. The internal pressure in the sealed space can be controlled by controlling the amount of Ar gas released into the sealed space. Further, as a part of the drive electrode 151a and the detection electrodes 151b to 151e, for example, as shown in FIG. 7, only the detection electrode 151d has a two-layer structure in which Cr / Al—Nd is stacked (in the drawing, As the lower layer electrode 151d1 and the upper layer electrode 151d2), the area S, the annealing temperature T, and the annealing time t may be adjusted.

また、図3(B)に示したように、第2基板150の上面にダミー電極202を配置し、図8に示すように、Cr/Al−Ndを積層した2層構造(図中の下層電極202aと上層電極202b)として、その面積Sと、そのアニール温度Tとアニール時間tを調整するようにしてもよい。また、図10に示すように、駆動用電極151a及び検出用電極151b,151dと、ダミー電極202をCr/Al−Ndを積層した2層構造として、これらの面積Sと、そのアニール温度Tとアニール時間tを調整するようにしてもよい。さらに、図11に示すように、例えば、配線L10の一部をCr/Al−Ndを積層した2層構造としたダミー電極210として形成し、このダミー電極210の面積Sと、そのアニール温度Tとアニール時間tを調整するようにしてもよい。また、図12に示すように、配線L10に接続されるダミー電極及びダミー配線211をCr/Al−Ndを積層して形成し、このダミー電極及びダミー配線211の面積Sと、そのアニール温度Tとアニール時間tを調整するようにしてもよい。   Also, as shown in FIG. 3B, a dummy electrode 202 is disposed on the upper surface of the second substrate 150, and as shown in FIG. 8, a two-layer structure in which Cr / Al—Nd is laminated (the lower layer in the figure). As the electrode 202a and the upper layer electrode 202b), the area S, the annealing temperature T, and the annealing time t may be adjusted. Further, as shown in FIG. 10, the driving electrode 151a, the detection electrodes 151b and 151d, and the dummy electrode 202 have a two-layer structure in which Cr / Al—Nd is laminated, and these areas S and the annealing temperature T The annealing time t may be adjusted. Further, as shown in FIG. 11, for example, a part of the wiring L10 is formed as a dummy electrode 210 having a two-layer structure in which Cr / Al—Nd is laminated. The area S of the dummy electrode 210 and its annealing temperature T And the annealing time t may be adjusted. Also, as shown in FIG. 12, the dummy electrode and the dummy wiring 211 connected to the wiring L10 are formed by stacking Cr / Al—Nd, the area S of the dummy electrode and the dummy wiring 211, and the annealing temperature T thereof. And the annealing time t may be adjusted.

また、Cr/Al−Ndを積層して2層構造とした積層電極からArガスが放出されたことを検証する方法として、アニール処理前後でCr/Al−Nd積層電極のシート抵抗値を測定する方法がある。アニール処理前後でCr/Al−Nd積層電極のシート抵抗値を測定した例を図13に示す。この場合、Al−Nd層の厚さは300nm、Cr層の厚さは100nm、アニール温度は420℃に設定している。アニール処理前のシート抵抗値は約0.4(Ω/sq)、アニール処理後のシート抵抗値は約3.1(Ω/sq)である。このシート抵抗値の変化は、気体放出現象特有のものであり、従来のシート抵抗値を下げるためのアニール処理とは異なる結果である。すなわち、例示したCr/Al−Nd積層電極における気体放出現象の特徴は、上述のようにゲッタ202として用いられる材料を活性化する際に設定するアニール温度に近いことが望ましく、陽極接合時の加熱温度(第1の加熱温度)より高い加熱温度(第2の加熱温度)であり、かつ、シート抵抗値を下げるためのアニール処理時のアニール温度設定よりも低いことが望ましい。   In addition, as a method for verifying that Ar gas is released from a laminated electrode having a two-layer structure in which Cr / Al—Nd is laminated, the sheet resistance value of the Cr / Al—Nd laminated electrode is measured before and after annealing. There is a way. FIG. 13 shows an example in which the sheet resistance value of the Cr / Al—Nd laminated electrode was measured before and after the annealing treatment. In this case, the thickness of the Al—Nd layer is set to 300 nm, the thickness of the Cr layer is set to 100 nm, and the annealing temperature is set to 420 ° C. The sheet resistance value before annealing is about 0.4 (Ω / sq), and the sheet resistance value after annealing is about 3.1 (Ω / sq). This change in the sheet resistance value is peculiar to the gas release phenomenon, and is a result different from the conventional annealing process for reducing the sheet resistance value. That is, the characteristics of the gas release phenomenon in the exemplified Cr / Al—Nd laminated electrode are preferably close to the annealing temperature set when activating the material used as the getter 202 as described above, and the heating during anodic bonding It is desirable that the heating temperature (second heating temperature) is higher than the temperature (first heating temperature) and is lower than the annealing temperature setting at the time of annealing treatment for reducing the sheet resistance value.

さらに、例えば、Al系等の単一の導電性材料を用いて単層電極を形成した場合でも気体放出現象は発生する。しかし、このような単層電極では、気体放出現象が発生するアニール温度が、Cr/Al−Nd積層電極の場合に比べて高くなり、例えば、470℃になる。この場合、単層電極表面には上述の「ヒロック」が発生するため、物理量センサ100の電極として用いることは望ましくない。Cr/Al−Nd積層電極を用いた場合は、単層電極を用いた場合に比べて気体放出現象が発生する温度が、上述のように420℃と低いため、「ヒロック」は発生しない。したがって、封止空間を所望の内部圧力に設定する電極としては、2種類の導電性材料を積層した積層電極を用いることが、物理量センサ100に対しては最適である。なお、上記実施の形態では、積層電極としてCr/Al−Nd積層電極を例示したが、これらの導電性材料に限定するものではなく、上述の条件で気体放出現象を発生する特徴を有する導電性材料であればよい。上記例示したように、駆動用電極151a及び検出用電極151b,151dの一部、ダミー電極202、又は、ダミー配線211を2層構造とし、アニール処理により気体放出現象を発生させる場合を示した。しかし、気体放出現象が発生した結果、使用する導電性材料によっては2層構造とした部分が高抵抗化する可能性がある。そこで、動用電極151a及び検出用電極151b,151d等の高抵抗化が望ましくない部分は、アニール処理において気体放出現象が発生せず高抵抗化しない導電性材料としてTiN/Al−Ndを使用し、気体放出現象を利用するダミー電極202やダミー配線211の部分は、導電性材料としてCr/Al−Ndを使用することが好適である。   Further, for example, even when a single-layer electrode is formed using a single conductive material such as an Al-based material, the gas release phenomenon occurs. However, in such a single layer electrode, the annealing temperature at which the gas release phenomenon occurs is higher than that in the case of the Cr / Al—Nd laminated electrode, for example, 470 ° C. In this case, since the above-mentioned “hillock” is generated on the surface of the single-layer electrode, it is not desirable to use it as an electrode of the physical quantity sensor 100. When the Cr / Al—Nd laminated electrode is used, “hillock” does not occur because the temperature at which the gas release phenomenon occurs is as low as 420 ° C. as compared with the case where the single layer electrode is used. Accordingly, it is optimal for the physical quantity sensor 100 to use a laminated electrode in which two kinds of conductive materials are laminated as an electrode for setting the sealed space to a desired internal pressure. In the above-described embodiment, the Cr / Al—Nd multilayer electrode is exemplified as the multilayer electrode. However, the present invention is not limited to these conductive materials, and the conductive material has a characteristic of generating a gas release phenomenon under the above-described conditions. Any material can be used. As illustrated above, the case where a part of the driving electrode 151a and the detection electrodes 151b and 151d, the dummy electrode 202, or the dummy wiring 211 has a two-layer structure and the gas release phenomenon is generated by the annealing process has been shown. However, as a result of the occurrence of the gas release phenomenon, there is a possibility that the resistance of the portion having the two-layer structure is increased depending on the conductive material used. Therefore, the portions where the resistance increase is not desirable, such as the moving electrode 151a and the detection electrodes 151b and 151d, use TiN / Al-Nd as a conductive material that does not generate a gas release phenomenon in the annealing process and does not increase the resistance. It is preferable to use Cr / Al—Nd as the conductive material for the dummy electrode 202 and the dummy wiring 211 that utilize the gas release phenomenon.

アニール処理前後のCr/Al−Nd積層電極表面の金属顕微鏡写真を図14及び図15に示す。なお、この場合、アニール温度は420℃である。図15に示すように、アニール処理後のCr/Al−Nd積層電極表面には「ヒロック」は発生していない。   14 and 15 show metal micrographs of the Cr / Al—Nd laminated electrode surface before and after the annealing treatment. In this case, the annealing temperature is 420 ° C. As shown in FIG. 15, “hillock” does not occur on the surface of the Cr / Al—Nd laminated electrode after the annealing treatment.

以上のように、静電容量型の物理量センサ100において、第2基板150の面上に形成する駆動用電極151a,検出用電極151b〜151e、又は、これら電極の一部、又は、ダミー電極202を、Al系の第1の導電性材料を含む下層電極と、第1の導電性材料より高融点のCr系の第2の導電性材料を含む上層電極とを積層した積層電極として形成した。この積層電極は、成膜時に混入した気体(Arガス)を陽極接合時の加熱温度より高いアニール温度で一定量放出する特徴を持つため、その面積、アニール温度及びアニール時間を制御することにより、物理量センサ100内の封止空間の内部圧力を所望の圧力に設定することが容易にできる。このため、封止空間の内部圧力に依存する錘部132a〜132eの共振スペクトルの共振振動周波数幅を任意に設定することが容易になる。その結果、検出感度等の仕様に応じて錘部の共振スペクトルを所望の共振周波数幅に調整した物理量センサ100を容易に製造することが可能になる。   As described above, in the capacitance type physical quantity sensor 100, the driving electrode 151a, the detection electrodes 151b to 151e formed on the surface of the second substrate 150, a part of these electrodes, or the dummy electrode 202 is provided. Was formed as a laminated electrode in which a lower electrode including an Al-based first conductive material and an upper electrode including a Cr-based second conductive material having a melting point higher than that of the first conductive material were stacked. Since this laminated electrode has a feature of releasing a certain amount of gas (Ar gas) mixed during film formation at an annealing temperature higher than the heating temperature at the time of anodic bonding, by controlling the area, annealing temperature and annealing time, It is easy to set the internal pressure of the sealed space in the physical quantity sensor 100 to a desired pressure. For this reason, it becomes easy to arbitrarily set the resonance vibration frequency width of the resonance spectrum of the weight portions 132a to 132e depending on the internal pressure of the sealed space. As a result, it is possible to easily manufacture the physical quantity sensor 100 in which the resonance spectrum of the weight portion is adjusted to a desired resonance frequency width according to specifications such as detection sensitivity.

本発明の実施の形態に係る物理量センサ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(T1〜T11)と、電子回路基板もしくはIC等の能動素子とを接続することにより、物理量センサと電子回路とを1つの電子部品として提供することができる。この電子部品は、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ことが可能である。   The physical quantity sensor 100 according to the embodiment of the present invention is mounted on a circuit board on which an active element such as an IC is mounted, for example, and is a wiring terminal T (T1 to T11) by a known method and material such as wire bonding connection. By connecting an electronic circuit board or an active element such as an IC, the physical quantity sensor and the electronic circuit can be provided as one electronic component. This electronic component can be distributed in the market by being mounted on a mobile terminal such as a game machine or a mobile phone.

以下に、物理量センサ100により検出される加速度と角速度の各変位信号を処理する処理回路について説明する。   Hereinafter, a processing circuit that processes displacement signals of acceleration and angular velocity detected by the physical quantity sensor 100 will be described.

<処理回路>
上記物理量センサ100により検出される加速度と角速度の変位信号を処理する各処理回路の構成例について図16を参照して説明する。
<Processing circuit>
A configuration example of each processing circuit that processes displacement signals of acceleration and angular velocity detected by the physical quantity sensor 100 will be described with reference to FIG.

図16は、物理量センサ100により検出される加速度及び角速度の変位信号を処理する処理回路300の回路構成を示す図である。図16において、処理回路300は、C−Vコンバータ301と、アンプ回路(Amp)302と、フィルタ回路303と、から構成される。 FIG. 16 is a diagram illustrating a circuit configuration of a processing circuit 300 that processes displacement signals of acceleration and angular velocity detected by the physical quantity sensor 100. In FIG. 16, the processing circuit 300 includes a CV converter 301, an amplifier circuit (Amp) 302, and a filter circuit 303.

C−Vコンバータ301は、印加される加速度及び角速度に応じて物理量センサ100から出力される各軸方向の各変位信号(静電容量変化)を電圧信号に変換してアンプ回路302に出力する。アンプ回路302は、C−Vコンバータ301から入力される電圧信号を所定の増幅率で増幅してフィルタ回路303に出力する。フィルタ回路303は、数kHz以上の信号成分を通過させるフィルタ機能を有する。フィルタ回路303は、アンプ回路302で増幅された電圧信号から数kHz以上の信号成分を通過させて、X軸方向とY軸方向の角速度検出信号として出力する。フィルタ回路303は、低周波数の信号成分をX軸方向、Y軸方向、Z軸方向の加速度検出信号として出力する。   The CV converter 301 converts each axial displacement signal (capacitance change) output from the physical quantity sensor 100 according to the applied acceleration and angular velocity into a voltage signal and outputs the voltage signal to the amplifier circuit 302. The amplifier circuit 302 amplifies the voltage signal input from the CV converter 301 with a predetermined amplification factor and outputs the amplified signal to the filter circuit 303. The filter circuit 303 has a filter function that allows a signal component of several kHz or more to pass therethrough. The filter circuit 303 passes a signal component of several kHz or more from the voltage signal amplified by the amplifier circuit 302 and outputs it as an angular velocity detection signal in the X-axis direction and the Y-axis direction. The filter circuit 303 outputs a low-frequency signal component as an acceleration detection signal in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction.

次に、上記物理量センサ100と処理回路300を実装した半導体装置とした例について説明する。なお、本明細書において半導体装置とは、半導体技術を利用して機能しうる装置全般を指し、電子機器も半導体装置の範囲に含まれるものとする。   Next, an example of a semiconductor device in which the physical quantity sensor 100 and the processing circuit 300 are mounted will be described. Note that in this specification, a semiconductor device refers to all devices that can function using semiconductor technology, and electronic devices are also included in the scope of semiconductor devices.

図17は、上記物理量センサ100と処理回路300を実装した半導体装置として、例えば、センサモジュール400の一例を示す図である。図17において、センサモジュール400は、上記処理回路300を含む信号処理チップ401と、メモリチップ402と、上記物理量センサ100を含むセンサチップ403と、が基板404上に実装されている。各チップ401,402,403は、ボンディングワイヤ405により接続されている。メモリチップ402は、信号処理チップ401の制御用のプログラムやパラメータ等を記憶するメモリである。   FIG. 17 is a diagram illustrating an example of a sensor module 400 as a semiconductor device on which the physical quantity sensor 100 and the processing circuit 300 are mounted. 17, in the sensor module 400, a signal processing chip 401 including the processing circuit 300, a memory chip 402, and a sensor chip 403 including the physical quantity sensor 100 are mounted on a substrate 404. Each chip 401, 402, 403 is connected by a bonding wire 405. The memory chip 402 is a memory that stores a control program, parameters, and the like for the signal processing chip 401.

上記のようなセンサモジュール400を提供することにより、ゲーム機、携帯電話等のモバイル端末機への実装が容易になる。   Providing the sensor module 400 as described above facilitates mounting on a mobile terminal such as a game machine or a mobile phone.

次に、図17に示したセンサモジュール400を電子機器として、例えば、モバイル端末機に実装した例について説明する。   Next, an example in which the sensor module 400 shown in FIG. 17 is implemented as an electronic device in, for example, a mobile terminal will be described.

図18は、センサモジュール400を実装した携帯型情報端末500の一例を示す図である。図18において、携帯型情報端末500は、ディスプレイ部501と、キーボード部502と、から構成される。センサモジュール400は、キーボード部502の内部に実装されている。携帯型情報端末500は、その内部に各種プログラムを記憶し、各種プログラムにより通信処理や情報処理等を実行する機能を有する。この携帯型情報端末500では、センサモジュール400により検出される加速度や角速度をアプリケーションプログラムで利用することにより、例えば、落下時の加速度を検出して電源をオフさせる等の機能を付加することが可能になる。   FIG. 18 is a diagram illustrating an example of the portable information terminal 500 in which the sensor module 400 is mounted. In FIG. 18, the portable information terminal 500 includes a display unit 501 and a keyboard unit 502. The sensor module 400 is mounted inside the keyboard unit 502. The portable information terminal 500 has a function of storing various programs therein and executing communication processing, information processing, and the like by the various programs. In this portable information terminal 500, by using the acceleration and angular velocity detected by the sensor module 400 in the application program, for example, it is possible to add a function of detecting the acceleration at the time of dropping and turning off the power. become.

上記のようにセンサモジュール400をモバイル端末機に実装することにより、新たな機能を実現することができ、モバイル端末機の利便性や信頼性を向上させることが可能になる。   By mounting the sensor module 400 on the mobile terminal as described above, new functions can be realized, and the convenience and reliability of the mobile terminal can be improved.

本発明の一実施の形態に係る物理量センサを分解した状態を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the state which decomposed | disassembled the physical quantity sensor which concerns on one embodiment of this invention. 半導体基板の構成を示す図であり、(A)はシリコン膜の上面を示す平面図、(B)は(A)のB−B線から見たシリコン基板の断面図、(C)は(A)のC−C線から見たシリコン基板の断面図である。1A is a plan view showing the upper surface of a silicon film, FIG. 1B is a cross-sectional view of the silicon substrate as viewed from line BB in FIG. 2A, and FIG. It is sectional drawing of the silicon substrate seen from CC line. 基板の構成を示す図であり、(A)は第1基板の下面を示す平面図、(B)は第2基板の上面を示す平面図である。It is a figure which shows the structure of a board | substrate, (A) is a top view which shows the lower surface of a 1st board | substrate, (B) is a top view which shows the upper surface of a 2nd board | substrate. 物理量センサの製造方法を示す図であり、(A)は加工前の半導体基板を示す断面図、(B)は半導体基板にフレーム部、錘接合部及び可撓部に対応する領域に凹部を形成する工程を示す断面図、(C)は半導体基板にフレーム部、錘接合部及び導通部を形成する工程を示す断面図、(D)は半導体基板に第1基板を接合する工程を示す断面図である。It is a figure which shows the manufacturing method of a physical quantity sensor, (A) is sectional drawing which shows the semiconductor substrate before a process, (B) forms a recessed part in the area | region corresponding to a frame part, a weight junction part, and a flexible part in a semiconductor substrate. FIG. 6C is a cross-sectional view showing the step of forming the frame portion, the weight joint portion and the conductive portion on the semiconductor substrate, and FIG. 6D is a cross-sectional view showing the step of bonding the first substrate to the semiconductor substrate. It is. 物理量センサの製造方法を示す図であり、(A)は半導体基板に錘部等に対応する領域に凹部を形成する工程を示す断面図、(B)は半導体基板に錘部等を形成する工程を示す断面図、(C)は半導体基板に第2基板を接合する工程を示す断面図である。It is a figure which shows the manufacturing method of a physical quantity sensor, (A) is sectional drawing which shows the process of forming a recessed part in the area | region corresponding to a weight part etc. in a semiconductor substrate, (B) is the process of forming a weight part etc. in a semiconductor substrate. FIG. 6C is a cross-sectional view showing a step of bonding the second substrate to the semiconductor substrate. 第2基板上の駆動用電極と検出用電極を積層電極として形成した例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example which formed the drive electrode and detection electrode on a 2nd board | substrate as a laminated electrode. 第2基板上の検出用電極のみを積層電極として形成した例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example which formed only the electrode for a detection on a 2nd board | substrate as a laminated electrode. 第2基板上に積層電極として形成したダミー電極を設けた例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example which provided the dummy electrode formed as a laminated electrode on the 2nd board | substrate. Al−Nd単層電極とCr/Al−Nd積層電極の各気体放出特性を示すグラフである。It is a graph which shows each gas discharge | release characteristic of an Al-Nd single layer electrode and a Cr / Al-Nd laminated electrode. 第2基板上に積層電極として形成した駆動用電極、検出用電極及びダミー電極を設けた例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example which provided the drive electrode, detection electrode, and dummy electrode which were formed as a laminated electrode on the 2nd board | substrate. 第2基板上の配線の一部を積層電極のダミー電極として形成した例を示す平面図である。It is a top view which shows the example which formed a part of wiring on the 2nd board | substrate as a dummy electrode of a laminated electrode. 第2基板上の配線に接続されるダミー配線及びダミー電極を積層電極として形成した例を示す平面図である。It is a top view which shows the example which formed the dummy wiring and dummy electrode connected to the wiring on a 2nd board | substrate as a laminated electrode. 気体放出現象が発生する積層電極のアニール処理前後のシート抵抗値の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the sheet resistance value before and behind the annealing process of the laminated electrode which a gas discharge phenomenon generate | occur | produces. アニール処理前のCr/Al−Nd積層電極表面のSEM写真を示す図である。It is a figure which shows the SEM photograph of the Cr / Al-Nd multilayer electrode surface before annealing treatment. アニール処理後のCr/Al−Nd積層電極表面のSEM写真を示す図である。It is a figure which shows the SEM photograph of the Cr / Al-Nd multilayer electrode surface after annealing treatment. 物理量センサにより検出される角速度の変位信号を処理する角速度処理回路の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the angular velocity processing circuit which processes the displacement signal of the angular velocity detected by a physical quantity sensor. 物理量センサと処理回路を実装したセンサモジュールの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the sensor module which mounted the physical quantity sensor and the processing circuit. センサモジュールを実装したモバイル端末機の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the mobile terminal which mounted the sensor module. 従来の物理量センサの動作原理を示す図であり、(A)は駆動電圧5V印加時の状態を示す図、(B)は駆動電圧0V印加時の状態を示す図である。It is a figure which shows the operation principle of the conventional physical quantity sensor, (A) is a figure which shows the state at the time of drive voltage 5V application, (B) is a figure which shows the state at the time of drive voltage 0V application. 従来の物理量センサにおける振動周波数の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the vibration frequency in the conventional physical quantity sensor.

符号の説明Explanation of symbols

100…物理量センサ、110…シリコン膜、111,131…フレーム部、112a〜112e…錘接合部、113a〜113d…可撓部、120…BOX層、130…シリコン基板、132(132a〜132e)…錘部、140…第1基板、1441,151a…駆動用電極、141b〜141e,151b〜151e…検出用電極、150…第2基板、151a1,151b1,151d1,202a…下層電極、151a2,151b2,151d2,202b…上層電極、160…導通部、201…ゲッタ、202…ダミー電極、300…処理回路、400…センサモジュール、500…携帯型情報端末、L1,L2…(駆動用電極と接続する)配線、L3〜L10…(検出用電極と接続する)配線。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Physical quantity sensor, 110 ... Silicon film, 111, 131 ... Frame part, 112a-112e ... Weight junction part, 113a-113d ... Flexible part, 120 ... BOX layer, 130 ... Silicon substrate, 132 (132a-132e) ... Weight part, 140 ... first substrate, 1441, 151a ... driving electrode, 141b to 141e, 151b to 151e ... detection electrode, 150 ... second substrate, 151a1, 151b1, 151d1, 202a ... lower layer electrode, 151a2, 151b2, 151d2, 202b ... upper layer electrode, 160 ... conductive portion, 201 ... getter, 202 ... dummy electrode, 300 ... processing circuit, 400 ... sensor module, 500 ... portable information terminal, L1, L2 ... (connected to driving electrodes) Wiring, L3 to L10 (wiring connected to detection electrode).

Claims (21)

フレーム部と、前記フレーム部の内側に配置された錘部と、前記錘部と前記フレーム部とを接続する可撓部と、を備えた半導体基板と、
前記フレーム部の一方の側に接合された第1基板と、
前記フレーム部の他方の側に接合された第2基板と、
前記第1基板上に設けられ、前記錘部と対向する第1電極と、
前記第2基板上に設けられ、前記錘部と対向する第2電極と、
前記1基板及び前記第2基板の接合により封止された封止空間内に配置され、加熱されることにより前記半導体基板内の封止空間内部の気体を吸収する気体吸収部材と、
前記封止空間内に配置され、加熱されることにより前記封止空間内部に気体を放出して前記封止空間内部の圧力を調整する気体圧力調整部材と、
を備え
前記気体圧力調整部材は、前記第1電極、前記第1電極の一部、前記第2電極、又は、前記第2電極の一部に、第1の導電性材料を含む第1導電層と、前記第1導電層上に積層され、前記第1の導電性材料より高融点の第2の導電性材料を含む第2導電層とが積層されて形成されたことを特徴とする物理量センサ。
A semiconductor substrate comprising a frame portion, a weight portion disposed inside the frame portion, and a flexible portion connecting the weight portion and the frame portion;
A first substrate bonded to one side of the frame portion;
A second substrate bonded to the other side of the frame portion;
A first electrode provided on the first substrate and facing the weight portion;
A second electrode provided on the second substrate and facing the weight portion;
A gas absorbing member that is disposed in a sealed space sealed by bonding of the first substrate and the second substrate and absorbs the gas inside the sealed space in the semiconductor substrate by being heated ;
A gas pressure adjusting member that is disposed in the sealed space and is heated to release gas into the sealed space to adjust the pressure inside the sealed space ;
Equipped with a,
The gas pressure adjusting member includes a first conductive layer containing a first conductive material in the first electrode, a part of the first electrode, the second electrode, or a part of the second electrode; A physical quantity sensor formed by laminating a second conductive layer laminated on the first conductive layer and containing a second conductive material having a melting point higher than that of the first conductive material .
前記圧力調整部材が気体を放出する温度は、前記気体吸収部材が気体を吸収する温度よりも高いことを特徴とする請求項1記載の物理量センサ。The physical quantity sensor according to claim 1, wherein a temperature at which the pressure adjusting member releases gas is higher than a temperature at which the gas absorbing member absorbs gas. 前記気体吸収部材が吸収する気体は、前記圧力調整部材が放出する気体とは異なる種類の気体であることを特徴とする請求項1記載の物理量センサ。The physical quantity sensor according to claim 1, wherein the gas absorbed by the gas absorbing member is a different type of gas from the gas released by the pressure adjusting member. 前記気体圧力調整部材は、前記第1電極又は前記第2電極から独立したダミー電極として前記第1導電層と前記第2導電層とが積層されて形成されたことを特徴とする請求項記載の物理量センサ。 It said gas pressure adjusting member according to claim 1, characterized in that the first electrode or the first conductive layer as a dummy electrode which is independent from the second electrode and the second conductive layer is formed by stacking Physical quantity sensor. 前記第1基板上に設けられ、前記第1電極と電気的に接続される第1配線と、
前記第2基板上に設けられ、前記第2電極と電気的に接続される第2配線と、を備え、
前記気体圧力調整部材は、前記第1配線、前記第1配線の一部、前記第2配線、又は、前記第2配線の一部に、前記第1導電層と、前記第2導電層とが積層されて形成されたことを特徴とする請求項記載の物理量センサ。
A first wiring provided on the first substrate and electrically connected to the first electrode;
A second wiring provided on the second substrate and electrically connected to the second electrode;
It said gas pressure adjusting member, the first wiring, a part of the first wiring, the second wiring, or a part of the second wiring, and the first conductive layer, and the second conductive layer The physical quantity sensor according to claim 1 , wherein the physical quantity sensor is formed by being laminated.
前記気体圧力調整部材は、前記第1電極、又は前記第2電極に接続されるダミー電極として前記第1導電層と前記第2導電層とが積層されて形成されたことを特徴とする請求項1記載の物理量センサ。The gas pressure adjusting member is formed by laminating the first conductive layer and the second conductive layer as a dummy electrode connected to the first electrode or the second electrode. The physical quantity sensor according to 1. 前記気体圧力調整部材は、前記第1電極、前記第2電極、前記第1配線、又は前記第2配線に接続されるダミー電極又はダミー配線として前記第1導電層と前記第2導電層とが積層されて形成されたことを特徴とする請求項5記載の物理量センサ。 The gas pressure adjusting member includes the first conductive layer and the second conductive layer as a dummy electrode or a dummy wiring connected to the first electrode, the second electrode, the first wiring, or the second wiring. The physical quantity sensor according to claim 5 , wherein the physical quantity sensor is formed by being laminated. 前記第2の導電性材料がCr,W,Mo,またはTaの少なくともいずれかであることを特徴とする請求項乃至のいずれか一項に記載の物理量センサ。 The physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 7 second conductive material is Cr, W, Mo, or wherein at least either of Ta,. 前記第1の導電性材料がAl,Al−Cu,Al−Nd,Al−SiまたはAl−Si−Cuの少なくともいずれかであることを特徴とする請求項乃至のいずれか一項に記載の物理量センサ。 It said first conductive material is Al, according to Al-Cu, Al-Nd, any one of claims 1 to 7, characterized in that at least one of Al-Si or Al-Si-Cu Physical quantity sensor. 記気体吸収部材を前記第1基板上又は前記第2基板上に設けたことを特徴とする請求項乃至のいずれか一項に記載の物理量センサ。 Physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 7 before crisis body absorbing member, characterized in that provided on the first substrate or the second substrate. 半導体基板に、フレーム部と、前記フレーム部の内側に配置される錘部と、前記錘部と前記フレーム部とを接続する可撓部と、を形成し、
前記フレーム部の一方の側と接合される第1基板上に、第1電極と、前記第1電極と電気的に接続される第1配線を形成し、
前記フレーム部の他方の側と接合される第2基板上に、第2電極と、前記第2電極と電気的に接続される第2配線を形成し、
前記第1基板上又は前記第2基板上に、加熱されることにより前記半導体基板内の封止空間内部の気体を吸収する気体吸収部材と、加熱されることにより前記封止空間内部に気体を放出して圧力を調整する気体圧力調整部材を形成し、
前記錘部と前記第1電極とを対向させて前記第1基板と前記フレーム部の一方の側とを接合し、
前記錘部と前記第2電極とを対向させて前記第2基板と前記フレーム部の他方の側とを接合し、
第1加熱処理により、前記第1基板及び前記第2基板の接合により封止された前記半導体基板内の封止空間内部の気体を前記気体吸収部材に吸収させ、
第2加熱処理により、前記気体圧力調整部材の形成時に混入された気体を前記封止空間内部に放出させて前記封止空間内部の圧力を調整することを含み、
前記第1電極の形成時、前記第1配線の形成時、前記第2電極の形成時、又は、前記第2配線の形成時に、第1の導電性材料を含む第1導電層と、前記第1の導電性材料より高融点の第2の導電性材料を含む第2導電層とを積層して前記気体圧力調整部材を形成したことを特徴とする物理量センサの製造方法。
A semiconductor substrate is formed with a frame portion, a weight portion disposed inside the frame portion, and a flexible portion connecting the weight portion and the frame portion,
Forming a first electrode and a first wiring electrically connected to the first electrode on a first substrate bonded to one side of the frame portion;
Forming a second electrode and a second wiring electrically connected to the second electrode on a second substrate bonded to the other side of the frame portion;
A gas absorbing member that absorbs the gas inside the sealed space in the semiconductor substrate by being heated on the first substrate or the second substrate, and a gas in the sealed space by being heated. release to form a gas pressure adjusting member for adjusting the pressure,
Bonding the first substrate and one side of the frame portion with the weight portion and the first electrode facing each other;
Bonding the second substrate and the other side of the frame portion with the weight portion and the second electrode facing each other;
By the first heat treatment, the gas absorbing member absorbs the gas inside the sealed space in the semiconductor substrate sealed by joining the first substrate and the second substrate,
The second heat treatment includes adjusting the pressure inside the sealed space by releasing the gas mixed during the formation of the gas pressure adjusting member into the sealed space ;
When forming the first electrode, forming the first wiring, forming the second electrode, or forming the second wiring, a first conductive layer containing a first conductive material; A method of manufacturing a physical quantity sensor, wherein the gas pressure adjusting member is formed by laminating a second conductive layer containing a second conductive material having a melting point higher than that of the first conductive material .
前記第2加熱処理は、前記第1加熱処理よりも加熱温度が高いことを特徴とする請求項11記載の物理量センサの製造方法。The method of manufacturing a physical quantity sensor according to claim 11, wherein the second heat treatment has a heating temperature higher than that of the first heat treatment. 前記気体吸収部材が吸収する気体は、前記圧力調整部材が放出する気体とは異なる種類の気体であることを特徴とする請求項11記載の物理量センサの製造方法。The method of manufacturing a physical quantity sensor according to claim 11, wherein the gas absorbed by the gas absorbing member is a different type of gas from the gas released by the pressure adjusting member. 前記第1基板又は前記第2基板は、第1の加熱温度により加熱されて前記フレーム部に接合され、
前記気体圧力調整部材の形成時に面積を設定し、前記第2加熱処理の加熱温度を前記第1の加熱温度より高い第2の加熱温度に設定し、前記面積及び前記加熱温度に応じて加熱時間を設定したことを特徴とする請求項11記載の物理量センサの製造方法。
The first substrate or the second substrate is heated by a first heating temperature and bonded to the frame part,
Set area during the formation of the gas pressure adjusting member to set the heating temperature of the second heat treatment in the above first heating temperature second heating temperature, pressure heat depending on the area and the heating temperature method of manufacturing a physical quantity sensor according to claim 1 1 Symbol mounting, characterized in that to set the time.
フレーム部と、前記フレーム部の内側に配置された錘部と、前記錘部と前記フレーム部とを接続する可撓部と、を備えた半導体基板と、
前記フレーム部の一方の側に接合された第1基板と、
前記フレーム部の他方の側に接合された第2基板と、
前記第1基板上に設けられ、前記錘部と対向する第1電極と、
前記第2基板上に設けられ、前記錘部と対向する第2電極と、
前記第1基板上又は前記第2基板上に配置され、加熱されることにより前記第1基板及び前記第2基板の接合により封止された前記半導体基板内の封止空間内部の気体を吸収する気体吸収部材と、
前記封止空間内に配置され、加熱されることにより前記封止空間内部に気体を放出して圧力を調整する気体圧力調整部材と、を備える物理量センサにおいて、
第1加熱処理により、前記第1基板及び前記第2基板の接合により封止された前記半導体基板内の封止空間内部の気体を前記気体吸収部材に吸収させ、
第2加熱処理により、前記気体圧力調整部材の形成時に混入された気体を前記封止空間内部に放出させて前記封止空間内部の圧力を調整することを含み、
前記気体圧力調整部材は、第1の導電性材料を含む第1導電層と、前記第1の導電性材料より高融点の第2の導電性材料を含む第2導電層とが積層されて形成され、
前記気体圧力調整部材の形成時に面積を設定し、前記面積に応じて前記第2加熱処理の加熱温度及び加熱時間を制御して、前記封止空間内部の圧力を調整することを特徴とする物理量センサの内部圧力制御方法。
A semiconductor substrate comprising a frame portion, a weight portion disposed inside the frame portion, and a flexible portion connecting the weight portion and the frame portion;
A first substrate bonded to one side of the frame portion;
A second substrate bonded to the other side of the frame portion;
A first electrode provided on the first substrate and facing the weight portion;
A second electrode provided on the second substrate and facing the weight portion;
The gas inside the sealed space in the semiconductor substrate, which is disposed on the first substrate or the second substrate and is sealed by bonding of the first substrate and the second substrate by being heated, is absorbed. A gas absorbing member;
In a physical quantity sensor comprising: a gas pressure adjusting member that is disposed in the sealed space and is heated to release gas into the sealed space to adjust the pressure.
By the first heat treatment, the gas absorbing member absorbs the gas inside the sealed space in the semiconductor substrate sealed by joining the first substrate and the second substrate,
The second heat treatment includes adjusting the pressure inside the sealed space by releasing the gas mixed during the formation of the gas pressure adjusting member into the sealed space ;
The gas pressure adjusting member is formed by laminating a first conductive layer including a first conductive material and a second conductive layer including a second conductive material having a melting point higher than that of the first conductive material. And
A physical quantity that adjusts the pressure inside the sealed space by setting an area when forming the gas pressure adjusting member and controlling a heating temperature and a heating time of the second heat treatment according to the area. Sensor internal pressure control method.
前記圧力調整部材が気体を放出する温度は、前記気体吸収部材が気体を吸収する温度よりも高いことを特徴とする請求項15記載の物理量センサの内部圧力制御方法 16. The internal pressure control method for a physical quantity sensor according to claim 15, wherein the temperature at which the pressure adjusting member releases gas is higher than the temperature at which the gas absorbing member absorbs gas . 前記気体吸収部材が吸収する気体は、前記圧力調整部材が放出する気体とは異なる種類の気体であることを特徴とする請求項15記載の物理量センサの内部圧力制御方法 The internal pressure control method for a physical quantity sensor according to claim 15, wherein the gas absorbed by the gas absorbing member is a different type of gas from the gas released by the pressure adjusting member . 前記気体圧力調整部材は、前記第1電極、前記第1電極の一部、前記第2電極、又は、前記第2電極の一部に、前記第1導電層と、前記第2導電層とが積層されて形成されたことを特徴とする請求項1記載の物理量センサの内部圧力制御方法。 The gas pressure adjusting member has the first conductive layer and the second conductive layer on the first electrode, a part of the first electrode, the second electrode, or a part of the second electrode. inner pressure controlling method for the physical quantity sensor of claim 1 5, wherein the are laminated is formed. 前記第1基板上に、前記第1電極と電気的に接続される第1配線を形成し、前記第2基板上に、前記第2電極と電気的に接続される第2配線を形成し、前記第1配線、前記第1配線の一部、前記第2配線、又は、前記第2配線の一部に前記第1導電層と、前記第2導電層とを積層して形成することを特徴とする請求項1記載の物理量センサの内部圧力制御方法。 Forming a first wiring electrically connected to the first electrode on the first substrate; forming a second wiring electrically connected to the second electrode on the second substrate; the first wiring, a part of the first wiring, the second wiring, or, with the first conductive layer on a part of the second wiring, the Rukoto forming shape by laminating a second conductive layer inner pressure controlling method for the physical quantity sensor of claim 1 5, wherein. 前記第1基板又は前記第2基板は、第1の加熱温度により加熱されて前記フレーム部に接合され、
前記第2加熱処理の加熱温度は、前記第1の加熱温度より高い第2の加熱温度に設定したことを特徴とする請求項15乃至1のいずれか一項に記載の物理量センサの内部圧力制御方法。
The first substrate or the second substrate is heated by a first heating temperature and bonded to the frame part,
The heating temperature of the second heat treatment, the internal pressure of the physical quantity sensor according to any one of claims 15 to 1 9, characterized in that set in the above first heating temperature second heating temperature Control method.
請求項乃至10のいずれか一項に記載の物理量センサと、
前記物理量センサにより検出される物理量検出信号を処理する処理回路と、
を備えることを特徴とする半導体装置。

The physical quantity sensor according to any one of claims 1 to 10 ,
A processing circuit for processing a physical quantity detection signal detected by the physical quantity sensor;
A semiconductor device comprising:

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