JP6166185B2 - MEMS sensor - Google Patents

MEMS sensor Download PDF

Info

Publication number
JP6166185B2
JP6166185B2 JP2014000093A JP2014000093A JP6166185B2 JP 6166185 B2 JP6166185 B2 JP 6166185B2 JP 2014000093 A JP2014000093 A JP 2014000093A JP 2014000093 A JP2014000093 A JP 2014000093A JP 6166185 B2 JP6166185 B2 JP 6166185B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wiring layer
substrate
mems sensor
layer
connection wiring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2014000093A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2015129643A (en
Inventor
田中　健一
健一 田中
尚信 大川
尚信 大川
矢澤　久幸
久幸 矢澤
宏行 朝比奈
宏行 朝比奈
学 臼井
学 臼井
昌彦 石曽根
昌彦 石曽根
梅津　英治
英治 梅津
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alps Alpine Co Ltd
Original Assignee
Alps Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alps Electric Co Ltd filed Critical Alps Electric Co Ltd
Priority to JP2014000093A priority Critical patent/JP6166185B2/en
Priority to CN201410806304.7A priority patent/CN104760923B/en
Priority to KR1020150000652A priority patent/KR101633027B1/en
Publication of JP2015129643A publication Critical patent/JP2015129643A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6166185B2 publication Critical patent/JP6166185B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63H—TOYS, e.g. TOPS, DOLLS, HOOPS OR BUILDING BLOCKS
    • A63H33/00—Other toys
    • A63H33/04—Building blocks, strips, or similar building parts
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63H—TOYS, e.g. TOPS, DOLLS, HOOPS OR BUILDING BLOCKS
    • A63H33/00—Other toys
    • A63H33/04—Building blocks, strips, or similar building parts
    • A63H33/046—Building blocks, strips, or similar building parts comprising magnetic interaction means, e.g. holding together by magnetic attraction
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63H—TOYS, e.g. TOPS, DOLLS, HOOPS OR BUILDING BLOCKS
    • A63H33/00—Other toys
    • A63H33/04—Building blocks, strips, or similar building parts
    • A63H33/06—Building blocks, strips, or similar building parts to be assembled without the use of additional elements
    • A63H33/08—Building blocks, strips, or similar building parts to be assembled without the use of additional elements provided with complementary holes, grooves, or protuberances, e.g. dovetails
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63H—TOYS, e.g. TOPS, DOLLS, HOOPS OR BUILDING BLOCKS
    • A63H33/00—Other toys
    • A63H33/04—Building blocks, strips, or similar building parts
    • A63H33/10—Building blocks, strips, or similar building parts to be assembled by means of additional non-adhesive elements
    • A63H33/101—Building blocks, strips, or similar building parts to be assembled by means of additional non-adhesive elements with clip or snap mechanism
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63H—TOYS, e.g. TOPS, DOLLS, HOOPS OR BUILDING BLOCKS
    • A63H33/00—Other toys
    • A63H33/04—Building blocks, strips, or similar building parts
    • A63H33/10—Building blocks, strips, or similar building parts to be assembled by means of additional non-adhesive elements
    • A63H33/108—Building blocks, strips, or similar building parts to be assembled by means of additional non-adhesive elements with holes

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Description

本発明は、シリコン基板に外力で変形する感知部と前記変形を検知する検知素子部とが形成されたＭＥＭＳセンサに関する。   The present invention relates to a MEMS sensor in which a sensing part that is deformed by an external force and a sensing element part that detects the deformation are formed on a silicon substrate.

特許文献１と特許文献２にＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）で構成された圧力センサが開示されている。圧力センサはシリコンで形成されたセンサチップを有しており、センサチップに、圧力によって変形するダイヤフラム部と、ダイヤフラム部の変形を検知する歪みゲージが形成されている。歪みゲージは、シリコンに不純物を拡散させることで形成されている。   Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose a pressure sensor configured by MEMS (Micro Electro Mechanical Systems). The pressure sensor has a sensor chip made of silicon, and a diaphragm part that is deformed by pressure and a strain gauge that detects the deformation of the diaphragm part are formed on the sensor chip. The strain gauge is formed by diffusing impurities in silicon.

特許文献１に記載された圧力センサは、センサチップがシリコーン系接着剤でガラス台座に接着固定されている。特許文献１には、この構成によると、雰囲気温度を低温から高温などへ変化させたときに、熱ヒステリシスによる応力がセンサチップに作用して、出力変動が発生すると記載され、これを防止するために、ダイヤフラム部を囲むようにアルミニウム膜が形成されて、アルミニウム膜の残留歪みにより、センサチップに設けられた歪みゲージに対する応力の影響を低減させることが示されている。   In the pressure sensor described in Patent Document 1, the sensor chip is bonded and fixed to the glass base with a silicone-based adhesive. Patent Document 1 describes that according to this configuration, when the ambient temperature is changed from a low temperature to a high temperature or the like, stress due to thermal hysteresis acts on the sensor chip to generate output fluctuations, in order to prevent this. Further, it is shown that an aluminum film is formed so as to surround the diaphragm portion, and the influence of stress on the strain gauge provided on the sensor chip is reduced by the residual strain of the aluminum film.

次に、特許文献２に記載された圧力センサでは、Ｎ型シリコン基板にＰ型ボロンを注入して歪みゲージとなるピエゾ抵抗が形成されるが、このピエゾ抵抗から延び出る配線としてアルミニウム膜が使用され、または、配線がアルミニウム膜で形成され、導通用ハンダが載せられる部分にのみ、アルミニウム膜にＴｉ，Ｎｉ，Ａｕなどが積層される構成が開示されている。   Next, in the pressure sensor described in Patent Document 2, P-type boron is injected into an N-type silicon substrate to form a piezoresistor serving as a strain gauge. An aluminum film is used as a wiring extending from the piezoresistor. Alternatively, a configuration is disclosed in which Ti, Ni, Au or the like is laminated on the aluminum film only in a portion where the wiring is formed of an aluminum film and the conductive solder is placed.

特開平１１−３４４４０２号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-344402 特開２００８−２０４３３号公報JP 2008-20433 A

アルミニウムは熱の変化が与えられたときの残留応力のヒステリシスが大きい。特許文献１に記載の発明は、ダイヤフラム部の外周をアルミニウム膜で囲む構成とすることで、外周に形成されたアルミニウム膜に発生する残留応力で、アルミニウム配線の残留応力を相殺させ、熱ヒステリシスによる出力変動を低減させるというものである。   Aluminum has a large residual stress hysteresis when a change in heat is applied. The invention described in Patent Document 1 has a configuration in which the outer periphery of the diaphragm portion is surrounded by an aluminum film so that the residual stress generated in the aluminum film formed on the outer periphery is offset by the residual stress of the aluminum wiring. This is to reduce output fluctuation.

しかしながら、前記構造ではダイヤフラム部の外周にアルミニウム膜を形成するためのスペースを広く形成しておくことが必要となり、センサチップのサイズを小さくするのが困難である。   However, in the above structure, it is necessary to form a wide space for forming the aluminum film on the outer periphery of the diaphragm portion, and it is difficult to reduce the size of the sensor chip.

また、特許文献２に記載された圧力センサのように、ピエゾ抵抗から延び出る配線がアルミニウム膜で形成されているものでは、温度変化があったときにアルミニウム膜に残留する応力がピエゾ抵抗に作用し、圧力の検知出力に変動が生じやすくなる。   Further, in the case where the wiring extending from the piezoresistor is formed of an aluminum film as in the pressure sensor described in Patent Document 2, the stress remaining in the aluminum film acts on the piezoresistor when there is a temperature change. However, the pressure detection output is likely to fluctuate.

これらの問題に対処するためには、ピエゾ抵抗（歪みゲージ）から延びる配線を温度変化による残留応力の変動が小さい金などで形成することも考えられる。しかし、金はシリコンとの相溶性があるため、熱が与えられると金がシリコン基板に入り込み、配線層として機能できなくなる。   In order to cope with these problems, it is also conceivable to form the wiring extending from the piezoresistor (strain gauge) with gold or the like whose residual stress variation due to temperature change is small. However, since gold is compatible with silicon, when heat is applied, gold enters the silicon substrate and cannot function as a wiring layer.

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、シリコン基板に形成された検知素子部からの配線層を安定して形成でき、しかも、製品サイズを大きくすることなく、熱ヒステリシスの影響を低減できる構造のＭＥＭＳセンサを提供することを目的としている。   The present invention solves the above-described conventional problems, and can stably form a wiring layer from a sensing element portion formed on a silicon substrate, and reduces the influence of thermal hysteresis without increasing the product size. An object of the present invention is to provide a MEMS sensor having a possible structure.

本発明は、共にシリコン基板である第１の基板ならびに第２の基板が重ねられたＭＥＭＳセンサにおいて、
前記第１の基板は、空間部とこの空間部を囲む枠体部とを有し、前記第２の基板には、前記空間部に対向する撓み変形可能な感知部と、前記感知部の撓み変形に応じた検知出力を得る検知素子部とが形成され、
前記第２の基板の表面に絶縁層が形成されて、前記絶縁層の表面に電極パッドが形成され、前記電極パッドと前記検知素子部との間に連結配線層が形成されており、
前記連結配線層は、前記第２の基板と前記絶縁層との間に形成されて前記検知素子部に接続されるアルミニウムの下部配線層と、前記絶縁層の表面で前記電極パッドから延びる上部配線層とから成り、前記上部配線層がアルミニウムよりも温度変化による残留応力の変動が小さい導電性金属材料で形成されており、前記上部配線層と前記下部配線層とが、前記絶縁層を介して互いに導通されていることを特徴とするものである。 The present invention relates to a MEMS sensor in which a first substrate and a second substrate, both of which are silicon substrates, are stacked.
The first substrate has a space portion and a frame body portion surrounding the space portion. The second substrate includes a bendable and deformable sensing portion facing the space portion, and the bend of the sensing portion. A detection element unit that obtains a detection output according to deformation is formed,
An insulating layer is formed on the surface of the second substrate, an electrode pad is formed on the surface of the insulating layer, and a connection wiring layer is formed between the electrode pad and the sensing element unit;
The connection wiring layer is formed between the second substrate and the insulating layer, and is connected to the sensing element portion. The upper wiring extends from the electrode pad on the surface of the insulating layer. And the upper wiring layer is formed of a conductive metal material having a smaller residual stress variation due to temperature change than aluminum, and the upper wiring layer and the lower wiring layer are interposed via the insulating layer. It is characterized by being electrically connected to each other.

本発明のＭＥＭＳセンサは、シリコン基板である第２の基板の表面にアルミニウムの下部配線層が形成されているため、下部配線層を安定した状態で形成できる。また、連結配線層が前記下部配線層と、アルミニウムよりも温度変化による残留応力の変動が小さい導電性金属材料の上部配線層とから構成されているため、アルミニウムの熱ヒステリシスが過大になるのを制限でき、熱による出力変動を抑制できるようになる。   In the MEMS sensor of the present invention, since the lower wiring layer made of aluminum is formed on the surface of the second substrate which is a silicon substrate, the lower wiring layer can be formed in a stable state. In addition, since the connecting wiring layer is composed of the lower wiring layer and the upper wiring layer made of a conductive metal material whose residual stress is less changed by temperature change than aluminum, the thermal hysteresis of aluminum is excessive. It is possible to limit the output fluctuation due to heat.

本発明は、前記上部配線層が金で形成されていることが好ましい。
本発明は、前記第２の基板は正方形で、前記電極パッドが正方形の全ての角部に位置しており、前記連結配線層は、正方形の各辺と平行に形成されており、前記連結配線層の長さならびに前記下部配線層と前記上部配線層の長さの比は、正方形のそれぞれの辺において同じであることが好ましい。 In the present invention, the upper wiring layer is preferably formed of gold.
In the present invention, the second substrate is a square, the electrode pads are located at all corners of the square, and the connection wiring layer is formed in parallel with each side of the square. The layer length and the ratio of the lengths of the lower wiring layer and the upper wiring layer are preferably the same on each side of the square.

また、前記連結配線層の配線パターンは、前記第２の基板の図心を中心として１８０度の回転対称であることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the wiring pattern of the connection wiring layer is 180 degrees rotationally symmetric about the centroid of the second substrate.

本発明では、下部配線層と上部配線層を正方形の各辺において同じ状態で形成することで、アルミニウムの下部配線層の残留応力が各辺の相互でバランスをとれるようになり、よって検知素子部に作用する残留応力の影響を低減できるようになる。   In the present invention, by forming the lower wiring layer and the upper wiring layer in the same state on each side of the square, the residual stress of the lower wiring layer of aluminum can be balanced between each side, and thus the sensing element portion It becomes possible to reduce the influence of the residual stress acting on the.

本発明のＭＥＭＳセンサは、前記下部配線層と前記検知素子部との導通部と前記金属パッドとを除く前記連結配線層の全長をＬ０とし、前記上部配線層と前記下部配線層との導通部を含み且つ前記金属パッドを除いた前記上部配線層の長さをＬ１としたときに、Ｌ１／Ｌ０は、０．４６〜０．８８であることが好ましい。
さらには、Ｌ１／Ｌ０が、０．７６〜０．８８であることが好ましい。 In the MEMS sensor of the present invention, the entire length of the connection wiring layer excluding the conductive portion between the lower wiring layer and the sensing element portion and the metal pad is L0, and the conductive portion between the upper wiring layer and the lower wiring layer. And the length of the upper wiring layer excluding the metal pad is L1, L1 / L0 is preferably 0.46 to 0.88.
Furthermore, it is preferable that L1 / L0 is 0.76 to 0.88.

本発明のＭＥＭＳセンサは、例えば、前記第２の基板と逆側で、前記第２の基板に接合された支持基板が設けられて、前記空間部が閉鎖され、前記感知部が気体の圧力で変形する圧力センサである。   In the MEMS sensor of the present invention, for example, a support substrate bonded to the second substrate is provided on the side opposite to the second substrate, the space is closed, and the sensing unit is gas pressure. The pressure sensor is deformed.

本発明のＭＥＭＳセンサは、シリコン基板である第２の基板の上に形成された下部配線層がアルミニウムであるため、下部配線層は常に安定した状態を保てるようになる。アルミニウムは残留応力が熱ヒステリシスを持つ特性があるが、検知素子部と電極パッドとを導通させる連結配線層を、アルミニウムの下部配線層と、金などの導電性金属材料で形成された上部配線層とで形成しているため、アルミニウムの下部配線層を残留応力による影響が小さくなる長さ寸法に調整できるようになる。そのため、アルミニウムの残留応力による検知出力の変動を抑制できるようになる。   In the MEMS sensor of the present invention, since the lower wiring layer formed on the second substrate which is a silicon substrate is aluminum, the lower wiring layer can always maintain a stable state. Aluminum has the characteristic that residual stress has thermal hysteresis, but the connecting wiring layer that connects the sensing element and the electrode pad is composed of a lower wiring layer made of aluminum and an upper wiring layer formed of a conductive metal material such as gold. Therefore, the lower wiring layer of aluminum can be adjusted to a length dimension that is less affected by residual stress. Therefore, it is possible to suppress fluctuations in the detection output due to the residual stress of aluminum.

（Ａ）は本発明の実施の形態のＭＥＭＳセンサの平面図、（Ｂ）は検知素子部のパターン構成を示す説明図、(A) is a top view of the MEMS sensor of embodiment of this invention, (B) is explanatory drawing which shows the pattern structure of a detection element part, 図１に示すＭＥＭＳセンサをＩＩ−ＩＩ線で切断した断面図、Sectional drawing which cut | disconnected the MEMS sensor shown in FIG. 1 by the II-II line | wire, 図１に示すＭＥＭＳセンサをＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した断面図、Sectional drawing which cut | disconnected the MEMS sensor shown in FIG. 1 by the III-III line | wire, 比較例１のＭＥＭＳセンサを示す平面図、The top view which shows the MEMS sensor of the comparative example 1, 比較例２のＭＥＭＳセンサを示す平面図、The top view which shows the MEMS sensor of the comparative example 2, 図５に示す比較例２のＭＥＭＳセンサをＶＩ−ＶＩ線で切断した断面図、Sectional drawing which cut | disconnected the MEMS sensor of the comparative example 2 shown in FIG. アルミニウムを配線層として使用したＭＥＭＳセンサの熱ヒステリシスによる出力変動を説明する線図、A diagram illustrating output fluctuation due to thermal hysteresis of a MEMS sensor using aluminum as a wiring layer, 実施例と比較例との出力変動を比較した線図、A diagram comparing the output fluctuation of the example and the comparative example,

図１ないし図３に示すＭＥＭＳセンサ１は圧力センサとして使用される。本発明のＭＥＭＳセンサ１は、圧力センサの他に押圧力を検知する力センサなどとして構成することも可能である。   The MEMS sensor 1 shown in FIGS. 1 to 3 is used as a pressure sensor. The MEMS sensor 1 of the present invention can be configured as a force sensor that detects a pressing force in addition to the pressure sensor.

図２の断面図に示すように、ＭＥＭＳセンサ１は、ＳＯＩ基板（Silicon On Insurator wafer）２の図示下側に支持基板３が接合されて構成されている。ＳＯＩ基板２は、第１の基板１１と第２の基板１２が酸化絶縁層１３を介して接合されている。第１の基板１１と第２の基板１２はシリコン（Ｓｉ）基板であり、酸化絶縁層１３は酸化ケイ素（ＳｉＯ２）層である。 As shown in the cross-sectional view of FIG. 2, the MEMS sensor 1 is configured by bonding a support substrate 3 to the lower side of an SOI substrate (Silicon On Insurator wafer) 2. In the SOI substrate 2, a first substrate 11 and a second substrate 12 are bonded through an oxide insulating layer 13. The first substrate 11 and the second substrate 12 are silicon (Si) substrates, and the oxide insulating layer 13 is a silicon oxide (SiO 2 ) layer.

図１（Ａ）に示すように、ＭＥＭＳセンサ１を平面で見たときの形状は正方形であり、第１の辺１ａと第２の辺１ｂと第３の辺１ｃならびに第４の辺１ｄを有している。第１の基板１１と第２の基板１２も正方形であり、その形状ならびに寸法は、ＭＥＭＳセンサ１の平面形状ならびに寸法と同じである。   As shown in FIG. 1A, the shape of the MEMS sensor 1 when viewed in plan is a square, and the first side 1a, the second side 1b, the third side 1c, and the fourth side 1d are Have. The first substrate 11 and the second substrate 12 are also square, and the shape and dimensions thereof are the same as the planar shape and dimensions of the MEMS sensor 1.

図２に示すように、第１の基板１１は、中央部の空間部１１ａと、空間部１１ａを囲む枠体部１１ｂとを有している。空間部１１ａは第１の基板１１を上下に貫通して形成されている。図１（Ａ）に、空間部１１ａの内壁面１１ｃが破線で示されている。第１の辺１ａと第２の辺１ｂと第３の辺１ｃならびに第４の辺１ｄのそれぞれと、内壁面１１ｃとの間隔は、全て同じであす。すなわち、枠体部１１ｂの幅寸法は、全ての辺１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄで均一である。   As shown in FIG. 2, the first substrate 11 has a central space portion 11a and a frame body portion 11b surrounding the space portion 11a. The space portion 11a is formed so as to penetrate the first substrate 11 vertically. In FIG. 1A, the inner wall surface 11c of the space 11a is indicated by a broken line. The distances between the first side 1a, the second side 1b, the third side 1c, the fourth side 1d, and the inner wall surface 11c are all the same. That is, the width dimension of the frame 11b is uniform on all sides 1a, 1b, 1c, 1d.

第２の基板１２は、前記空間部１１ａを覆っている部分（空間部１１ａと対向する部分）が、撓み変形可能な感知部（変形部または撓み部）１２ａであり、枠体部１１ｂと重ねられている枠状部分が配線部（配線領域）１２ｂである。   In the second substrate 12, a part covering the space part 11a (a part facing the space part 11a) is a sensing part (deformation part or deflection part) 12a that can be bent and deformed, and overlaps the frame part 11b. The frame-shaped portion thus formed is a wiring portion (wiring region) 12b.

図３に拡大して示すように、第２の基板１２の表面１２ｃに、絶縁層１４が形成されている。絶縁層１４は、第２の基板１２の表面１２ｃに薄く形成された下部絶縁層１４ａとその上に積層された上部絶縁層１４ｂとから構成されている。両絶縁層１４ａ，１４ｂは無機絶縁層である。下部絶縁層１４ａは酸化ケイ素（ＳｉＯ２）層であり、上部絶縁層１４ｂは窒化ケイ素（Ｓｉ２Ｎ３）層である。 As shown in an enlarged view in FIG. 3, an insulating layer 14 is formed on the surface 12 c of the second substrate 12. The insulating layer 14 includes a lower insulating layer 14a that is thinly formed on the surface 12c of the second substrate 12, and an upper insulating layer 14b that is stacked thereon. Both insulating layers 14a and 14b are inorganic insulating layers. The lower insulating layer 14a is a silicon oxide (SiO 2 ) layer, and the upper insulating layer 14b is a silicon nitride (Si 2 N 3 ) layer.

図１（Ａ）に示すように、第２の基板１２の４か所に検知素子部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄが形成されている。第１の検知素子部１５ａは第１の辺１ａから離れて位置し、第２の検知素子部１５ｂは第２の辺１ｂから離れて位置し、第３の検知素子部１５ｃは第３の辺１ｃから離れて位置し、第４の検知素子部１５ｄは第４の辺１ｄから離れて位置している。   As shown in FIG. 1A, detection element portions 15a, 15b, 15c, and 15d are formed at four locations on the second substrate 12. The first sensing element unit 15a is located away from the first side 1a, the second sensing element unit 15b is located away from the second side 1b, and the third sensing element unit 15c is located at the third side. It is located away from 1c, and the fourth detection element portion 15d is located away from the fourth side 1d.

検知素子部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄは少なくとも一部が感知部１２ａに位置し、感知部１２ａが変形したときに歪みを生じる領域に形成されている。検知素子部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄは、Ｎ型シリコン基板である第２の基板１２の表面１２ｃに、Ｐ型ボロンなどの不純物がドープされて、第２の基板１２の一部に形成されたピエゾ抵抗であり、このピエゾ抵抗は歪みゲージとして機能する。   The detection element portions 15a, 15b, 15c, and 15d are at least partially located in the sensing portion 12a, and are formed in a region that is distorted when the sensing portion 12a is deformed. The detection element portions 15a, 15b, 15c, and 15d are formed on a part of the second substrate 12 by doping the surface 12c of the second substrate 12 that is an N-type silicon substrate with an impurity such as P-type boron. This piezoresistor functions as a strain gauge.

図１（Ａ）に示すように、第２の基板１２の表面１２ｃに形成されている絶縁層１４の表面１４ｃに電極パッド１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄが形成されている。電極パッド１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄは、正方形のＭＥＭＳセンサ１の角部のそれぞれに配置されている。電極パッド１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄは、熱ヒステリシスに関してアルミニウムよりも温度変化による残留応力の変動が小さい導電性金属材料で形成されており、例えば金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）などであり、以下で説明する好ましい実施の形態では金で形成されている。導電性金属材料はスパッタ工程などで形成されている。   As shown in FIG. 1A, electrode pads 16a, 16b, 16c, and 16d are formed on the surface 14c of the insulating layer 14 formed on the surface 12c of the second substrate 12. The electrode pads 16a, 16b, 16c, and 16d are disposed at the corners of the square MEMS sensor 1, respectively. The electrode pads 16a, 16b, 16c, and 16d are formed of a conductive metal material that has a smaller change in residual stress due to a temperature change than aluminum with respect to thermal hysteresis. For example, gold (Au), silver (Ag), copper (Cu In the preferred embodiment described below, it is made of gold. The conductive metal material is formed by a sputtering process or the like.

図１（Ａ）に示すように、電極パッド１６ａと第１の検知素子部１５ａとの間、ならびに電極パッド１６ａと第３の検知素子部１５ｃとの間が第１の連結配線層２０によって導通されている。電極パッド１６ａと対角線側に位置している電極パッド１６ｃと第２の検知素子部１５ｂとの間、ならびに電極パッド１６ｃと第４の検知素子部１５ｄとの間も第１の連結配線層２０によって連結されている。   As shown in FIG. 1A, the first connection wiring layer 20 conducts between the electrode pad 16a and the first sensing element portion 15a and between the electrode pad 16a and the third sensing element portion 15c. Has been. The first connection wiring layer 20 also connects between the electrode pad 16c and the second sensing element portion 15b located on the diagonal side of the electrode pad 16a and between the electrode pad 16c and the fourth sensing element portion 15d. It is connected.

図１（Ａ）と図３に示すように、第１の連結配線層２０は、第２の基板１２の表面の下部絶縁層１４ａと上部絶縁層１４ｂとの間に形成された下部配線層２１と、上部絶縁層１４ｂの表面１４ｃに形成された上部配線層２２とから構成されている。上部配線層２２は電極パッド１６ａならびに電極パッド１６ｃと一体に形成されている。   As shown in FIGS. 1A and 3, the first connection wiring layer 20 includes a lower wiring layer 21 formed between the lower insulating layer 14 a and the upper insulating layer 14 b on the surface of the second substrate 12. And an upper wiring layer 22 formed on the surface 14c of the upper insulating layer 14b. The upper wiring layer 22 is formed integrally with the electrode pad 16a and the electrode pad 16c.

下部配線層２１はアルミニウムによって、下部絶縁層１４ａの表面に形成されている。下部配線層２１の一部は、検知素子部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄのいずれかと導通する導通部２１ａとなっている。図３に示すように、導通部２１ａでは、下部絶縁層１４ａが部分的に除去されて、下部配線層２１の一部が検知素子部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄと接触している。上部配線層２２の一部は、下部配線層２１と導通する導通部２２ａとなっている。図３に示すように、導通部２２ａでは、上部絶縁層１４ｂが部分的に除去されて、上部配線層２２が下部配線層２１と接触している。   The lower wiring layer 21 is formed of aluminum on the surface of the lower insulating layer 14a. A part of the lower wiring layer 21 is a conductive portion 21a that is electrically connected to any one of the sensing element portions 15a, 15b, 15c, and 15d. As shown in FIG. 3, in the conductive portion 21a, the lower insulating layer 14a is partially removed, and a part of the lower wiring layer 21 is in contact with the sensing element portions 15a, 15b, 15c, and 15d. A part of the upper wiring layer 22 is a conductive portion 22 a that is electrically connected to the lower wiring layer 21. As shown in FIG. 3, in the conductive portion 22 a, the upper insulating layer 14 b is partially removed, and the upper wiring layer 22 is in contact with the lower wiring layer 21.

本明細書での第１の連結配線層２０の長さＬ０は、電極パッド１６ａ，１６ｃと前記導通部２１ａを除く部分での、下部配線層２１と上部配線層２２の長さの合計を意味している。また、上部配線層２２の長さＬ１は、電極パッド１６ａ，１６ｃを除き且つ導通部２２ａを含む長さ寸法を意味している。第１の連結配線層２０を構成する下部配線層２１と上部配線層２２は、ＭＥＭＳセンサ１の各辺１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄと平行で直線的に延びている。   The length L0 of the first connection wiring layer 20 in this specification means the total length of the lower wiring layer 21 and the upper wiring layer 22 in the portion excluding the electrode pads 16a and 16c and the conductive portion 21a. doing. Further, the length L1 of the upper wiring layer 22 means a length dimension excluding the electrode pads 16a and 16c and including the conductive portion 22a. The lower wiring layer 21 and the upper wiring layer 22 constituting the first connection wiring layer 20 extend linearly in parallel with the sides 1a, 1b, 1c, and 1d of the MEMS sensor 1.

図１（Ａ）に示すように、電極パッド１６ｂと第１の検知素子部１５ａとの間、ならびに電極パッド１６ｂと第４の検知素子部１５ｄとの間は第２の連結配線層２５によって導通させられている。電極パッド１６ｂと対角線側に位置している電極パッド１６ｄと第２の検知素子部１５ｂとの間、ならびに電極パッド１６ｄと第３の検知素子部１５ｃとの間は、第２の連結配線層２５によって導通させられている。   As shown in FIG. 1A, the second connection wiring layer 25 conducts between the electrode pad 16b and the first sensing element portion 15a and between the electrode pad 16b and the fourth sensing element portion 15d. It has been made. Between the electrode pad 16b and the electrode pad 16d located on the diagonal side and the second sensing element portion 15b, and between the electrode pad 16d and the third sensing element portion 15c, the second connection wiring layer 25 is provided. It is made conductive by.

第２の連結配線層２５は、下部配線層２６と上部配線層２７を有している。下部配線層２６は第１の連結配線層２０の下部配線層２１と同様に、下部絶縁層１４ａの上に形成されて、その一部が検知素子部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄに接触する導通部となっている。上部配線層２７は、第１の連結配線層２０の上部配線層２２と同じであり、上部絶縁層１４ｂの表面１４ｃにおいて電極パッド１６ｂ，１６ｄと一体に形成されており、その一部が上部絶縁層１４ｂの部分除去部において下部配線層２６に接触する導通部となっている。   The second connection wiring layer 25 has a lower wiring layer 26 and an upper wiring layer 27. The lower wiring layer 26 is formed on the lower insulating layer 14a similarly to the lower wiring layer 21 of the first connection wiring layer 20, and a part of the lower wiring layer 26 is in contact with the sensing element portions 15a, 15b, 15c, and 15d. Has become a department. The upper wiring layer 27 is the same as the upper wiring layer 22 of the first connection wiring layer 20, and is formed integrally with the electrode pads 16b and 16d on the surface 14c of the upper insulating layer 14b, and a part thereof is the upper insulating layer. The conductive layer is in contact with the lower wiring layer 26 in the partial removal portion of the layer 14b.

第２の連結配線層２５の長さ寸法Ｌａは、電極パッド１６ｂ，１６ｄを除き、且つ下部配線層２６のうちの検知素子部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄとの導通部を除く長さ寸法である。上部配線層２７の長さ寸法Ｌｂは、電極パッド１６ｂ，１６ｄを除き且つ上部配線層２７のうちの下部配線層２６との導通部を含む長さ寸法である。すなわち長さ寸法ＬａはＬ０と同じ基準で設定され、長さ寸法Ｌｂは長さ寸法Ｌ１と同じ基準で設定されている。   The length dimension La of the second connection wiring layer 25 is a length dimension excluding the electrode pads 16b and 16d and excluding the conductive portions of the lower wiring layer 26 with the sensing element portions 15a, 15b, 15c and 15d. is there. The length dimension Lb of the upper wiring layer 27 is a length dimension that excludes the electrode pads 16b and 16d and includes a conduction portion with the lower wiring layer 26 in the upper wiring layer 27. That is, the length dimension La is set on the same basis as L0, and the length dimension Lb is set on the same basis as the length dimension L1.

第２の連結配線層２５は、ＭＥＭＳ素子１の各辺１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄと平行で直線的に形成されている。ただし、第２の連結配線層２５の長さ寸法Ｌａは、第１の連結配線層２０の長さ寸法Ｌ０よりも短い。   The second connection wiring layer 25 is linearly formed in parallel with the sides 1a, 1b, 1c, and 1d of the MEMS element 1. However, the length dimension La of the second connection wiring layer 25 is shorter than the length dimension L0 of the first connection wiring layer 20.

電極パッド１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄのパターンと、第１の連結配線層２０ならびに第２の連結配線層２５のパターンは、図１（Ａ）に示されるＭＥＭＳセンサ１の図心（重心）Ｏを中心とする１８０度の回転対称形状である。また、電極パッド１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄならびに第１の連結配線層２０と第２の連結配線層２５は、全て第２の基板１２の配線部１２ｂの上に形成されている。   The pattern of the electrode pads 16a, 16b, 16c, and 16d, and the pattern of the first connection wiring layer 20 and the second connection wiring layer 25 are centroid (center of gravity) O of the MEMS sensor 1 shown in FIG. It is a 180 degree rotationally symmetric shape with respect to the center. The electrode pads 16 a, 16 b, 16 c, 16 d, the first connection wiring layer 20 and the second connection wiring layer 25 are all formed on the wiring part 12 b of the second substrate 12.

図２に示すように、支持基板３は第１の基板１１の図示下面側に接合され、空間部１１ａが支持基板３で下側から塞がれている。   As shown in FIG. 2, the support substrate 3 is bonded to the lower surface side of the first substrate 11, and the space portion 11 a is closed by the support substrate 3 from below.

図１（Ｂ）に示すように、検知素子部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄでは、ピエゾ抵抗層がいわゆるミアンダ形状に形成されており、抵抗体の長手方向が全ての検知素子部で同じ方向に向けられている。したがって、第２の基板１２の感知部１２ａが図２の下方に向けて撓んだときに、検知素子部１５ａ，１５ｂで抵抗が増大し検知素子部１５ｃ，１５ｄで抵抗が低下するように、互いに逆極性の抵抗値となる。   As shown in FIG. 1B, in the detection element portions 15a, 15b, 15c, and 15d, the piezoresistive layer is formed in a so-called meander shape, and the longitudinal direction of the resistor is the same in all the detection element portions. Is directed. Therefore, when the sensing part 12a of the second substrate 12 is bent downward in FIG. 2, the resistance increases in the sensing element parts 15a and 15b and the resistance decreases in the sensing element parts 15c and 15d. The resistance values are opposite to each other.

図１（Ａ）に示すように、４つの電極パッド１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄによって、検知素子部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄがブリッジ回路を構成するように接続されている。例えば電極パッド１６ａに電源電圧が印加され、電極パッド１６ｃが接地される。感知部１２ａが変形し、検知素子部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄに歪みが与えられると、電極パッド１６ｂと電極パッド１６ｄのそれぞれの中点電位が変化する。電極パッド１６ｂの中点電位と電極パッド１６ｄの中点電位は逆極性で変化するため、２つの中点電位の差動をとることで、感知部１２ａに作用する気体の圧力に比例した検知出力を得ることができる。   As shown in FIG. 1A, the sensing element portions 15a, 15b, 15c, and 15d are connected by four electrode pads 16a, 16b, 16c, and 16d so as to form a bridge circuit. For example, a power supply voltage is applied to the electrode pad 16a, and the electrode pad 16c is grounded. When the sensing unit 12a is deformed and the sensing element units 15a, 15b, 15c, and 15d are distorted, the midpoint potentials of the electrode pad 16b and the electrode pad 16d change. Since the midpoint potential of the electrode pad 16b and the midpoint potential of the electrode pad 16d change with opposite polarities, the detection output proportional to the pressure of the gas acting on the sensing unit 12a is obtained by taking the difference between the two midpoint potentials. Can be obtained.

図１ないし図３に示す本発明の実施の形態のＭＥＭＳセンサ１では、第１の連結配線層２０がアルミニウムの下部配線層２１と金の上部配線層２２とで構成され、第２の連結配線層２５もアルミニウムの下部配線層２６と金の上部配線層２７とで形成されている。   In the MEMS sensor 1 according to the embodiment of the present invention shown in FIGS. 1 to 3, the first connection wiring layer 20 includes an aluminum lower wiring layer 21 and a gold upper wiring layer 22, and the second connection wiring. The layer 25 is also formed of an aluminum lower wiring layer 26 and a gold upper wiring layer 27.

図３に示すように、金の上部配線層２２，２７は上部絶縁層１４ｂの表面１４ｃに形成され、金の層が第２の基板１２から離れている。そのため、高温になっても、上部配線層２２，２７の金が第２の基板１２であるシリコン基板に拡散することがなく、電極パッド１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄと上部配線層２２，２７を安定した状態を保つことができる。一方、第２の基板１２の表面の下部絶縁層１４ａの上に形成されている下部配線層２１，２６はアルミニウムであるが、アルミニウムは、シリコン基板に拡散しにくく安定した状態を維持するため、高温となったときでも下部配線層２１，２６のパターンは安定した状態を保つことができる。   As shown in FIG. 3, the gold upper wiring layers 22 and 27 are formed on the surface 14 c of the upper insulating layer 14 b, and the gold layer is separated from the second substrate 12. Therefore, even if the temperature becomes high, the gold of the upper wiring layers 22 and 27 does not diffuse into the silicon substrate which is the second substrate 12, and the electrode pads 16a, 16b, 16c and 16d and the upper wiring layers 22 and 27 are connected. A stable state can be maintained. On the other hand, the lower wiring layers 21 and 26 formed on the lower insulating layer 14a on the surface of the second substrate 12 are aluminum, but aluminum is difficult to diffuse into the silicon substrate and maintains a stable state. Even when the temperature becomes high, the pattern of the lower wiring layers 21 and 26 can be kept stable.

ただし、アルミニウムは熱サイクル内に置かれると応力残留が大きく変動する性質を有しており、この応力が検知素子部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄに直接に作用すると、圧力を検知すべき検知出力に変動が生じる。しかし、図１ないし図３に示す本発明の実施の形態のＭＥＭＳセンサ１では、第１の連結配線層２０がアルミニウムの下部配線層２１と金の上部配線層２２とで構成され、第２の連結配線層２５がアルミニウムの下部配線層２６と金の上部配線層２７とで構成されているため、アルミニウムの残留応力に起因する検知素子部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄへの残留歪みの影響を低減できるようになっている。   However, when aluminum is placed in a thermal cycle, the stress residue greatly fluctuates, and when this stress acts directly on the sensing element portions 15a, 15b, 15c, and 15d, the detection output that should detect the pressure. Variation occurs. However, in the MEMS sensor 1 according to the embodiment of the present invention shown in FIGS. 1 to 3, the first connection wiring layer 20 is composed of an aluminum lower wiring layer 21 and a gold upper wiring layer 22, and the second Since the connection wiring layer 25 is composed of the lower wiring layer 26 made of aluminum and the upper wiring layer 27 made of gold, the influence of residual strain on the sensing element portions 15a, 15b, 15c, and 15d due to the residual stress of aluminum is reduced. It can be reduced.

図７は、後に説明する実施例３のＭＥＭＳセンサ１を温度サイクル下においたときの検知出力の変化を示している。横軸が環境温度で、縦軸が大気圧下における検知出力の変化を示している。図７では、大気圧の下で環境温度を２５℃から８０℃まで上昇させ、その後２５℃まで戻している。温度を初期の２５℃としたときの検知出力と、温度を８０℃から２５℃に戻したときの検知出力との差が出力変動（Ｐａ：パスカル）である。この出力の変動は、熱ヒステリシスによるＭＥＭＳセンサ１内の残留応力の変動が原因と考えられるが、本発明の実施の形態の好ましい例である実施例３では、熱ヒステリシスによる出力変動が２０Ｐａ（パスカル）程度のきわめて微細な値となっている。   FIG. 7 shows changes in detection output when the MEMS sensor 1 of Example 3 described later is placed under a temperature cycle. The horizontal axis represents the environmental temperature, and the vertical axis represents the change in detection output under atmospheric pressure. In FIG. 7, the ambient temperature is increased from 25 ° C. to 80 ° C. under atmospheric pressure, and then returned to 25 ° C. The difference between the detection output when the temperature is initially 25 ° C. and the detection output when the temperature is returned from 80 ° C. to 25 ° C. is the output fluctuation (Pa: Pascal). Although this output fluctuation is considered to be caused by the fluctuation of the residual stress in the MEMS sensor 1 due to thermal hysteresis, in Example 3, which is a preferred example of the embodiment of the present invention, the output fluctuation due to thermal hysteresis is 20 Pa (pascal). ) Is a very fine value.

その第１の理由は次のように予測できる。第１の連結配線層２０と第２の連結配線層２５では、アルミニウムの下部配線層２１，２６を配線長の一部分にのみ形成し、その他を金の上部配線層２２，２７で形成している。そのため、アルミニウムの長さを残留応力の影響を及ぼしにくい最適な長さに設定することが可能である。すなわち、図１に示す上部配線層２２，２７の長さ寸法Ｌ１，Ｌｂを選択することで、アルミニウムの下部配線層２１，２６を残留応力の影響を及ぼしにくい寸法に設定しやすくなる。   The first reason can be predicted as follows. In the first connection wiring layer 20 and the second connection wiring layer 25, the lower wiring layers 21 and 26 made of aluminum are formed only in a part of the wiring length, and the other is formed by the upper wiring layers 22 and 27 made of gold. . For this reason, it is possible to set the length of aluminum to an optimum length that hardly affects the residual stress. That is, by selecting the length dimensions L1 and Lb of the upper wiring layers 22 and 27 shown in FIG. 1, it becomes easy to set the aluminum lower wiring layers 21 and 26 to dimensions that do not easily affect the residual stress.

第２の理由は次のように予測できる。図１（Ａ）に示す電極パッド１６ａに着目すると、１つの電極パッド１６ａから互い直交して延びる２つの配線層が、同じ長さの第１の連結配線層２０となっている。これにより、電極パッド１６ａを起点として、その両側に２つのアルミニウムの下部配線層２２が同じ長さで同じ距離を空けて均等に配置される。そのため、アルミニウムに内部応力が残留したとしても、その応力が電極パッド１６ａの両側で均等に作用するようになる。しかも、電極パッド１６ａの両側に互いに逆極性の抵抗変化となる第１の検知素子部１５ａと第３の検知素子部１５ｃが配置されているため、下部配線層２２に応力が残留しても、２つの検知素子部１５ａと１５ｃに、抵抗変化を打ち消すように均等な応力が与えられる。しかも、上部配線層２２の長さ寸法Ｌ１を適正に選択することで、検知素子部１５ａ，１５ｃに作用する応力をバランスのよい値に設定できるようになる。   The second reason can be predicted as follows. When attention is paid to the electrode pad 16a shown in FIG. 1A, two wiring layers extending orthogonally from one electrode pad 16a form the first connecting wiring layer 20 having the same length. As a result, starting from the electrode pad 16a, the two lower wiring layers 22 of aluminum are equally arranged on the both sides with the same length and the same distance. Therefore, even if the internal stress remains in the aluminum, the stress acts evenly on both sides of the electrode pad 16a. Moreover, since the first sensing element portion 15a and the third sensing element portion 15c having resistance changes of opposite polarities are arranged on both sides of the electrode pad 16a, even if stress remains in the lower wiring layer 22, Equal stress is applied to the two sensing element portions 15a and 15c so as to cancel the resistance change. In addition, by appropriately selecting the length dimension L1 of the upper wiring layer 22, the stress acting on the detection element portions 15a and 15c can be set to a well-balanced value.

上記理由は、電極パッド１６ｃとその両側の第１の連結配線層２０，２０との関係において同じである。さらに電極パッド１６ｂ，１６ｄはその両側に同じ長さの第２の連結配線層２５が配置されている。よってこの構造もバランスの良いものであり、下部配線層２６に応力が残留したとしても検知素子部に対してバランスよく作用するものとなる。   The above reason is the same in the relationship between the electrode pad 16c and the first connection wiring layers 20 and 20 on both sides thereof. Further, the electrode pads 16b and 16d are provided with the second connection wiring layer 25 having the same length on both sides thereof. Therefore, this structure is also well-balanced, and even if stress remains in the lower wiring layer 26, it acts on the sensing element portion in a balanced manner.

実施例１ないし４として、図１ないし３の示す構造のＭＥＭＳセンサ１についてシミュレーションを行った。図１に示す正方形の１辺の寸法は５００μｍ、第２の基板１２の厚みを５μｍとした。上部配線層２２，２７の幅寸法をそれぞれ１８μｍとし、下部配線層２１，２６の幅寸法をそれぞれ１０μｍとした。   As Examples 1 to 4, simulations were performed on the MEMS sensor 1 having the structure shown in FIGS. The dimension of one side of the square shown in FIG. 1 was 500 μm, and the thickness of the second substrate 12 was 5 μm. The width dimension of the upper wiring layers 22 and 27 was 18 μm, and the width dimension of the lower wiring layers 21 and 26 was 10 μm.

第２の連結配線層２５の長さ寸法は、Ｌａを６０μｍ、Ｌｂを５２μｍに固定した。第１の連結配線層２０のＬ０を１１２μｍに固定し、上部配線層２２の長さ寸法Ｌ１を実施例ごとに変化させた。
（実施例１）：Ｌ１＝５２μｍ、
（実施例２）：Ｌ１＝６０μｍ、
（実施例３）：Ｌ１＝８５μｍ、
（実施例４）：Ｌ１＝９８μｍ、 The length of the second connection wiring layer 25 was fixed at La of 60 μm and Lb of 52 μm. L0 of the 1st connection wiring layer 20 was fixed to 112 micrometers, and the length dimension L1 of the upper wiring layer 22 was changed for every Example.
(Example 1): L1 = 52 μm,
(Example 2): L1 = 60 μm,
(Example 3): L1 = 85 μm,
(Example 4): L1 = 98 μm,

図４は、（比較例１）のＭＥＭＳセンサ１０１の平面図である。このＭＥＭＳセンサ１０１は、第２の基板１２の表面に上部絶縁層１４ｂが形成されておらず、下部絶縁層１４ａの表面に、電極パッド１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃ，１１６ｄならびに第１の連結配線層１２０と第２の連結配線層１２５が、全てアルミニウムで形成されている。そして、アルミニウムの第１の連結配線層１２０と第２の連結配線層１２５が、検知素子部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄに導通している。それ以外の構造は前記実施例と同じである。   FIG. 4 is a plan view of the MEMS sensor 101 of (Comparative Example 1). In the MEMS sensor 101, the upper insulating layer 14b is not formed on the surface of the second substrate 12, and the electrode pads 116a, 116b, 116c, 116d and the first connection wiring layer 120 are formed on the surface of the lower insulating layer 14a. The second connection wiring layer 125 is made of aluminum. The first connection wiring layer 120 and the second connection wiring layer 125 made of aluminum are electrically connected to the detection element portions 15a, 15b, 15c, and 15d. The rest of the structure is the same as in the previous embodiment.

図５と図６は、（比較例２）のＭＥＭＳセンサ２０１を示している。このＭＥＭＳセンサ２０１は、電極パッド１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄが、上部絶縁層１４ｂの表面１４ｃにおいて金で形成されている。電極パッド１６ａ，１６ｃの両側に延びる第１の連結配線層は、金の上部配線層２２のみで形成され、電極パッド１６ｂ，１６ｄの両側に延びる第２の連結配線層は、金の上部配線層２７のみで形成されている。   5 and 6 show the MEMS sensor 201 of (Comparative Example 2). In the MEMS sensor 201, electrode pads 16a, 16b, 16c, and 16d are formed of gold on the surface 14c of the upper insulating layer 14b. The first connection wiring layer extending on both sides of the electrode pads 16a and 16c is formed of only the gold upper wiring layer 22, and the second connection wiring layer extending on both sides of the electrode pads 16b and 16d is the gold upper wiring layer. 27 only.

そして、図６に示すように、上部配線層２２の先部の導通部２２ａと検知素子部１５ａとの間に、アルミニウムの接続層１２１が形成されている。これは、上部配線層２７と検知素子層との導通部２７ａにおいても同じである。比較例２は、第１の連結配線層と第２の連結配線層が金のみで形成され、金と検知素子との接続部にのみアルミニウムが形成されたものである。   As shown in FIG. 6, an aluminum connection layer 121 is formed between the conduction portion 22a at the tip of the upper wiring layer 22 and the detection element portion 15a. The same applies to the conductive portion 27a between the upper wiring layer 27 and the sensing element layer. In Comparative Example 2, the first connection wiring layer and the second connection wiring layer are formed of only gold, and aluminum is formed only at the connection portion between the gold and the detection element.

実施例１ないし４と比較例１ならびに比較例２に関して、図７に示すように、大気圧下で初期検知出力を得る。その後温度を２５℃から８０℃まで上昇させ、２５℃まで低下させたときの検知出力と、前記初期検知出力との差を算出して出力変動とした。   For Examples 1 to 4, Comparative Example 1 and Comparative Example 2, as shown in FIG. 7, an initial detection output is obtained under atmospheric pressure. Thereafter, the temperature was increased from 25 ° C. to 80 ° C., and the difference between the detection output when the temperature was decreased to 25 ° C. and the initial detection output was calculated as the output fluctuation.

結果は図８に示す通りであり、実施例１の熱ヒステリシスによる出力変動は−３４．１６Ｐａ，実施例２の出力変動は−２７．９８Ｐａ，実施例３の出力変動は−１９．０２、実施例４の出力変動は＋１５．６６であった。比較例２の出力変動は−１１１．１１、比較例２の出力変動は＋５２．６６であった。   The results are as shown in FIG. 8. The output fluctuation due to thermal hysteresis of Example 1 is -34.16 Pa, the output fluctuation of Example 2 is -27.98 Pa, the output fluctuation of Example 3 is -19.02, and the implementation is performed. The output fluctuation of Example 4 was +15.66. The output fluctuation of Comparative Example 2 was −11.11.1, and the output fluctuation of Comparative Example 2 was +52.66.

比較例１は、電極パッドと検知素子部とを導通させる連結配配線層が全長に渡ってアルミニウムで形成されているため、熱ヒステリシスによりアルミニウムに残留する応力の範囲が広くなり、検知素子部１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｃに大きな歪みを与える結果になり、熱ヒステリシスによる出力変動が大きくなっている。   In Comparative Example 1, since the connection wiring layer that conducts the electrode pad and the sensing element portion is formed of aluminum over the entire length, the range of stress remaining in the aluminum is widened due to thermal hysteresis, and the sensing element portion 15a. , 15b, 15c, and 15c are subjected to large distortion, and output fluctuation due to thermal hysteresis is large.

実施例１，２，３，４のＭＥＭＳセンサ１は、電極パッド１６ａ，１６ｃの両側に第１の連結配線層２０が均一に配置され、電極パッド１６ｂ，１６ｄの両側に第２の連結配線層２５が均一に配置されている。これより、検知素子部１５ａ，１５ｂとこれとは抵抗値の変化が逆となる検知素子部１５ｃ，１５ｄに対し、アルミニウムの残留応力に起因するバランスのよい適度な力が作用し、これによって出力変動が相殺されて抑制されている。   In the MEMS sensors 1 of the first, second, third, and fourth embodiments, the first connection wiring layer 20 is uniformly disposed on both sides of the electrode pads 16a and 16c, and the second connection wiring layer is formed on both sides of the electrode pads 16b and 16d. 25 are arranged uniformly. As a result, an appropriate force having a good balance due to the residual stress of aluminum acts on the detection element portions 15a and 15b and the detection element portions 15c and 15d whose resistance values are opposite to those of the detection element portions 15a and 15b. Fluctuations are offset and suppressed.

これに対し、比較例２は、応力のバランスを与えるアルミニウム層がほとんどなくなるため、本来は、アルミニウムの応力によって相殺すべき潜在的な応力がＭＥＭＳセンサ全体に作用し、その結果、比較例１とは逆位相の出力変動が生じているものと予測される。   On the other hand, in Comparative Example 2, since there is almost no aluminum layer that gives a balance of stress, originally, a potential stress that should be canceled by the stress of aluminum acts on the entire MEMS sensor. Is predicted to have output fluctuations in the opposite phase.

このように、実施例１，２，３，４は、アルミニウムによる下部配線層の配置と長さのバランスがよいため、熱ヒステリシスによる出力変動を抑制できるようになる。実施例１，２，３，４から、第１の連結配線層２０の長さＬ０に対する上部配線層２２の長さＬ１の比の好ましい範囲Ｌ１／Ｌ０は、０．４６〜０．８８である。   Thus, since Examples 1, 2, 3, and 4 have a good balance between the arrangement and length of the lower wiring layer made of aluminum, it is possible to suppress output fluctuations due to thermal hysteresis. From Examples 1, 2, 3, and 4, the preferred range L1 / L0 of the ratio of the length L1 of the upper wiring layer 22 to the length L0 of the first connection wiring layer 20 is 0.46 to 0.88. .

図８から実施例３から実施例４の範囲で出力変動がきわめて小さくなる。したがって、Ｌ１／Ｌ０が、０．７６〜０．８８であることがさらに好ましい。   From FIG. 8 to Example 3 to Example 4, the output fluctuation becomes extremely small. Therefore, it is more preferable that L1 / L0 is 0.76 to 0.88.

１ ＭＥＭＳセンサ
２ ＳＯＩ基板
１１ 第１の基板
１１ａ 空間部
１１ｂ 枠体部
１２ 第２の基板
１２ａ 感知部
１２ｂ 配線部
１４ 絶縁層
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｃ 検知素子部
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ 電極パッド
２０ 第１の連結配線層
２１ 下部配線層
２２ 上部配線層
２５ 第２の連結配線層
２６下部配線層
２７ 上部配線層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 MEMS sensor 2 SOI substrate 11 1st board | substrate 11a Space part 11b Frame part 12 2nd board | substrate 12a Sensing part 12b Wiring part 14 Insulating layer 15a, 15b, 15c, 15c Sensing element part 16a, 16b, 16c, 16d Electrode Pad 20 First connection wiring layer 21 Lower wiring layer 22 Upper wiring layer 25 Second connection wiring layer 26 Lower wiring layer 27 Upper wiring layer

Claims (7)

共にシリコン基板である第１の基板ならびに第２の基板が重ねられたＭＥＭＳセンサにおいて、
前記第１の基板は、空間部とこの空間部を囲む枠体部とを有し、前記第２の基板には、前記空間部に対向する撓み変形可能な感知部と、前記感知部の撓み変形に応じた検知出力を得る検知素子部とが形成され、
前記第２の基板の表面に絶縁層が形成されて、前記絶縁層の表面に電極パッドが形成され、前記電極パッドと前記検知素子部との間に連結配線層が形成されており、
前記連結配線層は、前記第２の基板と前記絶縁層との間に形成されて前記検知素子部に接続されるアルミニウムの下部配線層と、前記絶縁層の表面で前記電極パッドから延びる上部配線層とから成り、前記上部配線層がアルミニウムよりも温度変化による残留応力の変動が小さい導電性金属材料で形成されており、前記上部配線層と前記下部配線層とが、前記絶縁層を介して互いに導通されていることを特徴とするＭＥＭＳセンサ。 In a MEMS sensor in which a first substrate and a second substrate, both of which are silicon substrates, are stacked,
The first substrate has a space portion and a frame body portion surrounding the space portion. The second substrate includes a bendable and deformable sensing portion facing the space portion, and the bend of the sensing portion. A detection element unit that obtains a detection output according to deformation is formed,
An insulating layer is formed on the surface of the second substrate, an electrode pad is formed on the surface of the insulating layer, and a connection wiring layer is formed between the electrode pad and the sensing element unit;
The connection wiring layer is formed between the second substrate and the insulating layer, and is connected to the sensing element portion. The upper wiring extends from the electrode pad on the surface of the insulating layer. And the upper wiring layer is formed of a conductive metal material having a smaller residual stress variation due to temperature change than aluminum, and the upper wiring layer and the lower wiring layer are interposed via the insulating layer. A MEMS sensor characterized by being electrically connected to each other. 前記上部配線層が金で形成されている請求項１記載のＭＥＭＳセンサ。   The MEMS sensor according to claim 1, wherein the upper wiring layer is formed of gold. 前記第２の基板は正方形で、前記電極パッドが正方形の全ての角部に位置しており、前記連結配線層は、正方形の各辺と平行に形成されており、前記連結配線層の長さならびに前記下部配線層と前記上部配線層の長さの比は、正方形のそれぞれの辺において同じである請求項１または２記載のＭＥＭＳセンサ。   The second substrate is square, the electrode pads are located at all corners of the square, the connection wiring layer is formed in parallel with each side of the square, and the length of the connection wiring layer The MEMS sensor according to claim 1, wherein a ratio of lengths of the lower wiring layer and the upper wiring layer is the same on each side of the square. 前記連結配線層の配線パターンは、前記第２の基板の図心を中心として１８０度の回転対称である請求項３記載のＭＥＭＳセンサ。   4. The MEMS sensor according to claim 3, wherein the wiring pattern of the connection wiring layer is rotationally symmetric by 180 degrees about the centroid of the second substrate. 前記下部配線層と前記検知素子部との導通部と前記金属パッドとを除く前記連結配線層の全長をＬ０とし、前記上部配線層と前記下部配線層との導通部を含み且つ前記金属パッドを除いた前記上部配線層の長さをＬ１としたときに、Ｌ１／Ｌ０は、０．４６〜０．８８である請求項３または４記載のＭＥＭＳセンサ。   The total length of the connection wiring layer excluding the conductive portion between the lower wiring layer and the sensing element portion and the metal pad is L0, includes a conductive portion between the upper wiring layer and the lower wiring layer, and the metal pad 5. The MEMS sensor according to claim 3, wherein L1 / L0 is 0.46 to 0.88 when the length of the removed upper wiring layer is L1. Ｌ１／Ｌ０が、０．７６〜０．８８である請求項５記載のＭＥＭＳセンサ。   The MEMS sensor according to claim 5, wherein L1 / L0 is 0.76 to 0.88. 前記第２の基板と逆側で、前記第２の基板に接合された支持基板が設けられて、前記空間部が閉鎖され、前記感知部が気体の圧力で変形する圧力センサである請求項１ないし６のいずれかに記載のＭＥＭＳセンサ。   The pressure sensor is provided with a support substrate bonded to the second substrate on a side opposite to the second substrate, the space is closed, and the sensing unit is deformed by a gas pressure. 7. The MEMS sensor according to any one of 6 to 6.
JP2014000093A 2014-01-06 2014-01-06 MEMS sensor Active JP6166185B2 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014000093A JP6166185B2 (en) 2014-01-06 2014-01-06 MEMS sensor
CN201410806304.7A CN104760923B (en) 2014-01-06 2014-12-22 Mems sensor
KR1020150000652A KR101633027B1 (en) 2014-01-06 2015-01-05 Mems sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014000093A JP6166185B2 (en) 2014-01-06 2014-01-06 MEMS sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015129643A JP2015129643A (en) 2015-07-16
JP6166185B2 true JP6166185B2 (en) 2017-07-19

Family

ID=53643094

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014000093A Active JP6166185B2 (en) 2014-01-06 2014-01-06 MEMS sensor

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP6166185B2 (en)
KR (1) KR101633027B1 (en)
CN (1) CN104760923B (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101928264B1 (en) 2017-02-28 2018-12-13 주식회사 필옵틱스 Laser beam shaping apparatus
JP6919964B2 (en) * 2018-01-29 2021-08-18 ミネベアミツミ株式会社 Sensor chip and force sensor device
DE102021211561A1 (en) * 2020-11-19 2022-05-19 Vitesco Technologies USA, LLC MEMS PRESSURE SENSING ELEMENT WITH VOLTAGE ADJUSTERS

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62291072A (en) * 1986-06-10 1987-12-17 Toshiba Corp Semiconductor pressure sensor
JP3873454B2 (en) * 1998-05-29 2007-01-24 株式会社デンソー Semiconductor pressure sensor
US20040016981A1 (en) * 2002-07-26 2004-01-29 Matsushita Electric Works, Ltd. Semiconductor acceleration sensor using doped semiconductor layer as wiring
US7538401B2 (en) 2005-05-03 2009-05-26 Rosemount Aerospace Inc. Transducer for use in harsh environments
JP4740678B2 (en) * 2005-07-27 2011-08-03 Ｏｋｉセミコンダクタ株式会社 Semiconductor device
JP2007171040A (en) * 2005-12-22 2007-07-05 Matsushita Electric Works Ltd Physical quantity sensor
JP5092462B2 (en) * 2006-06-13 2012-12-05 株式会社デンソー Mechanical quantity sensor
JP2010139496A (en) * 2008-11-13 2010-06-24 Yamaha Corp Mems sensor and method for fixing mems sensor
JP5200919B2 (en) * 2008-12-25 2013-06-05 株式会社デンソー Sensor chip, manufacturing method thereof, and pressure sensor
JP2010210402A (en) * 2009-03-10 2010-09-24 Alps Electric Co Ltd Mems sensor
WO2011010571A1 (en) * 2009-07-24 2011-01-27 ローム株式会社 Semiconductor pressure sensor, pressure sensor device, electronic apparatus, and method for manufacturing semiconductor pressure sensor
FR2983955B1 (en) * 2011-12-09 2014-10-03 Openfield PRESSURE SENSOR FOR FLUID
KR101288338B1 (en) 2012-02-10 2013-07-22 대양전기공업 주식회사 Pressure sensor manufacturing method using semiconductor pressure device and metal diapharm structure

Also Published As

Publication number Publication date
CN104760923B (en) 2017-01-11
JP2015129643A (en) 2015-07-16
CN104760923A (en) 2015-07-08
KR20150082119A (en) 2015-07-15
KR101633027B1 (en) 2016-06-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2016004016A (en) Double diaphragm type pressure sensor
JP6166185B2 (en) MEMS sensor
JP3873454B2 (en) Semiconductor pressure sensor
KR101573367B1 (en) Piezoresistive typed ceramic pressure sensor
JP2010085143A (en) Acceleration sensor
JP4715503B2 (en) Manufacturing method of sensor module
JP3938199B1 (en) Wafer level package structure and sensor device
JP2018072311A (en) Pressure sensor
JP2009265012A (en) Semiconductor sensor
JP2008082952A (en) Semiconductor strain sensor
JP5899939B2 (en) Semiconductor pressure sensor and manufacturing method thereof
JP2010008172A (en) Semiconductor device
JP2010008123A (en) Sensor module
JP6725299B2 (en) Load sensor
JP4665733B2 (en) Sensor element
JP2010060464A (en) Physical quantity sensor
JP2008209163A (en) Sensor apparatus
JP4466344B2 (en) Acceleration sensor
JP5069410B2 (en) Sensor element
JP2009047650A (en) Sensor device and its manufacturing method
JP2014021065A (en) Physical quantity sensor
JP2014077744A (en) Semiconductor pressure sensor
JP2014077745A (en) Semiconductor pressure sensor
JP2016048217A (en) Pressure sensor
JP6294083B2 (en) Electronics

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20161020

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20170614

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

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170620

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170622

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6166185

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350